CN112196509B - 一种全尺寸多簇柔性裂缝模拟装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种全尺寸多簇柔性裂缝模拟装置，包括若干并排设置的一号裂缝模拟板和二号裂缝模拟板，以及用于安装一号裂缝模拟板和二号裂缝模拟板的模拟架，模拟架包括两个基板，一号裂缝模拟板和二号裂缝模拟板均通过滑动机构与对应的基板连接，一号裂缝模拟板与二号裂缝模拟板间隔设置，一号裂缝模拟板与二号裂缝模拟板均为柔性板，相邻的一号裂缝模拟板内腔与二号裂缝模拟板内腔通过连接杆接通。采用本发明的一种全尺寸多簇柔性裂缝模拟装置，能够在实验过程中改变一条或多条裂缝形态模拟裂缝延伸方向改变对该裂缝支撑剂运移和邻近裂缝支撑剂运移的影响，提供更复杂、更贴近实际情形的试验条件，为施工现场制定储层多簇压裂方案提供指导。
Description
技术领域
本发明涉及一种裂缝模拟装置，具体涉及一种全尺寸多簇柔性裂缝模拟装置。
背景技术
我国非常规油气资源储量丰富，主要储存在低压、低渗透的致密油气藏中，开采难度大。水力压裂是非常规油气资源增产的主要技术，能通过压裂在储层中形成裂缝，提高储层导流能力，达到增加油气产量目的。
在实际水平井多段压裂过程中，储层最大水平主应力和方向存在较大差异，导致各裂缝的扩展形态和尺寸均存在很大差异。此外，裂缝在延伸过程中受储层非均质性影响会随机改变原有扩展方向，进而干扰其他裂缝的发育，最终影响支撑剂在各条裂缝中的运移和分布，而支撑剂在裂缝中的分布直接决定着裂缝的导流能力，影响着油气藏的增产效果，因此研究多条可以灵活变形裂缝中支撑剂运移规律具有重要意义。现有实验装置主要采用形态固定的槽体模拟支撑剂运移，难以体现裂缝延伸过程中随机变化的形态对支撑剂运移的影响。针对上述问题，提出一种利用可动态变形的全尺寸柔性板模拟地层中形态因地应力而改变的复杂裂缝。设计的全尺寸多簇柔性裂缝模拟装置既能模拟压裂过程中裂缝自由变形过程对支撑剂运移的影响，也能在实验过程中改变一条或多条裂缝形态模拟裂缝延伸方向改变对该裂缝支撑剂运移和邻近裂缝支撑剂运移的影响，为探究多条可任意时刻动态变形裂缝对支撑剂运移规律提供了可行的实验方法，这对施工现场制定储层多簇压裂方案提供了可靠的理论依据。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种全尺寸多簇柔性裂缝模拟装置，有助于模拟地层压裂时多簇全尺寸裂缝，研究支撑剂在多簇裂缝中的运移规律。
其技术方案如下：
一种全尺寸多簇柔性裂缝模拟装置，其关键在于，包括若干并排设置的一号裂缝模拟板和二号裂缝模拟板，以及用于安装所述一号裂缝模拟板和所述二号裂缝模拟板的模拟架，其特征在于：
所述模拟架包括两个正对设置的基板，一个所述基板水平位于另一个所述基板的正上方，所有所述一号裂缝模拟板均竖向位于两个所述基板之间，所有所述二号裂缝模拟板均水平位于两个所述基板之间，所述一号裂缝模拟板和所述二号裂缝模拟板均通过滑动机构与对应的所述基板连接，所述一号裂缝模拟板与所述二号裂缝模拟板间隔设置，所述一号裂缝模拟板与所述二号裂缝模拟板均为空心结构；
