CN115030703B - 一种模拟水平井多段分簇压裂支撑剂分布的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模拟水平井多段分簇压裂支撑剂分布的装置及方法，装置包括测试管道、注液机构、若干个收集测量机构及倾角调节机构；所述测试管道沿长度方向依次开设有若干组射孔簇；所述注液机构包括配制罐及驱动泵。本发明的有益效果是：通过挡流筒及收集斗分别收集各个射孔簇中射出的压裂液，再通过分离槽将收集到的压裂液与支撑剂分离，从而便于测量各个射孔簇中射出的支撑剂的重量，以便于研究支撑剂在各个射孔簇中的分布情况，之后改变支撑剂的类型及目数、压裂液的成分、测试管道的倾角等参数，重复试验，从而得到这些参数对水平井多段分簇压裂过程中，支撑剂在各个射孔簇中的分布的影响，从而为水平井压裂设计提供实验数据支撑。

Description

一种模拟水平井多段分簇压裂支撑剂分布的装置及方法

技术领域

本发明涉及水平井压裂技术领域，尤其是涉及一种模拟水平井多段分簇压裂支撑剂分布的装置及方法。

背景技术

我国低渗透和非常规油气藏分布广泛，储层孔隙度和渗透率较低，开发井自然产能低且经济效益差，为了提高单井产量和经济效益，水力压裂成了开发低渗透油气藏的重要手段和必要的增产措施，长水平井段钻井和大规模水力压裂成为主要的改造措施，长水平井段一般分为多段压裂。为了尽可能的增加压裂改造体积和提升单井产量，在水平井多段压裂的基础上形成了水平井“多段分簇”压裂，水平井分成若干个压裂段，每个压裂段射多簇孔，力求压裂过程中形成多簇压裂裂缝。

水平井“多段分簇”压裂过程中，支撑剂跟随压裂液进入水平管段后，再经由各个射孔簇进入储层中，在水平井“多段分簇”压裂时，一个水平管段通常包括若干个沿长度方向依次布置的射孔簇，由于水平管段各个部分的压裂液的压力大致相同，因此，一般认为，从各个射孔簇中射出的压裂液的流量大小基本相等，然而，有研究表明，压裂液中的支撑剂不一定跟随流体均匀从各个射孔簇中排出，即各个射孔簇中排出的支撑剂的量可能是不相等的。

支撑剂对于压裂裂缝导流能力和压裂裂缝的有效性评估至关重要，直接影响到压裂设计支撑剂的用量和压裂泵注程序的确定，关系到压裂后的产气量和产能评估，决定了能否经济高效的开发低渗透油气藏，因此，研究支撑剂在各个射孔簇中的分布情况及影响因素对水平井压裂设计至关重要。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种模拟水平井多段分簇压裂支撑剂分布的装置及方法，用以研究水平井多段分簇压裂过程中，支撑剂在各个射孔簇中的分布情况及影响因素。

为了实现上述目的，本发明提供了一种模拟水平井多段分簇压裂支撑剂分布的装置，包括测试管道、注液机构、若干个收集测量机构及倾角调节机构；

所述测试管道沿长度方向依次开设有若干组射孔簇，所述测试管道的一端封闭，所述测试管道的另一端开口；

所述注液机构包括配制罐及驱动泵，所述配制罐内用于配制带支撑剂的压裂液，所述驱动泵的进口与所述配制罐连通，所述驱动泵的出口与所述测试管道的开口端连通；

所述收集测量机构的数量与所述射孔簇的个数相等并一一对应，各个所述收集测量机构均包括挡流筒、固定杆、收集斗、分离槽、过滤网、出口管及第一流量计，所述挡流筒套设于所述测试管道的***并位于对应的所述射孔簇的外侧，所述固定杆的一端与所述测试管道固定连接，所述固定杆的另一端与所述挡流筒固定连接，所述收集斗位于对应的所述挡流筒的下方，所述过滤网固定于所述分离槽内、并将所述分离槽分隔成第一过滤腔及第二过滤腔，所述第一过滤腔位于所述收集斗的出口的下方，所述出口管的一端与所述第二过滤腔连通，所述第一流量计设置于所述出口管上；

