一種脈沖加砂壓裂中間頂替液的泵注裝置及工作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種脈沖加砂壓裂中間頂替液的累注裝置及工作方法，屬于油氣田開 發(fā)研究技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 脈沖加砂壓裂，是在加砂壓裂過程中，通過專用混砂車脈沖式累入一段支撐劑，再 脈沖式累入一段純液體，進(jìn)行反復(fù)交替循環(huán)加砂壓裂。支撐劑脈沖時(shí)間與純液體脈沖時(shí)間 之和為一個(gè)脈沖周期。
[0003] 脈沖加砂壓裂前置液注入與常規(guī)壓裂工藝一致，主要區(qū)別在于攜砂液階段支撐劑W脈沖段塞形式注入，一段支撐劑、一段中間頂替液交替進(jìn)行，支撐劑濃度逐級(jí)升高。前置 液階段可W累注凍膠液或者滑溜水，攜砂液階段采用凍膠混合纖維注入，確保獲得穩(wěn)定的 支撐劑段塞，中間頂替液多采用滑溜水或者一定濃度的脈膠壓裂液。在施工末期，需要尾追 一個(gè)連續(xù)支撐劑段塞，使縫口位置有穩(wěn)定而均勻的支撐劑充填層。段塞式累注工藝有利于 在裂縫中形成"通道"，中間頂替液把前一段支撐劑推入地層，形成一段支撐劑"支柱帶"，由 于中間頂替液的交替式注入，使支撐劑段塞達(dá)到隔離的狀態(tài)，使各"支柱"間留有一定空間 的支撐劑真空帶，液體破膠返排后便形成眾多的通道網(wǎng)絡(luò)。
[0004] 目前，對(duì)于脈沖加砂壓裂脈沖式注入所形成理想的支撐劑團(tuán)，多是進(jìn)行定性的描 述，不存在關(guān)于中間頂替液的累入研究。2014年，吳順林等人在《一種實(shí)現(xiàn)裂縫高導(dǎo)流能 力的脈沖加砂壓裂新方法》中提出一種實(shí)現(xiàn)裂縫高導(dǎo)流能力的脈沖加砂壓裂新方法，并 驗(yàn)證了不均勻充填層與均勻充填層的導(dǎo)流能力的關(guān)系，同時(shí)對(duì)支撐劑段塞的穩(wěn)定性和完 整性等進(jìn)行過探索，但是也沒有就中間頂替液對(duì)不均勻充填層的影響和中間頂替液的累 入過程進(jìn)行充分的探究。國(guó)內(nèi)專利文件"用于水力壓裂模擬實(shí)驗(yàn)的流體交替連續(xù)累入裝 置"（CN20351553抓）中提出了累入兩種實(shí)驗(yàn)流體的實(shí)驗(yàn)裝置，采用的是兩個(gè)高壓容器罐交 替注入，不能按照要求W既定的程序調(diào)節(jié)攜砂液的砂比W及添加其他添加劑。另外在其末 尾只設(shè)計(jì)了井口裝置，沒有設(shè)計(jì)支撐劑段塞的可視裝置，也不能達(dá)到液體的有效循環(huán)利用。 國(guó)內(nèi)專利文件"用于水力壓裂模擬實(shí)驗(yàn)的攜砂流體累注裝置"（CN204371292U)設(shè)計(jì)了一種 攜砂液的累注模擬裝置，但是不能使中間頂替液與攜砂液的交替注入，也不能形成相應(yīng)的 支撐劑段塞，無法優(yōu)選出適合的液體流量、累注時(shí)間W及攜砂液濃度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種脈沖加砂壓裂中間頂替液的累注裝置，該 裝置對(duì)混砂車、儲(chǔ)液罐W及外部壓裂累車機(jī)組等其他壓裂設(shè)備無縫嵌入式連接，通過此裝 置的控制實(shí)現(xiàn)支撐劑段塞和中間頂替液的脈沖式注入，并基于可視化平板對(duì)支撐劑段塞進(jìn) 行清晰地記錄和分析。
