專利名稱：檢測(cè)模擬實(shí)際工況水力噴射壓裂孔內(nèi)壓力分布的實(shí)驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種實(shí)驗(yàn)裝置，尤其是一種檢測(cè)模擬水力噴射壓裂孔內(nèi)壓力分布的實(shí)驗(yàn)裝置，通過(guò)該實(shí)驗(yàn)裝置可以真實(shí)地模擬高速射流噴射時(shí)地層孔眼內(nèi)的壓力分布情況，得到可靠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
背景技術(shù)：
1947年，在美國(guó)KANSAS西南部的HUG0T0N氣田的一口垂直井中首次實(shí)施了水力壓裂增產(chǎn)技術(shù)，經(jīng)過(guò)了近半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，特別是上世紀(jì)80年代末以來(lái)，在壓裂設(shè)計(jì)、壓裂液和添加劑、支撐劑、壓裂設(shè)備和監(jiān)測(cè)儀器以及裂縫監(jiān)測(cè)等方面都獲得了迅速的發(fā)展，使水力壓裂技術(shù)在縫高控制技術(shù)、高滲層防砂壓裂、重復(fù)壓裂、深穿透壓裂以及大砂量多級(jí)壓裂等方面都出現(xiàn)了新的突破?，F(xiàn)在水力壓裂技術(shù)作為油水井增產(chǎn)增注的主要措施，已廣泛應(yīng)用
于低滲透油氣田的開(kāi)發(fā)中。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外的專家學(xué)者雖在壓裂液、支撐劑、壓裂工藝等方面取得了長(zhǎng)足進(jìn)展，但水力壓裂的基本工藝并未發(fā)生根本變化，即地面籠統(tǒng)加壓，在井下地層形成裂縫，裂縫起裂位置及方向難以控制。特別在壓裂裸眼水平井時(shí)，大的井壁暴露面積會(huì)造成大量壓裂液漏失，井下有天然裂縫時(shí)這種情況更為嚴(yán)重；同時(shí)，由于壓裂液的活塞效應(yīng)，壓裂裸眼水平井時(shí)往往只在井眼端部開(kāi)裂，很大程度上降低了壓裂效果。因此，直井分層壓裂和水平井段分段壓裂是目前壓裂增產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展方向。目前，現(xiàn)場(chǎng)常用的分層(段)壓裂方法主要有限流法壓裂、暫堵劑分層壓裂、機(jī)械封隔器分層壓裂、填砂分層壓裂等。限流法壓裂要求的射孔密度較低，將會(huì)妨礙射孔對(duì)有效井筒半徑的擴(kuò)大；作業(yè)期間，在射孔通道和裂縫入口處可能出現(xiàn)過(guò)大的壓力降，并會(huì)影響攜砂壓裂液在層間的分布；限流法進(jìn)行射孔提供的裂縫入口面積較小，在返排和生產(chǎn)期間，易使支撐劑返出。在裸眼水平井壓裂時(shí)，最簡(jiǎn)單的隔離方法是使用暫堵劑，暫堵劑可以用巖鹽、苯甲酸片或樟腦丸等。但這種方法最大的問(wèn)題是難以控制沿井筒的裂縫起裂點(diǎn)之間的距離；另一個(gè)重要的問(wèn)題是在暫堵階段對(duì)裂縫在近井地帶的支撐劑的充填無(wú)法控制。在套管井可以實(shí)施封隔器分層或分段壓裂工藝，但是，施工完一個(gè)層位后，封隔器常常發(fā)生砂卡，導(dǎo)致井下事故。填砂分層壓裂的問(wèn)題是施工周期過(guò)長(zhǎng)。近年來(lái)，我國(guó)高壓水射流技術(shù)不斷發(fā)展，在切割、破巖、鉆孔等方面都取得了長(zhǎng)足進(jìn)步。如中國(guó)專利公開(kāi)號(hào)CN100999989A中，公開(kāi)了一種高壓水射流深穿透射孔及輔助壓裂方法及其裝置，該申請(qǐng)即為本案申請(qǐng)人的先申請(qǐng)，上述申請(qǐng)的基本原理是在一定粘度的流體中加入一定比例的磨料(常用石英砂)，從而形成磨料射流，由地面泵車加壓至30-40MPa，通過(guò)油管輸送到井下的射孔裝置及噴嘴(該裝置可以根據(jù)需要確定層位和方位)，在地層射出深度為O. 78-1. 09米、直徑20mm左右的清潔孔道；或者移動(dòng)管柱及噴嘴，在井下實(shí)現(xiàn)割縫。該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)主要有穿透深度大于常規(guī)射孔；不會(huì)造成象常規(guī)射孔那樣的油層壓實(shí)傷害；開(kāi)孔的孔徑較大；可以根據(jù)分層和地應(yīng)力的要求，有選擇的定向射孔和割縫。該技術(shù)已在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用了 10多口井，施工效果良好。
