[发明专利]模拟水平井压裂缝网内支撑剂运移的实验装置

说明书

本公开提供了一种模拟水平井压裂缝网内支撑剂运移的实验装置，属于油田开发技术领域，该实验装置包括管路输送单元及多个网络裂缝单元；管路输送单元包括多个注入管线及回流管线，每个注入管线上均设有超声颗粒浓度在线检测仪，回流管线上设有液体流量计；网络裂缝单元包括网络裂缝模块及模拟射孔管，网络裂缝模块内部设置有模拟网络裂缝，模拟网络裂缝与回流管线连通，各网络裂缝单元依次串连在一起，相邻的两个网络裂缝单元的模拟射孔管之间通过注入管线连通在一起，位于各网络裂缝单元末端的一个网络裂缝单元的模拟射孔管的出口端封闭。本实验装置能够真实可靠的反映支撑剂在页岩压裂缝网中的铺设情况。

技术领域

本公开属于油田开发技术领域，特别涉及一种模拟水平井压裂缝网内支撑剂运移的实验装置。

背景技术

随着国内外油气需求的持续增长和常规油气产量的不断下降，包括页岩气、煤层气等非常规油气展现出巨大的资源潜力，而非常规油气资源的开发往往需要进行水力压裂等增产措施。水力压裂的技术原理，即向储层中注入压裂液，当压裂液的注入速度超过储层的吸收速度，就会导致井底压力大于储层岩石的破裂压力，储层张开并产生裂缝。接着向储层中注入带有支撑剂的携砂液，以起到支撑裂缝的作用，避免裂缝在地应力的作用下再次闭合。由于支撑剂在裂缝中的沉降和运移规律，会影响支撑剂在缝内的铺置情况，从而影响了支撑剂对裂缝的支撑导流能力，直接决定了水力压裂的最终效果。

常规油气藏压裂通常采用高粘度压裂液在储层产生水力裂缝，该裂缝对称分布于垂直井筒两侧，裂缝形态简单、规模较小，裂缝内支撑剂运移、沉降机理研究已较为透彻，常规的单一裂缝内支撑剂运移模拟实验装置已基本满足研究需求。页岩油气是非常规油气资源的重要组成部分，主要依靠水平井与分段多簇压裂技术实现商业开采。该压裂技术采用井下分段工具，将水平井筒细分为若干级长度仅数十米的压裂段，通过多簇射孔方式，形成多个裂缝起裂、延伸点，最终在各压裂段内形成多簇压裂缝网。射孔簇数一般不少于3簇，簇间距为数米～数十米，各簇压裂缝网通过水平井筒构成具有并联特征的气液固相传输通道。对于页岩油气藏，多簇压裂过程将产生水力裂缝、开启天然裂缝，二者相互沟通、交织形成压裂缝网。因此，页岩油气藏压裂缝网形态、裂缝网络拓扑结构(即裂缝之间连接关系)十分复杂，裂缝宽度具有明显多尺度特征，导致压裂缝网内支撑剂运移机理研究难度大，难以为支撑剂泵注程序优化提供理论指导。

现有单裂缝或多裂缝内支撑剂运移模拟实验装置仍无法满足页岩油气水平井多簇压裂缝网内支撑剂运移规律研究需求。传统裂缝模拟单元是该类型实验装置的关键组件，裂缝模拟单元特征参数(如宽度、长度、裂缝之间连接状态等)与真实裂缝之间差异越小，缝内支撑剂运移模拟实验结果越准确。传统实验装置的裂缝模拟单元主要研制思路为：①利用相互平行设置的透明平板模拟主裂缝形态(如中国发明专利ZL 201610823150.1)，平板之间或平板一侧可设置分支裂缝(如中国发明专利ZL 201410745362.3、中国发明专利ZL201510028142.3)，主裂缝与分支裂缝之间设置可变角度的连接装置；②利用小尺寸透明立方体单元堆积形成大尺寸立方体，各小立方体单元之间间隙为模拟主裂缝、分支裂缝，主裂缝与分支裂缝之间呈90°角度连接。采用上述思路研制的实验装置明显存在以下的不足与缺点：

(1)现有裂缝模拟单元与真实压裂缝网特征差异大。一部分传统裂缝模拟单元内部仅设置1条裂缝，尽管通过三维激光扫描与3D打印技术实现了裂缝壁面形貌真实刻画，但无法反映页岩压裂缝网结构特征；另一部分裂缝模拟单元通过小尺寸立方体单元组装获得了多条主裂缝、分支裂缝，但裂缝壁面形态光滑、平直，裂缝宽度为固定值，且主裂缝与分支裂缝之间仅能垂直连接，而页岩储层真实压裂缝网的裂缝壁面形态弯曲、裂缝宽度多尺度特征明显以及裂缝之间连接方式(即网络拓扑结构)复杂多样。