[发明专利]一种可获取支撑剂粒径分布的支撑剂输送实验装置及方法

说明书

本发明涉及一种可获取支撑剂粒径分布的支撑剂输送实验装置及方法。该装置由混砂罐1、螺杆泵3、模拟入口井筒17、支撑剂输送系统20、粒径分级系统7、机械分割系统H、模拟出口井筒9、旋流除砂器28、支撑剂回收桶27、储液罐29、液体输送泵31组成。该方法包括：配置压裂液存于储液罐中，取支撑剂倒入混砂罐中；开启液体输送泵和混砂罐，使压裂液和支撑剂均匀混合；携砂液通过模拟入口井筒进入模拟裂缝中，再通过模拟出口井筒和管路流入旋流除砂器；打开支撑剂输送系统上部窄板的孔道，利用机械分割系统隔离模拟裂缝内部空间，获取模拟裂缝内不同位置的支撑剂粒径分布信息。本发明为压裂参数设计、支撑剂优选提供理论基础，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及水力压裂过程中支撑剂铺置规律研究领域，具体涉及一种可获取支撑剂粒径分布的支撑剂输送实验装置及方法。

背景技术

随着常规油气资源储量的不断减少，人们开始将重心转移到非常规油气资源的开发，非常规油气是指用传统技术无法获得自然工业产量、需用新技术改善储层渗透率或流体黏度等才能经济开采的油气资源。目前，水力压裂是提高油藏采收率的最有效方法，在水力压裂过程中，大量的压裂液以足够高的速度注入井内，使目标地层破裂形成人工裂缝，当形成一定尺寸的裂缝时固体支撑剂（如砂粒或陶瓷颗粒）与流体一起被注入裂缝中，一旦停止泵送，在地应力作用下，流体压力降低，裂缝闭合，支撑剂滞留在裂缝之间以防止裂缝完全闭合，并提供从地层到井眼的高导流性流动通道，而支撑剂在裂缝中的最终铺置形态对裂缝的导流能力以及增产效果起着关键的作用，因此研究支撑剂在裂缝中的铺置意义重大。

在水力压裂过程中，常用的支撑剂粒径有20-40目，30-50目，40-70目，70-100目等，支撑剂的运移与铺置会受到压裂液性质、支撑剂性质、注入排量、支撑剂浓度、温度、压力等多种因素的影响，专利申请“可视化围压状态下支撑剂沉降规律动态模拟装置”（CN206071559U）通过在支撑剂输送裂缝板外侧加入围压单元，实现了加载围压状态下支撑剂在裂缝板中的沉降与铺置规律研究。专利申请“一种高温条件下压裂液中支撑剂输送实验装置”（CN206074398U）将真实岩板剖缝放置于岩心夹持器中，通过给岩心夹持器加入温控系统来模拟温度影响下的支撑剂输送情况，但是该装置并不能实现可视化的功能。专利申请“模拟地层温度下水力压裂缝网支撑剂铺置规律可视化装置”（CN206129257U）通过给两块模拟裂缝壁面的玻璃板之间设置耐热硅胶来实现温度条件的植入。专利申请“一种模拟体积压裂劈型缝缝内支撑剂输送的实验装置”（CN206368700U）、“一种可视化动态变缝宽的支撑剂铺砂模拟装置”（CN206903650U）等实现了单裂缝下缝宽变化情况下的支撑剂输送模拟；专利申请“一种支撑剂运移的大尺寸多裂缝模拟装置和方法”（CN104564048A）、“一种可旋转裂缝角度的支撑剂输送实验装置”（CN206668241U）等均可实现分支缝角度的旋转。上述方法或装置只是从压力、温度、变缝宽、变支缝角度等方面丰富了装置的功能，而支撑剂在裂缝中的粒径分布作为影响最终增产效果的关键因素，目前还没有任何一种装置将其因素考虑在内，专利申请“压裂支撑剂粒径快速评价装置及应用方法”（CN109490155A）、“研究多级压裂支撑剂分形粒度与岩体断裂特征参数的方法”（CN102749437A）均提出了一种利用颗粒筛网分选得到支撑剂粒径分布信息的装置，但是其并不是用来获得支撑剂运移铺置结果中的粒径分布信息。鉴于此，非常有必要设计一种可获取支撑剂粒径分布的支撑剂输送实验装置，并且该装置能够满足可视化要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可获取支撑剂粒径分布的支撑剂输送实验装置，该装置能够模拟水力压裂措施中的支撑剂输送过程，不仅能够实现现有装置的可视化、可承压等功能，还能够精确获取支撑剂在裂缝中铺置的粒径分布信息。

本发明的另一目的还在于提供利用上述装置获取支撑剂输送过程中支撑剂粒径分布的方法，该方法原理可靠，操作简便，通过获取支撑剂在裂缝中铺置的粒径分布信息，进一步研究支撑剂输送规律，为压裂参数设计、支撑剂优选提供理论基础，具有广阔的市场应用前景。