一种模拟压裂缝网的实验装置及实验方法与流程

本发明涉及油气田开发的实验设备领域，具体是一种模拟压裂缝网的实验装置及实验方法。
背景技术：
：目前，对中高渗油藏的开发已进入开发中后期，含水率升高，采收率下降，为了进一步提高原油产量，低渗、特低渗及致密油气藏的开发十分重要，而对于低渗油藏的开发，水力压裂技术是主要技术手段。目前低渗、特低渗及致密油气藏水力压裂主要包括直井压裂及水平井压裂。对于直井或者水平井压出新的裂缝后，支撑剂在裂缝中铺置，支撑剂在裂缝中的铺置程度决定了裂缝的高度及长度，进一步决定裂缝控制半径及波及面积。因此研究支撑剂在复杂裂缝网络中的铺置规律十分重要。通过研究不同施工参数下，支撑剂在裂缝中的铺置规律，优选出压裂施工参数，指导现场压裂施工，提高油藏采收率。目前对于支撑剂在裂缝中铺置规律的研究主要通过可视化平板模型进行研究，现有的可视化平板模型可参见cn104533404b所公开的一种模拟复杂缝网的内支撑剂运移的可视化实验装置，包括供液及混砂系统、泵注系统、管路输送系统、可视化裂缝网络系统(可视化平板模型)、循环液处理系统、数控采集系统和控制系统，其中可视化裂缝网络系统包括垂直主裂缝和连接裂缝，垂直主裂缝为平行设置的两条，垂直主裂缝为平行设置的两条，连接裂缝设置在两条垂直主裂缝之间并且分别与两条垂直主裂缝连通，垂直主裂缝包括两张相互平行设置的透明板，两侧密封，两端设置为模拟入口和模拟出口，连接裂缝包括两张相互平行设置的透明板，两侧密封，两端设置为模拟入口和模拟出口。在实际工况中，上级裂缝会衍生出次级裂缝，次级裂缝缝宽小于上裂缝缝宽，随着裂缝长度的延伸，裂缝宽度缩小，目前研究的可视化平板模型只能研究恒定缝宽的的情况，并没有考虑裂缝宽度的渐进变化情况。技术实现要素：本发明的目的是为了解决上述现有技术的不足，提供一种模拟压裂缝网的实验装置，结合实际地层裂缝扩展情况，沿裂缝长度的延伸方向，主裂缝、二级裂缝和三级裂缝的宽度逐渐缩小，从而更加真实的反映支撑剂在复杂缝网中的铺置情况，优化合理压裂施工参数，指导油田进行压裂生产。本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：一种模拟压裂缝网的实验装置，包括供液及混砂系统、泵送装置和可视化平板模型，所述可视化平板模型上设有进液管和出液管，所述供液及混砂系统的出口通过泵送装置与进液管连接，所述出液管与供液及混砂系统的入口连接；所述可视化平板模型内设有主裂缝、二级裂缝和三级裂缝，所述主裂缝的两端分别与进液管和出液管连接，所述主裂缝的宽度沿与进液管连接的一端向与出液管连接的一端逐渐缩小；所述二级裂缝的一端与主裂缝连接，所述二级裂缝的另一端与出液管连接，所述二级裂缝的宽度沿与主裂缝连接的一端向与出液管连接的一端逐渐缩小；所述三级裂缝的一端与二级裂缝连接，所述三级裂缝的宽度沿与二级裂缝连接的一端向与出液管连接的一端逐渐缩小。本发明的技术方案还有：所述主裂缝、二级裂缝和三级裂缝各设有两条并且对称设置。采用本技术方案，用于模拟双翼压裂缝网。本发明的技术方案还有：所述主裂缝设有一条，所述二级裂缝设有两条并沿主裂缝的长度方向间隔设置。采用本技术方案，用于模拟单翼压裂缝网。本发明的技术方案还有：所述进液管上设有模拟射孔。采用本技术方案，用于模拟垂直井注入压裂缝网。本发明的技术方案还有：还包括水平井，所述水平井与进液管连接。采用本技术方案，用于模拟水平井注入压裂缝网。本发明的技术方案还有：所述供液及混砂系统包括清水罐、配液罐、混砂罐和泵，所述配液罐的出口通过泵与混砂罐的进口连接，所述清水罐的出口和混砂罐的出口均与泵送装置的进口连接。