CN114061660A - 模拟水平井多簇双翼水力裂缝支撑剂输送实验装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种模拟水平井多簇双翼水力裂缝支撑剂输送实验装置及方法，所述实验装置包括依次相连的携砂液配置***、多簇双翼水力裂缝***、携砂液回收***、监测***；所述多簇双翼水力裂缝***包括水平井筒，所述水平井筒上设有N个射孔，所述N为大于等于4的偶数，所述射孔在同一轴线上设置至少两个形成多簇，所述射孔在同一径向上对称设置两个形成双翼，每个所述射孔与裂缝模拟模型相连；所述水平井筒的入口与所述携砂液配置***的出口相连，所述水平井筒的出口和所述裂缝模拟模型的出口均与所述携砂液回收***相连；所述监测***包括流量计、压力计、摄像机。本发明能够模拟水平井多簇双翼水力裂缝支撑剂输送情况，为水平井分段压裂提供技术支持。
Description
技术领域
本发明涉及油气藏增产技术领域，特别涉及一种模拟水平井多簇双翼水力裂缝支撑剂输送实验装置及方法。
背景技术
目前，我国油气开采的重点已经由常规油气藏向低渗油气藏、致密油气藏、页岩油气藏等非常规油气藏延伸，而水平井分段压裂技术是这些非常规油气藏增产改造的重要措施。水平井分段压裂过程中，压裂液和支撑剂的混合物自泵组出来之后，依次通过地面管系、垂直段管柱和水平段管柱，然后进入裂缝中运移、沉降及铺置，其在裂缝中的最终铺置形态决定了压裂的效果以及最终的油气产能。
由于支撑剂在裂缝中输送铺置的重要性，目前国内外有较多关于水平井支撑剂输送的实验和数值模拟研究。然而，现有的支撑剂输送的实验装置及研究主要针对水平井分段压裂时单段中单簇所形成的主缝或复杂缝，而实际压裂过程中地层是多簇双翼裂缝同时进液，存在多簇不同特征裂缝(缝长、缝高、缝宽均有差异)和不同裂缝之间及相同裂缝不同进口之间的流量分配等问题，现有的实验装置无法进行有效的模拟。
发明内容
针对上述问题，本发明旨在提供一种模拟水平井多簇双翼水力裂缝支撑剂输送实验装置及方法，能够在室内更好地重现非常规储层水平井分段压裂过程管柱和裂缝中的流动现象。
本发明的技术方案如下：
一方面，提供一种模拟水平井多簇双翼水力裂缝支撑剂输送实验装置，包括依次相连的携砂液配置***、多簇双翼水力裂缝***、携砂液回收***、监测***；
所述多簇双翼水力裂缝***包括水平井筒，所述水平井筒上设有N个射孔，所述N为大于等于4的偶数，所述射孔在同一轴线上设置至少两个形成多簇，所述射孔在同一径向上对称设置两个形成双翼，每个所述射孔与裂缝模拟模型相连；
所述水平井筒的入口与所述携砂液配置***的出口相连，所述水平井筒的出口和所述裂缝模拟模型的出口均与所述携砂液回收***相连；
所述监测***包括流量计、压力计、摄像机，所述流量计设置多个且分别设置在携砂液配置***与水平井筒相连的管路之间、裂缝模拟模型与携砂液回收***相连的管路之间，所述压力计设置多个且分别设置在携砂液配置***与水平井筒相连的管路之间、射孔输入端的水平井筒上、以及水平井筒与携砂液回收***相连的管路之间，所述摄像机设置多个且数量与所述裂缝模拟模型数量相同，一个摄像机拍摄一个裂缝模拟模型中支撑剂的输送情况。
作为优选，所述水平井筒设置多个，且多个所述水平井筒在同一垂直面上平行设置，每个所述水平井筒上的射孔在同一垂直面上，且同一垂直面同一侧的射孔与同一个所述裂缝模拟模型相连。
作为优选，还包括竖直井筒，所述竖直井筒设置两个，分别设置在所述水平井筒的进口端和出口端。
作为优选，所述携砂液配置***包括依次相连的储液罐、输送泵一、混砂罐、输送泵二，所述储液罐与所述输送泵一之间设有阀门一，所述混砂罐与所述输送泵二之间设有阀门二，所述输送泵二与所述水平井筒相连，且相连的管路上设有阀门三，所述携砂液配置***与水平井筒相连的管路之间设置的流量计和压力计依次设置在所述阀门三与所述水平井筒之间。
作为优选，所述阀门一和所述阀门二采用闸阀，所述阀门三采用调节阀。
