一種模擬通道壓裂泵注方式及測(cè)量通道率的裝置和工作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種模擬通道壓裂栗注方式及測(cè)量通道率的裝置和工作方法，屬于油 氣田開(kāi)發(fā)的技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 在我國(guó)常規(guī)油氣藏開(kāi)發(fā)進(jìn)入后期的前提下，非常規(guī)油氣藏及致密油氣藏等難開(kāi)發(fā) 儲(chǔ)層的戰(zhàn)略地位逐年上升。水力壓裂技術(shù)作為現(xiàn)今開(kāi)發(fā)低滲透、致密油氣藏的主要技術(shù)措 施，在我國(guó)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，并針對(duì)不同的地層特性及儲(chǔ)層條件發(fā)展出了多種針對(duì) 性強(qiáng)的壓裂技術(shù)。通道壓裂技術(shù)即是在常規(guī)水力壓裂技術(shù)的基礎(chǔ)上，利用多簇射孔、拌注纖 維和脈沖栗注技術(shù)將支撐劑以支撐劑團(tuán)的形式不連續(xù)的注入并支撐充填層，在裂縫內(nèi)形成 通道結(jié)構(gòu)，改變流體在裂縫內(nèi)的流動(dòng)方式并大幅度提高充填層導(dǎo)流能力的技術(shù)。通道壓裂 技術(shù)自正式提出可行性施工方案至今已在多國(guó)不同地區(qū)進(jìn)行了大量試驗(yàn)與正式壓裂施工， 均取得了優(yōu)于常規(guī)水力壓裂的成果。
[0003] 溫慶志等人在"通道壓裂砂堤分布規(guī)律研究"中首次定義通道率為支撐裂縫中支 撐劑未填充的面積與支撐裂縫總壁面積之比，并提出了在拍攝支撐劑分布的照片后利用軟 件分析計(jì)算通道率的方法。分析實(shí)際裂縫形態(tài)，可將其近似為一立方體模型，實(shí)際通道率的 物理意義為在通道壓裂中支撐劑充填層中未填充支撐劑的通道體積與充填層總體積的比 值，因此在二維平面的基礎(chǔ)上分析和計(jì)算通道率均會(huì)導(dǎo)致一定的誤差。
[0004] 我國(guó)目前對(duì)通道壓裂技術(shù)的研究尚在起步階段，缺乏系統(tǒng)的在實(shí)際地層裂縫模型 上對(duì)通道壓裂中各重要參數(shù)的測(cè)量及相應(yīng)的測(cè)量裝置。作為通道壓裂中十分重要的一項(xiàng)參 數(shù)，通道率直接反映通道形成情況，間接反映充填層導(dǎo)流能力，對(duì)通道率在閉合壓力下變化 的研究具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)以上的技術(shù)不足，本發(fā)明提供一種模擬通道壓裂栗注方式及測(cè)量通道率的裝 置，以在室內(nèi)開(kāi)展通道壓裂栗注實(shí)驗(yàn)，測(cè)量通道率隨閉合壓力的變化以及觀測(cè)通道壓裂中 壓裂液與支撐劑的運(yùn)移及分布等規(guī)律。
[0006] 本發(fā)明還提供一種上述裝置的工作方法。
[0007] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0008] -種模擬通道壓裂栗注方式及測(cè)量通道率的裝置，包括注入栗、壓裂液池1、壓裂 液池2、攜砂裝置、混砂池、壓力機(jī)、支撐裂縫模擬室、位移計(jì)、液量計(jì)量裝置和電腦；