所述倾角调节机构用于调节所述测试管道的倾角。

在一些实施例中，所述注液机构还包括搅拌组件，所述搅拌组件包括搅拌轴、搅拌叶及搅拌电机，所述搅拌轴转动设置于所述配制罐内，所述搅拌叶固定于所述搅拌轴上、并位于所述配制罐内，所述搅拌电机的输出轴与所述搅拌轴连接、并用于驱动所述搅拌轴转动。

在一些实施例中，所述注液机构还包括连接软管，所述连接软管的一端与所述驱动泵的出口连通，所述连接软管的另一端与所述测试管道的开口端连通。

在一些实施例中，所述注液机构还包括压力检测器，所述压力检测器设置于所述连接软管上。

在一些实施例中，所述注液机构还包括第二流量计，所述第二流量计设置于所述连接软管上。

在一些实施例中，所述模拟水平井多段分簇压裂支撑剂分布的装置还包括回收机构，所述回收机构包括回收管及回收泵，所述回收管与各个所述出口管的另一端均连通，所述回收管的一端封闭，所述回收管的另一端开口，所述回收泵的进口与所述回收管的开口端连通，所述回收泵的出口与所述配制罐连通。

在一些实施例中，所述回收机构还包括返流管，所述返流管的一端与所述回收泵的出口连通，所述返流管的另一端与所述配制罐连通。

在一些实施例中，所述倾角调节机构包括第一支撑体、第二支撑体及伸缩件，所述第一支撑体的上端与所述测试管道的一端铰接，所述伸缩件的一端与所述第二支撑体的上端铰接，所述伸缩件的另一端与所述测试管道的另一端铰接。

在一些实施例中，所述伸缩件包括连接块、长螺母及螺杆，所述连接块的一端与所述第二支撑体的上端铰接，所述连接块的另一端与所述长螺母的一端转动连接，所述长螺母的另一端螺纹套设于所述螺杆的一端，所述螺杆的另一端与所述测试管道的另一端铰接。

本发明还提供了一种模拟水平井多段分簇压裂支撑剂分布的方法，适用于所述模拟水平井多段分簇压裂支撑剂分布的装置，包括如下步骤：

S1、在配制罐内配制带支撑剂的压裂液；

S2、开启驱动泵，使配制罐内的压裂液被泵送至测试管道、并从各个射孔簇中射出，射出的钻井液被各个挡流筒阻挡，再从挡流筒的两端向下流入到各个收集斗内，接着从各个收集斗的出口流出到各个分离槽的第一过滤腔内，压裂液中的支撑剂被过滤网阻挡而滞留在第一过滤腔内，压裂液则穿过过滤网进入第二过滤腔，再从出口管排出，第一流量计用于统计各个出口管排出的压裂液的体积；

S3、一段时间后，关闭驱动泵，待各个收集斗内的压裂液都排出后，收集各个收集斗内滞留在第一过滤腔内的支撑剂并分别称重，从而得到支撑剂在各个射孔簇中的分布情况；

S4、改变支撑剂的类型及目数，重复步骤S1-S3，得到支撑剂的类型与目数对支撑剂在各个射孔簇中的分布情况的影响规律；

S5、改变压裂液的成分，重复步骤S1-S3，得到压裂液的成分对支撑剂在各个射孔簇中的分布情况的影响规律；

S6、通过倾角调节机构调节测试管道的倾角，重复步骤S1-S3，得到测试管道的倾角对支撑剂在各个射孔簇中的分布情况的影响规律。

与现有技术相比，本发明提出的技术方案的有益效果是：通过注液机构向测试管道内注入带支撑剂的压裂液，使压裂液从各个射孔簇中射出，通过挡流筒及收集斗分别收集各个射孔簇中射出的压裂液，再通过分离槽将收集到的压裂液与支撑剂分离，从而便于测量各个射孔簇中射出的支撑剂的重量，以便于研究支撑剂在各个射孔簇中的分布情况，之后改变支撑剂的类型及目数、压裂液的成分、测试管道的倾角等参数，重复试验，从而得到这些参数对水平井多段分簇压裂过程中，支撑剂在各个射孔簇中的分布的影响，从而为水平井压裂设计提供实验数据支撑。

