裂缝内支撑剂沉降模拟装置.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910299375.5 (22)申请日 2019.04.15 (71)申请人 中国石油天然气股份有限公司 地址 100007 北京市东城区东直门北大街9 号中国石油大厦 (72)发明人 彭欢李杰彭钧亮高新平 王良汪于博周玉超唐雪媛 杨欢 (74)专利代理机构 北京三高永信知识产权代理 有限责任公司 11138 代理人 贾敏 (51)Int.Cl. E21B 43/267(2006.01) E21B 49/00(2006.01) (54)发明名称 裂缝内支撑剂沉降模拟装置 (。

2、57)摘要 本申请公开了一种裂缝内支撑剂沉降模拟 装置， 属于油气田开发领域。 所述装置包括： 注液 组件、 注砂组件、 裂缝组件、 三通管件、 进样管、 封 堵条和封堵片， 其中： 裂缝组件包括至少四个通 过支撑杆固定的硬质透明块， 相邻的硬质透明块 间存在缝隙， 部分缝隙设置有封堵片， 未设置封 堵片的缝隙连通形成裂缝组件的流体通路； 流体 通路的入口与进样管的出口连通； 储液罐的出口 与注液泵入口用管线连通； 储砂罐的出口与注砂 泵入口用管线连通； 注液泵的出口与三通管件的 第一端连通， 注砂泵的出口与三通管件的第二端 连通， 进样管的入口与三通管件的第三端连通。 采用本申请， 可以模拟。

3、出复杂裂缝中的支撑剂沉 降情况。 权利要求书2页 说明书6页 附图6页 CN 110056337 A 2019.07.26 CN 110056337 A 1.一种裂缝内支撑剂沉降模拟装置， 其特征在于， 所述装置包括： 注液组件(1)、 注砂组件(2)、 裂缝组件(3)、 三通管件(5)、 进样管(6)、 封堵条(7)和封堵 片(8)， 其中： 裂缝组件(3)包括至少四个通过支撑杆固定的硬质透明块， 相邻的硬质透明块之间存 在缝隙， 部分缝隙中设置有封堵片(8)， 未设置封堵片(8)的缝隙相连通形成裂缝组件(3)内 部的流体通路， 所述流体通路的入口和出口位于裂缝组件(3)的外表面， 未设置封。

4、堵片(8)、 与裂缝组件(3)外表面相邻且不位于所述流体通路的出口处的缝隙中在所述外表面的位置 处设置有封堵条(7)； 所述流体通路的入口与进样管(6)的出口连通； 注液组件(1)包括储液罐(101)、 注液泵(102)， 储液罐(101)的出口与注液泵(102)入口 用管线连通； 注砂组件(2)包括储砂罐(201)、 注砂泵(202)， 储砂罐(201)的出口与注砂泵(202)入口 用管线连通； 注液泵(102)的出口与三通管件(5)的第一端用管线连通， 注砂泵(202)的出口与三通 管件(5)的第二端用管线连通， 进样管(6)的入口与三通管件(5)的第三端用管线连通。 2.根据权利要求1所。

5、述裂缝内支撑剂沉降模拟装置， 其特征在于， 所述硬质透明块具有 长方体结构。 3.根据权利要求1所述裂缝内支撑剂沉降模拟装置， 其特征在于， 裂缝组件(3)具有长 方体结构； 裂缝组件(3)的每个侧面有多个所述硬质透明块。 4.根据权利要求3所述裂缝内支撑剂沉降模拟装置， 其特征在于， 裂缝组件3的每条边 有多个所述硬质透明块。 5.根据权利要求1所述裂缝内支撑剂沉降模拟装置， 其特征在于， 所述裂缝内支撑剂沉 降模拟装置， 还包括： 流量计(9)； 流量计(9)设置在进样管(6)的入口与三通管件(5)的第三端之间的管线上。 6.根据权利要求1所述裂缝内支撑剂沉降模拟装置， 其特征在于， 所述。

