CN206787971U - 一种考虑破胶的支撑剂铺置规律可视化模拟装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种考虑破胶的支撑剂铺置规律可视化模拟装置，包括：人工裂缝单元；压裂液输送管线，其一端连接所述人工裂缝单元，另一端连接压裂液配置装置；压裂液破胶变粘单元，其设置在压裂液输送管线的中间段，压裂液破胶变粘单元包括设置在压裂液输送管线上的管径小于压裂液输送管线的混凝反应器，混凝反应器的侧面设置酸液进口，酸液进口通过酸液管与酸液罐连通，酸液管上设有酸液泵。本实用新型能够实现压裂液在压裂全过程中的粘度变化，实现和记录支撑剂在裂缝动态张开情况下的可视化动态铺置，让支撑剂在人工裂缝中的铺置实验能更真实的模拟现场实际情况，提高实验效果和实验意义，对现场压裂施工具有指导作用。

Description

一种考虑破胶的支撑剂铺置规律可视化模拟装置

技术领域

本实用新型涉及油气田开发的水力压裂领域，尤其涉及一种应用于实验室动态模拟压裂液从离开地面到进入储层的粘度变化及可视化地分析支撑剂沉降规律的装置。

背景技术

随着世界经济的发展，对石油的依赖与需求已越来越大，常规油藏的产量和储采比都显示出日益降低的趋势，低渗油藏的勘探开发作为能源补充受到人们的重视。而水力压裂在低渗油田的增产开发中起着非常重要的作用，压裂形成的高导流能力裂缝不仅决定了油水井压裂后的增产、增注能力，而且还会影响到油藏的无水期采收率和最终采收率。而在水力压裂过程中，由于压裂液携砂能力、压裂液滤失等因素的影响，支撑剂在裂缝中的输送会大打折扣，导致部分已压裂的裂缝空间没有支撑剂充填。由于地应力作用，在压裂液返排后无支撑剂充填的裂缝又再次闭合，形成无效裂缝，使压裂增产效果受到严重影响。因此，对支撑剂有效铺置情况进行研究、预测是水力压裂增产改造的关键所在。

迄今为止，国内外学者对支撑剂在压裂缝中的输送和沉降规律的研究主要集中在理论推导方面，现场施工常凭经验或者软件模拟，实验方面的研究很少，动态模拟地层水力压裂形成缝网及支撑剂沉降规律的装置国内外都还没出现。而现有的实验研究也都过于理想化忽略了混砂液粘度随地层深度增加粘度降低的现实情况，都是直接在混砂罐中配制储层条件下的粘度的混砂液或者直接模拟地面条件下的混砂液，再研究支撑剂的铺置规律。这与现场实际施工动态不相符，实际中是地面条件下配制一定粘度的混砂液，混砂液在进入地层的过程中随深度增加温度也增加，从而粘度降低，进入储层时达到另一个粘度值，然后混砂液进入已由前置液压开的裂缝，裂缝在继续打开的同时支撑剂也在铺置。所以在实际施工中，混砂液是在有围压的情况下挤入地层，裂缝宽度是变化的，并且混砂液在地层中粘度是变化的。但是在现有的实验装置中，上述问题还没有得到解决。

实用新型内容

本实用新型的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

本实用新型还有一个目的在于模拟压裂过程中压裂液粘度变化及可视化分析支撑剂沉降规律，使支撑剂铺置规律的实验研究更切合实际，为页岩气藏及其他低渗油气藏的水力压裂裂缝参数设计、施工参数优化、支撑剂优选提供更有力的理论依据。

为了实现本实用新型这些目的和其它优点，提供了一种考虑破胶的支撑剂铺置规律可视化模拟装置，其包括：

人工裂缝单元；

压裂液输送管线，其一端连接所述人工裂缝单元，另一端连接压裂液配置装置；

压裂液破胶变粘单元，其设置在所述压裂液输送管线的中间段，所述压裂液破胶变粘单元包括设置在所述压裂液输送管线上的管径小于压裂液输送管线的混凝反应器，所述混凝反应器的侧面设置酸液进口，酸液进口通过酸液管与酸液罐连通，酸液管上设有酸液泵。

