本公開(kāi)涉及石油工程領(lǐng)域，具體地，涉及一種縫隙導(dǎo)流沉降模擬裝置和模擬水力壓裂的系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

水力壓裂作為油氣開(kāi)發(fā)的重要增產(chǎn)改造措施，發(fā)揮著十分重要的作用。由于在水力壓裂過(guò)程中，支撐劑的輸送規(guī)律影響支撐劑在裂縫中的鋪設(shè)形態(tài)，從而決定了壓裂改造的最終效果。因此，對(duì)支撐劑在裂縫中的輸送規(guī)律開(kāi)展研究極具必要性。

目前，國(guó)內(nèi)油氣田現(xiàn)場(chǎng)壓裂設(shè)計(jì)模擬攜砂液中的支撐劑在裂縫中的運(yùn)移及鋪置規(guī)律時(shí)，常憑經(jīng)驗(yàn)或理論計(jì)算。國(guó)外研究支撐劑規(guī)律的實(shí)驗(yàn)裝置有同心圓筒裝置和平板裝置，但是其實(shí)驗(yàn)裝置并沒(méi)有按照相似性原則確定室內(nèi)模擬參數(shù)，且裝置尺寸較小，只能對(duì)支撐劑的沉降進(jìn)行簡(jiǎn)單研究，無(wú)法研究砂堤的堆積和鋪置規(guī)律，也無(wú)法模擬攜砂液將裂縫巖層劈開(kāi)的過(guò)程。此外，現(xiàn)有的模擬裝置沒(méi)考慮裂縫壁面的不光滑、壓裂液在裂縫的濾失以及井筒射孔孔徑及密度，因此和實(shí)際情況有較大的出入。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本公開(kāi)的目的是提供一種縫隙導(dǎo)流沉降模擬裝置，該裝置可以更準(zhǔn)確地模擬攜砂液中的支撐劑在地下裂縫中的運(yùn)移和沉降過(guò)程，還可以模擬攜砂液在地層中的濾失及將地下裂縫的巖層劈開(kāi)的過(guò)程，解決現(xiàn)有的模擬裝置與實(shí)際水力壓裂過(guò)程相差較大的技術(shù)問(wèn)題。

本公開(kāi)的另一個(gè)目的是提供一種模擬水力壓裂的系統(tǒng)。

本公開(kāi)的再一個(gè)目的是提供一種模擬水力壓裂的方法，該系統(tǒng)和方法可以更精確地模擬攜砂液中的支撐劑在地下裂縫中的運(yùn)移和沉降過(guò)程，還可以模擬攜砂液將地下裂縫的巖層劈開(kāi)的過(guò)程。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本公開(kāi)提供一種縫隙導(dǎo)流沉降模擬裝置，該裝置包括人工裂縫，所述人工裂縫包括：

具有縫隙的第一段，用于模擬攜砂液中的支撐劑在地下裂縫中的運(yùn)移和沉降過(guò)程；以及

具有可開(kāi)閉縫隙的第二段，用于模擬攜砂液將地下裂縫中的巖層劈開(kāi)的過(guò)程。

本公開(kāi)還提供一種模擬水力壓裂的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：

輸送裝置，用于輸送攜砂液；以及

上述的縫隙導(dǎo)流沉降模擬裝置，用于模擬攜砂液中的支撐劑在地下裂縫中的運(yùn)移和沉降過(guò)程和攜砂液將地下裂縫中的巖層劈開(kāi)的過(guò)程；

其中，所述縫隙導(dǎo)流沉降模擬裝置的流體入口與所述輸送裝置的流體出口連通。

本公開(kāi)還提供一種模擬水力壓裂的方法，該方法包括如下步驟：

(1)使待測(cè)攜砂液通過(guò)射孔沿水平方向進(jìn)入人工裂縫的縫隙中，所述人工裂縫包括具有縫隙的第一段和具有可開(kāi)閉縫隙的第二段；

所述攜砂液流經(jīng)所述人工裂縫的第一段，模擬攜砂液中的支撐劑在地下裂縫中的運(yùn)移和沉降過(guò)程；所述攜砂液在壓力作用下?lián)伍_(kāi)閉合的人工裂縫的第二段，模擬攜砂液將地下裂縫中的巖層劈開(kāi)的過(guò)程；

(2)采用高速攝像設(shè)備通過(guò)所述人工裂縫的透明側(cè)板拍攝所述人工縫隙中支撐劑的運(yùn)移和沉降過(guò)程，得到所述支撐劑的沉降速度和運(yùn)移軌跡；