6、裂缝内支撑剂沉 降模拟装置， 还包括： 压力表(10)； 压力表(10)设置在进样管(6)的入口与三通管件(5)的第三端之间的管线上。 7.根据权利要求1所述裂缝内支撑剂沉降模拟装置， 其特征在于， 所述裂缝内支撑剂沉 降模拟装置， 还包括： 集液台(11)； 集液台(11)的台面边缘设置有挡板； 裂缝组件(3)放置在集液台(11)的台面上。 8.根据权利要求4所述裂缝内支撑剂沉降模拟装置， 其特征在于， 所述裂缝内支撑剂沉 降模拟装置， 还包括： 循环泵(12)； 集液台(11)的台面设置有一个通孔； 循环泵(12)的入口与集液台(11)的台面上的通孔用管线连接， 循环泵(12)的出口与储 。

7、液罐(101)的入口用管线连通。 9.根据权利要求1所述裂缝内支撑剂沉降模拟装置， 其特征在于， 封堵条(7)和封堵片 (8)均透明。 权利要求书 1/2 页 2 CN 110056337 A 2 10.根据权利要求1所述裂缝内支撑剂沉降模拟装置， 其特征在于， 所述硬质透明块为 有机玻璃块。 11.根据权利要求1所述裂缝内支撑剂沉降模拟装置， 其特征在于， 所述裂缝内支撑剂 沉降模拟装置， 还包括： 录像设备(13)； 录像设备(13)放置在裂缝组件(3)外的预设位置处， 拍摄方向为裂缝组件(3)的方向。 权利要求书 2/2 页 3 CN 110056337 A 3 裂缝内支撑剂沉降模拟装置。

8、 技术领域 0001 本申请涉及油气田开发技术领域， 特别涉及一种裂缝内支撑剂沉降模拟装置。 背景技术 0002 随着石油、 天然气等常规化石能源的不断开采， 其可开采量也逐渐减少。 页岩气作 为非常规天然气资源， 越来越受到人们的关注。 然而页岩气储层具有低孔隙度、 低渗透率的 特点， 如果要对其进行开采， 就需要使用滑溜水压裂技术使页岩气储层的天然裂缝扩张， 即 使大量滑溜水进入页岩气储层， 增大页岩气储层的天然裂缝中压力， 以使其扩张， 形成复杂 的交错分布的人工裂缝。 为防止当停止注入滑溜水后， 人工裂缝中的压力下降， 人工裂缝又 自行合拢， 所以需要在注入的滑溜水中混入密度大于地层密。

9、度的颗粒状的支撑剂后， 再注 入裂缝， 并使支撑剂永久停留在形成的人工裂缝中， 支撑人工裂缝处于开启状态。 然而， 如 果支撑剂浓度过高， 由于滑溜水的粘度低导致携带支撑剂的能力较差， 容易造成堵塞导致 施工失败， 如果支撑剂浓度过低虽然不会产生堵塞， 但是会使支撑剂铺置量很少， 达不到支 撑作用。 所以需要在施工前对滑溜水携带支撑剂注入人工裂缝后， 支撑剂的沉降情况进行 模拟， 以此来得知支撑剂的沉降规律。 0003 相关技术中， 将两块透明玻璃板平行固定， 两透明玻璃板间留有缝隙， 该缝隙即为 模拟的人工裂缝， 可以在固定时调整两透明玻璃板间缝隙的宽度， 以模拟不同宽度的人工 裂缝， 再通。

10、过注液装置， 从一侧向该缝隙中以一定速度注入配置好的滑溜水和支撑剂的混 合液， 并观察缝隙内支撑剂的沉降情况。 0004 在实现本申请的过程中， 申请人发现相关技术至少存在以下问题： 0005 上述的这种模拟人工裂缝的装置， 仅仅是对单一裂缝进行了模拟， 无法针对复杂 裂缝进行模拟， 然而在页岩气储层所形成的多为纵横交错的复杂裂缝， 仅对单一裂缝进行 模拟， 无法有效的模拟出复杂裂缝中的支撑剂沉降情况。 发明内容 0006 为了解决相关技术的问题， 本申请实施例提供了一种裂缝内支撑剂沉降模拟装 置。 所述技术方案如下： 0007 第一方面， 提供了一种裂缝内支撑剂沉降模拟装置， 所述装置包括：。