在本技术方案中，清水罐储存清水，用于实验后清洗可视化平板模型；配液罐用于配置压裂液，在配液罐中加入交联剂等添加剂，配液罐配置压裂液后通过泵输送至混砂罐，在混砂罐中均匀混砂，之后通过泵送装置，将混砂液泵入平板模型。本发明的技术方案还有：所述泵送装置为螺杆泵。本发明的技术方案还有：所述可视化平板模型包括多个模型单元，所述模型单元包括框架、压板、透明板和密封条，所述透明板设有两块并嵌入框架中，所述密封条设在两块透明板的上、下边缘之间，所述压板与框架通过螺栓连接并将透明板固定在框架中，模型单元之间通过多通接头连接；所述透明板的内侧设有锥面，两块所述透明板之间形成所述主裂缝、二级裂缝和三级裂缝。采用本技术方案，可根据实验要求的缝网形式，替换透明板，快捷方便的组装出可视化平板模型。本发明还提供了一种模拟压裂缝网的实验方法，包括以下步骤：a、根据实验要求，确定需要模拟的注入方式及缝网形式，然后组装模拟压裂缝网的实验装置，检查各部分气密性，准备实验所需的实验材料，安装传感器及摄像机；b、通过供液及混砂系统配置压裂液，将支撑剂放入供液及混砂系统；c、开启泵送装置，向可视化平板模型泵入压裂液，使压裂液在可视化平板模型中处于充满状态；d、根据实验要求砂比，在供液及混砂系统中配置支撑剂；e、通过泵送装置将支撑剂泵入可视化平板模型中，支撑剂经过可视化平板模型，在主裂缝、二级裂缝和三级裂缝中沉降，形成沙堤，压裂液通过出液管返回供液及混砂系统；f、开启摄像机，记录砂堤的动态变化过程；g、支撑剂铺置实验完成后，供液及混砂系统将清水通过泵送装置泵入可视化平板模型，对可视化平板模型进行清洗。相对于现有技术，本发明模拟压裂缝网的实验装置的有益效果为：(1)结合实际地层裂缝扩展情况，沿裂缝长度的延伸方向，主裂缝、二级裂缝和三级裂缝的宽度逐渐缩小，从而更加真实的反映支撑剂在复杂缝网中的铺置情况，优化合理压裂施工参数，指导油田进行压裂生产；(2)能够模拟水平井双翼压裂缝网、垂直井单翼压裂缝网、垂直井双翼压裂缝网等多种工况，适用范围广。附图说明图1为实施例一中可视化平板模型的立体图。图2为实施例一中模拟压裂缝网的实验装置的结构示意图。图3为图2中a-a项的剖视图。图4为图2中b部的局部放大图。图5为实施例一中不同目数支撑剂所形成的主裂缝的沙堤形态图。图6为实施例二中模拟压裂缝网的实验装置的结构示意图。图7为实施例三中模拟压裂缝网的实验装置的结构示意图。图8为实施例三中不同缝内流速所形成的的二级裂缝的沙堤形态图。图9为实施例一与对比例所形成的主裂缝的沙堤形态图。图中：1、进液管，2、出液管，3、主裂缝，4、二级裂缝，5、三级裂缝，6、模拟射孔，7、水平井，8、清水罐，9、配液罐，10、混砂罐，11、泵，12、螺杆泵，13、框架，14、压板，15、透明板，16、密封条，17、多通接头，18、自动加砂装置。具体实施方式为能清楚说明本方案的技术特点，下面根据附图对本发明具体实施方式作进一步说明。如图1-图4所示，一种模拟压裂缝网的实验装置，包括供液及混砂系统、泵送装置和可视化平板模型。如图2所示，供液及混砂系统包括清水罐8、配液罐9、混砂罐10、泵11和自动加砂装置18，配液罐9的出口通过泵11与混砂罐10的进口连接，清水罐8的出口和混砂罐10的出口均与泵送装置的进口连接，本实施例的泵送装置为螺杆泵12。自动加砂装置18与混砂罐10的进口连接，能够自动向混砂罐10内加砂。可视化平板模型上设有进液管1和出液管2，供液及混砂系统的出口通过螺杆泵12与进液管1连接，出液管2与供液及混砂系统的入口连接。