(3)停止向所述人工裂縫進(jìn)入所述攜砂液，記錄所述人工裂縫底部的沙堤形態(tài)后，使所述攜砂液從所述人工裂縫中排出；

(4)根據(jù)所述支撐劑的沉降速度、運(yùn)移軌跡和沙堤形態(tài)來(lái)判斷待測(cè)攜砂液和支撐劑是否可以用于水力壓裂施工。

通過(guò)上述技術(shù)方案，本公開(kāi)的縫隙導(dǎo)流沉降模擬裝置中具有縫隙的第一段可以用于模擬支撐劑在地下裂縫中的運(yùn)移和沉降過(guò)程，具有可開(kāi)閉縫隙的第二段可以用于模擬攜砂液在壓力作用下將地下裂縫中的巖層劈開(kāi)的過(guò)程。本公開(kāi)的縫隙導(dǎo)流沉降模擬裝置可以調(diào)節(jié)人工裂縫的尺寸，可以針對(duì)某一尺寸的地下裂縫對(duì)待測(cè)攜砂液進(jìn)行水力壓裂模擬，模擬過(guò)程中可以收集支撐劑的沉降速度、運(yùn)移軌跡和沙堤形態(tài)等數(shù)據(jù)，從而優(yōu)選出最適宜的支撐劑種類(lèi)、砂比和攜砂液排量等施工參數(shù)。

本公開(kāi)的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的具體實(shí)施方式部分予以詳細(xì)說(shuō)明。

附圖說(shuō)明

附圖是用來(lái)提供對(duì)本公開(kāi)的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說(shuō)明書(shū)的一部分，與下面的具體實(shí)施方式一起用于解釋本公開(kāi)，但并不構(gòu)成對(duì)本公開(kāi)的限制。在附圖中：

圖1是根據(jù)本公開(kāi)的一種具體實(shí)施方式的縫隙導(dǎo)流沉降模擬裝置的俯視圖。

圖2是根據(jù)本公開(kāi)的一種具體實(shí)施方式的縫隙導(dǎo)流沉降模擬裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是根據(jù)本公開(kāi)的一種具體實(shí)施方式的模擬水力壓裂的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)記說(shuō)明

1 攪拌器 2 儲(chǔ)液裝置

3 液位計(jì) 4 放空閥

5 進(jìn)液閥 6 注入泵

7 壓力表 8 流量計(jì)

9 人工裂縫

901 第一側(cè)板 902 固定板

903 第一孔道 904 第二孔道

905 活動(dòng)板 906 彈性件

907 仿巖板 908 流體入口

909 流體出口

10 摩阻管 11 壓差變送器

12 排沙口 13 回流管路

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本公開(kāi)的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的具體實(shí)施方式僅用于說(shuō)明和解釋本公開(kāi)，并不用于限制本公開(kāi)。

在本公開(kāi)中，在未作相反說(shuō)明的情況下，使用的方位詞如“上、下、左、右”通常是指本公開(kāi)的縫隙導(dǎo)流沉降模擬裝置在正常使用狀態(tài)下的上、下、左和右，具體可以參考圖2和圖3的圖面方向?！皟?nèi)、外”指的是針對(duì)裝置的輪廓而言的內(nèi)和外。

本公開(kāi)提供一種縫隙導(dǎo)流沉降模擬裝置，該裝置包括人工裂縫9，所述人工裂縫9包括：

具有縫隙的第一段，用于模擬攜砂液中的支撐劑在地下裂縫中的運(yùn)移和沉降過(guò)程；以及

具有可開(kāi)閉縫隙的第二段，用于模擬攜砂液將地下裂縫中的巖層劈開(kāi)的過(guò)程。

本公開(kāi)的縫隙導(dǎo)流沉降模擬裝置中具有縫隙的第一段可以用于模擬支撐劑在地下裂縫中的運(yùn)移和沉降過(guò)程，具有可開(kāi)閉縫隙的第二段可以用于模擬攜砂液在壓力作用下將地下裂縫中的巖層劈開(kāi)的過(guò)程。本公開(kāi)的縫隙導(dǎo)流沉降模擬裝置可以調(diào)節(jié)人工裂縫的尺寸，可以針對(duì)某一尺寸的地下裂縫對(duì)待測(cè)攜砂液進(jìn)行水力壓裂模擬，模擬過(guò)程中可以收集支撐劑的沉降速度、運(yùn)移軌跡和沙堤形態(tài)等數(shù)據(jù)，從而優(yōu)選出最適宜的支撐劑種類(lèi)、砂比和攜砂液排量等施工參數(shù)。

