CN109386275B - 模拟岩石裂缝内流动的可视化实验装置及实验方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供模拟岩石裂缝内流动的可视化实验装置及实验方法，该装置包括：透明腔体；第一裂缝雕刻板，固定在所述透明腔体内；第二裂缝雕刻板，固定在所述透明腔体内，且与所述第一裂缝模拟板相对，形成裂缝空间；流体出入口，设置在所述透明腔体的侧壁上，且与所述裂缝空间相连通；流体通道，其第一端与所述流体出入口相连通；开关组件，位于所述流体出入通道上，用于开启或关闭所述流体通道；模拟地层，与所述流体通道的第二端相连通。该方法包括包括：关闭模拟地层与裂缝空间之间的流体通道；向模拟地层中注入地层流体达到预设压力值；开启模拟地层与裂缝空间之间的流体通道。本发明操作简单，对钻井裂缝流动相关工程具有重大参考意义。

Description

模拟岩石裂缝内流动的可视化实验装置及实验方法

技术领域

本发明涉及油气钻采室内实验装置技术领域，尤其涉及一种模拟岩石裂缝内流动的可视化实验装置及实验方法。

背景技术

在油气钻采中，钻遇裂缝是一种常见的工程现象，一旦裂缝与地层流体连通，井筒周围裂缝就会成为油藏油气渗流的主要通道，裂缝常常造成井筒压力控制困难、设计裂缝支撑剂困难等工程难题。因此研究裂缝中流体流动对油气产能预测、井筒压力控制、裂缝性岩层漏失堵漏以及合理压裂液支撑剂方案设计等方面都有重大意义。

在裂缝内流动的模拟实验装置中，一种方法是直接用两块粗糙钢板或岩块形成裂缝空间，但这种方法既没有准确描述裂缝也不能观察其内部流体流动情况；另一种方法是直接利用真实的岩心裂缝渗流，测量其渗透率，但由于天然岩心不透明，无法观察裂缝空间流体的具体流动情况；还有一种方法是采用在光滑平板之前增加垫片或烧结颗粒来模拟真实裂缝面，虽然能够观测空间流动，但这种方式形成的裂缝流动空间与含有不规律粗糙度和起伏度的真实裂缝空间有较大差异。

目前国内文献涉及裂缝内流动的装置及方法研究较多。但均没有在考虑真实裂缝空间形貌的同时又能观测裂缝空间流动。因此，考虑考虑真实裂缝空间形貌的同时又能观测裂缝空间流动的实验装置对于钻完井裂缝研究具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的特征和优点在下文的描述中部分地陈述，或者可从该描述显而易见，或者可通过实践本发明而学习。

