專利名稱：一種壓裂充填防砂模型的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及壓裂充填防砂技術領域，是一種實驗裝置，具體涉及一種模擬在不同閉合壓力下，壓裂充填后的地層裂縫形態(tài)，針對不同流體和地層砂進行不同粒徑支撐劑及其組合的防砂實驗、嵌入實驗及導流能力測試實驗的壓裂充填防砂模型。
背景技術：
隨著我國陸上大部分主力油田進入中高含水期，加快勘探、開發(fā)海上油氣資源已逐漸成為我國未來石油工業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略目標之一。但由于海上油藏普遍具有滲透性好、膠結性差的顯著特點，在開采過程中油井出砂是經常遇到的工程問題之一。油井出砂具有很大的危害性，可以使油井減產或停產、腐蝕地面和井下設備以及損壞油套管，甚至可以使油井報廢。因此，在中高滲透油藏的開發(fā)過程中，必須采取防砂措施。其中最常用的防砂方法為機械防砂中的管內井下礫石充填。雖然該方法具有良好的防砂效果，但由于其增大了油藏流體向井流動時射孔孔眼和篩套環(huán)空的滲流阻力，因此降低了油井產能。為了克服管內井下礫石充填完井的不足，同時為提高整個油藏的產能水平，人們便將管內井下礫石充填與水力壓裂結合起來，發(fā)展形成了壓裂充填技術。國外己將壓裂充填技術應用到生產實際中，并取得了成功。為了掌握此種新型的完井技術，促進完井技術的發(fā)展，有必要深入研究壓裂充填。這項技術的發(fā)展將會提高防砂完井的成功率和延長防砂的有效期，產生良好的經濟和社會效益。壓裂產生的高導流能力裂縫對地層出砂趨勢的控制作用體現(xiàn)在三個關鍵的環(huán)節(jié)上1、防止或降低巖石結構的破壞；2、降低流體對地層微粒的沖刷和攜帶能力；3、填砂裂縫對地層微粒的橋堵作用。三種作用結合形成壓裂裂縫的綜合防砂原理，此防砂機理完全不同于礫石充填防砂。對于礫石充填技術，通常采用填砂管進行研究。但對于壓裂充填工藝，目前并沒有一種儀器設備可以較完整逼真的進行模擬研究。
發(fā)明內容因此，本實用新型的目的在于提供一種研究壓裂充填防砂工藝的模型，模擬壓裂充填后的裂縫形態(tài)，即在地層條件下，流體的滲流狀態(tài)、裂縫端部和壁面的砂侵狀況、支撐劑在軟地層中的嵌入。通過研究，確定裂縫內充填支撐劑的粒徑或粒徑組合的標準，影響支撐劑嵌入的各種因素，地層砂在充填層內的運移狀態(tài)、充填層的導流能力等。本實用新型采取的技術方案為一種壓裂充填防砂模型，包括槽室和頂蓋，所述頂蓋密封地嵌在所述槽室頂部；所述槽室包括框架、底部和前、后、左、右四個側壁，在所述頂蓋、底部、前側壁上都開設有若干進液孔，在所述后側壁上開設有若干出液孔，在所述左側壁或右側壁上分前、后設置有兩測壓孔；在所述模型內部，模擬地層條件，在底部放置下巖板，所述下巖板上面鋪置支撐劑，支撐劑前端放置前巖板，所述支撐劑上面放置上巖板，所述上、下、前巖板和支撐劑充滿整個模型空腔。所述頂蓋、底部、前側壁均為空腔結構，朝向模型內部的一側面上均開設有所述進液孔，各空腔結構內布置有網(wǎng)格通道，所述進液孔通過網(wǎng)格通道匯集到與外部連通的相應進液管上。所述頂蓋、底部、前側壁上的進液管設置在同一側。