[0006] 本發(fā)明還提供一種上述累注裝置的工作方法。 陽007] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0008] 一種脈沖加砂壓裂中間頂替液累注裝置，包括中間頂替液累機(jī)組、混砂車?yán)蹤C(jī)組、 儲(chǔ)液罐、電腦控制系統(tǒng)、模擬井筒和可視平板裂縫裝置，混砂車?yán)蹤C(jī)組與中間頂替液累機(jī)組 的出口共同接入模擬井筒，混砂車?yán)蹤C(jī)組與中間頂替液累機(jī)組的入口分別與儲(chǔ)液罐相連， 模擬井筒與可視平板裂縫裝置連接，電腦控制系統(tǒng)分別與混砂車?yán)蹤C(jī)組、中間頂替液累機(jī) 組連接；所述的混砂車?yán)蹤C(jī)組用W累入壓裂用的攜砂液，所述中間頂替液累機(jī)組用W累入 壓裂用的中間頂替液，所述儲(chǔ)液罐用W盛裝壓裂用的壓裂液基液，所述的可視平板裂縫裝 置用W從外部觀察支撐劑段塞的形成和分布，所述電腦控制系統(tǒng)用W控制混砂車?yán)蹤C(jī)組和 中間頂替液累機(jī)組進(jìn)行間隔交替累入。不同于目前現(xiàn)場(chǎng)加砂用一根管線的情況，本發(fā)明的 技術(shù)方案使用兩部累機(jī)組交替累入液體W實(shí)現(xiàn)支撐劑段塞的形成，最后在支撐劑段塞之間 形成無支撐劑填充的高導(dǎo)流通道，更加清楚、可控性強(qiáng)。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，混砂車?yán)蹤C(jī)組包括加砂口、輸入管匯、輸出管匯、加砂裝置、纖 維添加裝置和混砂部分，加砂裝置包括加砂池和螺桿輸送裝置，加砂方式為螺旋加砂。在加 砂池中填砂并通過螺桿輸送裝置將支撐劑輸送至加砂口，通過控制螺桿的旋轉(zhuǎn)速度對(duì)加砂 速度進(jìn)行控制調(diào)節(jié)，加入混砂車?yán)蹤C(jī)組中的支撐劑、纖維和壓裂液基液充分混合形成攜砂 液。
[0010] 進(jìn)一步優(yōu)選的，混砂車?yán)蹤C(jī)組混砂部分的容積為200~30化，加砂速度為0~ lOL/min。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，模擬井筒包括外殼和內(nèi)套，外殼在縱向上設(shè)有一條間隙，間隙 與可視平板裂縫裝置連接；內(nèi)套與外殼旋轉(zhuǎn)連接，內(nèi)套管壁上沿周向分布有至少1列射孔， 每一列射孔的射孔數(shù)目各不相同。將模擬井筒設(shè)為雙層構(gòu)造，可W通過旋轉(zhuǎn)內(nèi)套，選擇需要 的射孔數(shù)目，使具有特定射孔數(shù)目的運(yùn)一列射孔與外殼的間隙對(duì)齊，即與可視平板裂縫裝 置聯(lián)通，來參與模擬井筒下的壓裂射孔情況，此時(shí)其他列的射孔則不能與可視平板裂縫聯(lián) 通。
[0012] 進(jìn)一步優(yōu)選的，所述內(nèi)套管壁上沿周向分布有5列射孔，5列射孔的射孔數(shù)目分別 為6孔、7孔、8孔、9孔、10孔。
[0013] 進(jìn)一步優(yōu)選的，模擬井筒的高度為1. 2~1. 5m，內(nèi)套內(nèi)徑為80mm~150mm。
[0014] 進(jìn)一步優(yōu)選的，所述脈沖加砂壓裂中間頂替液累注裝置還包括收集管匯，收集管 匯與可視平板裂縫裝置相連，收集管匯通過管匯與儲(chǔ)液罐相連。可視平板裂縫裝置的多余 液體通過收集管匯進(jìn)行回收，重新返回到儲(chǔ)液罐中。