优选的是，所述混凝反应器设置为中部细，两端粗的圆管状，其管径由两端向中部逐渐缩小。

优选的是，所述酸液管上还设置有液体流量计和节流阀。

优选的是，所述压裂液输送管线上设置有两个混凝反应器，两个混凝反应器的侧面均设置有酸液进口，两个酸液进口分别连接有酸液支管，两酸液支管的另一端通过三通阀与酸液总管的一端连接，酸液总管的另一端与酸液罐连通，在酸液总管上设有酸液泵，所述酸液罐内的酸液为稀盐酸。

优选的是，在两个混凝反应器之间的压裂液输送管线上还设置有压裂液取样口。

优选的是，所述人工裂缝单元包括两块透明面板、硅胶环和两个外框；其中，硅胶环的横截面形状为Y字形，所述Y字形的开口部分为硅胶环内圈且Y字形的闭口部分为硅胶环外圈，两块透明面板平行固定在硅胶环内圈中，两个外框平行夹住硅胶环外圈并固定；外框的两侧设置有开口且两个外框在人工裂缝单元的两侧分别形成压裂液入口和压裂液出口。

优选的是，所述透明面板为PC阳光板，其抗压强度为86MPa。

优选的是，所述透明面板上均布有多个形状尺寸一致的小孔，配套设置用于对小孔进行封堵的封堵件。

优选的是，两个外框之间通过螺栓进行夹紧固定。

优选的是，所述压裂液包括根据具体地层环境参数配制而成的压裂液或者压裂液与支撑剂均匀混合形成的混砂液。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型在现有的支撑剂铺置规律可视化模拟装置的基础上，考虑水力压裂实际压裂全过程中压裂液粘度变化问题，在压裂液输送管线上设置压裂液破胶变粘单元。酸液和压裂液在混凝反应器中接触、混合、破胶从而降粘，混凝反应器的管径小，可使该处流体流动速度更大，紊流效果更好，从而使得酸液和压裂液混合更充分，从而模拟压裂液在储层位置处由于高温而使压裂液破胶降粘，粘度变小的实际情况，进而实现压裂液在压裂全过程中从地面到储层粘度变化情况的模拟。实现和记录支撑剂在裂缝动态张开情况下的可视化动态铺置，让支撑剂在人工裂缝中的铺置实验能更真实的模拟现场实际情况，提高实验效果和实验意义，对现场压裂施工具有指导作用。

本实用新型的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本实用新型的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1一个实施例中本实用新型考虑破胶的支撑剂铺置规律可视化模拟装置的整体结构示意图；

图2压裂液破胶变粘单元的结构示意图；

图3另一个实施例中本实用新型考虑破胶的支撑剂铺置规律可视化模拟装置的整体结构示意图；

图4人工裂缝单元的结构示意图；

图5人工裂缝单元的侧面结构示意图。

图中标号：

人工裂缝单元1、透明面板11、硅胶环12、外框13、压裂液入口14、压裂液出口15、压裂液输送管线2、压裂液破胶变粘单元3、混凝反应器31、酸液进口32、酸液管33、酸液罐34、酸液泵35、三通阀36、第一混凝反应器311、第二混凝反应器312、酸液支管331、酸液总管332、取样口37。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

如图1和图2所示，本实用新型提供了一种考虑破胶的支撑剂铺置规律可视化模拟装置，其包括：人工裂缝单元1、压裂液输送管线2和压裂液破胶变粘单元3。其中，

人工裂缝单元1即为模拟人工裂缝并进行支撑剂沉降规律的可视化模拟和记录的组件。

压裂液输送管线2的一端连接所述人工裂缝单元1，另一端连接压裂液配置装置(未示出)。

压裂液破胶变粘单元3用于模拟压裂液从地面到储层处压裂液的粘度变化，即实际作业中在地面配制好的相对粘度高的压裂液被输送至储层位置的井深处过程中，由于温度的升高使压裂液破胶从而粘度降低。所述压裂液破胶变粘单元3设置在所述压裂液输送管线2的中间段，压裂液破胶变粘单元3包括设置在所述压裂液输送管线2上的管径小于压裂液输送管线2管径的混凝反应器31，所述混凝反应器31的侧面设置酸液进口32，酸液进口32通过酸液管33与酸液罐34连通，酸液管33上设有酸液泵35。进一步优选，所述酸液管33上还设置有液体流量计(未示出)和节流阀(未示出)。液体流量计用于调节控制酸液的流量大小，节流阀方便随时控制酸液的开启和关闭。所述混凝反应器31设置为中部细，两端粗的圆管状，其管径由两端向中部逐渐缩小(见图2)。酸液泵35将酸液从酸液罐34中输送至混凝反应器31，使酸液与压裂液在管径缩小的混凝反应器31中充分混合达到破胶降粘的作用，从而模拟压裂液从地面到储层粘度的变化情况。