所述后側壁為空腔結構，朝向模型內部的一側面上開設有所述出液孔，所述出液孔通過空腔結構匯集到與外部連通的出液管上。所述出液管位于后側壁的靠下位置。所述出液孔為單排孔，所述出液孔具有不同孔密和孔徑規(guī)格。所述框架和底部連為一體，所述前、后、左、右四個側壁可拆卸，四個側壁上都有楔塊結構，與框架呈嵌入式配合，配合處有密封圈密封。所述前、后、左、右四個側壁可與框架在周邊上通過螺栓連接。各所述進液管上連接有進液閥門；所述出液管上安裝流量控制閥。本實用新型采取以上技術方案，所獲得的技術效果是1、完整的模擬了地層裂縫形態(tài)，包括裂縫的端部、裂縫壁面和縫口 ；模擬了來自裂縫端部和裂縫兩側壁面的砂侵和支撐劑的嵌入；模擬地層的閉合壓力，來自端部和兩側壁面的液體的滲流狀態(tài)。2、可以測試支撐劑的無嵌入、嵌入、嵌入加砂侵條件下的導流能力。3、儀器結構設計合理，組裝拆卸方便， 實驗后便于觀察、清洗，系統(tǒng)各部件具有良好的耐壓密封性。4、配置了高標準的配套儀器設備，確保實驗測試的準確度。

圖1是模型的外觀示意圖；圖2是模型槽室拆掉四壁后的示意圖，底部與框架連為一體，底部布置有進液孔；圖3是槽室前側壁示意圖，布置有進液孔；圖4是槽室右側壁示意圖；圖5是槽室左側壁示意圖，帶有前、后兩個測壓孔；圖6是槽室后側壁示意圖，布置有出液口。圖7是模型頂蓋示意圖，布置有進液孔。
具體實施方式
以下實例用于更具體的說明本實用新型，但本實用新型并不限于這些實施例。從圖1可知，模型分為槽室1和頂蓋2兩部分，均為不銹鋼材料制作，槽室1尺寸為460mmX ^OmmX 110mm，頂蓋2尺寸為390mmX 190mmX 20mm，呈嵌入式配合結構。模型與大流量的中壓恒流泵、液壓泵、差壓傳感器、提供平穩(wěn)液流的氣囊水罐裝置、位移傳感器、激光粒度儀和標準篩、離心機、天平等一起，形成一套完整的實驗體系。從圖2 6可知，槽室1為可拆分式結構，包括框架11、底部12和前、后、左、右四個側壁13、14、15、16，其中底部12與框架11可連為一體，前、后、左、右四個側壁13、14、15、 16可拆卸，便于實驗后觀察，清洗，四個側壁上都有楔塊結構，與框架11呈嵌入式安裝。各側壁以及頂蓋2與槽室框架11之間都有密封圈密封。在頂蓋2、底部12、前側壁13上都開設有進液孔；在后側壁14上開設有出液孔；在左側壁15或右側壁16上開設有測壓孔。具體地，如圖2所示，底部12與框架11連為一體。在框架11的周邊上設置有用于安裝各側壁的螺栓孔17。底部12為空腔式結構，在其上底板上均勻布滿進液孔18，各進液孔通過空腔內的網(wǎng)格通道匯集到底部總進液管19上。如圖3所示，前側壁13上除有與框架11對應的螺栓孔17外，還在楔塊上設置有若干進液孔20，楔塊也為空腔式結構，在空腔中設置有網(wǎng)格通道，各進液孔20通過網(wǎng)格通道匯集到前面板上的前壁總進液管21上。如圖4、5所示，左、右側壁15、16結構類似，只是在左側壁15或右側壁16的其中一個上開設有前、后兩個測壓孔22，另一個上沒有測壓孔。兩個測壓孔22貫通內外，前、后設置的目的是為測定流體流過模型時前、后的壓差。如圖6所示，后側壁14與前側壁的結構類似，為模擬射孔結構，所以出液孔23設置為單排孔。