11、 0008 注液组件(1)、 注砂组件(2)、 裂缝组件(3)、 三通管件(5)、 进样管(6)、 封堵条(7)和 封堵片(8)， 其中： 0009 裂缝组件(3)包括至少四个通过支撑杆固定的硬质透明块， 相邻的硬质透明块之 间存在缝隙， 部分缝隙中设置有封堵片(8)， 未设置封堵片(8)的缝隙相连通形成裂缝组件 (3)内部的流体通路， 所述流体通路的入口和出口位于裂缝组件(3)的外表面， 未设置封堵 片(8)、 与裂缝组件(3)外表面相邻且不位于所述流体通路的出口处的缝隙中在所述外表面 的位置处设置有封堵条(7)； 0010 所述流体通路的入口与进样管(6)的出口连通； 说明书 1/6 页 。

12、4 CN 110056337 A 4 0011 注液组件(1)包括储液罐(101)、 注液泵(102)， 储液罐(101)的出口与注液泵(102) 入口用管线连通； 0012 注砂组件(2)包括储砂罐(201)、 注砂泵(202)， 储砂罐(201)的出口与注砂泵(202) 入口用管线连通； 0013 注液泵(102)的出口与三通管件(5)的第一端用管线连通， 注砂泵(202)的出口与 三通管件(5)的第二端用管线连通， 进样管(6)的入口与三通管件(5)的第三端用管线连通。 0014 可选的， 所述硬质透明块具有长方体结构。 0015 可选的， 裂缝组件(3)具有长方体结构； 0016 裂缝。

13、组件(3)的每个侧面有多个所述硬质透明块。 0017 可选的， 裂缝组件3的每条边有多个所述硬质透明块。 0018 可选的， 所述裂缝内支撑剂沉降模拟装置， 还包括： 流量计(9)； 0019 流量计(9)设置在进样管(6)的入口与三通管件(5)的第三端之间的管线上。 0020 可选的， 所述裂缝内支撑剂沉降模拟装置， 还包括： 压力表(10)； 0021 压力表(10)设置在进样管(6)的入口与三通管件(5)的第三端之间的管线上。 0022 可选的， 所述裂缝内支撑剂沉降模拟装置， 还包括： 集液台(11)； 0023 集液台(11)的台面边缘设置有挡板； 0024 裂缝组件(3)放置在集液。

14、台(11)的台面上。 0025 可选的， 所述裂缝内支撑剂沉降模拟装置， 还包括： 循环泵(12)； 0026 集液台(11)的台面设置有一个通孔； 0027 循环泵(12)的入口与集液台(11)的台面上的通孔用管线连接， 循环泵(12)的出口 与储液罐(101)的入口用管线连通。 0028 可选的， 封堵条(7)和封堵片(8)均透明。 0029 可选的， 所述硬质透明块为有机玻璃块。 0030 可选的， 所述裂缝内支撑剂沉降模拟装置， 还包括： 录像设备(13)； 0031 录像设备(13)放置在裂缝组件(3)外的预设位置处， 拍摄方向为裂缝组件(3)的方 向。 0032 本申请实施例提供的。

15、技术方案带来的有益效果至少包括： 0033 本申请实施例中， 使用至少四个通过支撑杆固定的硬质透明块， 组成裂缝组件3， 每相邻的硬质透明块之间留有缝隙， 然后通过使用封堵条7和封堵片8对缝隙进行填充， 可 以形成较为复杂的流体通路(即实验裂缝)。 配合注液组件1、 注砂组件2、 三通组件5和进样 管6可以组成完整的裂缝内支撑剂沉降模拟装置。 由于裂缝组件3可以组装成较为复杂的裂 缝， 所以该裂缝内支撑剂沉降模拟装置可以模拟出复杂裂缝中的支撑剂沉降情况。 附图说明 0034 为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案， 下面将对实施例描述中所需要使 用的附图作简单地介绍， 显而易见地， 下面描述。

