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原文传递一种定量模拟缝内暂堵时缝宽动态变化的装置及方法

专利名称：	一种定量模拟缝内暂堵时缝宽动态变化的装置及方法
摘要：	本发明提供了一种定量模拟缝内暂堵时缝宽动态变化的装置及方法。该装置包括第一腔室、第二腔室、第一活塞、第二活塞、第一3D打印裂缝面、第二3D打印裂缝面、监测处理系统、注液系统和集液系统。该方法利用注液系统用于向裂缝通道中注入压裂液和/或暂堵剂，通过对混合相腔室内压力进行实时监测，并通过监测处理系统对缝内暂堵过程中的缝宽动态变化进行实时监测。采用本发明装置及方法能够根据储层岩石力学性质及原地应力参数设计混合相腔室内混合相类型及比例，实现储层岩石力学及应力特性的精细化模拟，进而再现储层条件下的缝内暂堵，实现了缝内暂堵过程中缝宽动态变化的定量化模拟及缝宽动态变化实时监测。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	北京;11
申请人：	中国石油大学(北京)
发明人：	李卉;李奔;周福建;杨凯;侯吉瑞;曹乐乐
专利状态：	有效
申请日期：	2019-04-22T00:00:00+0800
发布日期：	2019-08-13T00:00:00+0800
申请号：	CN201910322572.4
公开号：	CN110118692A
代理机构：	北京三友知识产权代理有限公司
代理人：	刘鑫;李辉
分类号：	G01N3/12(2006.01);G;G01;G01N;G01N3
申请人地址：	102249 北京市昌平区府学路18号
主权项：	1.一种定量模拟缝内暂堵时缝宽动态变化的装置，其特征在于，该装置包括：第一腔室、第二腔室、第一活塞、第二活塞、第一3D打印裂缝面、第二3D打印裂缝面、监测处理系统、注液系统和集液系统；所述第一活塞的内侧面用于密封所述第一腔室，且所述第一活塞能够在所述第一腔室中进行活塞式运动；所述第二活塞的内侧面用于密封所述第二腔室，且所述第二活塞能够在所述第二腔室中进行活塞式运动；所述第一腔室和所述第二腔室用于装载混合相；所述第一3D打印裂缝面的一侧与所述第二3D打印裂缝面的一侧相对设置，并于两裂缝面的中部形成水平裂缝通道；所述第一3D打印裂缝面的另一侧与所述第一活塞的外侧面固定连接；所述第二3D打印裂缝面的另一侧与所述第二活塞的外侧面固定连接；所述裂缝通道的入口端与注液系统相连通；所述裂缝通道的出口端与集液系统相连通；所述监测处理系统用于监测所述第一腔室、所述第二腔室中的混合相的压力变化及数据处理；所述注液系统用于向所述裂缝通道中注入压裂液和/或暂堵剂；所述集液系统用于收集和计量所述裂缝通道的出口端流出的压裂液和/或暂堵剂。 2.根据权利要求1所述的定量模拟缝内暂堵时缝宽动态变化的装置，其特征在于：还包括一箱体套设在所述第一腔室和所述第二腔室的外壁，将第一腔室和所述第二腔室于垂直方向上固定；所述裂缝通道的入口端和出口端于水平方向上与所述箱体贯穿连通；优选地，所述裂缝通道的入口端设置有注液喷嘴机构；所述裂缝通道的出口端设置有出液喷嘴机构；所述注液喷嘴机构包括第一固定板和第一喷嘴；所述第一喷嘴垂直贯穿所述第一固定板；所述第一固定板与所述箱体固定连接；所述第一喷嘴沿液流方向为渐扩式结构，用于将液流喷入所述裂缝通道；所述出液喷嘴机构包括第二固定板和第二喷嘴；所述第二喷嘴垂直贯穿所述第二固定板；所述第二固定板与所述箱体固定连接；所述第二喷嘴沿液流方向为渐缩式结构，用于将液流喷出所述裂缝通道。 3.根据权利要求1所述的定量模拟缝内暂堵时缝宽动态变化的装置，其特征在于：所述监测处理系统包括数据终端和多个压力传感器，所述数据终端用于接收所述压力传感器的数据并进行数据处理；所述压力传感器用于获取所述第一腔室和所述第二腔室中的混合相的压力变化数据；优选地，所述压力传感器包括气相压力传感器和/或液相压力传感器；优选地，所述第一腔室或所述第二腔室分别至少包括一个液相压力传感器；优选地，所述监测处理系统还包括压力控制器，所述压力控制器用于控制各个压力传感器的运行和停止，并将数据传送至数据终端。 