可视化平板模型包括多个模型单元，如图3和图4所示，模型单元包括框架13、压板14、透明板15和密封条16，透明板15设有两块并嵌入框架13中，密封条16设在两块透明板15的上、下边缘之间，压板14与框架13通过螺栓连接并将透明板15固定在框架13中，模型单元之间通过多通接头17连接。透明板15的内侧设有锥面，两块透明板15之间形成主裂缝3、二级裂缝4和三级裂缝5。主裂缝3设有一条，二级裂缝4设有两条并沿主裂缝3的长度方向间隔设置。进液管1设在主裂缝3的一端，进液管1模拟垂直井筒，采用cn109057787a公开的可控射孔位置物理模拟井筒，其上设有模拟射孔6。本实施例的可视化平板模型用于模拟垂直井单翼压裂缝网。主裂缝3的两端分别与进液管1和出液管2连接，如图2和图4所示，主裂缝3的宽度沿与进液管1连接的一端向与出液管2连接的一端由8mm逐渐缩小为6mm。二级裂缝4的一端与主裂缝3连接，二级裂缝4的另一端与出液管2连接，二级裂缝4的宽度沿与主裂缝3连接的一端向与出液管2连接的一端由6mm逐渐缩小为4mm；三级裂缝5的一端与二级裂缝4连接，三级裂缝5的宽度沿与二级裂缝4连接的一端向与出液管2连接的一端由4mm逐渐缩小为2mm。本实施例还提供了一种模拟压裂缝网的实验方法，包括以下步骤：a、组装模拟压裂缝网的实验装置，检查各部分气密性，准备实验所需的实验材料，安装传感器及摄像机；b、在配液罐9中配置压裂液，将支撑剂放入自动加砂装置18；c、开启螺杆泵12，向可视化平板模型泵入压裂液，使压裂液在可视化平板模型中处于充满状态；d、根据实验要求砂比，在混砂罐10中配置支撑剂；e、通过螺杆泵12将支撑剂泵入可视化平板模型中，支撑剂经过可视化平板模型，在主裂缝3、二级裂缝4和三级裂缝5中沉降，形成沙堤，压裂液通过出液管2返回供液及混砂系统；f、开启摄像机，记录砂堤的动态变化过程；g、支撑剂铺置实验完成后，清水罐8中清水通过螺杆泵12泵入可视化平板模型，对可视化平板模型进行清洗。为了研究垂直井压裂中不同支撑剂目数对主裂缝砂堤形态的影响，分别采用10～30目和80～100目的支撑剂，两种目数的支撑剂所形成的的沙堤如图5所示，通过图5可知，高目数支撑剂铺置均匀程度大于低目数支撑剂，说明支撑剂粒径越小，在裂缝中运移距离越远，铺置越均匀。对比例与实施例一不同的是，对比例的主裂缝、二级裂缝和三级裂缝的均为等宽裂缝，主裂缝的宽度为8mm，二级裂缝的宽度为6mm，三级裂缝的宽度为4mm。实施例一与对比例所形成的主裂缝沙堤形态图如图9所示，虚线为实施例一所形成的沙堤形态图，实线为对比例所形成的沙堤形态图，由图9可见，对比例所形成的沙堤高于实施例一所形成的沙堤，即等宽裂缝所形成的沙堤高度偏大，不利于真是反映实际裂缝铺置高度，造成模拟参数结果偏高，无法真实反映实际有效裂缝缝长及缝高。此外，结合相似准则，由实验室测试数据，利用压裂设计软件反演裂缝半长，对比微地震监测裂缝参数，得出表1所示的裂缝参数对比表。表1-裂缝参数对比表对比例实施例一微地震测试主裂缝半长121m80m83m由上表说明实施例一所反演的结果与微地震监测数据更为接近，对比例所模拟计算的结果数值偏高，进一步证明利用本发明设计的不等宽裂缝模型更能反映实际裂缝形态，模拟结果更加准确。实施例二如图6所示，一种模拟压裂缝网的实验装置，包括供液及混砂系统、泵送装置和可视化平板模型。供液及混砂系统包括清水罐8、配液罐9、混砂罐10、泵11和自动加砂装置18，配液罐9的出口通过泵11与混砂罐10的进口连接，清水罐8的出口和混砂罐10的出口均与泵送装置的进口连接，本实施例的泵送装置为螺杆泵12。