一种长裂缝多角度铺砂评价系统和方法与流程

本发明涉及裂缝模拟装备，具体地，涉及一种长裂缝多角度铺砂评价系统和方法。

背景技术：

1、水平井分段体积压裂是页岩气高效开发的关键技术，而携砂液体系中压裂支撑剂是填充裂缝主要介质，它具有保持储层较高的导流能力，为页岩气流向井筒提供高速通道，因此压裂支撑剂在裂缝内的分布形态是影响压裂效果的重要因素。

2、为研究压裂支撑剂在裂缝内的分布形态，目前国内外常采用室内实验装置进行模拟研究，我国实验室所使用的评价装置对地层裂缝的研究基本还停留在短裂缝模拟上，实验装置模拟裂缝形态上也多为单裂缝、双裂缝或者多分支裂缝，对于地层存在的楔形裂缝、裂缝与地面存在倾角、裂缝转向等因素很少考虑到，导致由此得到的实验分析数据与实际情况存在较大误差，因此需要设计一种能够模拟地层长裂缝，并能够实现裂缝形态变化、裂缝多角度变化的评价系统和方法，以更贴合地层实际情况，对地层裂缝展开研究。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决现有技术存在的上述不足中的至少一项。例如，本发明的目的之一在于提供一种能够模拟不同形态、不同走向、不同倾斜角度裂缝的长裂缝多角度铺砂评价系统。又如，本发明的另一目的在于提供一种能够模拟不同形态、不同走向、不同倾斜角度裂缝的长裂缝多角度铺砂评价方法。

2、为了实现上述目的，本发明的一方面提供了一种长裂缝多角度铺砂评价系统，所述评价系统包括配液混砂装置、控制装置和长裂缝模拟装置，其中，

3、所述配液混砂装置能够配置预定粘度的携砂液并将携砂液按预定排量注入长裂缝模拟装置中；

4、所述长裂缝模拟装置能够模拟不同长度、倾角、转向角和宽度的裂缝；

5、所述控制装置分别与所述配液混砂装置和长裂缝模拟装置连接以对实验过程进行控制和记录实验数据。

6、在本发明一方面的一个示例性实施例中，所述配液混砂装置可包括配液罐、加砂罐、搅拌罐和螺杆泵，其中，

7、所述配液罐和加砂罐分别与所述搅拌罐相连，所述螺杆泵将所述搅拌罐搅拌均匀后的携砂液泵注入到所述长裂缝模拟装置的入口；

8、所述配液罐另一端通过管路与所述长裂缝模拟装置的出口连接。

9、在本发明一方面的一个示例性实施例中，所述配液混砂装置还可包括沉降罐和排水槽，所述沉降罐设置在长裂缝模拟装置的出口与配液罐之间的管路上。

10、在本发明一方面的一个示例性实施例中，所述配液混砂装置还可包括流量计和压力计，所述流量计和压力计能够测量所述长裂缝模拟装置进口和出口流量以及进口和出口压力。

11、在本发明一方面的一个示例性实施例中，所述控制装置可包括摄像机和plc控制柜，其中，

12、所述摄像机用于采集实验过程中长裂缝模拟装置中铺砂的图像数据；

13、所述plc控制柜用于控制配液混砂装置泵注排量大小和加砂速度，用于监测长裂缝模拟装置进口和出口流量数据、以及进口、出口和特定位置的压力数据。

14、在本发明一方面的一个示例性实施例中，所述长裂缝模拟装置可包括底座、底板、伸缩杆和裂缝模型本体，其中，

15、所述底座固定设置在地面上，所述底板水平设置在所述底座上且底板与底座形成铰接；

16、所述裂缝模型本体沿底板的长度方向固定设置在底板上且与底板垂直，所述裂缝模型本体包括两个以上的裂缝模型和连接相邻两个裂缝模型的万向膨胀节，所述裂缝模型本体呈具有一定长度的弯曲或直线形态；

17、所述伸缩杆一端与所述底座连接，另一端与所述底板连接以推动底板相对底座转动，使模拟裂缝本体相对地面倾斜。

18、在本发明一方面的一个示例性实施例中，所述裂缝模型可包括平板裂缝模型、不规则裂缝模型中至少一种；

19、所述平板裂缝模型和不规则裂缝模型均包括箱体、两块夹板、支撑条和螺栓，其中，

20、所述箱体前后两侧为开口结构，所述两块夹板设置在箱体内且分别与箱体左右两侧平行，所述两块夹板能够彼此配合构成模拟裂缝通道；

21、所述支撑条固定设置在箱体的两侧外壁上，所述螺栓一端作用在两块夹板上，另一端作用在支撑条上。

22、在本发明一方面的一个示例性实施例中，所述两块夹板中每块夹板的两端都可设置有向同一侧突出的弯折部，其中，两块夹板通过所述弯折部实现配合；

23、所述一块夹板上的弯折部上设置有凹槽，另一块夹板上的弯折部设置有与所述凹槽配合的突出部；

24、在所述凹槽中还设置有弹簧，所述突出部上还设置有弹簧柱。

25、在本发明一方面的一个示例性实施例中，在平板裂缝模型中，所述支撑条可交叉设置在箱体外侧，所述螺栓的一端抵靠在夹板上，通过调节螺栓在支撑条上的旋进长度来调节两块夹板之间的间距；