[0015] 進(jìn)一步優(yōu)選的，所述收集管匯與儲(chǔ)液罐之間設(shè)有濾篩裝置和輸送累。輸送累有助 于將回收的液體充分輸送回儲(chǔ)液罐中；增加濾篩裝置，W防止回收的攜砂液中的支撐劑流 入儲(chǔ)液値。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述混砂車?yán)蹤C(jī)組、中間頂替液累機(jī)組接入模擬井筒的一端 均設(shè)有單向閥。W防止混砂車?yán)蹤C(jī)組與中間頂替液累機(jī)組之間相互倒灌。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述混砂車?yán)蹤C(jī)組、中間頂替液累機(jī)組接入模擬井筒的一端 均設(shè)有電磁流量計(jì)。W精準(zhǔn)便捷記錄混砂車?yán)蹤C(jī)組、中間頂替液累機(jī)組的累送流量。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，儲(chǔ)液罐的容積為400~50化，儲(chǔ)液罐上端設(shè)有攬拌器。攬拌器 能使脈膠與水能充分混合，避免魚眼的產(chǎn)生，W配制較好的壓裂液基液。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，可視平板裂縫裝置為可調(diào)節(jié)縫寬的裂縫裝置，包括加壓裝置， 加壓裝置用w提供閉合壓力。通過可視平板裂縫裝置可w觀察支撐劑段塞在不同閉合壓力 下的形態(tài)W及穩(wěn)定性。
[0020] 進(jìn)一步優(yōu)選的，縫寬調(diào)節(jié)范圍為2mm~10mm，可視平板裂縫裝置的高度為1. 2~ 1. 5m，可視平板裂縫裝置的長(zhǎng)度為2~4m，可視平板裂縫裝置表面材質(zhì)為透明有機(jī)玻璃。
[0021] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述電腦控制系統(tǒng)分別與混砂車?yán)蹤C(jī)組、中間頂替液累機(jī)組 各自內(nèi)部的累送時(shí)間裝置、管匯開關(guān)相連，電腦控制系統(tǒng)用W控制混砂車?yán)蹤C(jī)組和中間頂 替液累機(jī)組進(jìn)行間隔交替累入，控制參數(shù)包括脈沖時(shí)間、脈沖頻率、混砂車?yán)蹤C(jī)組與中間頂 替液累機(jī)組各自的累送流量，所述脈沖時(shí)間為一個(gè)脈沖周期，所述一個(gè)脈沖周期為攜砂液 的累入時(shí)間與中間頂替液的累入時(shí)間之和，所述脈沖頻率為脈沖時(shí)間的倒數(shù)。
[0022] 進(jìn)一步優(yōu)選的，所述混砂車?yán)蹤C(jī)組與中間頂替液累機(jī)組的累送流量均《60L/min。
[0023] 一種利用如上述所述脈沖加砂壓裂中間頂替液累注裝置的工作方法，包括步驟如 下：
[0024] (1)連接累注裝置，檢測(cè)整個(gè)裝置的密封性；
[00巧](2)在儲(chǔ)液罐中，按照要求配置脈膠壓裂液基液，并使用儲(chǔ)液罐上方的攬拌器將壓 裂液基液充分?jǐn)埌杈鶆?；避免魚眼的產(chǎn)生；
[00%] (3)在電腦控制系統(tǒng)中設(shè)定累送控制程序，設(shè)定控制參數(shù)包括中間頂替液與攜砂 液的脈沖時(shí)間、脈沖頻率、混砂車?yán)蹤C(jī)組與中間頂替液累機(jī)組各自的累送流量；選擇需要的 射孔數(shù)目，旋轉(zhuǎn)模擬井筒的內(nèi)套，使具有所需射孔數(shù)目的運(yùn)一列射孔與外殼的間隙對(duì)齊；
[0027] (4)通過混砂車?yán)蹤C(jī)組的輸入管匯向混