自动加砂装置18与混砂罐10的进口连接，能够自动向混砂罐10内加砂。可视化平板模型上设有进液管1和出液管2，供液及混砂系统的出口通过螺杆泵12与进液管1连接，出液管2与供液及混砂系统的入口连接。可视化平板模型包括多个模型单元，模型单元包括框架13、压板14、透明板15和密封条16，透明板15设有两块并嵌入框架13中，密封条16设在两块透明板15的上、下边缘之间，压板14与框架13通过螺栓连接并将透明板15固定在框架13中，模型单元之间通过多通接头17连接。透明板15的内侧设有锥面，两块透明板15之间形成主裂缝3、二级裂缝4和三级裂缝5。主裂缝3、二级裂缝4和三级裂缝5各设有两条并且对称设置。进液管1设在两条主裂缝3之间，进液管1模拟垂直井筒，采用cn109057787a公开的可控射孔位置物理模拟井筒，其上设有模拟射孔6。本实施例的可视化平板模型用于模拟垂直井双翼压裂缝网。主裂缝3的两端分别与进液管1和出液管2连接，主裂缝3的宽度沿与进液管1连接的一端向与出液管2连接的一端由8mm逐渐缩小为6mm。二级裂缝4的一端与主裂缝3连接，二级裂缝4的另一端与出液管2连接，二级裂缝4的宽度沿与主裂缝3连接的一端向与出液管2连接的一端由6mm逐渐缩小为4mm；三级裂缝5的一端与二级裂缝4连接，三级裂缝5的宽度沿与二级裂缝4连接的一端向与出液管2连接的一端由4mm逐渐缩小为2mm。实施例三如图7所示，一种模拟压裂缝网的实验装置，包括供液及混砂系统、泵送装置、可视化平板模型和水平井7。供液及混砂系统包括清水罐8、配液罐9、混砂罐10、泵11和自动加砂装置18，配液罐9的出口通过泵11与混砂罐10的进口连接，清水罐8的出口和混砂罐10的出口均与泵送装置的进口连接，本实施例的泵送装置为螺杆泵12。自动加砂装置18与混砂罐10的进口连接，能够自动向混砂罐10内加砂。可视化平板模型上设有进液管1和出液管2，供液及混砂系统的出口通过螺杆泵12与水平井7连接，水平井7与进液管1连接，出液管2与供液及混砂系统的入口连接。可视化平板模型包括多个模型单元，模型单元包括框架13、压板14、透明板15和密封条16，透明板15设有两块并嵌入框架13中，密封条16设在两块透明板15的上、下边缘之间，压板14与框架13通过螺栓连接并将透明板15固定在框架13中，模型单元之间通过多通接头17连接。透明板15的内侧设有锥面，两块透明板15之间形成主裂缝3、二级裂缝4和三级裂缝5。主裂缝3、二级裂缝4和三级裂缝5各设有两条并且对称设置。进液管1设在两条主裂缝3之间。本实施例的可视化平板模型用于模拟水平井双翼压裂缝网。主裂缝3的两端分别与进液管1和出液管2连接，主裂缝3的宽度沿与进液管1连接的一端向与出液管2连接的一端由8mm逐渐缩小为6mm。二级裂缝4的一端与主裂缝3连接，二级裂缝4的另一端与出液管2连接，二级裂缝4的宽度沿与主裂缝3连接的一端向与出液管2连接的一端由6mm逐渐缩小为4mm；三级裂缝5的一端与二级裂缝4连接，三级裂缝5的宽度沿与二级裂缝4连接的一端向与出液管2连接的一端由4mm逐渐缩小为2mm。为了研究水平井压裂中不同缝内流速对次生裂缝中砂堤形态的影响，分别采用0.4m/s和0.63m/s的缝内流速，两种缝内流速所形成的沙堤如图8所示，通过图8可知，流速较高时，也就是压裂排量较大时，支撑剂运移距离越远。上面结合附图对本发明的实施例做了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。当前第1页1 2 3