上述方案中，进一步优选，如图3所示，所述压裂液输送管线上设置有两个混凝反应器，第一混凝反应器311和第二混凝反应器312，两个混凝反应器的侧面均设置有酸液进口，两个酸液进口分别连接有酸液支管331，两酸液支管的另一端通过三通阀36与酸液总管332的一端连接，酸液总管332的另一端与酸液罐34连通，在酸液总管332上设有酸液泵35。在两个混凝反应器之间的压裂液输送管线上还设置有压裂液取样口37，用粘度计测试取出的压裂液样品的粘度。所述酸液罐内的酸液为稀盐酸。使用过程中，可以选择性的开启其中一个混凝反应器工作，也可以两个混凝反应器同时工作。使用时，首先控制第一混凝反应器311工作，流过第一混凝反应器311的破胶变粘后压裂液流经取样口37时，取样，测试压裂液粘度值，方便随时监测压裂液的实际粘度值，若粘度值较高，可以开启第二混凝反应器312，再次泵入一定量的酸液，进一步降低压裂液粘度值，方便有效控制压裂液粘度值。而且，相对于单个混凝反应器，采用两个混凝反应器可以使酸液与压裂液的混合更加充分均匀。

在另一实施例中，如图4和图5所示，所述人工裂缝单元1包括两块透明面板11、硅胶环12和两个外框13；其中，硅胶环12的横截面形状为Y字形，所述Y字形的开口部分为硅胶环内圈且Y字形的闭口部分为硅胶环外圈，两块透明面板11平行固定在硅胶环12内圈中，两个外框13平行夹住硅胶环12外圈并固定。优选的是，两个外框13之间通过螺栓进行夹紧固定，且在两个外框之间设置密封件(未示出)。外框13的两侧设置有开口且两个外框在人工裂缝单元的两侧分别形成压裂液入口14和压裂液出口15。作为优选，所述透明面板11为PC阳光板，其抗压强度为86MPa。透明面板11上均布有多个形状尺寸一致的小孔，还配套设置有包括用于对小孔进行封堵的封堵件(未示出)。

本实用新型考虑破胶的支撑剂铺置规律可视化模拟装置的工作原理为：压裂液破胶变粘单元通过酸液泵将酸液从酸液罐中输送至混凝反应器，使酸液与压裂液在管径缩小的混凝反应器中充分混合达到破胶降粘的作用，从而模拟压裂液从地面到储层粘度的变化情况；变粘后的压裂液通过人工裂缝单元的压裂液入口进入人工裂缝单元，两块透明面板之间的压力变大并拉伸硅胶环使得两块透明面板之间形成的裂缝初步张开，初步完成造缝过程；再注入混砂液实现裂缝动态张开和支撑剂动态铺置的过程，混砂液在注入之前同样经过混凝反应器与酸液在混凝反应器中充分混合达到破胶降粘的作用；最终返排液体从压裂液出口排出，通过透明面板可以方便的观察和记录缝内支撑剂的铺置情况。

配制好的压裂液通过压裂液输送管线输送到人工裂缝单元，压裂液在流经混凝反应器之前为地面刚配制好未破胶的状态，在流经混凝反应器时，由于该处管径缩小使得流速增加并根据排量和管径参数可计算出该处流体流速，同时酸液泵将酸液泵中的酸液按一定排量泵入混凝反应器，使酸液与压裂液在混凝反应器的中部接触、混合、破胶从而模拟压裂液在储层位置处由于高温条件而压裂液破胶降粘，其中酸液泵的排量可根据混凝反应器处压裂液的流速与单位压裂液破胶所需的酸液确定，流过混凝反应器破胶降粘后的压裂液将进入到人工裂缝单元。