其中，水力壓裂的含義為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，是指利用增壓設(shè)備向地下油層注入壓裂液，當(dāng)注入壓裂液的速度超過(guò)油層的吸收能力時(shí)，則在油層上形成很高的壓力，當(dāng)這種壓力超過(guò)油層巖石的破裂壓力時(shí)，油層將被壓開(kāi)并產(chǎn)生裂縫。這時(shí)，繼續(xù)不停地向油層擠注壓裂液，裂縫就會(huì)繼續(xù)向油層內(nèi)部擴(kuò)張。為了保持壓開(kāi)的裂縫處于張開(kāi)狀態(tài)，接著向油層擠入帶有支撐劑的攜砂液，攜砂液進(jìn)入裂縫之后，使裂縫繼續(xù)向前延伸，并支撐已經(jīng)壓開(kāi)的裂縫使其保持撐開(kāi)狀態(tài)。支撐劑也為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，為具有一定粒度和級(jí)配的天然砂或人造高強(qiáng)陶瓷顆粒，支撐劑由壓裂液帶入并支撐在壓裂地層的裂隙中，從而有效地將油氣導(dǎo)入油氣井，可以大幅度提高油氣產(chǎn)量和延長(zhǎng)油井壽命。

如圖1所示，在本公開(kāi)的一種具體實(shí)施方式中，人工裂縫9可以包括沿豎直方向平行設(shè)置的第一側(cè)板901和第二側(cè)板，第一側(cè)板901和第二側(cè)板可以平行間隔設(shè)置以形成所述第一段的縫隙；第二側(cè)板可以包括固定板902和沿垂直于板面方向可移動(dòng)的活動(dòng)板905，活動(dòng)板905與固定板902之間可以設(shè)置有彈性件906，彈性件906可以使得活動(dòng)板905與第一側(cè)板901之間形成第二段的可開(kāi)閉縫隙；第一段的縫隙和第二段的可開(kāi)閉縫隙的周向均密封；周向密封的兩個(gè)側(cè)面上分別設(shè)置有流體入口908和流體出口909，優(yōu)選地，第一側(cè)板901和第二側(cè)板之間的距離可以調(diào)節(jié)，以形成不同尺寸的人工裂縫9，便于模擬攜砂液在不同尺寸的地下裂縫中的壓裂過(guò)程，其中，第一側(cè)板901和第二側(cè)板之間的距離優(yōu)選為6-20mm。

在本公開(kāi)優(yōu)選的一種具體實(shí)施方式中，可以采用密封邊框?qū)ι鲜龅谝欢蔚目p隙和第二段的縫隙進(jìn)行密封，為了更準(zhǔn)確地模擬壓裂液在地下裂縫中的水力壓裂過(guò)程，優(yōu)選地，密封邊框的額定承壓強(qiáng)度可以為大于2MPa。為了防止模擬過(guò)程中人工裂縫9內(nèi)的壓力超過(guò)額定的承壓強(qiáng)度，優(yōu)選地，人工裂縫9還可以設(shè)有保護(hù)裝置和切換閥門(mén)，當(dāng)模擬過(guò)程中人工裂縫9內(nèi)的壓力過(guò)高時(shí)，可以使保護(hù)裝置和切換閥門(mén)打開(kāi)，將攜砂液排出泄壓，避免對(duì)裝置的損壞。

為了便于將人工裂縫9內(nèi)的攜砂液和/或沉積的支撐劑排出，優(yōu)選地，人工裂縫9的底部可以設(shè)有排沙口12，排沙口12可以設(shè)置為1-5個(gè)，以加快排沙速度。

優(yōu)選地，上述彈性件906可以為壓縮彈簧，壓縮彈簧一端抵頂在所述固定板902上，另一端抵頂在所述活動(dòng)板905上。壓縮彈簧對(duì)活動(dòng)板905保持朝向第一側(cè)板901的壓力，使活動(dòng)板905緊貼于第一側(cè)板901上，形成閉合狀態(tài)的第二段的縫隙；在攜砂液的壓力下，該縫隙可以被撐開(kāi)，形成打開(kāi)狀態(tài)下的第二段的縫隙。

進(jìn)一步地，為了更準(zhǔn)確地模擬地下裂縫中巖層被攜砂液劈開(kāi)所需的壓力，上述壓縮彈簧可以為多個(gè)，且均勻設(shè)置于活動(dòng)板905與固定板902之間，以使活動(dòng)板905與固定板902之間的壓力接近地下裂縫中巖層的壓力，優(yōu)選地，壓縮彈簧的個(gè)數(shù)可以為使得活動(dòng)板905與固定板902之間的壓強(qiáng)大于1.8MPa，且該壓強(qiáng)優(yōu)選小于上述裂縫周向密封的額定承壓強(qiáng)度。