26、在所述不规则裂缝模型中，所述支撑条可竖直或平行设置在箱体的外侧，所述螺栓的一端与夹板固定连接，通过旋进旋出螺栓，控制两块夹板之间的距离。

27、在本发明一方面的一个示例性实施例中，所述夹板可为透明材质，所述夹板为注塑成不规则裂缝形状的透明有机玻璃板或玻璃平板。

28、在本发明一方面的一个示例性实施例中，所述模拟裂缝本体的长度可为10～30m，所述模拟裂缝本体相对地面的倾斜角度可为0～90°。

29、在本发明一方面的一个示例性实施例中，所述模拟装置还可包括进口井筒和出口井筒，所述进口井筒和出口井筒分别与裂缝模型本体的两端连通以向裂缝模型本体中泵注支撑剂。

30、本发明的另一方面提供了一种长裂缝多角度铺砂评价方法，所述评价方法可通过如上任意一项所述的长裂缝多角度铺砂评价系统来实现，且所述评价方法包括步骤：

31、确定实验所需裂缝长度、裂缝倾角、裂缝转向角、裂缝宽度、压裂液粘度、携砂液浓度、泵注排量、支撑剂类型和支撑剂粒径；

32、组装好铺砂评价系统，检测气密性合格；

33、配制实验所需粘度压裂液，将压裂液按预定排量注入到长裂缝模拟装置中，使其充满并进行循环；

34、向压裂液中加入支撑剂形成预定粘度的携砂液注入长裂缝模拟装置中；

35、实验过程中，观察砂堤的形成过程，采集铺砂过程图像，记录不同时刻砂堤的几何形态以及长裂缝模拟装置进口和出口的流量、压力数据。

36、在本发明另一方面的一个示例性实施例中，所述方法还可包括步骤：

37、改变裂缝长度、裂缝倾角、裂缝转向角、裂缝宽度、压裂液粘度、携砂液浓度、泵注排量、支撑剂类型和支撑剂粒径，重复进行实验；采用层次分析法，分析不同支撑剂在不同裂缝、不同施工工况下在长裂缝多角度裂缝中的运移及沉降规律。

38、在本发明另一方面的一个示例性实施例中，所述方法长裂缝的裂缝长度可为10～30m、裂缝倾角可为0～90°、裂缝转向角可为0～45°、裂缝宽度可为0.6～1.2cm、压裂液的粘度可为1～40mpa.s、泵注排量可为0～180l/min。

39、在本发明另一方面的一个示例性实施例中，所述支撑剂的运移沉降规律可包括砂堤形状、平衡高度、平衡时间、平衡流速、支撑剂初始堆积距离、进口附近流场特征和进口附近充填程度中至少一种。

40、与现有技术相比，本发明的有益效果包括以下内容中的至少一项：

41、(1)本发明通过调整裂缝模型中模拟裂缝的宽度和角度，可以模拟不同形态的裂缝，如楔形裂缝，平板裂缝；采用不规则裂缝模型设计，可以模拟真实储层中的裂缝形态，还原度更高；

42、(2)本发明模拟裂缝之间采用万向膨胀节连接，可以实现裂缝模型之间的角度变化，实现长裂缝转向，用于模拟地层裂缝走向变化；同时采用伸缩杆，实现裂缝模型的倾角变化，模拟支撑剂在不同倾角裂缝中的运移；

43、(3)本发明裂缝模型可以根据实验需求组装成长度较长的长裂缝(10～30米)，更贴近储层中主裂缝为长裂缝的真实情况，能消除短裂缝模拟装置中支撑剂运移沉降受进口、出口端的影响，能提高实验现象观察清晰度，并能减少因短裂缝模拟装置尺寸小，提取实验数据可能存在的误差；

44、(4)长裂缝多角度铺砂评价方法可以对支撑剂运移的砂堤平衡高度、平衡时间、平衡流速、支撑剂初始堆积距离、进口附近支撑剂充填程度等进行定量研究，对进口附近流场特征进行表征。