超临界二氧化碳携带支撑剂高压铺砂夹持模型及其使用方法

1.本发明涉及石油与天然气工程实验设备技术领域，特别是涉及一种超临界二氧化碳携带支撑剂高压铺砂夹持模型及其使用方法。


背景技术：

2.压裂储层改造工艺已成为低渗、特低渗、非常规储层开发的必要措施，压裂液携支撑剂的铺设状态对压后导流能力和开发效果具有重要影响。尤其是随着二氧化碳压裂工艺的大规模实验与应用，超临界二氧化碳携带低密度支撑剂的沉降、铺砂效果，是众多研究人员与工程师关注的问题，其高压状态沉降、铺砂效果需要用于指导低密度支撑剂的筛选、压裂参数的设计。
3.现有的压裂支撑剂铺砂模型趋于可视化、高压化、大型化、复杂布缝化，铺砂状态观察首先考虑的是可视化问题，研制的高压模型实际多采用pc板、有机玻璃或注塑(环氧树脂)倒(压)模制成，以实现可视化。但是，上述模型无法满足高压条件下支撑剂铺砂运移规律分析对铺砂模型的强度要求。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种超临界二氧化碳携带支撑剂高压铺砂夹持模型及其使用方法，通过采用金属材料来提高强度，通过注塑后取出模型的方式观察铺砂结果。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
6.本发明公开了一种超临界二氧化碳携带支撑剂高压铺砂夹持模型，包括：
7.用于形成腔体的夹块组件，所述夹块组件包括第一夹块和第二夹块；所述第一夹块具有凸起，所述第二夹块具有凹槽，所述凸起嵌入所述凹槽内，以在所述凸起与所述凹槽之间形成所述腔体；所述第二夹块的两端分别设有注入孔和流出孔，所述注入孔和所述流出孔均与所述腔体连通，以将超临界二氧化碳与支撑剂注入所述腔体和排出所述腔体；所述第一夹块与所述第二夹块为抗二氧化碳腐蚀的金属材质；所述第一夹块和所述第二夹块内分别设有第一夹块注塑孔和第二夹块注塑孔，所述第一夹块注塑孔和所述第二夹块注塑孔均与所述腔体连通，以向所述腔体内注塑；
8.用于密封所述第一夹块与所述第二夹块间缝隙的第一密封胶套，所述第一密封胶套套设于所述凸起外侧，且被所述第一夹块与所述第二夹块夹在中间；所述第一密封胶套为抗二氧化碳腐蚀的橡胶材质；
9.底块组件，所述底块组件包括第一底块、第二底块、第一注塑堵头和第二注塑堵头；所述第一底块具有第一底块注塑通道，所述第一底块注塑通道与所述第一夹块注塑孔连通；所述第二底块具有第二底块注塑通道，所述第二底块注塑通道与所述第二夹块注塑孔连通；所述第一底块位于所述第一夹块背离所述第二夹块的一侧，所述第二底块位于所述第二夹块背离所述第一夹块的一侧；所述第一注塑堵头可拆卸式封堵在所述第一底块注塑通道处，所述第二注塑堵头可拆卸式封堵在所述第二底块注塑通道处。
10.优选地，还包括用于使所述第一底块与所述第二底块相互靠近的第二密封胶套，所述第一底块和所述第二底块位于所述第二密封胶套内侧。
11.优选地，还包括用于控制所述腔体宽度的夹柱；所述凸起上设有第一定位孔，所述夹柱的一端嵌入所述第一定位孔内且与所述第一夹块相抵，所述夹柱的另一端位于所述腔体内且与所述第二夹块相抵。
12.优选地，所述第一夹块上设有第一滤孔，所述第一底块上设有第一渗流通道，所述腔体、所述第一滤孔、所述第一渗流通道依次连通，以排出所述腔体内的滤液；所述第二夹块上设有第二滤孔，所述第二底块上设有第二渗流通道，所述腔体、所述第二滤孔、所述第二渗流通道依次连通，以排出所述腔体内的滤液。
13.优选地，所述第一渗流通道包括第一滤液收集槽和第一滤液排出孔，所述第一滤液收集槽位于所述第一底块靠近所述第一夹块的一侧，所述第一滤液排出孔的一端与所述第一滤液收集槽连通，所述第一滤液排出孔的另一端延伸至所述第一底块的外表面；
14.所述第二渗流通道包括第二滤液收集槽和第二滤液排出孔，所述第二滤液收集槽位于所述第二底块靠近所述第二夹块的一侧，所述第二滤液排出孔的一端与所述第二滤液收集槽连通，所述第二滤液排出孔的另一端延伸至所述第二底块的外表面。