采用上述考虑破胶的支撑剂铺置规律可视化模拟装置进行模拟时，具体包括以下步骤：

(1)根据所需模拟的地层环境参数配制压裂液、调整装置参数并准备支撑剂；

(2)将压裂液作为前置液流经压裂液破胶变粘单元后，由压裂液输入管线泵入人工裂缝单元，使两块透明面板之间形成微张的裂缝；

(3)再将压裂液与支撑剂均匀混合形成混砂液，混砂液流经压裂液破胶变粘单元后，由压裂液输入管线泵入裂缝，使两块透明面板之间的裂缝进一步张开并且支撑剂在裂缝中进行铺置，返排液体从所述装置的人工裂缝单元的压裂液出口；

(4)观察支撑剂铺置过程并记录支撑剂铺置状态，直至完成模拟。

根据本实用新型，可以在模拟之前检查装置清洁度并注入清水进行循环以检查装置密封性以及在模拟之后清洗装置，清洗装置是保持酸液泵关闭。若装置清洁度不够，则清理后再进行实验；若装置不密封，则确保密封后再进行实验，若装置密封，则放空清水后进行实验即可。

尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种考虑破胶的支撑剂铺置规律可视化模拟装置，其特征在于，包括：

人工裂缝单元；

压裂液输送管线，其一端连接所述人工裂缝单元，另一端连接压裂液配置装置；

压裂液破胶变粘单元，其设置在所述压裂液输送管线的中间段，所述压裂液破胶变粘单元包括设置在所述压裂液输送管线上的管径小于压裂液输送管线的混凝反应器，所述混凝反应器的侧面设置酸液进口，酸液进口通过酸液管与酸液罐连通，酸液管上设有酸液泵。

2.如权利要求1所述的考虑破胶的支撑剂铺置规律可视化模拟装置，其特征在于，所述混凝反应器设置为中部细，两端粗的圆管状，其管径由两端向中部逐渐缩小。

3.如权利要求2所述的考虑破胶的支撑剂铺置规律可视化模拟装置，其特征在于，所述酸液管上还设置有液体流量计和节流阀。

4.如权利要求1所述的考虑破胶的支撑剂铺置规律可视化模拟装置，其特征在于，所述压裂液输送管线上设置有两个混凝反应器，两个混凝反应器的侧面均设置有酸液进口，两个酸液进口分别连接有酸液支管，两酸液支管的另一端通过三通阀与酸液总管的一端连接，酸液总管的另一端与酸液罐连通，在酸液总管上设有酸液泵，所述酸液罐内的酸液为稀盐酸。

5.如权利要求4所述的考虑破胶的支撑剂铺置规律可视化模拟装置，其特征在于，在两个混凝反应器之间的压裂液输送管线上设置有压裂液取样口。

6.如权利要求1-5任意一项所述的考虑破胶的支撑剂铺置规律可视化模拟装置，其特征在于，所述人工裂缝单元包括两块透明面板、硅胶环和两个外框；其中，硅胶环的横截面形状为Y字形，所述Y字形的开口部分为硅胶环内圈且Y字形的闭口部分为硅胶环外圈，两块透明面板平行固定在硅胶环内圈中，两个外框平行夹住硅胶环外圈并固定；外框的两侧设置有开口且两个外框在人工裂缝单元的两侧分别形成压裂液入口和压裂液出口。

7.如权利要求6所述的考虑破胶的支撑剂铺置规律可视化模拟装置，其特征在于，所述透明面板为PC阳光板，其抗压强度为86MPa。

8.如权利要求7所述的考虑破胶的支撑剂铺置规律可视化模拟装置，其特征在于，所述透明面板上均布有多个形状尺寸一致的小孔，配套设置用于对小孔进行封堵的封堵件。

9.如权利要求8所述的考虑破胶的支撑剂铺置规律可视化模拟装置，其特征在于，两个外框之间通过螺栓进行夹紧固定。

10.如权利要求1所述的考虑破胶的支撑剂铺置规律可视化模拟装置，其特征在于，所述压裂液包括根据具体地层环境参数配制而成的压裂液或者压裂液与支撑剂均匀混合形成的混砂液。