為了模擬攜砂液從不同數(shù)目、孔徑和的射孔中進(jìn)入裂縫時(shí)，支撐劑的運(yùn)移狀態(tài)，優(yōu)選地，人工裂縫9還可以包括沿第一側(cè)板901和第二側(cè)板的兩個(gè)側(cè)邊豎直設(shè)置的第一孔道903和第二孔道904，第一孔道903和第二孔道904朝向縫隙內(nèi)部的一側(cè)可以分別設(shè)有水平方向的射孔；為了便于攜砂液經(jīng)過(guò)射孔流入縫隙，人工裂縫的流體入口908可以設(shè)置于第一孔道903的頂部，人工裂縫的流體出口909可以設(shè)置于第二孔道904的頂部，攜砂液從流體入口908進(jìn)入第一孔道903，并經(jīng)第一孔道903內(nèi)的射孔沿水平方向進(jìn)入第一側(cè)板901和第二側(cè)板之間的第一段的縫隙，攜砂液在輸送壓力的作用下，將閉合狀態(tài)的第二段的縫隙撐開(kāi)并流經(jīng)該縫隙，從第二孔道904的水平射孔流入第二孔道904，最后經(jīng)第二孔道904底部的流體出口909排出人工縫隙。優(yōu)選地，第一孔道903和第二孔道904的射孔的數(shù)目、孔徑和等參數(shù)均可以調(diào)節(jié)，用于模擬不同射孔參數(shù)下，支撐劑的運(yùn)移和沉降過(guò)程。

為了便于觀察和記錄模擬過(guò)程，第一側(cè)板901優(yōu)選為透明板，例如，第一側(cè)板901可以為有機(jī)玻璃板或鋼化玻璃板，優(yōu)選地，該系統(tǒng)還可以包括高速攝像設(shè)備，用于通過(guò)透明的第一側(cè)板901拍攝人工裂縫中支撐劑的運(yùn)移和沉降過(guò)程，從而得到支撐劑在壓裂液中的沉降速度、沉降量和形成的沙堤形態(tài)。

為了更準(zhǔn)確地模擬地下裂縫側(cè)壁的粗糙程度，優(yōu)選地，第一側(cè)板901位于第一段的至少一部分內(nèi)表面可以形成為粗糙表面，例如，在本公開(kāi)的一種具體實(shí)施方式中，可以在第一側(cè)板901位于第一段的部分內(nèi)表面粘接不規(guī)則的顆粒，使得粘接后的粗糙表面的粗糙度與實(shí)際施工層的全直徑巖心的斷裂面粗糙度相同。其中優(yōu)選粘接玻璃碎片，以便于通過(guò)第一側(cè)板901觀察和記錄支撐劑的運(yùn)移和沉降過(guò)程。

在另一具體實(shí)施方式中，可以直接在第一側(cè)板901上形成刻痕，使得刻蝕得到的粗糙表面的粗糙度與上述斷裂面的粗糙程度相當(dāng)。

為了模擬理想狀態(tài)下攜砂液在地下裂縫中的流動(dòng)情況，優(yōu)選地，第一側(cè)板901位于第一段的至少一部分內(nèi)表面可以形成為光滑表面。

在實(shí)際的水力壓裂過(guò)程中，不同種類(lèi)的油層裂縫其巖壁對(duì)攜砂液的濾失量也不同，為了進(jìn)一步準(zhǔn)確地進(jìn)行模擬，上述第二側(cè)板還可以包括仿巖板907，仿巖板907可以可拆卸地設(shè)置于第二側(cè)板的內(nèi)表面，優(yōu)選地，所述仿巖板的濾失量可調(diào)節(jié)。

在本公開(kāi)的一種具體實(shí)施方式中，可以通過(guò)更換仿巖板907的種類(lèi)來(lái)調(diào)節(jié)仿巖板的濾失量，仿巖板907可以為選自頁(yè)巖板、砂巖板、致密巖層板和超低密巖層板中的至少一種。上述不同種類(lèi)的仿巖板907具有不同的濾失量，可以根據(jù)待模擬的地下裂縫的巖層種類(lèi)和濾失量選擇相應(yīng)濾失量的仿巖板，以提高水力壓裂模擬的準(zhǔn)確性。優(yōu)選設(shè)置多塊仿巖板907，以便盡可能多地覆蓋第二側(cè)板的內(nèi)表面。仿巖板907可以模擬包括頁(yè)巖、砂巖、致密巖層和超致密巖層等地層情況，且濾失量與實(shí)際地層濾失量相當(dāng)。

在本公開(kāi)的另一具體實(shí)施方式中，可以通過(guò)在仿巖板907上設(shè)置濾失孔來(lái)調(diào)節(jié)仿巖板的濾失量，具體地，可以通過(guò)調(diào)節(jié)濾失孔的大小和數(shù)量來(lái)調(diào)節(jié)仿巖板的濾失量。