为克服现有技术的问题，本发明提供一种模拟岩石裂缝内流动的可视化实验装置，包括：

透明腔体；

第一裂缝雕刻板，固定在所述透明腔体内；

第二裂缝雕刻板，固定在所述透明腔体内，且与所述第一裂缝模拟板相对，形成裂缝空间；

流体出入口，设置在所述透明腔体的侧壁上，且与所述裂缝空间相连通；

流体通道，其第一端与所述流体出入口相连通；

开关组件，位于所述流体出入通道上，用于开启或关闭所述流体通道；

模拟地层，与所述流体通道的第二端相连通。

在一个可能的设计中，所述开关组件包括：

液囊腔体，设有与所述流体通道连通的液囊腔；

液囊，位于所述液囊腔内；

液囊进液口，位于所述液囊腔外，且与所述液囊相连通。

在一个可能的设计中，所述流体出入口为两组，分别与所述裂缝空间的两端相连通。

在一个可能的设计中，所述流体出入口沿竖直方向设置。

在一个可能的设计中，每条所述流体通道上设有至少一个所述开关组件。

在一个可能的设计中，所述透明腔体由多块透明基板围合而成。

在一个可能的设计中，所述第一裂缝雕刻板和第二裂缝雕刻板通过固定螺栓固定在相对的两块所述透明基板上。

在一个可能的设计中，所述流体通道与所述流体出入口一体成型。

在一个可能的设计中，所述流体通道设置在透明板块内，所述透明板块与设有所述流体出入口的所述透明腔体的侧壁固定连接相一起。

在一个可能的设计中，所述第一裂缝雕刻板和第二裂缝雕刻板包括采用透明树脂材料雕刻出来裂缝面。

根据本发明的另一个方面，还提供一种模拟岩石裂缝内流动的可视化实验方法，包括步骤：

关闭模拟地层与裂缝空间之间的流体通道，其中，所述裂缝空间位于透明腔体内；

向模拟地层中注入地层流体达到预设压力值；

开启模拟地层与裂缝空间之间的流体通道。

本发明提供了一种模拟岩石裂缝内流动的可视化实验装置及实验方法，将模拟地层流动环境的流体流过特制的裂缝板可模拟真实裂缝空间流体流动状态，同时透明缝板材料使流体流动可视化。

通过阅读说明书，本领域普通技术人员将更好地了解这些技术方案的特征和内容。

附图说明

下面通过参考附图并结合实例具体地描述本发明，本发明的优点和实现方式将会更加明显，其中附图所示内容仅用于对本发明的解释说明，而不构成对本发明的任何意义上的限制，在附图中：

图1是本发明实施例的模拟岩石裂缝内流动的可视化实验装置的俯视图。

图2是图1所示的模拟岩石裂缝内流动的可视化实验装置的正视图。

图3是图1所示的模拟岩石裂缝内流动的可视化实验装置中透明腔体设有流体出入口的侧壁的剖视图。

图4是本发明实施例的裂缝空间的结构示意图。

图5是本发明实施例的模拟岩石裂缝内流动的可视化实验方法的流程示意图。

具体实施方式

如图1至图4所示，本发明提供一种一种模拟岩石裂缝内流动的可视化实验装置，包括：设有流体出入口12的透明腔体10、位于所述透明腔体内的且流体出入口相连通的裂缝空间23、与流体出入口12相连通的流体通道40、位于流体通道40上的开关组件30、与流体通道40相连通的模拟地层50。

其中，透明腔体10可以由多块透明基板围合而成，该些透明基板之间可以采用固定螺栓固定。在具体实施时，该透明基板可以是玻璃基板，为了使裂缝空间23能够承受模拟地层50带来的压力，透明基板必须足够厚。

裂缝空间23由固定在所述透明腔体内的第一裂缝雕刻板21和第二裂缝雕刻板22形成。更具体地，第一裂缝雕刻板21和第二裂缝雕刻板22可以通过固定螺栓15固定在相对的两块透明基板上，从而使第一裂缝雕刻板21和第二裂缝雕刻板22之间形成裂缝空间23。使用固定螺栓15使其承压条件下固定的同时可以调节裂缝空间23宽度；

本实施例中，第一裂缝雕刻板21和第二裂缝雕刻板22包括采用透明树脂材料雕刻出来裂缝面。其裂缝面可以是将根据真实裂缝得到的模型导入专业的雕刻机，采用透明树脂材料雕刻出来。在具体制作时，可以将真实裂缝用Eascan-D光电岩心测量系統扫描裂缝面得到裂缝面的三维模型，再将三维模型导入SolidWorks进行剪切、拼接等处理获取模型，将该模型导入专业的雕刻机，采用透明树脂材料雕刻出来即可获取第一裂缝雕刻板21和第二裂缝雕刻板22。为方便裂缝面的打印，采用较薄的雕刻透明树脂。需要说明的是，第一裂缝雕刻板21和第二裂缝雕刻板22可以是完全分离的两块板，也可以至少部分黏连在一起。

流体出入口12设置在所述透明腔体10的侧壁上，且与裂缝空间23相连通；所述流体出入口12为两组，分别与所述裂缝空间23的两端相连通。每组流体出入口12可以包括一个、两个或两个以上流体出入口12，例如是两个。本实施例中，流体出入口12可以沿竖直方向设置，与裂缝空间的深度方向一致。