附图说明

图1是本发明提供的模拟水平井多段分簇压裂支撑剂分布的装置的一实施例的结构示意图；

图2是图1中的测试管道及挡流筒的立体结构示意图；

图3是图2中的一个挡流筒的立体结构示意图；

图4是图1中的注液机构的结构示意图；

图5是图1中的一个收集测量机构的结构示意图；

图6是图1中的倾角调节机构的结构示意图；

图中：1-测试管道、11-射孔簇、2-注液机构、21-配制罐、22-驱动泵、23-搅拌组件、231-搅拌轴、232-搅拌叶、233-搅拌电机、24-连接软管、25-压力检测器、26-第二流量计、3-收集测量机构、31-挡流筒、32-固定杆、33-收集斗、34-分离槽、341-第一过滤腔、342-第二过滤腔、35-过滤网、36-出口管、361-出口阀、37-第一流量计、4-倾角调节机构、41-第一支撑体、42-第二支撑体、43-伸缩件、431-连接块、432-长螺母、433-螺杆、5-回收机构、51-回收管、52-回收泵、53-返流管。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

术语解释

支撑剂：在石油天然气深井开采时，高闭合压力低渗透性矿床经压裂处理后，使含油气岩层裂开，油气从裂缝形成的通道中汇集而出，此时需要流体注入岩石基层，以超过地层破裂强度的压力，使井筒周围岩层产生裂缝，形成一个具有高层流能力的通道，为保持压裂后形成的裂缝开启，油气产物能顺畅通过。用石油支撑剂随同高压溶液进入地层充填在岩层裂隙中，起到支撑裂隙不因应力释放而闭合的作用，从而保持高导流能力，使油气畅通，增加产量；支撑剂的常见类型有石英砂、金属铝球、核桃壳、玻璃珠、塑料球、钢球、陶粒、树脂覆膜砂等。

请参照图1-图5，本发明提供了一种模拟水平井多段分簇压裂支撑剂分布的装置，包括测试管道1、注液机构2、若干个收集测量机构3及倾角调节机构4。

所述测试管道1沿长度方向依次开设有若干组射孔簇11，所述测试管道1的一端封闭，所述测试管道1的另一端开口，本实施例中，测试管道1上开设有6组射孔簇11，每组射孔簇11均包括5个射孔。

所述注液机构2包括配制罐21及驱动泵22，所述配制罐21内用于配制带支撑剂的压裂液，所述驱动泵22的进口与所述配制罐21连通，所述驱动泵22的出口与所述测试管道1的开口端连通。

所述收集测量机构3的数量与所述射孔簇11的个数相等并一一对应，各个所述收集测量机构3均包括挡流筒31、固定杆32、收集斗33、分离槽34、过滤网35、出口管36及第一流量计37，所述挡流筒31套设于所述测试管道1的***并位于对应的所述射孔簇11的外侧，所述固定杆32的一端与所述测试管道1固定连接，所述固定杆32的另一端与所述挡流筒31固定连接，所述收集斗33位于对应的所述挡流筒31的下方，所述过滤网35固定于所述分离槽34内、并将所述分离槽34分隔成第一过滤腔341及第二过滤腔342，所述第一过滤腔341位于所述收集斗33的出口的下方，所述出口管36的一端与所述第二过滤腔342连通，所述第一流量计37设置于所述出口管36上，出口管36上设置有出口阀361，以控制出口管36的通断。

