[发明专利]一种实时变砂比的压裂支撑剂输送模拟实验方法及实验装置

说明书

本发明公开了一种实时变砂比的压裂支撑剂输送模拟实验方法，包括如下步骤：(1)测量支撑剂的体积密度ρ_t和视密度ρ_s；(2)设定初始砂比的数值C₁；(3)设定压裂液体积流量V_f；(4)通过压裂液的体积流量和给定砂比值计算所需支撑剂的质量流量W_p，根据W_p计算出伺服电机转速n；(5)根据确定的压裂液体积流量V_f和伺服电机转速n同时向混砂筒泵入支撑剂和压裂液，当混砂筒内液体达到高水位极限时，停止泵入压裂液和支撑剂，打开混砂筒混砂液出口，混砂液注入模拟裂缝；当混砂筒内液体达到低水位极限时，再向混砂筒中泵入压裂液和支撑剂；(6)改变砂比的数值，重复步骤(3)～(5)，实现压裂支撑剂输送模拟实验实时变砂比的目的。

技术领域

本发明涉及油气井、煤层气井压裂改造技术领域。特别是一种实时变砂比的压裂支撑剂输送模拟实验方法及实验装置。

背景技术

水力压裂是油气井、煤层气井投产、增产的一项重要措施，其基本原理是利用地面高压泵组，将压裂液泵入井内，使地层产生裂缝。当地层产生裂缝后再泵入含有支撑剂的压裂液(又称为混砂液)，目的是为了防止压后的裂缝重新闭合。压裂液携带支撑剂进入地层裂缝的过程，称之为支撑剂的输送过程。支撑剂的输送影响了支撑剂在裂缝中的分布状态，是决定压裂改造效果的关键。因此，对水力压裂来说，研究支撑剂的输送规律显得十分重要。

压裂支撑剂的输送过程的研究可以分为数值模拟、物理模拟两大类。由于支撑剂的输送过程属于固液两相流的力学范畴，其理论复杂，在数学模型中存在假设条件多，计算难度大等缺点，因此，针对支撑剂输送过程的研究多用到物理实验装置。支撑剂输送物理装置至少包含以下三个单元：混砂单元、输砂单元、裂缝单元。目前，对支撑剂输送物理模拟装置的改进主要集中在裂缝单元，通过增加裂缝条数和角度来模拟地下多尺度的裂缝，而忽略了其他单元如混砂单元的改进。但是，在实际的压裂施工过程中，支撑剂的混合比例，即砂比不是一成不变的，而传统的支撑剂输送装置多是研究砂比一定后支撑剂的输送规律，不能实现实时改变砂比。

发明内容

本发明的一个目的针对传统的支撑剂输送装置多不能实现实时改变砂比的不足，提供一种实时变砂比的压裂支撑剂输送模拟实验方法。

本发明的另一个目的是提供一种上述实时变砂比的压裂支撑剂输送模拟实验方法过程中使用的实验装置。

压裂过程中，砂比可以表示为：

式中：V_st是支撑剂体积流量，m³/min；

V_f是压裂液体积流量，m³/min；

Φ是支撑剂的堆积孔隙度，小数。

支撑剂体积流量可以用质量流量来表示：

式中：W_p是支撑剂质量流量，kg/min；

ρ_t是支撑剂体积密度，kg/m³。

在压裂支撑剂输送模拟实验过程中，支撑剂的体积密度一般是已知量，因此，控制支撑剂输送实验过程中砂比的变化，实际上可以通过控制支撑剂质量变化和压裂液液量变化实现。因此，本发明提供一种支撑剂输送模拟实时变砂比的方法。

本发明提供的实时变砂比的压裂支撑剂输送模拟实验方法，包括如下步骤：

(1)测量支撑剂的体积密度ρ_t和视密度ρ_s。

(2)给定初始砂比的数值C₁。