16、中的附图仅仅是本申请的一些实施例， 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。 0035 图1是本申请实施例提供的一种裂缝内支撑剂沉降模拟装置示意图； 说明书 2/6 页 5 CN 110056337 A 5 0036 图2是本申请实施例提供的一种裂缝组件3的结构示意图； 0037 图3是本申请实施例提供的一种裂缝组件3的结构示意图； 0038 图4是本申请实施例提供的一种裂缝组件3的结构示意图； 0039 图5是本申请实施例提供的一种裂缝组件3的结构示意图； 0040 图6是本申请实施例提供的一种裂缝内支撑剂沉降模拟装置示意图； 004。

17、1 图7是本申请实施例提供的一种裂缝内支撑剂沉降模拟装置示意图； 0042 图8是本申请实施例提供的一种裂缝内支撑剂沉降模拟装置示意图； 0043 图9是本申请实施例提供的一种裂缝内支撑剂沉降模拟装置示意图。 0044 图例说明 0045 图1中： 1、 注液组件， 2、 注砂组件， 3、 裂缝组件， 5、 三通管件， 6、 进样管， 101、 储液 罐， 102、 注液泵， 201、 储砂罐， 202、 注砂泵。 0046 图2中： 7、 封堵条， 8、 封堵片。 0047 图3中： 7、 封堵条， 8、 封堵片。 0048 图5中： 6、 进样管。 0049 图6中： 9、 流量计， 10。

18、、 压力表。 0050 图7中： 11、 集液台。 0051 图8中： 11、 集液台， 12、 循环泵。 0052 图9中： 13、 录像设备。 具体实施方式 0053 为使本申请的目的、 技术方案和优点更加清楚， 下面将结合附图对本申请实施方 式作进一步地详细描述。 0054 本申请实施例提供了一种裂缝内支撑剂沉降模拟装置， 如图1所示， 裂缝内支撑剂 沉降模拟装置包括： 注液组件1、 注砂组件2、 裂缝组件3、 三通管件5、 进样管6、 封堵条7和封 堵片8， 其中： 裂缝组件3包括至少四个通过支撑杆固定的硬质透明块， 相邻的硬质透明块之 间存在缝隙， 部分缝隙中设置有封堵片8， 未设置。

19、封堵片8的缝隙相连通形成裂缝组件3内部 的流体通路。 流体通路的入口和出口位于裂缝组件3的外表面， 未设置封堵片8、 与裂缝组件 3外表面相邻且不位于流体通路的出口处的缝隙中在所述外表面的位置处设置有封堵条7； 所述流体通路的入口与进样管6的出口连通； 注液组件1包括储液罐101、 注液泵102， 储液罐 101的出口与注液泵102入口用管线连通； 注砂组件2包括储砂罐201、 注砂泵202， 储砂罐201 的出口与注砂泵202入口用管线连通； 注液泵102的出口与三通管件5的第一端用管线连通， 注砂泵202的出口与三通管件5的第二端用管线连通， 进样管6的入口与三通管件5的第三端 用管线连通。

20、。 0055 其中， 硬质透明块、 封堵片7均可以为有机玻璃制成， 封堵条8可以是橡胶制成， 管 线可以为耐压塑料软管。 0056 在实施中， 技术人员可以根据实际要模拟的裂缝复杂程度， 来组装裂缝组件3。 如 图2所示的为裂缝组件3的俯视图， 其主视图和左视图与该俯视图相同， 该裂缝组件3是由2 2个硬质透明块和442根支撑杆组成。 可以理解的是， 除了图2中所示的支撑杆固定硬 质透明块的方式， 还可以有其他用支撑杆固定硬质透明块的方式， 本申请对于使用支撑杆 说明书 3/6 页 6 CN 110056337 A 6 固定透明硬质块的方式不做限定。 每个硬质透明块上的任意三个两两相邻的侧面上。