4.根据权利要求1所述的定量模拟缝内暂堵时缝宽动态变化的装置，其特征在于：注液系统包括储液罐、恒流泵和注入管道；所述恒流泵用于将所述储液罐中的液相经由注入管道泵入到所述裂缝通道中；优选地，所述注入管道上设置有液相压力传感器；其用于将压力数据传送至所述监测处理系统。 5.根据权利要求1所述的定量模拟缝内暂堵时缝宽动态变化的装置，其特征在于：所述集液系统包括出液管道、集液罐和天平；所述裂缝通道出口端流出的液相经由所述出液管道进入所述集液罐中收集，并通过所述天平计量采集数据。 6.根据权利要求1所述的定量模拟缝内暂堵时缝宽动态变化的装置，其特征在于：所述第一3D打印裂缝面和所述第二3D打印裂缝面是采用井下取心并模拟储层应力条件下的水压致裂并通过3D打印形成的裂缝面；优选地，所述第一3D打印裂缝面和所述第二3D打印裂缝面的材质为高刚度铝合金材料和/或尼龙材料。 7.一种定量模拟缝内暂堵时缝宽动态变化的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：步骤一，获取地层条件下的缝宽wf；缝宽wf符合如下函数关系： f(wf)＝f(σH-σh，Ef，Hf，Pinj)；其中，σH为目的层最大水平地应力，σh为目的层最小水平地应力，Ef为目的层岩石的杨氏模量，Pinj为缝内压力，Hf为缝高；步骤二，室内定量模拟最大暂堵缝宽wt与地层条件下的缝宽wf等效，即wt＝wf，并调整混合相腔室中的混合相和混合体积比例；按照权利要求1-5任一项所述的装置连接管道并组装；步骤三，以5-30mL/min泵速向裂缝通道中泵入不含暂堵剂的压裂液，迫使模拟缝张开，待出液端有压裂液流出后，在监测处理系统上读取相应缝宽，适当改变注入量，监测其缝宽随泵速变化情况；待裂缝通道出液端压裂液出液速度稳定且实时监测处理程序显示缝宽稳定后，提高泵速直至所述监测处理程序显示缝宽值为实验设定缝宽值wt时，停止泵入并记录此时裂缝通道注入端口处的压力Ptinj0；步骤四，设置恒压模式，以Ptinj0的压力泵入暂堵剂，实时监测暂堵过程中的缝宽动态变化情况；当出口端有暂堵剂流出后，记录此时泵注速度vtinj0；转恒流模式以vtinj0泵速注入暂堵剂，记录Ptinj(t)与wt(t)之间关系；当Ptinj(t)＝Ptinj0+P暂堵压力时，停止注入暂堵剂，获得整个暂堵过程中缝宽wt(t)和压力Ptinj(t)随时间的动态变化关系。 8.根据权利要求7所述的定量模拟缝内暂堵时缝宽动态变化的方法，其特征在于：所述混合相腔室中的混合相为相互难溶或不溶的气体和液体混合相，或为相互难溶或不溶的液体混合相；优选地，所述气体和液体混合相为氮气和水的混合相；优选地，所述液体混合相为煤油和水的混合相。 9.根据权利要求8所述的定量模拟缝内暂堵时缝宽动态变化的方法，其特征在于，所述混合相腔室中的混合相为相互难溶或不溶的气体和液体混合相时，腔室内气液两相体积Vg和Vl以及监测处理系统中实时监测的缝宽wt符合如下关系式： Vg+Vl＝Vt 其中，Vg为腔室内气相体积，Vl为腔室内液相体积，Pg0为气相初始压力，Pg1为实验过程中腔室内气相压力，Pl为实验过程中腔室内液相压力，Zg0(Pgo)为初始压力为Pg0时气相压缩因子，Zg1(Pg1)为实验过程中压力为Pg1时气相压缩因子，Cl为液相压缩系数，wt为裂缝宽度，ht为裂缝高度，lt为裂缝长度，Vt为腔室内气液相总体积。 10.根据权利要求8所述的定量模拟缝内暂堵时缝宽动态变化的方法，其特征在于，所述混合相腔室中的混合相为相互难溶或不溶的液体混合相时，腔室内两液相体积V1和V2以及监测处理系统中实时监测的缝宽wt符合如下关系式： C1V1P1+C2V2P2＝0.5wthtlt V1+V2＝Vt 其中，V1为腔室内第一液相体积，V2为腔室内第二液相体积，P1为实验过程中腔室内第一液相压力，P2为实验过程中腔室内第二液相压力，C1为第一液相压缩系数，C2为第二液相压缩系数，wt为裂缝宽度，ht为裂缝高度，lt为裂缝长度，Vt为腔室内液相总体积。
所属类别：	发明专利