所述倾角调节机构4用于调节所述测试管道1的倾角。

在使用时，首先在配制罐21内配制带支撑剂的压裂液；接着，开启驱动泵22，使配制罐21内的压裂液被泵送至测试管道1、并从各个射孔簇11中射出，射出的钻井液被各个挡流筒31阻挡，再从挡流筒31的两端向下流入到各个收集斗33内，接着从各个收集斗33的出口流出到各个分离槽34的第一过滤腔内，压裂液中的支撑剂被过滤网35阻挡而滞留在第一过滤腔341内，压裂液则穿过过滤网35进入第二过滤腔342，再从出口管36排出，第一流量计37用于统计各个出口管36排出的压裂液的体积；一段时间后，关闭驱动泵22，待各个收集斗33内的压裂液都排出后，收集各个收集斗33内滞留在第一过滤腔341内的支撑剂并分别称重，从而得到支撑剂在各个射孔簇11中的分布情况；接着，改变支撑剂的类型及目数，重复前述步骤，得到支撑剂的类型与目数对支撑剂在各个射孔簇11中的分布情况的影响规律；改变压裂液的成分，重复前述步骤，得到压裂液的成分对支撑剂在各个射孔簇11中的分布情况的影响规律；通过倾角调节机构4调节测试管道1的倾角，重复前述步骤，得到测试管道1的倾角对支撑剂在各个射孔簇11中的分布情况的影响规律。

本发明通过注液机构2向测试管道1内注入带支撑剂的压裂液，使压裂液从各个射孔簇11中射出，通过挡流筒31及收集斗33分别收集各个射孔簇11中射出的压裂液，再通过分离槽34将收集到的压裂液与支撑剂分离，从而便于测量各个射孔簇11中射出的支撑剂的重量，以便于研究支撑剂在各个射孔簇11中的分布情况，之后改变支撑剂的类型及目数、压裂液的成分、测试管道1的倾角等参数，重复试验，从而得到这些参数对水平井多段分簇压裂过程中，支撑剂在各个射孔簇11中的分布的影响，从而为水平井压裂设计提供实验数据支撑。

为了便于在配制罐21内配制带支撑剂的压裂液，请参照图1和图4，在一优选的实施例中，所述注液机构2还包括搅拌组件23，所述搅拌组件23包括搅拌轴231、搅拌叶232及搅拌电机233，所述搅拌轴231转动设置于所述配制罐21内，所述搅拌叶232固定于所述搅拌轴231上、并位于所述配制罐21内，所述搅拌电机233的输出轴与所述搅拌轴231连接、并用于驱动所述搅拌轴231转动，从而使搅拌叶232转动。

为了具体实现驱动泵22与测试管道1的连接，请参照图1和图4，在一优选的实施例中，所述注液机构2还包括连接软管24，连接软管24可弯曲，从而可适应测试管道1的倾角变化，所述连接软管24的一端与所述驱动泵22的出口连通，所述连接软管24的另一端与所述测试管道1的开口端连通。

为了便于获取压裂液的压力，请参照图1和图4，在一优选的实施例中，所述注液机构2还包括压力检测器25，所述压力检测器25设置于所述连接软管24上。

为了便于测量驱动泵22泵送出的压裂液的总体积，请参照图1和图4，在一优选的实施例中，所述注液机构2还包括第二流量计26，所述第二流量计26设置于所述连接软管24上。

为了便于回收利用压裂液，请参照图1，在一优选的实施例中，所述模拟水平井多段分簇压裂支撑剂分布的装置还包括回收机构5，所述回收机构5包括回收管51及回收泵52，所述回收管51与各个所述出口管36的另一端均连通，所述回收管51的一端封闭，所述回收管51的另一端开口，所述回收泵52的进口与所述回收管51的开口端连通，所述回收泵52的出口与所述配制罐21连通。在实验结束后，可开启出口阀361及回收泵52，将各个分离槽34内的压裂液回收至配制罐21内，以避免压裂液的浪费。

为了具体实现回收泵52与配制罐21的连通，请参照图1，在一优选的实施例中，所述回收机构5还包括返流管53，所述返流管53的一端与所述回收泵52的出口连通，所述返流管53的另一端与所述配制罐21连通。

为了具体实现倾角调节机构4的功能，请参照图1和图6，在一优选的实施例中，所述倾角调节机构4包括第一支撑体41、第二支撑体42及伸缩件43，所述第一支撑体41的上端与所述测试管道1的一端铰接，所述伸缩件43的一端与所述第二支撑体42的上端铰接，所述伸缩件43的另一端与所述测试管道1的另一端铰接。在使用时，通过增加或减小伸缩件43的长度，从而可使测试管道1的另一端上升或下降，以调节测试管道1的倾角。