15.优选地，所述第一底块注塑通道和所述第二底块注塑通道均为l型。
16.本发明还公开了一种超临界二氧化碳携带支撑剂高压铺砂夹持模型的使用方法，使用上述的超临界二氧化碳携带支撑剂高压铺砂夹持模型，包括如下步骤：
17.s1、支撑剂注入：将第一注塑堵头封堵在第一底块注塑通道处，将第二注塑堵头封堵在第二底块注塑通道处；在预设的围压和回压下，将超临界二氧化碳注入二氧化碳混砂装置，二氧化碳混砂装置使超临界二氧化碳携带支撑剂经注入孔进入腔体，直至腔体注满；降低围压和回压；
18.s2、可视化观测支撑剂铺砂效果：将第一注塑堵头和/或第二注塑堵头取下；在预设的围压和回压下，将液体树脂或液体胶经第一夹块注塑孔和/或第二夹块注塑孔注入腔体内，使液体树脂或液体胶充满腔体内的空隙，空隙处的空气经第一渗流通道和第二渗流通道排出腔体，等待液体树脂或液体胶固化；降低围压和回压；将腔体内的模型取出，在模型表面再次涂抹液体树脂或液体胶，等待液体树脂或液体胶固化；对模型状态进行拍摄、测量。
19.优选地，在步骤s2之后还包括以下步骤：改变实验条件，重复进行步骤s1和步骤s2，以分析超临界二氧化碳携带支撑剂高压铺设状态在该实验条件变化时的变化规律。
20.优选地，在步骤s1与步骤s2之间，还包括以下步骤：
21.在预设的围压和回压下，将水、油或气经第一夹块注塑孔和/或第二夹块注塑孔注入腔体内，测量注入孔和流出孔的压强变化，以得到渗透率计算所需参数；若采用注水或注油的方式，需在参数记录完成后，将气体经第一夹块注塑孔和/或第二夹块注塑孔注入腔体内，以将腔体内的水或油经第一渗流通道和第二渗流通道排出腔体。
22.本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
23.相比现有可视化铺砂模型，本发明夹持模型采用金属材料来提高强度，通过注塑后取出模型的方式观察铺砂结果，其承压能力更强。本发明夹持模型的优选方案还能够进行渗透率测试，一次实验即实现裂缝导流能力研究与铺砂规律测试，降低了测试时间与成
本，为二氧化碳压裂工艺机理分析提供理论指导。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
25.图1为本实施例超临界二氧化碳携带支撑剂高压铺砂夹持模型的爆炸图；
26.图2为图1中截面a处剖视图；
27.图3为图1中截面b处剖视图；
28.图4为图1中截面c处剖视图；
29.图5为一种第二密封胶套的安装位置示意图；
30.图6为另一种第二密封胶套的安装位置示意图；
31.附图标记说明：1-第一底块；2-第一夹块；3-夹柱；4-第二夹块；5-第二底块；6-第一密封胶套；7-注塑堵头；8-第二密封胶套；9-腔体；12-第一底块注塑通道；13-第一滤液排出孔；14-第一滤液收集槽；22-第一夹块注塑孔；23-第一定位孔；24-第一滤孔；42-第二夹块注塑孔；43-第二定位孔；44-第二滤孔；45-注入孔；46-流出孔；52-第二底块注塑通道；53-第二滤液排出孔；54-第二滤液收集槽。
具体实施方式
32.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
33.本发明的目的是提供一种超临界二氧化碳携带支撑剂高压铺砂夹持模型及其使用方法，通过采用金属或合金材料来提高强度，通过注塑后取出模型的方式观察铺砂结果。
34.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
35.参照图1～图6，本实施例提供一种超临界二氧化碳携带支撑剂高压铺砂夹持模型，包括夹块组件、第一密封胶套6和底块组件。
36.夹块组件用于形成腔体9，夹块组件包括第一夹块2和第二夹块4。第一夹块2具有凸起，第二夹块4具有凹槽，凸起嵌入凹槽内，以在凸起与凹槽之间形成腔体9。第二夹块4的两端分别设有注入孔45和流出孔46，注入孔45和流出孔46均与腔体9连通，分别用以将超临界二氧化碳与支撑剂的混合物注入腔体9和排出腔体9。第一夹块2与第二夹块4为抗二氧化碳腐蚀的金属材质(可以是纯金属或合金材质)，以提供足够的强度。第一夹块2和第二夹块4内分别设有第一夹块注塑孔22和第二夹块注塑孔42，第一夹块注塑孔22和第二夹块注塑孔42均与腔体9连通，以向腔体9内注塑。