作为优选，所述携砂液回收***包括固液分离器、支撑剂回收储罐、液体回收储罐。
作为优选，所述固液分离器采用旋流除砂器。
作为优选，所述液体回收储罐与所述储液罐为同一个储罐。
另一方面，还提供一种模拟水平井多簇双翼水力裂缝支撑剂输送实验方法，采用上述任意一项所述的模拟水平井多簇双翼水力裂缝支撑剂输送实验装置进行实验，包括以下步骤：在所述携砂液配置***中配置携砂液；泵送所述携砂液进入所述多簇双翼水力裂缝***，并利用所述监测***监测支撑剂的输送过程，输送完成后利用所述携砂液回收***回收所述携砂液。
本发明的有益效果是：
本发明所述实验装置能够更真实地对支撑剂在裂缝中的堆积情况进行模拟；使用时可根据需求，改变所述裂缝模拟模型，以此模拟不同的特征裂缝情况，如不同的缝高、缝宽、缝长，以及多簇复杂缝网等；通过设置的流量计和压力计，可以有效监控流量分配的问题以及压力的变化情况；通过设置的摄像机能够监测支撑剂输送过程中的堆积情况；通过对水平井筒前端的阀门及裂缝模拟模型出口处的阀门进行调节，可以模拟不同的射孔进液情况和裂缝模拟模型之间不同的流量分配情况。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实验装置的一个具体实施例结构示意图。
图中标号：1-水平井筒、2-裂缝模拟模型、3-流量计、4-压力计、5-摄像机、6-竖直井筒、7-排气阀、8-排液阀、9-储液罐、10-输送泵一、11-混砂罐、12-输送泵二、13-阀门一、14-阀门二、15-阀门三、16-固液分离器、17-支撑剂回收储罐、18-阀门四。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的技术特征可以相互结合。需要指出的是，除非另有指明，本申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。本发明公开使用的“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。
在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不是用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语；使用的术语中“上”、“下”、“左”、“右”等通常是针对附图所示的方向而言，或者是针对部件本身在竖直、垂直或重力方向上而言；同样地，为便于理解和描述，“内”、“外”等是指相对于各部件本身的轮廓的内、外。但上述方位词并不用于限制本发明。
一方面，如图1所示，本发明提供一种模拟水平井多簇双翼水力裂缝支撑剂输送实验装置，包括依次相连的携砂液配置***、多簇双翼水力裂缝***、携砂液回收***、监测***；
所述多簇双翼水力裂缝***包括水平井筒1，所述水平井筒1上设有N个射孔，所述N为大于等于4的偶数，所述射孔在同一轴线上设置至少两个形成多簇，所述射孔在同一径向上对称设置两个形成双翼，每个所述射孔与裂缝模拟模型2相连；
所述水平井筒1的入口与所述携砂液配置***的出口相连，所述水平井筒1的出口和所述裂缝模拟模型2的出口均与所述携砂液回收***相连，且相连的管线上均设有阀门；
所述监测***包括流量计3、压力计4、摄像机5，所述流量计3设置多个且分别设置在携砂液配置***与水平井筒1相连的管路之间、裂缝模拟模型2与携砂液回收***相连的管路之间，所述压力计4设置多个且分别设置在携砂液配置***与水平井筒1相连的管路之间、射孔输入端的水平井筒1上、以及水平井筒1与携砂液回收***相连的管路之间，所述摄像机5设置多个且数量与所述裂缝模拟模型2数量相同，一个摄像机5拍摄一个裂缝模拟模型2中支撑剂的输送情况。
需要说明的是，在上述实施例中，所述裂缝模拟模型为现有技术，具体结构在此不再赘述。需要说明的是，由于页岩储层的非均质特性，不同位置的裂缝破裂程度不一样，因此压裂液进入每簇裂缝的流量不同，在本发明中，通过在所述裂缝模拟模型出口处设置阀门，能够通过对阀门进行调节，从而模拟不同的裂缝中流量的分配情况。