出液孔23也是設置在后側壁14的楔塊上，楔塊內部為空腔結構，各出液孔23通過空腔匯集到后壁總出液管M上。后壁總出液管M位于后側壁的靠下位置。如圖7所示，同樣的，頂蓋2也為一空腔式結構，在朝向槽室1的一側面有若干個進液孔25，各進液孔25通過空腔中的網(wǎng)格通道匯集到頂蓋總進液管沈上。上述的各進液管、出液管均相應的與外部設備相連。較佳地，底部總進液管19、前壁總進液管21和頂蓋總進液管沈設置在同一側，方便管線連接。進一步地，根據(jù)美觀設計的要求，上述的底部總進液管19通過前側壁13穿出在外。進一步地，后側壁14上的出液孔23具有不同孔密和孔徑規(guī)格，用以研究支撐劑的回流等。測試導流能力時，需要在后壁總出液管M上安裝流量控制閥；測試出砂效果時，將其拆卸，安裝軟管即可。在模型內部，模擬地層條件，按照實際地層的地層砂粒度組成，配制模擬地層砂， 用模具制作巖板。首先在壓裂充填防砂模型室內底部放置下巖板，前端放置前巖板，然后鋪置一定鋪砂濃度，一定目數(shù)的支撐劑，用平砂器整平，最后放置上巖板，上、下、前巖板形成一個半包圍結構，包圍住支撐劑，上、下、前巖板與支撐劑充滿整個模型空腔。然后將壓裂充填模型放置在液壓機上，施加所需的閉合壓力，外部連接泵和差壓傳感器，開通進液閥門， 在一定的流量下進行實驗；同時在出口收集流出物，沉淀，離心機分離固液，烘干稱其砂的質量，利用激光粒度儀或標準篩，獲取砂粒徑大小。將前側進液閥門同提供平穩(wěn)液流的氮氣驅氣囊水罐裝置相連，后端出口處安裝流量控制閥后，可測試充填層的導流能力。通過系列的實驗，可分析確定防砂效果好、導流能力高的支撐劑粒徑等。我們通常選用流量為0 lL/min的大流量恒流柱塞泵，壓力范圍為0 5. OMPa, 針對地層條件可以進行不同流量下的實驗測試。為了能準確測量出模室前后兩端較小的壓差，特別配置了高精度羅斯蒙特3051S1 和3051⑶兩種型號的差壓傳感器，量程分別為0 200Pa，0 6KPa ；精度分別為0. 025% 和 0. 075%。測試充填層的導流能力時，采用氮氣驅的氣囊水罐供液，確保提供平穩(wěn)液流，差壓測試準確。為模擬地層壓力，將壓裂充填模型室放于液壓機上，最大可提供IlMI^a左右的閉合壓力。為測試出砂量、縫寬變化和分析出砂粒徑，也配備了離心機、高精度天平、位移傳感器和激光粒度儀、標準篩等儀器設備。[0036]利用上述模型體系進行實驗，能夠實現(xiàn)針對不同種類的液體，在足夠的流量范圍和恒流條件下進行實驗研究，對其上、下兩側和前端的巖板均勻供液，具有測試出砂量和出砂粒徑的功能?？梢詼y試支撐劑的無嵌入、嵌入、嵌入加砂侵條件下的導流能力。出液口安裝流量調節(jié)閥門，能控制流量大小。為了能使液體充滿槽室，使得壓差測量準確，需要在出口處能提供一定的背壓，是通過流量調節(jié)閥門，減小流量增大壓力提供的。為確保壓差測量準確，差壓傳感器的精度要足夠高，性能足夠好。該模型結構設計合理，尺寸合適，組裝拆卸方便，實驗后便于觀察、清洗，能夠對其施加所需的閉合壓力，模型各組件都具有較高的承壓能力，模型具有較好的密封性，高壓條件下無液體滲出。上述各實施例僅用于說明本實用新型，其中各部件的結構、連接方式等都是可以有所變化的，凡是在本實用新型技術方案的基礎上進行的等同變換和改進，均不應排除在本實用新型的保護范圍之外。
