一种脉冲加砂压裂中间顶替液的泵注装置及工作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种脉冲加砂压裂中间顶替液的累注装置及工作方法，属于油气田开 发研究技术领域。
【背景技术】
[0002] 脉冲加砂压裂，是在加砂压裂过程中，通过专用混砂车脉冲式累入一段支撑剂，再 脉冲式累入一段纯液体，进行反复交替循环加砂压裂。支撑剂脉冲时间与纯液体脉冲时间 之和为一个脉冲周期。
[0003] 脉冲加砂压裂前置液注入与常规压裂工艺一致，主要区别在于携砂液阶段支撑剂W脉冲段塞形式注入，一段支撑剂、一段中间顶替液交替进行，支撑剂浓度逐级升高。前置 液阶段可W累注冻胶液或者滑溜水，携砂液阶段采用冻胶混合纤维注入，确保获得稳定的 支撑剂段塞，中间顶替液多采用滑溜水或者一定浓度的脈胶压裂液。在施工末期，需要尾追 一个连续支撑剂段塞，使缝口位置有稳定而均匀的支撑剂充填层。段塞式累注工艺有利于 在裂缝中形成"通道"，中间顶替液把前一段支撑剂推入地层，形成一段支撑剂"支柱带"，由 于中间顶替液的交替式注入，使支撑剂段塞达到隔离的状态，使各"支柱"间留有一定空间 的支撑剂真空带，液体破胶返排后便形成众多的通道网络。
[0004] 目前，对于脉冲加砂压裂脉冲式注入所形成理想的支撑剂团，多是进行定性的描 述，不存在关于中间顶替液的累入研究。2014年，吴顺林等人在《一种实现裂缝高导流能 力的脉冲加砂压裂新方法》中提出一种实现裂缝高导流能力的脉冲加砂压裂新方法，并 验证了不均匀充填层与均匀充填层的导流能力的关系，同时对支撑剂段塞的稳定性和完 整性等进行过探索，但是也没有就中间顶替液对不均匀充填层的影响和中间顶替液的累 入过程进行充分的探究。国内专利文件"用于水力压裂模拟实验的流体交替连续累入装 置"（CN20351553抓）中提出了累入两种实验流体的实验装置，采用的是两个高压容器罐交 替注入，不能按照要求W既定的程序调节携砂液的砂比W及添加其他添加剂。另外在其末 尾只设计了井口装置，没有设计支撑剂段塞的可视装置，也不能达到液体的有效循环利用。 国内专利文件"用于水力压裂模拟实验的携砂流体累注装置"（CN204371292U)设计了一种 携砂液的累注模拟装置，但是不能使中间顶替液与携砂液的交替注入，也不能形成相应的 支撑剂段塞，无法优选出适合的液体流量、累注时间W及携砂液浓度。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术的不足，本发明提供一种脉冲加砂压裂中间顶替液的累注装置，该 装置对混砂车、储液罐W及外部压裂累车机组等其他压裂设备无缝嵌入式连接，通过此装 置的控制实现支撑剂段塞和中间顶替液的脉冲式注入，并基于可视化平板对支撑剂段塞进 行清晰地记录和分析。
[0006] 本发明还提供一种上述累注装置的工作方法。 阳007] 本发明的技术方案如下：
[0008] 一种脉冲加砂压裂中间顶替液累注装置，包括中间顶替液累机组、混砂车累机组、 储液罐、电脑控制系统、模拟井筒和可视平板裂缝装置，混砂车累机组与中间顶替液累机组 的出口共同接入模拟井筒，混砂车累机组与中间顶替液累机组的入口分别与储液罐相连， 模拟井筒与可视平板裂缝装置连接，电脑控制系统分别与混砂车累机组、中间顶替液累机 组连接；所述的混砂车累机组用W累入压裂用的携砂液，所述中间顶替液累机组用W累入 压裂用的中间顶替液，所述储液罐用W盛装压裂用的压裂液基液，所述的可视平板裂缝装 置用W从外部观察支撑剂段塞的形成和分布，所述电脑控制系统用W控制混砂车累机组和 中间顶替液累机组进行间隔交替累入。不同于目前现场加砂用一根管线的情况，本发明的 技术方案使用两部累机组交替累入液体W实现支撑剂段塞的形成，最后在支撑剂段塞之间 形成无支撑剂填充的高导流通道，更加清楚、可控性强。