中國(guó)專利申請(qǐng)第200510072121. 8號(hào)，公開(kāi)了一種“水平井壓裂方法”，該方法主要的缺陷在于在水平井段無(wú)法控制裂縫起裂位置、不能實(shí)現(xiàn)分段壓裂。此外，通過(guò)階梯降排量分析孔眼摩阻、由此判斷進(jìn)液孔數(shù)，這在現(xiàn)場(chǎng)施工中難以操作，從而導(dǎo)致投入的暫堵劑數(shù)量不準(zhǔn)，不能有效封堵已經(jīng)壓開(kāi)的裂縫；再者，封堵劑的工作可靠性也會(huì)嚴(yán)重影響對(duì)已壓開(kāi)裂縫的封堵效果。中國(guó)專利第200710179500. 6號(hào)，闡述了一種磨料射流井下射孔、割縫分層壓裂的方法，該方法是集磨料射孔、水力封隔和壓裂一體化的新技術(shù)，不用下入機(jī)械式封隔器，即可依次實(shí)現(xiàn)壓裂多個(gè)層段。目前公知的技術(shù)中對(duì)水力噴射壓裂方法、井下工具結(jié)構(gòu)等方面研究較為充分，但對(duì)水力噴射壓裂機(jī)理研究的實(shí)驗(yàn)裝置方面，尚未見(jiàn)到報(bào)道。有鑒于上述公知技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明人根據(jù)多年從事本領(lǐng)域和相關(guān)領(lǐng)域的生產(chǎn)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，研制出本發(fā)明的檢測(cè)模擬實(shí)際工況水力噴射壓裂孔內(nèi)壓力分布的實(shí)驗(yàn)裝置，通過(guò)模擬高速射流噴射時(shí)地層孔眼內(nèi)的壓力分布情況，得到可靠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種檢測(cè)模擬實(shí)際工況水力噴射壓裂孔內(nèi)壓力分布的實(shí)驗(yàn)裝置，以檢測(cè)到模擬射孔孔眼內(nèi)壓力隨軸向位置的變化情況，為水力噴射壓裂機(jī)理研究提供可靠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，為現(xiàn)場(chǎng)施工工藝設(shè)計(jì)提供理論和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。為此本發(fā)明提出一種檢測(cè)模擬實(shí)際工況水力噴射壓裂孔內(nèi)壓力分布的實(shí)驗(yàn)裝置，其中，所述實(shí)驗(yàn)裝置包括支撐管體，沿軸向具有貫通孔的測(cè)試件，所述測(cè)試件固定在所述支撐管體內(nèi)，所述測(cè)試件的一端被封閉，另一端設(shè)有噴射板，所述噴射板上設(shè)置的通孔與所述測(cè)試件的貫通孔相對(duì)應(yīng)；一進(jìn)液管伸入所述支撐管體內(nèi)，其前端設(shè)有噴嘴，所述噴嘴與所述噴射板上的通孔相對(duì)應(yīng)；所述測(cè)試件的外部沿軸向排列設(shè)置有多個(gè)能連接測(cè)壓裝置的測(cè)壓接頭，所述測(cè)壓接頭與所述貫通孔相連通，以檢測(cè)所述貫通孔內(nèi)的軸向壓力變化。如上所述的檢測(cè)模擬實(shí)際工況水力噴射壓裂孔內(nèi)壓力分布的實(shí)驗(yàn)裝置，其中，所述支撐管體的一端內(nèi)設(shè)有第一出液端件，所述第一出液端件套設(shè)在所述進(jìn)液管上，其一端頂?shù)钟谒鰢娚浒搴蜏y(cè)試件，另一端頂?shù)钟谛嫌谒鲋喂荏w上的第一壓帽；所述第一出液端件的內(nèi)徑大于所述進(jìn)液管的外徑，構(gòu)成回流環(huán)空，所述回流環(huán)空與第一出液閥相連通。