本公開(kāi)還提供一種模擬水力壓裂的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：

輸送裝置，用于輸送攜砂液；以及

上述的縫隙導(dǎo)流沉降模擬裝置，用于模擬攜砂液中的支撐劑在地下裂縫中的運(yùn)移和沉降過(guò)程；其中，所述縫隙導(dǎo)流沉降模擬裝置的流體入口與所述輸送裝置的流體出口連通。

優(yōu)選地，輸送裝置可以包括注入泵6，為了提升輸送效率，注入泵6優(yōu)選為螺桿泵，最大泵注排量可以為10m³/h，排量可通過(guò)變頻控制器進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)控制。注入泵6的出口通過(guò)管路連接縫隙導(dǎo)流沉降模擬裝置的入口，優(yōu)選在隙導(dǎo)流沉降模擬裝置的入口的管路上安裝流量數(shù)顯控制器，進(jìn)行流量監(jiān)測(cè)。

優(yōu)選地，連接各裝置之間的管路采用大直徑耐腐蝕管材，防止管路被壓裂液腐蝕，管路的轉(zhuǎn)彎和變向處優(yōu)選采用大弧度回旋設(shè)計(jì)，以避免管路的轉(zhuǎn)彎和變向處出現(xiàn)砂堵現(xiàn)象，保證攜砂液的正常輸送。

為了便于制備壓裂液和待測(cè)攜砂液，該系統(tǒng)還可以包括儲(chǔ)液裝置2，儲(chǔ)液裝置2的出口可以與輸送裝置的入口連通。

優(yōu)選地，儲(chǔ)液裝置2還可以包括攪拌器1，以提高儲(chǔ)液裝置2中壓裂液的配制和攜砂液的混砂效率。更優(yōu)選地，儲(chǔ)液裝置2的下部可以設(shè)有放空閥4，方便排空和清洗。

為了便于回收從人工裂縫9中排出的攜砂液，本公開(kāi)的系統(tǒng)還可以包括回流管路13，人工裂縫的流體出口909可以通過(guò)該回流管路13與儲(chǔ)液裝置2的入口連通。通過(guò)回流管路13還可以使攜砂液循環(huán)多次進(jìn)入人工裂縫9，用于模擬攜砂液在長(zhǎng)流程的地下裂縫中輸送時(shí)支撐劑的運(yùn)移和沉降過(guò)程。

優(yōu)選地，縫隙導(dǎo)流沉降模擬裝置的入口和出口管路上可以分別設(shè)置壓力表7，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置出入口兩端壓力，并可以利用出入口的壓力差值得到待測(cè)攜砂液的摩阻，以進(jìn)一步評(píng)價(jià)攜砂液和支撐劑的性能。

為了測(cè)量壓裂液的摩阻，該系統(tǒng)還可以包括摩阻測(cè)量裝置，摩阻測(cè)量裝置的入口可以與輸送裝置的出口連通。

其中，摩阻測(cè)量裝置可以包括一個(gè)或并聯(lián)設(shè)置的多個(gè)摩阻管10，摩阻管10可以設(shè)置有壓差變送器11，為了擴(kuò)大摩阻測(cè)量裝置的量程范圍，上述多個(gè)摩阻管10的個(gè)數(shù)優(yōu)選為2-5個(gè)。摩阻管的量程和規(guī)格可以在很大范圍內(nèi)變化，優(yōu)選地，多個(gè)摩阻管可以為不同的量程，以適用不同摩阻范圍的壓裂液的測(cè)量。

在本公開(kāi)優(yōu)選的一種具體實(shí)施方式中，摩阻測(cè)量裝置可以包括三個(gè)并聯(lián)的摩阻管10，每個(gè)摩阻管10設(shè)置有壓差變送器11，三根摩阻管10的內(nèi)徑不同，公稱(chēng)直徑分別為6mm、12mm、25mm，壓差變送器11的量程分別為50kPa、200kPa、500kPa。測(cè)試時(shí)，可以根據(jù)實(shí)際需要選擇所需量程的壓差變送器11及相應(yīng)的摩阻管10，以提高摩阻測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

上述摩阻測(cè)量裝置和縫隙導(dǎo)流沉降模擬裝置與輸送裝置出口的連接管路上可以分別設(shè)置閥門(mén)控制管路的開(kāi)閉，使得摩阻測(cè)量裝置和縫隙導(dǎo)流沉降模擬裝置可以分別獨(dú)立進(jìn)行模擬和測(cè)試。