37.第一密封胶套6用于密封第一夹块2与第二夹块4间的缝隙，使腔体9内的物质不能够从第一夹块2与第二夹块4之间留出。第一密封胶套6套设于凸起外侧，且被第一夹块2与
第二夹块4夹在中间。第一密封胶套6为抗二氧化碳腐蚀的橡胶材质。
38.底块组件包括第一底块1、第二底块5、第一注塑堵头和第二注塑堵头，第一注塑堵头和第二注塑堵头统称为注塑堵头7。第一底块1具有第一底块注塑通道12，第一底块注塑通道12与第一夹块注塑孔22连通。第二底块5具有第二底块注塑通道52，第二底块注塑通道52与第二夹块注塑孔42连通。第一底块1位于第一夹块2背离第二夹块4的一侧，第二底块5位于第二夹块4背离第一夹块2的一侧。第一注塑堵头可拆卸式封堵在第一底块注塑通道12处，第二注塑堵头可拆卸式封堵在第二底块注塑通道52处(此处的可拆卸式连接可以是螺纹连接)。
39.该超临界二氧化碳携带支撑剂高压铺砂夹持模型(以下简称为夹持模型)的工作原理如下：
40.第一夹块2与第二夹块4为抗二氧化碳腐蚀的金属材质，与pc板、有机玻璃等透明材质相比，本实施例中第一夹块2与第二夹块4在提升强度的同时使腔体9内的情况无法从外界直观地看到。为此，在将超临界二氧化碳与支撑剂的混合物注入腔体9后，可将第一注塑堵头、第二注塑堵头中的至少一个拆下，并向腔体9内通入液体树脂或液体胶等注塑材料，使注塑材料填充腔体9内的缝隙，注塑材料固化后形成固化模型，以便于将固化模型整体取出并进行观察。
41.在实验过程中，通常需要施加一定的围压。作为一种可能的示例，本实施例的夹持模型还包括用于使第一底块1与第二底块5相互靠近的第二密封胶套8，第一底块1和第二底块5位于第二密封胶套8内侧。第二密封胶套8用于避免夹持模型散开。需要说明的是，参照图5，当夹持模型横截面的外轮廓为方形时，第二密封胶套8横截面的内轮廓也为方形；参照图6，当夹持模型横截面的外轮廓为圆形时，第二密封胶套8横截面的内轮廓也为圆形。
42.为了更准确地控制腔体9的宽度，作为一种可能的示例，本实施例的夹持模型还包括用于控制腔体9宽度的夹柱3。凸起上设有第一定位孔23，夹柱3的一端嵌入第一定位孔23内且与第一夹块2相抵，夹柱3的另一端位于腔体9内且与第二夹块4相抵。使用时，通过更换不同型号的夹柱3即可改变腔体9的宽度。本实施例中，第二夹块4的凹槽内设有第二定位孔43，夹柱3的另一端嵌入第二定位孔43内，以实现对夹柱3的另一端的准确定位。
43.为了便于排出腔体9内的滤液，作为一种可能的示例，本实施例的第一夹块2上设有第一滤孔24，第一底块1上设有第一渗流通道，腔体9、第一滤孔24、第一渗流通道依次连通，以排出腔体9内的滤液。第二夹块4上设有第二滤孔44，第二底块5上设有第二渗流通道，腔体9、第二滤孔44、第二渗流通道依次连通，以排出腔体9内的滤液。需要说明的是，此处的滤液是指，在将超临界二氧化碳与支撑剂的混合物注入腔体9后，为测试腔体9内的渗透率而向腔体9内注入的水或油。在向腔体9内通入液体树脂或液体胶等注塑材料前，需通过向腔体9内通气的方式将滤液排出腔体9。
44.作为一种可能的示例，本实施例中的第一渗流通道包括第一滤液收集槽14和第一滤液排出孔13，第一滤液收集槽14位于第一底块1靠近第一夹块2的一侧，第一滤液排出孔13的一端与第一滤液收集槽14连通，第一滤液排出孔13的另一端延伸至第一底块1的外表面。本实施例中的第二渗流通道包括第二滤液收集槽54和第二滤液排出孔53，第二滤液收集槽54位于第二底块5靠近第二夹块4的一侧，第二滤液排出孔53的一端与第二滤液收集槽54连通，第二滤液排出孔53的另一端延伸至第二底块5的外表面。腔体9内的滤液可以依次
经第一滤液排出孔13、第一滤液收集槽14、第一滤液排出孔13向外排出，或经第二滤液排出孔53、第二滤液收集槽54、第二滤液排出孔53向外排出。