[0009] 根据本发明优选的，混砂车累机组包括加砂口、输入管汇、输出管汇、加砂装置、纤 维添加装置和混砂部分，加砂装置包括加砂池和螺杆输送装置，加砂方式为螺旋加砂。在加 砂池中填砂并通过螺杆输送装置将支撑剂输送至加砂口，通过控制螺杆的旋转速度对加砂 速度进行控制调节，加入混砂车累机组中的支撑剂、纤维和压裂液基液充分混合形成携砂 液。
[0010] 进一步优选的，混砂车累机组混砂部分的容积为200~30化，加砂速度为0~ lOL/min。
[0011] 根据本发明优选的，模拟井筒包括外壳和内套，外壳在纵向上设有一条间隙，间隙 与可视平板裂缝装置连接；内套与外壳旋转连接，内套管壁上沿周向分布有至少1列射孔， 每一列射孔的射孔数目各不相同。将模拟井筒设为双层构造，可W通过旋转内套，选择需要 的射孔数目，使具有特定射孔数目的运一列射孔与外壳的间隙对齐，即与可视平板裂缝装 置联通，来参与模拟井筒下的压裂射孔情况，此时其他列的射孔则不能与可视平板裂缝联 通。
[0012] 进一步优选的，所述内套管壁上沿周向分布有5列射孔，5列射孔的射孔数目分别 为6孔、7孔、8孔、9孔、10孔。
[0013] 进一步优选的，模拟井筒的高度为1. 2~1. 5m，内套内径为80mm~150mm。
[0014] 进一步优选的，所述脉冲加砂压裂中间顶替液累注装置还包括收集管汇，收集管 汇与可视平板裂缝装置相连，收集管汇通过管汇与储液罐相连。可视平板裂缝装置的多余 液体通过收集管汇进行回收，重新返回到储液罐中。
[0015] 进一步优选的，所述收集管汇与储液罐之间设有滤筛装置和输送累。输送累有助 于将回收的液体充分输送回储液罐中；增加滤筛装置，W防止回收的携砂液中的支撑剂流 入储液値。
[0016] 根据本发明优选的，所述混砂车累机组、中间顶替液累机组接入模拟井筒的一端 均设有单向阀。W防止混砂车累机组与中间顶替液累机组之间相互倒灌。
[0017] 根据本发明优选的，所述混砂车累机组、中间顶替液累机组接入模拟井筒的一端 均设有电磁流量计。W精准便捷记录混砂车累机组、中间顶替液累机组的累送流量。
[0018] 根据本发明优选的，储液罐的容积为400~50化，储液罐上端设有揽拌器。揽拌器 能使脈胶与水能充分混合，避免鱼眼的产生，W配制较好的压裂液基液。
[0019] 根据本发明优选的，可视平板裂缝装置为可调节缝宽的裂缝装置，包括加压装置， 加压装置用w提供闭合压力。通过可视平板裂缝装置可w观察支撑剂段塞在不同闭合压力 下的形态W及稳定性。
[0020] 进一步优选的，缝宽调节范围为2mm~10mm，可视平板裂缝装置的高度为1. 2~ 1. 5m，可视平板裂缝装置的长度为2~4m，可视平板裂缝装置表面材质为透明有机玻璃。
[0021] 根据本发明优选的，所述电脑控制系统分别与混砂车累机组、中间顶替液累机组 各自内部的累送时间装置、管汇开关相连，电脑控制系统用W控制混砂车累机组和中间顶 替液累机组进行间隔交替累入，控制参数包括脉冲时间、脉冲频率、混砂车累机组与中间顶 替液累机组各自的累送流量，所述脉冲时间为一个脉冲周期，所述一个脉冲周期为携砂液 的累入时间与中间顶替液的累入时间之和，所述脉冲频率为脉冲时间的倒数。
[0022] 进一步优选的，所述混砂车累机组与中间顶替液累机组的累送流量均《60L/min。
[0023] 一种利用如上述所述脉冲加砂压裂中间顶替液累注装置的工作方法，包括步骤如 下：
[0024] (1)连接累注装置，检测整个装置的密封性；
[00巧](2)在储液罐中，按照要求配置脈胶压裂液基液，并使用储液罐上方的揽拌器将压 裂液基液充分揽拌均匀；避免鱼眼的产生；
[00%] (3)在电脑控制系统中设定累送控制程序，设定控制参数包括中间顶替液与携砂 液的脉冲时间、脉冲频率、混砂车累机组与中间顶替液累机组各自的累送流量；选择需要的 射孔数目，旋转模拟井筒的内套，使具有所需射孔数目的运一列射孔与外壳的间隙对齐；
[0027] (4)通过混砂车累机组的输入管汇向混