在本公開(kāi)優(yōu)選的一種具體實(shí)施方式中，該系統(tǒng)還包括儲(chǔ)液裝置2和摩阻測(cè)量裝置，摩阻測(cè)量裝置的出口可以與儲(chǔ)液裝置2的入口連通。

本公開(kāi)還提供一種模擬水力壓裂的方法，該方法包括如下步驟：

(1)使待測(cè)攜砂液通過(guò)射孔沿水平方向進(jìn)入人工裂縫9的縫隙中，所述人工裂縫9包括具有縫隙的第一段和具有可開(kāi)閉縫隙的第二段；

所述攜砂液流經(jīng)所述人工裂縫9的第一段，模擬支撐劑在地下裂縫中的運(yùn)移和沉降過(guò)程；所述攜砂液在壓力作用下?lián)伍_(kāi)閉合的人工裂縫9的第二段，模擬攜砂液將地下裂縫中的巖層劈開(kāi)的過(guò)程；

(2)采用高速攝像設(shè)備通過(guò)所述人工裂縫的透明側(cè)板拍攝所述人工裂縫中支撐劑的運(yùn)移和沉降過(guò)程，得到所述支撐劑的沉降速度和運(yùn)移軌跡

(3)停止向所述人工裂縫進(jìn)入所述攜砂液，記錄所述人工裂縫底部的沙堤形態(tài)后，使所述攜砂液從所述人工裂縫中排出；

(4)根據(jù)所述支撐劑的沉降速度、運(yùn)移軌跡和沙堤形態(tài)來(lái)判斷待測(cè)攜砂液和支撐劑是否可以用于水力壓裂施工。

所述判斷支撐劑是否可以用于水力壓裂施工的方法為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，例如，沉降速度慢、沉降量小且摩阻較小的支撐劑通常適用于水力壓裂施工。還可以通過(guò)采用不同支撐劑含量的攜砂液中及攜砂液的排注量進(jìn)行模擬，選擇最適合該實(shí)際尺寸的地下裂縫的支撐劑種類(lèi)、支撐劑在攜砂液中的含量以及攜砂液的施工排量等數(shù)據(jù)。

為了進(jìn)一步準(zhǔn)確評(píng)價(jià)待測(cè)支撐劑是否可以用于水力壓裂施工，該方法還包括：測(cè)量不含有支撐劑的壓裂液的摩阻P_f；

根據(jù)支撐劑的沉降速度、運(yùn)移軌跡、沙堤形態(tài)和壓裂液的摩阻P_f來(lái)判斷待測(cè)攜砂液和支撐劑是否可以用于水力壓裂施工。

為了模擬長(zhǎng)流程地下裂縫中攜砂液的流動(dòng)和支撐劑的運(yùn)移和沉降過(guò)程，本公開(kāi)的方法可以包括如下步驟：

(a)配制壓裂液，在壓裂液中加入待測(cè)支撐劑得到待測(cè)攜砂液；

(b)使待測(cè)攜砂液進(jìn)入人工裂縫進(jìn)行模擬過(guò)程，并使從人工裂縫中排出的攜砂液與(a)中的待測(cè)攜砂液一起進(jìn)入人工裂縫中，重復(fù)進(jìn)行模擬過(guò)程。

本公開(kāi)優(yōu)選的一種模擬水力壓裂的方法的具體實(shí)施方式如下：

根據(jù)待模擬的地下裂縫配制不含有支撐劑的壓裂液，使壓裂液進(jìn)入摩阻測(cè)量裝置測(cè)量壓裂液的摩阻P_f；

向壓裂液中加入支撐劑混砂得到待測(cè)攜砂液，根據(jù)待模擬的地下裂縫調(diào)整人工裂縫的尺寸和濾失量，使攜砂液通過(guò)水平方向的射孔進(jìn)入人工裂縫的第一段縫隙，模擬攜砂液中的支撐劑在地下裂縫中的運(yùn)移和沉降過(guò)程，在壓力作用下，攜砂液將閉合狀態(tài)的第二段的縫隙撐開(kāi)，模擬攜砂液將地下裂縫的巖層劈開(kāi)的過(guò)程，攜砂液流經(jīng)第二段的縫隙后經(jīng)射孔從人工裂縫的流體出口909流出；使從人工裂縫流出的攜砂液返回至待測(cè)攜砂液與其混合后再進(jìn)入人工裂縫，重復(fù)上述步驟使攜砂液循環(huán)流動(dòng)多次，使得攜砂液在人工裂縫中的總流程與待模擬的地下裂縫的長(zhǎng)度相當(dāng)；