權利要求1.一種壓裂充填防砂模型，其特征在于包括槽室和頂蓋，所述頂蓋密封地嵌在所述槽室頂部；所述槽室包括框架、底部和前、后、左、右四個側壁，在所述頂蓋、底部、前側壁上都開設有若干進液孔，在所述后側壁上開設有若干出液孔，在所述左側壁或右側壁上分前、 后設置有兩測壓孔；在所述模型內部，模擬地層條件，在底部放置下巖板，所述下巖板上面鋪置一層支撐劑，所述支撐劑前端放置前巖板，所述支撐劑上面放置上巖板，上、下、前巖板與支撐劑充滿整個模型空腔。
2.如權利要求1所述的一種壓裂充填防砂模型，其特征在于所述頂蓋、底部、前側壁均為空腔結構，各空腔結構朝向模型內部的一側面上均開設有所述進液孔，各空腔結構內布置有網(wǎng)格通道，所述進液孔通過網(wǎng)格通道匯集到與外部連通的進液管上。
3.如權利要求2所述的一種壓裂充填防砂模型，其特征在于所述頂蓋、底部、前側壁上的進液管設置在同一側。
4.如權利要求1所述的一種壓裂充填防砂模型，其特征在于所述后側壁為空腔結構， 朝向模型內部的一側面上開設有所述出液孔，所述出液孔通過空腔結構匯集到與外部連通的出液管上。
5.如權利要求4所述的一種壓裂充填防砂模型，其特征在于所述出液管位于后側壁的靠下位置。
6.如權利要求1所述的一種壓裂充填防砂模型，其特征在于所述出液孔為單排孔，所述出液孔具有不同孔密和孔徑規(guī)格。
7.如權利要求1或2或3或4或5或6所述的一種壓裂充填防砂模型，其特征在于 所述框架和底部連為一體，所述前、后、左、右四個側壁可拆卸，四個側壁上都有楔塊結構， 與框架呈嵌入式配合，配合處有密封圈密封。
8.如權利要求7所述的一種壓裂充填防砂模型，其特征在于所述前、后、左、右四個側壁可與框架在周邊上通過螺栓連接。
9.如權利要求1或2或3或4或5或6或8所述的一種壓裂充填防砂模型，其特征在于各所述進液管上連接有進液閥門；所述出液管上安裝流量控制閥。
10.如權利要求7所述的一種壓裂充填防砂模型，其特征在于各所述進液管上連接有進液閥門；所述出液管上安裝流量控制閥。
專利摘要本實用新型涉及一種壓裂充填防砂模型，包括槽室和頂蓋，頂蓋密封蓋在槽室上；在頂蓋和槽室底部、前側壁上開設有進液孔，在后側壁上開設有出液孔，在左側或右側壁上設置有兩測壓孔；在模型內部模擬地層依次放置下巖板、前巖板、支撐劑、上巖板，充滿整個模型空腔。它與液壓機、大流量恒流柱塞泵、差壓傳感器、氣囊水罐裝置、激光粒度儀、離心機等形成一整套體系，可針對不同閉合壓力、不同流體，模擬地層內裂縫前端和兩側壁面流體滲流和地層砂侵入狀況，且可模擬不同射孔孔徑和孔密條件下的出砂和支撐劑回流情況，測試出砂量、出砂粒徑、裂縫導流能力、裂縫縫寬的變化，進而進行壓裂充填防砂支撐劑粒徑的優(yōu)選，同時也可以進行無嵌入導流能力測試和壓裂液動態(tài)濾失實驗。
文檔編號E21B43/26GK202064944SQ20102068485
公開日2011年12月7日 申請日期2010年12月28日 優(yōu)先權日2010年12月28日
發(fā)明者張士誠, 彭成勇, 房茂軍, 曹硯鋒, 曾祥林, 梁丹, 武廣璦, 郭天魁 申請人:中國海洋石油總公司, 中國石油大學(北京), 中海石油研究中心