流体通道40的第一端与所述流体出入口12相连通，第二端与模拟地层50相连通。流体通道40至少为两个，分别位于裂缝空间23的两端。一般地，流体通道40的数量与流体出入口12的数量相同。流体通道40与流体出入口12的形状大小也可以相同。

在本发明的一个实施例中，流体通道40与流体出入口12一体成型，此时，也可以设置在设有流体出入口12的所述透明腔体的侧壁上。

在本发明的另一实施例中，流体通道40设置在透明板块41内，所述透明板块41与设有流体出入口12的所述透明腔体的侧壁固定连接相一起在具体实施时，两者之间可以通过固定螺栓连接在一起，也可以是一体成型的。流体通道40可以延伸至流体出入口12内，直至到达裂缝空间。

开关组件30位于所述流体出入通道40上，用于开启或关闭所述流体通道40；每条所述流体通道上设有至少一个所述开关组件。本实施例中，裂缝空间23的两端分别设有两个流体出入口及两条流体通道40，每条流体通道上设有一个开关组件，因此，一共有4个开关组件。

上述开关组件30包括：液囊腔体34、设置在液囊腔体34上的与流体通道40连通的液囊腔31、位于所述液囊腔31内的液囊32以及与液囊32相连通的液囊进液口33。该液囊进液口33位于所述液囊腔31外。在具体实施时，液囊腔体34可以与透明板块41一体成型。

通过向液囊进液口33输液加压使液囊32膨胀，液囊32就会挤满液囊腔31，堵塞流体出入口12，起到关闭裂缝流动通路的作用。通过液囊进液口33抽出流体，可使液囊32收缩最后贴于液囊腔体34的内表面，起到打开裂缝流动通道的作用；

模拟地层50与所述流体通道40的第二端相连通；本实施例中，裂缝空间23的两端均设有流体通道40，因此模拟地层50也为两个。在具体实施时，还可以包括地层容器，用于容纳模拟地层50。地层容器可以是圆柱体，且其侧壁具有与流通通道40相连通的开口。通过地层容器中添加流体模拟地层压力和地层流体，两侧模拟地层造成的压差可以形成裂缝空间23流动的条件。

如图5所示，本发明还提供一种模拟岩石裂缝内流动的可视化实验方法，该实验方法可以利用本发明实施例提供的模拟岩石裂缝内流动的可视化实验装置进行，包括以下步骤：

S1、开始。

进行准备工作，例如，通过调节固定螺栓调节裂缝空间开度。

S2、关闭模拟地层与裂缝空间之间的流体通道，其中，所述裂缝空间位于透明腔体内。

更具体地，通过开关组件使流体通道处于关闭状态；可以通过液囊进液口33向液囊32中压入液体，使液囊32膨胀，从而阻塞其对应的流体通道以及与该流体通道相连通的出入口；

S3、向模拟地层中注入地层流体达到预设压力值。

通过向分别向位于裂缝空间两端的模拟地层中注入地层流体，并分别调节其压力，并保持不同压力，形成压差；达到实验设定初始条件；

S4、开启模拟地层与裂缝空间之间的流体通道。

更具体地，通过开关组件使流体通道处于开启状态；可以通过液囊进液口33快速抽取液囊32中的流体，液囊32中抽真空后贴于液囊腔体34的内表面，使模拟地层中的流体通过流体通道40、流体出入口12迅速与裂缝空间23连通。

初始压力下流动之后，需不断向模拟地层中加入流体保持两个模拟地层中压力恒定，形成稳定的流动条件；透过透明裂缝板观察裂缝空间内流体流动情况，同时可用高清摄像机记录便于实验数据分析。