45.作为一种可能的示例，本实施例中的第一底块注塑通道12和第二底块注塑通道52均为l型。根据实际需要的不同，本领域技术人员也可选择其它形状。
46.作为一种可能的示例，本实施例中，第一底块注塑通道12、第二底块注塑通道52的直径均为3mm，夹持模型的高度与宽度均为100mm，注入孔45的直径不小于5mm，流出孔46的直径为3mm，夹柱3的长度为12mm～20mm、直径为6mm，第一滤孔24、第二滤孔44的数量均为6～10个，第一滤孔24、第二滤孔44的直径均为1.5mm～3mm，腔体9的宽度为2mm～10mm，本领域技术人员也可根据实际需要的不同选择其它尺寸或数量。本实施例中，第一密封胶套6、第二密封胶套8均为抗二氧化碳腐蚀的氟橡胶，第一夹块2、第二夹块4、夹柱3均为抗二氧化碳腐蚀的合金钢，第一底块1、第二底块5均为抗二氧化碳腐蚀的铝合金，本领域技术人员也可根据实际需要的不同选择其它材质。
47.本发明还公开了一种超临界二氧化碳携带支撑剂高压铺砂夹持模型的使用方法，使用上述的超临界二氧化碳携带支撑剂高压铺砂夹持模型，包括如下步骤：
48.s1、支撑剂注入：将第一注塑堵头封堵在第一底块注塑通道12处，将第二注塑堵头封堵在第二底块注塑通道52处。在预设的围压和回压下，将超临界二氧化碳注入二氧化碳混砂装置，二氧化碳混砂装置使超临界二氧化碳携带支撑剂经注入孔45进入腔体9，直至腔体9注满。降低围压和回压。
49.与注入孔45相连的管线和与流出孔46相连的管线可采用耐高压不锈钢或合金，以提高管线强度。管线内径不小于5mm，以防止管线堵塞。二氧化碳混砂装置使超临界二氧化碳携带支撑剂经注入孔45进入腔体9的过程中，腔体9增压为40mpa、夹持模型温度为30℃～150℃，注入速度为5ml/min～20ml/min。夹持模型可由岩心夹持器进行夹持。
50.s2、可视化观测支撑剂铺砂效果：将第一注塑堵头和/或第二注塑堵头取下。在预设的围压和回压下，将液体树脂或液体胶经第一夹块注塑孔22和/或第二夹块注塑孔42注入腔体9内，使液体树脂或液体胶充满腔体9内的空隙，空隙处的空气经第一渗流通道和第二渗流通道排出腔体9，等待液体树脂或液体胶固化。降低围压和回压。将腔体9内的模型取出，在模型表面再次涂抹液体树脂或液体胶，等待液体树脂或液体胶固化。对模型状态进行拍摄、测量。
51.本实施例中，上述液体树脂或液体胶为环氧树脂，环氧树脂以0.02ml/min～0.1ml/min的速度注入腔体9，腔体9内环氧树脂的加热、等候固化时间共6h。在模型表面涂抹环氧树脂后，加热、等候固化共1h。
52.作为一种可能的示例，在步骤s2之后还包括以下步骤：改变实验条件，重复进行步骤s1和步骤s2，以分析超临界二氧化碳携带支撑剂高压铺设状态在该实验条件变化时的变化规律。该实验条件可以是夹柱3尺寸、支撑剂类型、注入速度、腔体9内部压力、实验过程温度等。
53.作为一种可能的示例，在步骤s1与步骤s2之间，还包括以下步骤：
54.在预设的围压和回压下，将水、油或气经第一夹块注塑孔22和/或第二夹块注塑孔42注入腔体9内，测量注入孔45和流出孔46的压强变化，以得到渗透率计算所需参数。若采用注水或注油的方式，需在参数记录完成后，将气体经第一夹块注塑孔22和/或第二夹块注
塑孔42注入腔体9内，以将腔体9内的水或油经第一渗流通道和第二渗流通道排出腔体9。
55.本实施例中，采用向腔体9内注水的方式测渗透率，注水速度为0.02ml/min～0.1ml/min，以防止因注水速度过快改变腔体9内支撑剂铺砂状态。注水测渗透率后，采用低压(不高于0.5mpa)注入气体，以排出腔体9内的水。
56.需要说明的是，实验完成后需要将残留的支撑剂从腔体9中去除，去除时可以采用浸泡与刮削方式。对于顽固性残留，可采用在腔体9表面涂抹凡士林的方式进行去除，直至腔体9表面无明显残留物凸起。
57.本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。