还包括若干连接件，相邻的所述一号裂缝模拟板与所述二号裂缝模拟板之间分别设有一个所述连接件，所述连接件包括支撑架和连接杆，所述连接杆为空心结构，所有所述支撑架竖向固定在位于下方的所述基板上表面，所述连接杆水平安装在对应的所述支撑架的上端，所有所述连接杆位于同一直线上；
所述一号裂缝模拟板与所述二号裂缝模拟板均为柔性板，相邻的所述一号裂缝模拟板内腔与所述二号裂缝模拟板内腔通过连接杆接通。
采用以上方案的效果：允许所述裂缝模拟板在水平和竖直方向局部或整体发生移动，从而引起所述裂缝模拟板弯曲或扭转变形，使得裂缝模拟板具有形态适应性，能够在实验过程中改变一条或多条裂缝形态模拟裂缝延伸方向改变对该裂缝支撑剂运移和邻近裂缝支撑剂运移的影响，研究多条任意时刻动态变形裂缝对支撑剂运移的影响规律。
所述一号裂缝模拟板的内腔为模拟竖向裂缝缝隙的竖向填充空腔，所述一号裂缝模拟板的竖向边缘上还设有若干裂缝出口，所述裂缝出口沿所述一号裂缝模拟板的竖向边缘均匀设置，所述裂缝出口与所述竖向填充空腔接通；
所述二号裂缝模拟板的内腔为模拟水平裂缝缝隙的水平填充内腔，所述二号裂缝模拟板的边缘上也设有若干所述裂缝出口，所述裂缝出口沿所述二号裂缝模拟板的边缘均匀设置，所述裂缝出口与所述水平填充内腔接通；
所述一号裂缝模拟板的两个侧面中心均贯穿有灌注孔，所述二号裂缝模拟板正对设置的两个边缘上也分别贯穿有所述灌注孔，所述连接杆的一端通过对应的所述灌注孔与所述竖向填充空腔接通，所述连接杆的另一端通过对应的所述灌注孔与所述水平填充空腔接通。
所述连接杆包括固定管和两个调节管，所述固定管水平固定在所述支撑架的上端，所述固定管的内壁设有螺纹，所述调节管的外壁设有螺纹，两个所述调节管的任意一端分别与所述固定管的两端螺纹连接并接通；
所述调节管远离所述固定管的一端还套设有顶紧座，所述调节管远离所述固定管的一端与对应的所述灌注孔接通，所述顶紧座与所述灌注孔一一对应，所述顶紧座安装在对应的所述灌注孔上，所述调节管远离所述固定管的一端与所述顶紧座固定连接。
所述滑动机构包括若干安装柱、若干限位板和若干裂缝滑块，所有所述安装柱竖向设置，所述安装柱为圆柱状，所述限位板为圆板，所述安装柱与所述限位板一一对应，所述限位板的中心与对应的所述安装柱固定连接，所有所述安装柱远离所述限位板的一端固定在所述基板的内侧面上，所有所述安装柱呈矩形阵列分布；
所述限位板的半径大于所述安装柱的半径，任意两个相邻的所述安装柱之间存在缝隙并形成滑动区域，任意两个相邻的所述限位板之间存在缝隙并形成滑道，所述裂缝滑块位于所述滑动区域内；
所述一号裂缝模拟板上边缘和下边缘分别设有若干连接裂缝弹簧，所述连接裂缝弹簧与所述裂缝滑块一一对应，所述连接裂缝弹簧的一端与所述一号裂缝模拟板的边缘连接，所述连接裂缝弹簧的另一端伸入所述滑道并与对应的所述裂缝滑块连接；
所述二号裂缝模拟板的两个侧边还分别设有若干固定块，所有所述固定块上分别设有所述连接裂缝弹簧，所述连接裂缝弹簧朝上伸入对应的所述滑道并与对应的所述裂缝滑块连接。采用以上技术方案的效果是，所述一号裂缝模拟板和所述二号裂缝模拟板变形过程趋于平稳。
两个所述基板之间通过固定螺杆连接。
所述顶紧座包括两个顶紧环和若干压簧，两个所述顶紧环分别活动套设在所述调节管上，两个所述顶紧环之间通过至少两个压簧连接，所述压簧围绕所述调节管设置，所述调节管上还设有限位螺母，所述限位螺母与靠近所述固定管的所述顶紧环抵靠；