采用高速攝像設(shè)備通過(guò)人工裂縫的透明側(cè)板拍攝人工縫隙中支撐劑的運(yùn)移和沉降過(guò)程，得到支撐劑的沉降速度和運(yùn)移軌跡；

停止向人工裂縫進(jìn)入攜砂液，記錄人工裂縫底部形成的沙堤形態(tài)后，使攜砂液從人工裂縫中排出；

根據(jù)支撐劑的沉降速度、運(yùn)移軌跡、沙堤形態(tài)和支撐劑的摩阻P_p來(lái)判斷待測(cè)攜砂液和支撐劑是否可以用于水力壓裂施工，所述判斷方法為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，例如，在選定的壓裂液組成下，采用不同種類(lèi)的支撐劑配成攜砂液進(jìn)行模擬測(cè)試，選取支撐劑沉降速度小、摩阻小，且運(yùn)移軌跡和形成的沙堤形態(tài)好的支撐劑作為優(yōu)選支撐劑；或者，在選定種類(lèi)的支撐劑下，采用不同的壓裂液組成配成攜砂液進(jìn)行模擬測(cè)試，選取支撐劑沉降速度小、摩阻小，且運(yùn)移軌跡和形成的沙堤形態(tài)好的壓裂液作為優(yōu)選壓裂液組成；根據(jù)判斷結(jié)果調(diào)整支撐劑的種類(lèi)、用量、攜砂液的排量等施工參數(shù)重復(fù)進(jìn)行上述步驟，可以?xún)?yōu)選出適合待模擬地下裂縫的支撐劑的種類(lèi)、用量、攜砂液的排量等施工參數(shù)。

以下通過(guò)實(shí)施例進(jìn)一步解釋和說(shuō)明本公開(kāi)，但是本公開(kāi)并不因此而受到任何限制。

實(shí)施例1

本實(shí)施例用于說(shuō)明本公開(kāi)的縫隙導(dǎo)流沉降模擬裝置和模擬水力壓裂的系統(tǒng)及方法，如圖1和圖2所示，人工裂縫9整體長(zhǎng)度為4m，高度0.6m，寬度人工可調(diào)，調(diào)整范圍為：6-20mm。人工裂縫9包括平行間隔設(shè)置的第一側(cè)板901和第二側(cè)板，第一側(cè)板901由兩塊長(zhǎng)2m、高0.6m、厚20mm的有機(jī)玻璃板密封拼接形成，靠近進(jìn)液口的玻璃板壁面粘貼有不規(guī)則的玻璃碎片，其表面粗糙度與待模擬裂縫的全直徑巖心的斷裂面粗糙度相同。第二側(cè)板包括長(zhǎng)為4m高0.6m的固定板902，固定板902靠近流體入口908一側(cè)的前3m粘貼六塊規(guī)格為445*565*9mm的仿巖板907(購(gòu)自北京仁創(chuàng)科技集團(tuán)有限公司，濾失量與致密巖層相當(dāng))，該仿巖板907與第一側(cè)板901之間形成人工裂縫9的第一段的縫隙。第二側(cè)板還包括規(guī)格為1000*600*9mm的活動(dòng)板905，活動(dòng)板905的內(nèi)表面上粘貼2塊規(guī)格為405*485*9mm的仿巖板907，活動(dòng)板905的外表面與固定板902之間設(shè)置有30個(gè)相同的壓縮彈簧，使活動(dòng)板905內(nèi)側(cè)的仿巖板907緊貼于第一側(cè)板901上仿巖板907與第一側(cè)板901之間的壓力為1.8MPa，仿巖板907和第一側(cè)板901之間形成人工裂縫9的第二段的縫隙。第一側(cè)板901和第二側(cè)板的四周采用密封邊框進(jìn)行密封，密封的人工裂縫9的額定承壓能力為2MPa。密封邊框的兩側(cè)分別設(shè)有流體入口908和流體出口909，人工裂縫9底部設(shè)有4個(gè)排沙口12。

人工裂縫9的左右兩側(cè)分別設(shè)有豎直方向的第一孔道903和第二孔道904，第一孔道903和第二孔道904靠近裂縫內(nèi)部的一側(cè)分別形成有射孔，射孔的數(shù)量為12個(gè)，孔徑為15mm。

本實(shí)施例中的模擬水力壓裂的系統(tǒng)如圖3所示，該系統(tǒng)包括儲(chǔ)液裝置2、輸送裝置、上述的縫隙導(dǎo)流沉降模擬裝置以及摩阻測(cè)量裝置。儲(chǔ)液裝置2包括帶有攪拌器1的儲(chǔ)液罐，排量為300L，輸送裝置包括注入泵6(螺桿泵，最大泵注排量為10m³/h)，儲(chǔ)液罐的出口與注入泵6的入口連通，注入泵6的出口與縫隙導(dǎo)流沉降模擬裝置的流體入口908連通，縫隙導(dǎo)流沉降模擬裝置的流體出口909通過(guò)回流管路13與儲(chǔ)液罐的入口連通，縫隙導(dǎo)流沉降模擬裝置的流體入口908與流體出口909管路上分別設(shè)置壓力表7，該入口管路上還設(shè)置有流量計(jì)8。