[0009] 所述注入栗與壓裂液池1、混砂池和支撐裂縫模擬室相連，所述壓裂液池2、攜砂 裝置各自與混砂池相連，所述壓力機(jī)與支撐裂縫模擬室相連，所述支撐裂縫模擬室上設(shè)有 位移計(jì)，所述支撐裂縫模擬室與液量計(jì)量裝置相連，所述位移計(jì)、液量計(jì)量裝置各自與電腦 相連。
[0010] 注入栗的主要目的是提供栗注壓力以將壓裂液栗注進(jìn)入支撐裂縫模擬室，壓裂液 池1的主要目的是配置壓裂液，壓裂液池2的主要目的是配置壓裂液和纖維的混合液，攜砂 裝置的主要目的是攜帶支撐劑進(jìn)入混砂池，混砂池的主要目的是將支撐劑和拌注纖維的壓 裂液均勻混合，壓力機(jī)的主要目的是提供模擬的閉合壓力，支撐裂縫模擬室的主要目的是 提供測(cè)試通道率變化的結(jié)構(gòu)并模擬支撐劑團(tuán)在裂縫內(nèi)的運(yùn)移、分布及沉降規(guī)律，位移計(jì)的 主要目的是測(cè)量支撐裂縫模擬室在壓力機(jī)下產(chǎn)生的位移變化，液量計(jì)量裝置的主要目的是 計(jì)量排出壓裂液的體積，電腦的主要目的是根據(jù)位移變化和排出壓裂液體積計(jì)算通道率的 變化。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述攜砂裝置包括螺桿栗、螺桿、乘砂池和卸砂口，螺桿與螺 桿栗相連，螺桿位于乘砂池中，卸砂口位于乘砂池一端，攜砂裝置的輸砂方式為螺桿旋轉(zhuǎn)輸 砂。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述混砂池包括支撐劑進(jìn)口、壓裂液進(jìn)口、攪拌器、攪拌栗、出 液口，攪拌器與攪拌栗相連。攪拌器用于攪拌混砂池內(nèi)的物體。
[0013] 進(jìn)一步優(yōu)選的，所述攪拌器包括攪拌器1、攪拌器2,攪拌栗包括攪拌器1栗、攪拌 器2栗。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述支撐裂縫模擬室包括側(cè)壁、上活塞、下活塞、位于上活塞 上部的上蓋板和位于下活塞下部的下蓋板，上活塞與下活塞位于側(cè)壁內(nèi)，上活塞與下活塞 之間形成充填層，所述下活塞的上邊緣和上活塞的下邊緣分別設(shè)置有密封膠圈，側(cè)壁兩端 分別設(shè)有進(jìn)液口和排液口。
[0015] 進(jìn)一步優(yōu)選的，充填層高度為0. 5-1. 5cm。
[0016] 進(jìn)一步優(yōu)選的，上活塞與上蓋板之間、下活塞與下蓋板之間均為螺紋連接。
[0017] 進(jìn)一步優(yōu)選的，所述支撐裂縫模擬室的排液口設(shè)有自鎖結(jié)構(gòu)，所述自鎖結(jié)構(gòu)為上 下對(duì)稱(chēng)的鋸齒狀凸起，鋸齒狀凸起形成鋸齒狀通道。自鎖結(jié)構(gòu)依據(jù)賈敏效應(yīng)設(shè)計(jì)，賈敏效應(yīng) 為一種阻力效應(yīng)：氣泡或油滴在通過(guò)細(xì)小的孔隙喉道時(shí)，由于孔道和喉道的半徑差使得氣 泡或油滴兩端的弧面毛管力表現(xiàn)為阻力，若要通過(guò)半徑較小的喉道必須拉長(zhǎng)并改變形狀， 這種變形將消耗一部分能量，從而減緩氣泡或油滴運(yùn)動(dòng)，增加額外的阻力，這種現(xiàn)象稱(chēng)為賈 敏效應(yīng)。通過(guò)自鎖結(jié)構(gòu)，可在栗注過(guò)程中及低于閉合壓力下維持具有一定粘度的流體不從 排液口流出。
[0018] 進(jìn)一步優(yōu)選的，所述的支撐裂縫模擬室的側(cè)壁為玻璃纖維強(qiáng)化塑料制成的側(cè)壁， 側(cè)壁的抗壓強(qiáng)度為90MPa。