远离所述固定管的所述顶紧环边缘还设有环形夹层，围绕所述灌注孔的所述一号裂缝模拟板的边缘和所述二号裂缝模拟板的边缘分别伸入对应的所述环形夹层并与之固定；
远离所述固定管的所述顶紧环内壁还设有环形限位槽，所述环形限位槽围绕所述顶紧环的内腔设置，所述环形限位槽与所述顶紧环远离所述固定管的一端接通，所有所述调节管远离所述固定管的一端外壁还固套有限位环，所述限位环位于所述环形限位槽内。
所述一号裂缝模拟板和所述二号裂缝模拟板为透明或半透明板。
有益效果：本申请中一号裂缝模拟板和二号裂缝模拟板能够在竖向或水平方向发生移动或变形，具有形态适应性，能够在实验过程中改变一条或多条裂缝形态模拟裂缝延伸方向改变对该裂缝支撑剂运移和邻近裂缝支撑剂运移的影响，研究多条任意时刻动态变形裂缝对支撑剂运移的影响规律，提供更复杂、更贴近实际情形的试验条件，为施工现场制定储层多簇压裂方案提供指导。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的正视图；
图3为一号裂缝模拟板2和二号裂缝模拟板2a适应水平裂缝及竖向裂缝时的连接关系示意图；
图4为图2的局部放大图X；
图5为顶紧座9的安装结构示意图。
具体实施方式
以下结合实施例和附图对本发明作进一步说明。
如图1到图5所示，一种全尺寸多簇柔性裂缝模拟装置，其主要包括若干并排设置的一号裂缝模拟板2和二号裂缝模拟板2a，以及用于安装所述一号裂缝模拟板2和所述二号裂缝模拟板2a的模拟架，其特征在于：
所述模拟架包括两个正对设置的基板3，一个所述基板3水平位于另一个所述基板3的正上方，所有所述一号裂缝模拟板2均竖向位于两个所述基板3之间，所有所述二号裂缝模拟板2a均水平位于两个所述基板3之间，所述一号裂缝模拟板2和所述二号裂缝模拟板2a均通过滑动机构与对应的所述基板3连接，所述一号裂缝模拟板2与所述二号裂缝模拟板2a间隔设置，所述一号裂缝模拟板2与所述二号裂缝模拟板2a均为空心结构；
还包括若干连接件，相邻的所述一号裂缝模拟板2与所述二号裂缝模拟板2a之间分别设有一个所述连接件，所述连接件包括支撑架4和连接杆，所述连接杆为空心结构，所有所述支撑架4竖向固定在位于下方的所述基板3上表面，所述连接杆水平安装在对应的所述支撑架4的上端，所有所述连接杆位于同一直线上；
所述一号裂缝模拟板2与所述二号裂缝模拟板2a均为柔性板，相邻的所述一号裂缝模拟板2内腔与所述二号裂缝模拟板2a内腔通过连接杆接通。
其中：
所述一号裂缝模拟板2的内腔为模拟竖向裂缝缝隙的竖向填充空腔，所述一号裂缝模拟板2的竖向边缘上还设有若干裂缝出口11，所述裂缝出口11沿所述一号裂缝模拟板2的竖向边缘均匀设置，所述裂缝出口11与所述竖向填充空腔接通；
所述二号裂缝模拟板2a的内腔为模拟水平裂缝缝隙的水平填充内腔，所述二号裂缝模拟板2a的边缘上也设有若干所述裂缝出口11，所述裂缝出口11沿所述二号裂缝模拟板2a的边缘均匀设置，所述裂缝出口11与所述水平填充内腔接通；
所述一号裂缝模拟板2的两个侧面中心均贯穿有灌注孔，所述二号裂缝模拟板2a正对设置的两个边缘上也分别贯穿有所述灌注孔，所述连接杆的一端通过对应的所述灌注孔与所述竖向填充空腔接通，所述连接杆的另一端通过对应的所述灌注孔与所述水平填充空腔接通。