摩阻測(cè)量裝置與上述的縫隙導(dǎo)流沉降模擬裝置并聯(lián)，其入口經(jīng)閥門(mén)與注入泵6的出口連通，其出口經(jīng)閥門(mén)與回流管路13連通；摩阻測(cè)量裝置包括三個(gè)并聯(lián)的摩阻管10，每個(gè)摩阻管10設(shè)置有兩個(gè)測(cè)壓點(diǎn)，并在兩個(gè)測(cè)壓點(diǎn)并聯(lián)連接有測(cè)壓管路，測(cè)壓管路設(shè)置有壓差變送器11和控制閥門(mén)。三根摩阻管10的管徑不同，公稱(chēng)直徑分別為6mm、12mm、25mm，壓差變送器11的量程分別為50kPa、200kPa、500kPa。

本實(shí)施例的模擬水力壓裂的方法中，支撐劑為北京仁創(chuàng)日升石油開(kāi)采技術(shù)有限公司的FSS壓裂支撐劑，壓裂液組成為瓜爾膠，攜砂液中支撐劑的重量含量為0-40％。

具體的模擬水力壓裂的方法如下：

在儲(chǔ)液罐中配置壓裂液，使壓裂液進(jìn)入量程為200kPa的摩阻管10測(cè)量壓裂液的摩阻P_f，從摩阻管10流出的壓裂液返回至儲(chǔ)液罐；

向壓裂液中加入支撐劑混砂得到待測(cè)攜砂液，人工裂縫9的第一側(cè)板901和第二側(cè)板的間距設(shè)置為6mm，第二側(cè)板的仿巖板907選取致密巖層仿巖板907，使攜砂液通過(guò)水平方向的射孔進(jìn)入人工裂縫9的第一段縫隙，在壓力作用下，攜砂液將閉合狀態(tài)的第二段的縫隙撐開(kāi)，攜砂液流經(jīng)第二段的縫隙后經(jīng)射孔從人工裂縫9的流體出口909流出；使流出的攜砂液返回至待測(cè)攜砂液與其混合后再進(jìn)入人工裂縫9，重復(fù)上述步驟直至沙堤形態(tài)不再變化后，停止向人工裂縫9進(jìn)入攜砂液，記錄人工裂縫9底部形成的沙堤形態(tài)后，使攜砂液從人工裂縫9中排出；

采用高速攝像機(jī)通過(guò)人工裂縫9的透明第一側(cè)板901拍攝人工縫隙中支撐劑的運(yùn)移和沉降過(guò)程，得到支撐劑的沉降速度和運(yùn)移軌跡；

根據(jù)支撐劑的沉降速度、運(yùn)移軌跡、沙堤形態(tài)和支撐劑的摩阻P_p來(lái)判斷待測(cè)攜砂液和支撐劑是否可以用于水力壓裂施工；根據(jù)判斷結(jié)果調(diào)整支撐劑的種類(lèi)、用量、攜砂液的排量等施工參數(shù)重復(fù)進(jìn)行上述步驟，可以?xún)?yōu)選出適合待模擬地下裂縫的支撐劑的種類(lèi)、用量、攜砂液的排量等施工參數(shù)。

以上結(jié)合附圖詳細(xì)描述了本公開(kāi)的優(yōu)選實(shí)施方式，但是，本公開(kāi)并不限于上述實(shí)施方式中的具體細(xì)節(jié)，在本公開(kāi)的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對(duì)本公開(kāi)的技術(shù)方案進(jìn)行多種簡(jiǎn)單變型，這些簡(jiǎn)單變型均屬于本公開(kāi)的保護(hù)范圍。

另外需要說(shuō)明的是，在上述具體實(shí)施方式中所描述的各個(gè)具體技術(shù)特征，在不矛盾的情況下，可以通過(guò)任何合適的方式進(jìn)行組合。為了避免不必要的重復(fù)，本公開(kāi)對(duì)各種可能的組合方式不再另行說(shuō)明。

此外，本公開(kāi)的各種不同的實(shí)施方式之間也可以進(jìn)行任意組合，只要其不違背本公開(kāi)的思想，其同樣應(yīng)當(dāng)視為本公開(kāi)所公開(kāi)的內(nèi)容。