在一个具体的实施例中，所述水平井筒1设置多个，且多个所述水平井筒1在同一垂直面上平行设置，每个所述水平井筒1上的射孔在同一垂直面上，且同一垂直面同一侧的射孔与同一个所述裂缝模拟模型2相连。
需要说明的是，通过水平井筒的射孔进入裂缝模拟模型的流量会影响支撑剂的铺置形态，因此可以通过调节水平井筒前端的阀门，控制阀门所在水平井筒的流量，以此来实现不同的射孔进液分配情况对支撑剂堆积形态的影响。
在上述实施例中，可选地，所述实验装置还包括竖直井筒6，所述竖直井筒6设置两个，分别设置在所述水平井筒1的进口端和出口端，竖直井筒6对应水平井筒1的位置设有射孔。如此，能够在所述竖直井筒6上设置上下阀门，排出实验装置内部的空气，并方便实验装置清砂。可选地，所述水平井筒1与所述竖直井筒6通过焊接的方式连接。可选地，所述竖直井筒6的顶部设有排气阀7，底部设有排液阀8。
在一个具体的实施例中，所述携砂液配置***包括依次相连的储液罐9、输送泵一10、混砂罐11、输送泵二12，所述储液罐9与所述输送泵一10之间设有阀门一13，所述混砂罐11与所述输送泵二12之间设有阀门二14，所述输送泵二12与所述水平井筒1相连，且相连的管路上设有阀门三15，所述携砂液配置***与水平井筒1相连的管路之间设置的流量计3和压力计4依次设置在所述阀门三15与所述水平井筒1之间；所述携砂液回收***包括固液分离器16、支撑剂回收储罐17、液体回收储罐，所述固液分离器16的输入口与所述水平井筒1的输出口相连，且相连的管路上设有阀门四18。
可选地，所述阀门一13和所述阀门二14采用闸阀，所述阀门三15采用调节阀，所述固液分离器16采用旋流除砂器。所述调节阀不仅有阻断功能，还可以调节流量。需要说明的是，所述闸阀、调节阀、旋流除砂器均为现有技术，具体结构在此不再赘述。
为了循环使用所述携砂液中的液体，节省资源，可选地，所述液体回收储罐与所述储液罐9为同一个储罐，如此使所述实验装置形成一个封闭的循环***。
在一个具体的实施例中，所述储液罐9和所述混砂罐11上还设有液位计，通过所述液位计能够直观观测罐内的液位高度。
在一个具体的实施例中，所述裂缝模拟模型2上设有背光源，通过所述背光源，能使所述摄像机5拍摄的效果更佳，更清晰的看到支撑剂在裂缝中的堆积情况。
在一个具体的实施例中，所述监测***还包括计算机，所述流量计3、压力计4、摄像机5分别与所述计算机相连。
在一个具体的实施例中，所述携砂液配置***与所述多簇双翼水力裂缝***之间的相连管线、所述裂缝模拟模型2与所述携砂液回收***之间的相连管线、以及所述水平井筒1与所述携砂液回收***之间的相连管线均采用钢管(图中颜色较浅部分的管线)，形成钢管架，其他连接管线采用柔性管。在本实施例中，可选地，所述摄像机5通过摄像机支架进行放置。
另一方面，本发明还提供一种模拟水平井多簇双翼水力裂缝支撑剂输送实验方法，采用上述任意一项所述的模拟水平井多簇双翼水力裂缝支撑剂输送实验装置进行实验，包括以下步骤：在所述携砂液配置***中配置携砂液；泵送所述携砂液进入所述多簇双翼水力裂缝***，并利用所述监测***监测支撑剂的输送过程，输送完成后利用所述携砂液回收***回收所述携砂液。
在一个具体的实施例中，采用如图1所示的实验装置进行模拟水平井多簇双翼水力裂缝支撑剂输送实验，包括以下步骤：
(1)在各裂缝模拟模型2的外侧设置好对应的背光源；
(2)关闭所有输送泵和阀门，向所述储液罐9中注入清水，开启所有输送泵和阀门，使清水在所述实验装置中进行循环，观察各个部件是否漏液，检测密封性能，如果密封性良好，则开始下一步，如果所述实验装置存在漏液，则需紧固对应漏液部件使其密封完好直至不漏液后开始下一步；
(3)排除所述实验装置中的清水，关闭所有输送泵和阀门，在所述储液罐9中配置好实验用液，并计算所需支撑剂的用量；
(4)调整摄像机5至所需观测区域，开启电脑，打开摄像***软件，打开安装好的裂缝背光源；