[0019] 進(jìn)一步優(yōu)選的，所述的支撐裂縫模擬室的上蓋板、下蓋板、上活塞、下活塞的材料 均為4Crl3不銹鋼。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述位移計(jì)包括位移計(jì)a和位移計(jì)b，位移計(jì)通過(guò)位移數(shù)據(jù)轉(zhuǎn) 換器與電腦相連。設(shè)置兩個(gè)位移計(jì)使位移測(cè)量更加精準(zhǔn)。
[0021] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述液量計(jì)量裝置包括電子計(jì)量?jī)x和轉(zhuǎn)換器。電子計(jì)量?jī)x自 動(dòng)計(jì)量數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換器與電腦相連，轉(zhuǎn)換器將記錄數(shù)據(jù)傳入電腦。
[0022] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述注入栗的功率為200w。
[0023] 一種利用上述裝置模擬通道壓裂栗注方式并測(cè)量通道率的方法，包括步驟如下：
[0024] (1)連接支撐裂縫模擬室側(cè)壁與下活塞、底板，連接支撐裂縫模擬室側(cè)壁與上活 塞、底板，連接注入栗、壓裂液池1、混砂池和支撐裂縫模擬室，將壓裂液池2、攜砂裝置與混 砂池相連，將壓力機(jī)與支撐裂縫模擬室相連，將支撐裂縫模擬室與液量計(jì)量裝置相連，將位 移計(jì)、液量計(jì)量裝置與電腦相連，檢驗(yàn)整個(gè)裝置的密閉性；
[0025] (2)按一定比例配置壓裂液于壓裂液池1中，按一定比例配置含拌注纖維的壓裂 液于壓裂液池2中，選取所需支撐劑置于攜砂裝置中；
[0026] (3)接通壓裂液池2、攜砂裝置及混砂池，打開(kāi)攜砂裝置的螺桿栗和混砂池的攪拌 栗；
[0027] (4)打開(kāi)注入栗，交替打開(kāi)壓裂液池1與注入栗的接口、混砂池與注入栗的接口， 形成不攜砂的壓裂液與含拌注纖維的攜砂壓裂液脈沖式注入的液流，通過(guò)支撐裂縫模擬室 的側(cè)壁觀察通道壓裂支撐劑團(tuán)在模擬裂縫充填層內(nèi)的運(yùn)移、分布和沉降規(guī)律；
[0028] (5)控制壓力機(jī)以預(yù)設(shè)的閉合壓力施加壓力于支撐裂縫模擬室上，通過(guò)位移計(jì)和 液量計(jì)量裝置采集數(shù)據(jù)上活塞位移1及排出液量;
[0029] (6)電腦根據(jù)實(shí)時(shí)采集到的數(shù)據(jù)，進(jìn)行以下計(jì)算過(guò)程：
[0035] 將⑷（5)帶入（3)可得推導(dǎo)公式（6)如下，
[0037] 其中，CR-初始通道率；V$ -初始支撐劑團(tuán)體積，初始支撐劑團(tuán)體積根據(jù)實(shí)驗(yàn)需 要設(shè)定并通過(guò)攜砂裝置定量加入；Vw-初始充填層體積；Vff*?-初始?jí)毫岩后w積；CR' 一 壓后通道率；V' 壓后支撐劑團(tuán)體積；V' #一壓后充填層體積；Sw-充填層承壓面積；V 排一排出液量；1 一上活塞位移；
[0038] 其中，充填層承壓面積Sw可根據(jù)支撐裂縫模擬室規(guī)格計(jì)算得；上活塞位移1可由 位移計(jì)記錄得；初始充填層體積V w可由充填層承壓面積Sw、充填層高度計(jì)算得，充填層高 度可直接量??；初始?jí)毫岩后w積V ssa可根據(jù)初始充填層體積Vj*及初始支撐劑團(tuán)體積計(jì)算 得，即：Vjssift = Vw -V5;;排出液量V #可由液量計(jì)量裝置量取