为了具体实现伸缩件43的功能，请参照图1和图6，在一优选的实施例中，所述伸缩件43包括连接块431、长螺母432及螺杆433，所述连接块431的一端与所述第二支撑体42的上端铰接，所述连接块431的另一端与所述长螺母432的一端转动连接，所述长螺母432的另一端螺纹套设于所述螺杆433的一端，所述螺杆433的另一端与所述测试管道1的另一端铰接。在使用时，可通过转动长螺母432来调节长螺母432及螺杆433的总长度，以实现伸缩件43的功能。

本发明还提供了一种模拟水平井多段分簇压裂支撑剂分布的方法，适用于所述的模拟水平井多段分簇压裂支撑剂分布的装置，包括如下步骤：

S1、在配制罐21内配制带支撑剂的压裂液；

S2、开启驱动泵22，使配制罐21内的压裂液被泵送至测试管道1、并从各个射孔簇11中射出，射出的钻井液被各个挡流筒31阻挡，再从挡流筒31的两端向下流入到各个收集斗33内，接着从各个收集斗33的出口流出到各个分离槽34的第一过滤腔内，压裂液中的支撑剂被过滤网35阻挡而滞留在第一过滤腔341内，压裂液则穿过过滤网35进入第二过滤腔342，再从出口管36排出，第一流量计37用于统计各个出口管36排出的压裂液的体积，从而可用于研究压裂液在各个射孔簇11中的分布情况；

S3、一段时间后，关闭驱动泵22，待各个收集斗33内的压裂液都排出后，收集各个收集斗33内滞留在第一过滤腔341内的支撑剂并分别称重，从而得到支撑剂在各个射孔簇11中的分布情况；

S4、改变支撑剂的类型及目数，重复步骤S1-S3，得到支撑剂的类型与目数对支撑剂在各个射孔簇11中的分布情况的影响规律；

S5、改变压裂液的成分，重复步骤S1-S3，得到压裂液的成分对支撑剂在各个射孔簇11中的分布情况的影响规律；

S6、通过倾角调节机构4调节测试管道1的倾角，重复步骤S1-S3，得到测试管道1的倾角对支撑剂在各个射孔簇11中的分布情况的影响规律；

S7、改变驱动泵22的输出功率，从而调节驱动泵22输出的压裂液的压力，重复步骤S1-S3，得到压裂液的压力对支撑剂在各个射孔簇11中的分布情况的影响规律；

S8、更换另一个测试管道1，该测试管道1上的射孔簇11的簇间距及簇数与原测试管道1不同，重复步骤S1-S3，得到测试管道1上的射孔簇11的簇间距及簇数对支撑剂在各个射孔簇11中的分布情况的影响规律。

以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种模拟水平井多段分簇压裂支撑剂分布的装置，其特征在于，包括测试管道、注液机构、若干个收集测量机构及倾角调节机构；

所述测试管道沿长度方向依次开设有若干组射孔簇，所述测试管道的一端封闭，所述测试管道的另一端开口；

所述注液机构包括配制罐及驱动泵，所述配制罐用于配制带支撑剂的压裂液，所述驱动泵的进口与所述配制罐连通，所述驱动泵的出口与所述测试管道的开口端连通；

所述收集测量机构的数量与所述射孔簇的个数相等并一一对应，各个所述收集测量机构均包括挡流筒、固定杆、收集斗、分离槽、过滤网、出口管及第一流量计，所述挡流筒套设于所述测试管道的***并位于对应的所述射孔簇的外侧，所述固定杆的一端与所述测试管道固定连接，所述固定杆的另一端与所述挡流筒固定连接，所述收集斗位于对应的所述挡流筒的下方，所述过滤网固定于所述分离槽内并将所述分离槽分隔成第一过滤腔及第二过滤腔，所述第一过滤腔位于所述收集斗的出口的下方，所述出口管的一端与所述第二过滤腔连通，所述第一流量计设置于所述出口管上；