21、的四个 角可以钻有垂直于本侧面的通孔， 任意两通孔之间不能连通， 这样， 支撑杆可以穿过通孔。 支撑杆外表面可以套有螺纹， 这样在固定透明硬质块时， 可以在每个通孔外的支撑杆上安 装有螺母， 以此来固定透明硬质块， 使其不会滑动。 相邻的透明硬质块之间存在缝隙， 根据 需要可以在组装时调节缝隙宽度。 在部分缝隙中设置有封堵片8， 没有设置封堵片8的缝隙 相连通形成裂缝组件3内部的流体通路。 该流体通路的入口和出口位于裂缝组件的外表面， 未设置封堵片8、 与裂缝组件3外表面相邻且不位于流体通路的出口处的缝隙中在所述外表 面的位置处设置有封堵条7。 如图3所示， 为裂缝组件3的三视图， 透明硬质块。

22、间黑色填充的 缝隙表示裂缝组件3内部的流体通路， 黑色填充的缝隙未设置有封堵片8， 在图3中的俯视图 中， 流体通路有空心圆的一端代表流体通路的入口， 流体通路有实心圆的一端代表流体通 路的出口。 0057 裂缝组件3中的流体通路的入口与进样管6的出口连通， 以使支撑剂样品能进入流 体通路。 0058 注液组件1由储液罐101和注液泵102组成， 其中， 储液罐101的出口与注液泵102的 入口用管线连通。 注砂组件2由储砂罐201和注砂泵202组成， 其中， 储砂罐201的出口与注砂 泵202入口用管线连通。 支撑剂是由液体与砂配成， 所以， 要使储液罐101中的液体和储砂管 201中的砂汇。

23、集到一条管线。 注液泵102的出口与三通管件5的第一端用管线连通， 注砂泵 202的出口与三通管件5的第二端用管线连通， 进样管6的入口与三通管件5的第三端用管线 连通。 这样， 由储液罐101中的液体和储砂管201中的砂混合的支撑剂样品， 可以从进样管6 进入流体通路。 0059 可选的， 上述的硬质透明块可以为长方体结构。 0060 在实施中， 还可以根据需要对长方体结构的硬质透明块进行剖缝， 以改变流体通 路的轨迹， 如图4所示， 为22的裂缝组件3的俯视图， 其中， 右下角所示的透明硬质块对称 进行了剖缝， 则可以形成一个如图所示的具有45 拐角的流体通路。 根据不同的需求， 可以 对。

24、长方体的硬质透明块进行不同角度的剖缝。 0061 可选的， 由硬质透明块所组成的裂缝组件3可以为长方体结构。 0062 在实施中， 根据实际要模拟的复杂裂缝的情况， 可以对上述裂缝组件3进行扩展， 在裂缝组件3的每条边都设置有多个硬质透明块， 形成由abc个硬质透明块所组成的裂 缝组件3。 如图5所示的裂缝组件3为正方体结构， 每条边有4个硬质透明块， 每面有16个硬质 透明块， 总共有444个硬质透明块， 图5中还示出了进样管6在裂缝组件3上的安装。 同样 的， 相邻的两个硬质透明块间都存有缝隙。 通过封堵片8和封堵条7， 对裂缝进行填充， 未填 充的裂缝组成流体通路。 0063 可选的， 。

25、为了能检测注入支撑剂样品的速度， 在进样管6的入口与三通管件5的第 三端之间的管线上可以设置有流量计9， 如图6所示。 0064 可选的， 在进样管6的入口与三通管件5的第三端之间的管线上还可以设置有压力 表10， 如图6所示。 0065 可选的， 为了在进行模拟实验时， 能更好的收集流出的支撑剂样品， 本裂缝内支撑 剂沉降模拟装置， 还可以包括有集液台11， 集液台11的台面边缘设置有挡板。 裂缝组件3放 置在集液台11的台面上。 说明书 4/6 页 7 CN 110056337 A 7 0066 在实施中， 如图7所示， 裂缝组件3放置在集液台11上。 实验中从裂缝组件3流出的 支撑剂样品。

26、可以被集液台11进行收集， 以避免留到地上， 难以清理。 0067 可选的， 如图8所示， 为了对裂缝组件3流出的支撑剂中的液体进行回收再利用， 本 裂缝内支撑剂沉降模拟装置， 还可以包括有循环泵12， 如图7所示的集液台11的台面设置有 通孔， 循环泵12的入口与集液台11的台面上的通孔用管线连接， 循环泵12的出口与储液罐 101的入口用管线连通。 0068 可选的， 为了使实验人员能看清裂缝组件内支撑剂的沉降情况， 本裂缝内支撑剂 沉降模拟装置中的封堵条7和封堵片8均透明。 0069 可选的， 为了节省人力， 并且便于记录， 本裂缝内支撑剂沉降模拟装置还可以包括 有录像设备13， 录像设。