S5、结束。

在实验结束操作后，可以释放地层流体，并清洗裂缝空间方便下一次实验。

本发明实施例提供的模拟岩石裂缝内流动的可视化实验装置及实验方法，将模拟地层流动环境的流体流过特制的裂缝板可模拟真实裂缝空间流体流动状态，同时透明缝板材料使流体流动可视化。该装置结构合理，结合最新工具与技术，操作简单，实用性强，为地层裂缝流动研究提供了一种新的研究方法，克服了现有技术的缺陷和不足。本发明在精确考虑真实裂缝空间形貌的同时又能观测其空间流动，对油气钻采领域裂缝流动研究意义重大；本发明操作简单，对钻井裂缝流动相关工程实际具有重大参考意义。

以上参照附图说明了本发明的优选实施例，本领域技术人员不脱离本发明的范围和实质，可以有多种变型方案实现本发明。举例而言，作为一个实施例的部分示出或描述的特征可用于另一实施例以得到又一实施例。以上仅为本发明较佳可行的实施例而已，并非因此局限本发明的权利范围，凡运用本发明说明书及附图内容所作的等效变化，均包含于本发明的权利范围之内。

Claims (9)

1.一种模拟岩石裂缝内流动的可视化实验装置，其特征在于，包括：

透明腔体；

第一裂缝雕刻板，固定在所述透明腔体内；

第二裂缝雕刻板，固定在所述透明腔体内，且与所述第一裂缝模拟板相对，形成裂缝空间，以模拟真实的裂缝空间形貌；

流体出入口，设置在所述透明腔体的侧壁上，且与所述裂缝空间相连通；

流体通道，其第一端与所述流体出入口相连通；

开关组件，位于所述流体出入通道上，用于开启或关闭所述流体通道；

模拟地层，与所述流体通道的第二端相连通；

第一裂缝雕刻板和第二裂缝雕刻板是根据真实裂缝并采用透明树脂材料雕刻出来的：对真实裂缝进行扫描得到裂缝面的三维模型，再将三维模型导入雕刻机中，采用透明树脂材料雕刻出第一裂缝雕刻板、第二裂缝雕刻板；

所述第一裂缝雕刻板和第二裂缝雕刻板通过固定螺栓固定在相对的两块所述透明基板上；

使用固定螺栓能够调节裂缝空间的宽度。

2.根据权利要求1所述的模拟岩石裂缝内流动的可视化实验装置，其特征在于，所述开关组件包括：

液囊腔体，设有与所述流体通道连通的液囊腔；

液囊，位于所述液囊腔内；

液囊进液口，位于所述液囊腔外，且与所述液囊相连通。

3.根据权利要求1所述的模拟岩石裂缝内流动的可视化实验装置，其特征在于，所述流体出入口为两组，分别与所述裂缝空间的两端相连通。

4.根据权利要求1或3所述的模拟岩石裂缝内流动的可视化实验装置，其特征在于，所述流体出入口沿竖直方向设置。

5.根据权利要求1所述的模拟岩石裂缝内流动的可视化实验装置，其特征在于，每条所述流体通道上设有至少一个所述开关组件。

6.根据权利要求1所述的模拟岩石裂缝内流动的可视化实验装置，其特征在于，所述透明腔体由多块透明基板围合而成。

7.根据权利要求1所述的模拟岩石裂缝内流动的可视化实验装置，其特征在于，所述流体通道与所述流体出入口一体成型。

8.根据权利要求1所述的模拟岩石裂缝内流动的可视化实验装置，其特征在于，所述第一裂缝雕刻板和第二裂缝雕刻板包括采用透明树脂材料雕刻出来裂缝面。

9.一种模拟岩石裂缝内流动的可视化实验方法，其特征在于，所述方法是利用权利要求1-8任一项所述的模拟岩石裂缝内流动的可视化实验装置实现的，包括步骤：

关闭模拟地层与裂缝空间之间的流体通道，其中，所述裂缝空间位于透明腔体内；

向模拟地层中注入地层流体达到预设压力值；

开启模拟地层与裂缝空间之间的流体通道。

Images