所述连接杆包括固定管5a和两个调节管5b，所述固定管5a水平固定在所述支撑架4的上端，所述固定管5a的内壁设有螺纹，所述调节管5b的外壁设有螺纹，两个所述调节管5b的任意一端分别与所述固定管5a的两端螺纹连接并接通；
所述调节管5b远离所述固定管5a的一端还套设有顶紧座9，所述调节管5b远离所述固定管5a的一端与对应的所述灌注孔接通，所述顶紧座9与所述灌注孔一一对应，所述顶紧座9安装在对应的所述灌注孔上，所述调节管5b远离所述固定管5a的一端与所述顶紧座9固定连接。
所述滑动机构包括若干安装柱6a、若干限位板6b和若干裂缝滑块7，所有所述安装柱6a竖向设置，所述安装柱6a为圆柱状，所述限位板6b为圆板，所述安装柱6a与所述限位板6b一一对应，所述限位板6b的中心与对应的所述安装柱6a固定连接，所有所述安装柱6a远离所述限位板6b的一端固定在所述基板3的内侧面上，所有所述安装柱6a呈矩形阵列分布；
所述限位板6b的半径大于所述安装柱6a的半径，任意两个相邻的所述安装柱6a之间存在缝隙并形成滑动区域，任意两个相邻的所述限位板6b之间存在缝隙并形成滑道，所述裂缝滑块7位于所述滑动区域内；
所述一号裂缝模拟板2上边缘和下边缘分别设有若干连接裂缝弹簧8，所述连接裂缝弹簧8与所述裂缝滑块7一一对应，所述连接裂缝弹簧8的一端与所述一号裂缝模拟板2的边缘连接，所述连接裂缝弹簧8的另一端伸入所述滑道并与对应的所述裂缝滑块7连接；
所述二号裂缝模拟板2a的两个侧边还分别设有若干固定块，所有所述固定块上分别设有所述连接裂缝弹簧8，所述连接裂缝弹簧8朝上伸入对应的所述滑道并与对应的所述裂缝滑块7连接。
两个所述基板3之间通过固定螺杆10连接。
所述顶紧座9包括两个顶紧环9a和若干压簧9b，两个所述顶紧环9a分别活动套设在所述调节管5b上，两个所述顶紧环9a之间通过至少两个压簧9b连接，所述压簧9b围绕所述调节管5b设置，所述调节管5b上还设有限位螺母，所述限位螺母与靠近所述固定管5a的所述顶紧环9a抵靠；
远离所述固定管5a的所述顶紧环9a边缘还设有环形夹层，围绕所述灌注孔的所述一号裂缝模拟板2的边缘和所述二号裂缝模拟板2a的边缘分别伸入对应的所述环形夹层并与之固定；
远离所述固定管5a的所述顶紧环9a内壁还设有环形限位槽，所述环形限位槽围绕所述顶紧环9a的内腔设置，所述环形限位槽与所述顶紧环9a远离所述固定管5a的一端接通，所有所述调节管5b远离所述固定管5a的一端外壁还固套有限位环，所述限位环位于所述环形限位槽内。
所述一号裂缝模拟板2和所述二号裂缝模拟板2a为透明或半透明板。。
由于在实际压裂工程中，对于多裂缝的存在会极大的改变地层应力方向和大小，导致裂缝存在水平裂缝的同时还存在竖向裂缝，使得一个压裂段内同时存在多条水平裂缝和垂直裂缝，对于模拟这种复杂的裂缝时；
将用于模拟竖向裂缝的若干所述一号裂缝模拟板2和用于模拟水平裂缝的若干所述二号裂缝模拟板2a通过连接杆按任意顺序连接并串通。
实验开始前，先通过调节调节管5b和固定管5a调节各一号裂缝模拟板2和所述二号裂缝模拟板2a之间的间距；然后根据实验需要调节各个灌注孔的限位螺母，以使入口具有相应的开启压力；最后封堵装置末端出口；