所述倾角调节机构用于调节所述测试管道的倾角；所述倾角调节机构包括第一支撑体、第二支撑体及伸缩件，所述第一支撑体的上端与所述测试管道的一端铰接，所述伸缩件的一端与所述第二支撑体的上端铰接，所述伸缩件的另一端与所述测试管道的另一端铰接；

所述伸缩件包括连接块、长螺母及螺杆，所述连接块的一端与所述第二支撑体的上端铰接，所述连接块的另一端与所述长螺母的一端转动连接，所述长螺母的另一端螺纹套设于所述螺杆的一端，所述螺杆的另一端与所述测试管道的另一端铰接。

2.根据权利要求1所述的模拟水平井多段分簇压裂支撑剂分布的装置，其特征在于，所述注液机构还包括搅拌组件，所述搅拌组件包括搅拌轴、搅拌叶及搅拌电机，所述搅拌轴转动设置于所述配制罐内，所述搅拌叶固定于所述搅拌轴上并位于所述配制罐内，所述搅拌电机的输出轴与所述搅拌轴连接并用于驱动所述搅拌轴转动。

3.根据权利要求1所述的模拟水平井多段分簇压裂支撑剂分布的装置，其特征在于，所述注液机构还包括连接软管，所述连接软管的一端与所述驱动泵的出口连通，所述连接软管的另一端与所述测试管道的开口端连通。

4.根据权利要求3所述的模拟水平井多段分簇压裂支撑剂分布的装置，其特征在于，所述注液机构还包括压力检测器，所述压力检测器设置于所述连接软管上。

5.根据权利要求3所述的模拟水平井多段分簇压裂支撑剂分布的装置，其特征在于，所述注液机构还包括第二流量计，所述第二流量计设置于所述连接软管上。

6.根据权利要求1所述的模拟水平井多段分簇压裂支撑剂分布的装置，其特征在于，还包括回收机构，所述回收机构包括回收管及回收泵，所述回收管与各个所述出口管的另一端均连通，所述回收管的一端封闭，所述回收管的另一端开口，所述回收泵的进口与所述回收管的开口端连通，所述回收泵的出口与所述配制罐连通。

7.根据权利要求6所述的模拟水平井多段分簇压裂支撑剂分布的装置，其特征在于，所述回收机构还包括返流管，所述返流管的一端与所述回收泵的出口连通，所述返流管的另一端与所述配制罐连通。

8.一种模拟水平井多段分簇压裂支撑剂分布的方法，适用于如权利要求1-7中任意一项所述的模拟水平井多段分簇压裂支撑剂分布的装置，其特征在于，包括如下步骤：

S1、在配制罐内配制带支撑剂的压裂液；

S2、开启驱动泵，使配制罐内的压裂液被泵送至测试管道并从各个射孔簇中射出，射出的压裂液被各个挡流筒阻挡，再从挡流筒的两端向下流入到各个收集斗内，接着从各个收集斗的出口流出到各个分离槽的第一过滤腔内，压裂液中的支撑剂被过滤网阻挡而滞留在第一过滤腔内，压裂液则穿过过滤网进入第二过滤腔，再从出口管排出，第一流量计用于统计各个出口管排出的压裂液的体积；

S3、一段时间后，关闭驱动泵，待各个收集斗内的压裂液都排出后，收集各个收集斗内滞留在第一过滤腔内的支撑剂并分别称重，从而得到支撑剂在各个射孔簇中的分布情况；

S4、改变支撑剂的类型及目数，重复步骤S1-S3，得到支撑剂的类型与目数对支撑剂在各个射孔簇中的分布情况的影响规律；

S5、改变压裂液的成分，重复步骤S1-S3，得到压裂液的成分对支撑剂在各个射孔簇中的分布情况的影响规律；

S6、通过倾角调节机构调节测试管道的倾角，重复步骤S1-S3，得到测试管道的倾角对支撑剂在各个射孔簇中的分布情况的影响规律。