27、备13可以有至少1个， 放置在裂缝组件3外的预设位置处， 拍摄方向为 裂缝组件3的方向。 0070 在实施中， 如图9所示， 可以在裂缝组件3外， 设置有至少一个录像设备13， 录像设 备13的具体数量根据实际情况而定， 以能够将裂缝组件内支撑剂沉降情况拍摄清楚为宜， 具体数量不做限定。 0071 本实施例所描述的钻井液沉降稳定性测试装置， 具体操作过程如下： 0072 首先， 使用透明硬质块和支撑杆组装裂缝组件3， 在组装时根据实际复杂裂缝的情 况， 使用封堵条7和封堵片8对硬质透明块间的缝隙进行填充， 以在裂缝组件3中形成流体通 路。 再在流体通路的入口侧安装进样管6， 进样管6的出口与流。

28、体通路的入口相连通。 再将组 装好的裂缝组件3放置于集液台11的台面上。 0073 然后， 将储液罐101和注液泵102使用管线连接， 组成注液组件1， 将储砂罐201和注 砂泵202,使用管线连接， 组成注砂组件2。 然后， 将注液泵102的出口与三通管件5的第一端 用管线连通， 注砂泵202的出口与三通管件5的第二端用管线连通， 进样管6的入口与三通管 件5的第三端用管线连通。 再使用管线将循环泵12的入口与集液台11的台面上的通孔相连， 将循环泵12的出口与储液罐101的入口相连。 0074 接下来， 在进样管6的入口与三通管件5的第三端之间的管线上安装流量计9和压 力表10。 至此， 。

29、如图8所示， 一种示例性的裂缝内支撑剂沉降模拟装置便组装完成。 0075 在使用该裂缝内支撑剂沉降模拟装置时， 在储液罐101中加入配置好的滑溜水， 在 储砂罐201中加入陶粒支撑剂。 为了保证现场人工裂缝与裂缝内支撑剂沉降模拟装置的流 体通路中具有相同的流体动力学特征， 根据雷诺相似原则将现场排量转换为实验排量， 计 算公式如下： 0076 0077 其中， Ve为实验排量， 单位为m3/min； Vf为现场排量， 单位为m3/min； hf为人工裂缝高 度， 单位为m； Wf为人工裂缝宽度， 单位为mm； He为裂缝组件3中流体通路的高度， 单位为m； We 为裂缝组件3中流体通路的宽度，。

30、 单位为mm。 以上hf、 Wf、 He和We， 为相应参数的平均值。 0078 在使用时， 要按照一定速度加砂(上述陶粒支撑剂)， 具体公式为： 0079 加砂速度实验排量*砂浓度/砂(上述陶粒支撑剂)体积密度。 0080 在支撑剂样品注入裂缝组件3的过程中， 使用录像设备对裂缝组件3中流体通路内 的砂沉积情况进行录像， 记录。 说明书 5/6 页 8 CN 110056337 A 8 0081 在实验过程中， 实验中的液体从裂缝组件3中流出， 通过循环泵12注入到储液罐 101中循环使用。 0082 以上所述仅为本申请的较佳实施例， 并不用以限制本申请， 凡在本申请的精神和 原则之内， 所作的任何修改、 等同替换、 改进等， 均应包含在本申请的保护范围之内。 说明书 6/6 页 9 CN 110056337 A 9 图1 图2 说明书附图 1/6 页 10 CN 110056337 A 10 图3 图4 说明书附图 2/6 页 11 CN 110056337 A 11 图5 图6 说明书附图 3/6 页 12 CN 110056337 A 12 图7 说明书附图 4/6 页 13 CN 110056337 A 13 图8 说明书附图 5/6 页 14 CN 110056337 A 14 图9 说明书附图 6/6 页 15 CN 110056337 A 15 。