实验开始时，从连接杆一端入口持续注入支撑剂，由于支撑剂的增多，管道压力在达到灌注孔开启压力后支撑剂填充填充空腔，所述一号裂缝模拟板2、所述二号裂缝模拟板2a会因为支撑剂的填充内部压力发生改变，从而在竖向或水平方向逐渐变形。
在整个实验过程中，可以调整不同所述一号裂缝模拟板2和所述二号裂缝模拟板2a裂缝形态，观察一号裂缝模拟板2和所述二号裂缝模拟板2a形态改变对支撑剂在其他一号裂缝模拟板2或所述二号裂缝模拟板2a中的运移影响
也可以调整各簇灌注孔的开启压力，研究各簇裂缝开启压力对支撑剂运移的影响；
所述一号裂缝模拟板2或所述二号裂缝模拟板2a通过连接杆进行连接，可以根据实验需要改变一号裂缝模拟板2或二号裂缝模拟板2a的数量；
实验结束后，在连接杆人口持续注入清水冲洗裂缝和管道支撑剂以清理实验装置。
最后需要说明的是，上述描述仅仅为本发明的优选实施例，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种全尺寸多簇柔性裂缝模拟装置，包括若干并排设置的一号裂缝模拟板(2)和二号裂缝模拟板(2a)，以及用于安装所述一号裂缝模拟板(2)和所述二号裂缝模拟板(2a)的模拟架，其特征在于：
所述模拟架包括两个正对设置的基板(3)，一个所述基板(3)水平位于另一个所述基板(3)的正上方，所有所述一号裂缝模拟板(2)均竖向位于两个所述基板(3)之间，所有所述二号裂缝模拟板(2a)均水平位于两个所述基板(3)之间，所述一号裂缝模拟板(2)和所述二号裂缝模拟板(2a)均通过滑动机构与对应的所述基板(3)连接，所述一号裂缝模拟板(2)与所述二号裂缝模拟板(2a)间隔设置，所述一号裂缝模拟板(2)与所述二号裂缝模拟板(2a)均为空心结构；
还包括若干连接件，相邻的所述一号裂缝模拟板(2)与所述二号裂缝模拟板(2a)之间分别设有一个所述连接件，所述连接件包括支撑架(4)和连接杆，所述连接杆为空心结构，所有所述支撑架(4)竖向固定在位于下方的所述基板(3)上表面，所述连接杆水平安装在对应的所述支撑架(4)的上端，所有所述连接杆位于同一直线上；
所述一号裂缝模拟板(2)与所述二号裂缝模拟板(2a)均为柔性板，相邻的所述一号裂缝模拟板(2)内腔与所述二号裂缝模拟板(2a)内腔通过连接杆接通。
2.根据权利要求1所述的一种全尺寸多簇柔性裂缝模拟装置，其特征在于：所述一号裂缝模拟板(2)的内腔为模拟竖向裂缝缝隙的竖向填充空腔，所述一号裂缝模拟板(2)的竖向边缘上还设有若干裂缝出口(11)，所述裂缝出口(11)沿所述一号裂缝模拟板(2)的竖向边缘均匀设置，所述裂缝出口(11)与所述竖向填充空腔接通；
所述二号裂缝模拟板(2a)的内腔为模拟水平裂缝缝隙的水平填充内腔，所述二号裂缝模拟板(2a)的边缘上也设有若干所述裂缝出口(11)，所述裂缝出口(11)沿所述二号裂缝模拟板(2a)的边缘均匀设置，所述裂缝出口(11)与所述水平填充内腔接通；
所述一号裂缝模拟板(2)的两个侧面中心均贯穿有灌注孔，所述二号裂缝模拟板(2a)正对设置的两个边缘上也分别贯穿有所述灌注孔，所述连接杆的一端通过对应的所述灌注孔与所述竖向填充空腔接通，所述连接杆的另一端通过对应的所述灌注孔与所述水平填充内 腔接通。