(5)开启阀门一13，打开输送泵一10，打开混砂罐11电机，液体进入混砂罐11中，取计算好的支撑剂通过所述混砂罐11的加料口加入混砂罐11中，边加入边进行搅拌，使液体与支撑剂混合均匀，形成携砂液；
(6)打开阀门二14、阀门三15、阀门四18，开启输送泵二12，携砂液进入支撑剂输送***，观察裂缝中是否有气体，如有气体，打开竖直井筒顶部的排气阀使气体排出，调节阀门三18使输入流量达到目标流量值；
(7)观察支撑剂堆积形态，同时根据采集得到流量及压力，总结水平井多簇双翼水力裂缝支撑剂输送规律；
(8)待实验达到预设输送时间，停止输送，清洗设备，结束实验。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (9)
1.一种模拟水平井多簇双翼水力裂缝支撑剂输送实验装置，其特征在于，包括依次相连的携砂液配置***、多簇双翼水力裂缝***、携砂液回收***、监测***；
所述多簇双翼水力裂缝***包括水平井筒，所述水平井筒上设有N个射孔，所述N为大于等于4的偶数，所述射孔在同一轴线上设置至少两个形成多簇，所述射孔在同一径向上对称设置两个形成双翼，每个所述射孔与裂缝模拟模型相连；
所述水平井筒的入口与所述携砂液配置***的出口相连，所述水平井筒的出口和所述裂缝模拟模型的出口均与所述携砂液回收***相连；
所述监测***包括流量计、压力计、摄像机，所述流量计设置多个且分别设置在携砂液配置***与水平井筒相连的管路之间、裂缝模拟模型与携砂液回收***相连的管路之间，所述压力计设置多个且分别设置在携砂液配置***与水平井筒相连的管路之间、射孔输入端的水平井筒上、以及水平井筒与携砂液回收***相连的管路之间，所述摄像机设置多个且数量与所述裂缝模拟模型数量相同，一个摄像机拍摄一个裂缝模拟模型中支撑剂的输送情况。
2.根据权利要求1所述的模拟水平井多簇双翼水力裂缝支撑剂输送实验装置，其特征在于，所述水平井筒设置多个，且多个所述水平井筒在同一垂直面上平行设置，每个所述水平井筒上的射孔在同一垂直面上，且同一垂直面同一侧的射孔与同一个所述裂缝模拟模型相连。
3.根据权利要求2所述的模拟水平井多簇双翼水力裂缝支撑剂输送实验装置，其特征在于，还包括竖直井筒，所述竖直井筒设置两个，分别设置在所述水平井筒的进口端和出口端。
4.根据权利要求1所述的模拟水平井多簇双翼水力裂缝支撑剂输送实验装置，其特征在于，所述携砂液配置***包括依次相连的储液罐、输送泵一、混砂罐、输送泵二，所述储液罐与所述输送泵一之间设有阀门一，所述混砂罐与所述输送泵二之间设有阀门二，所述输送泵二与所述水平井筒相连，且相连的管路上设有阀门三，所述携砂液配置***与水平井筒相连的管路之间设置的流量计和压力计依次设置在所述阀门三与所述水平井筒之间。
5.根据权利要求4所述的模拟水平井多簇双翼水力裂缝支撑剂输送实验装置，其特征在于，所述阀门一和所述阀门二采用闸阀，所述阀门三采用调节阀。
6.根据权利要求4所述的模拟水平井多簇双翼水力裂缝支撑剂输送实验装置，其特征在于，所述携砂液回收***包括固液分离器、支撑剂回收储罐、液体回收储罐。
7.根据权利要求6所述的模拟水平井多簇双翼水力裂缝支撑剂输送实验装置，其特征在于，所述固液分离器采用旋流除砂器。
8.根据权利要求6或7所述的模拟水平井多簇双翼水力裂缝支撑剂输送实验装置，其特征在于，所述液体回收储罐与所述储液罐为同一个储罐。
9.一种模拟水平井多簇双翼水力裂缝支撑剂输送实验方法，其特征在于，采用权利要求1-8中任意一项所述的模拟水平井多簇双翼水力裂缝支撑剂输送实验装置进行检测，包括以下步骤：在所述携砂液配置***中配置携砂液；泵送所述携砂液进入所述多簇双翼水力裂缝***，并利用所述监测***监测支撑剂的输送过程，输送完成后利用所述携砂液回收***回收所述携砂液。
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