3.根据权利要求2所述的一种全尺寸多簇柔性裂缝模拟装置，其特征在于：所述连接杆包括固定管(5a)和两个调节管(5b)，所述固定管(5a)水平固定在所述支撑架(4)的上端，所述固定管(5a)的内壁设有螺纹，所述调节管(5b)的外壁设有螺纹，两个所述调节管(5b)的任意一端分别与所述固定管(5a)的两端螺纹连接并接通；
所述调节管(5b)远离所述固定管(5a)的一端还套设有顶紧座(9)，所述调节管(5b)远离所述固定管(5a)的一端与对应的所述灌注孔接通，所述顶紧座(9)与所述灌注孔一一对应，所述顶紧座(9)安装在对应的所述灌注孔上，所述调节管(5b)远离所述固定管(5a)的一端与所述顶紧座(9)固定连接。
4.根据权利要求3所述的一种全尺寸多簇柔性裂缝模拟装置，其特征在于：所述滑动机构包括若干安装柱(6a)、若干限位板(6b)和若干裂缝滑块(7)，所有所述安装柱(6a)竖向设置，所述安装柱(6a)为圆柱状，所述限位板(6b)为圆板，所述安装柱(6a)与所述限位板(6b)一一对应，所述限位板(6b)的中心与对应的所述安装柱(6a)固定连接，所有所述安装柱(6a)远离所述限位板(6b)的一端固定在所述基板(3)的内侧面上，所有所述安装柱(6a)呈矩形阵列分布；
所述限位板(6b)的半径大于所述安装柱(6a)的半径，任意两个相邻的所述安装柱(6a)之间存在缝隙并形成滑动区域，任意两个相邻的所述限位板(6b)之间存在缝隙并形成滑道，所述裂缝滑块(7)位于所述滑动区域内；
所述一号裂缝模拟板(2)上边缘和下边缘分别设有若干连接裂缝弹簧(8)，所述连接裂缝弹簧(8)与所述裂缝滑块(7)一一对应，所述连接裂缝弹簧(8)的一端与所述一号裂缝模拟板(2)的边缘连接，所述连接裂缝弹簧(8)的另一端伸入所述滑道并与对应的所述裂缝滑块(7)连接；
所述二号裂缝模拟板(2a)的两个侧边还分别设有若干固定块，所有所述固定块上分别设有所述连接裂缝弹簧(8)，所述连接裂缝弹簧(8)朝上伸入对应的所述滑道并与对应的所述裂缝滑块(7)连接。
5.根据权利要求4所述的一种全尺寸多簇柔性裂缝模拟装置，其特征在于：两个所述基板(3)之间通过固定螺杆(10)连接。
6.根据权利要求5所述的一种全尺寸多簇柔性裂缝模拟装置，其特征在于：所述顶紧座(9)包括两个顶紧环(9a)和若干压簧(9b)，两个所述顶紧环(9a)分别活动套设在所述调节管(5b)上，两个所述顶紧环(9a)之间通过至少两个压簧(9b)连接，所述压簧(9b)围绕所述调节管(5b)设置，所述调节管(5b)上还设有限位螺母，所述限位螺母与靠近所述固定管(5a)的所述顶紧环(9a)抵靠；
远离所述固定管(5a)的所述顶紧环(9a)边缘还设有环形夹层，围绕所述灌注孔的所述一号裂缝模拟板(2)的边缘和所述二号裂缝模拟板(2a)的边缘分别伸入对应的所述环形夹层并与之固定；
远离所述固定管(5a)的所述顶紧环(9a)内壁还设有环形限位槽，所述环形限位槽围绕所述顶紧环(9a)的内腔设置，所述环形限位槽与所述顶紧环(9a)远离所述固定管(5a)的一端接通，所有所述调节管(5b)远离所述固定管(5a)的一端外壁还固套有限位环，所述限位环位于所述环形限位槽内。
7.根据权利要求6所述的一种全尺寸多簇柔性裂缝模拟装置，其特征在于：所述一号裂缝模拟板(2)和所述二号裂缝模拟板(2a)为透明或半透明板。
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