如上所述的檢測(cè)模擬實(shí)際工況水力噴射壓裂孔內(nèi)壓力分布的實(shí)驗(yàn)裝置，其中，所述第一出液端件的內(nèi)壁凸設(shè)有與所述進(jìn)液管相密封的支撐部，且所述第一出液端件靠近所述噴射板一側(cè)的內(nèi)徑大于所述進(jìn)液管的外徑，構(gòu)成所述回流環(huán)空。如上所述的檢測(cè)模擬實(shí)際工況水力噴射壓裂孔內(nèi)壓力分布的實(shí)驗(yàn)裝置，其中，所述第一出液端件靠近所述噴射板一側(cè)的側(cè)壁上設(shè)有測(cè)壓孔，所述測(cè)壓孔內(nèi)設(shè)有能連接測(cè)壓裝置的測(cè)壓接頭。如上所述的檢測(cè)模擬實(shí)際工況水力噴射壓裂孔內(nèi)壓力分布的實(shí)驗(yàn)裝置，其中，所述進(jìn)液管延伸至所述第一壓帽的外部，并與所述第一壓帽構(gòu)成螺紋連接，通過(guò)旋轉(zhuǎn)所述進(jìn)液管能夠調(diào)整所述噴嘴與噴射板之間的距離，以調(diào)整所述噴嘴的噴距；且所述進(jìn)液管通過(guò)鎖緊件固定在所調(diào)整的位置。
如上所述的檢測(cè)模擬實(shí)際工況水力噴射壓裂孔內(nèi)壓力分布的實(shí)驗(yàn)裝置，其中，所述噴嘴的噴距能在0-70mm范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)。如上所述的檢測(cè)模擬實(shí)際工況水力噴射壓裂孔內(nèi)壓力分布的實(shí)驗(yàn)裝置，其中，所述支撐管體的另一端內(nèi)設(shè)有第二出液端件，所述第二出液端件的一端頂?shù)钟谒鰷y(cè)試件的另一端；所述第二出液端件朝向所述測(cè)試件的一側(cè)端面上設(shè)有一凹槽，其外壁上設(shè)有與所述凹槽相連通的測(cè)壓孔，一測(cè)壓帽設(shè)置在該凹槽內(nèi)，所述測(cè)壓孔內(nèi)設(shè)有尾部測(cè)壓接頭。如上所述的檢測(cè)模擬實(shí)際工況水力噴射壓裂孔內(nèi)壓力分布的實(shí)驗(yàn)裝置，其中，所述第二出液端件上還設(shè)有與所述貫通孔相連通的流道，第二出液閥與所述流道相連接。如上所述的檢測(cè)模擬實(shí)際工況水力噴射壓裂孔內(nèi)壓力分布的實(shí)驗(yàn)裝置，其中，所述支撐管體沿軸向開(kāi)設(shè)有長(zhǎng)槽，所述測(cè)壓接頭設(shè)置在所述長(zhǎng)槽內(nèi)。如上所述的檢測(cè)模擬實(shí)際工況水力噴射壓裂孔內(nèi)壓力分布的實(shí)驗(yàn)裝置，其中，所述測(cè)試件由多個(gè)依次排列的短接構(gòu)成，各所述短接之間相互密封，每個(gè)所述短接的中部具 有孔眼，且各孔眼的直徑不同，依次排列的多個(gè)所述短接的所述孔眼構(gòu)成所述貫通孔。如上所述的檢測(cè)模擬實(shí)際工況水力噴射壓裂孔內(nèi)壓力分布的實(shí)驗(yàn)裝置，其中，所述貫通孔的形狀與所模擬的實(shí)際地層水力射孔孔眼的形狀相近。如上所述的檢測(cè)模擬實(shí)際工況水力噴射壓裂孔內(nèi)壓力分布的實(shí)驗(yàn)裝置，其中，每個(gè)所述短接的側(cè)壁上設(shè)有與所述孔眼相連通的測(cè)壓孔，所述測(cè)壓接頭能設(shè)置在所述測(cè)壓孔內(nèi)。如上所述的檢測(cè)模擬實(shí)際工況水力噴射壓裂孔內(nèi)壓力分布的實(shí)驗(yàn)裝置，其中，所述短接為圓柱體，其一端為嵌入端，另一端為扣合端，所述扣合端形成與所述嵌入端形狀、尺寸相合的內(nèi)凹部，相鄰的兩個(gè)所述短接的嵌入端與扣合端相互嵌合密封連接。采用本發(fā)明的檢測(cè)模擬實(shí)際工況水力噴射壓裂孔內(nèi)壓力分布的實(shí)驗(yàn)裝置，可以為水力噴射壓裂技術(shù)提供理論/機(jī)理研究方面的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。水力噴射壓裂技術(shù)可以依次壓開(kāi)多條裂縫，由于管串中不安裝常規(guī)機(jī)械封隔器，為避免壓裂下一裂縫時(shí)壓裂液進(jìn)入已經(jīng)壓開(kāi)的裂縫，需要采用“水力封隔”，即高速噴射的流體在地層水力孔眼內(nèi)形成“增壓效果”，再控制環(huán)空壓力低于地層破裂壓力，即可實(shí)現(xiàn)噴射出的壓裂液進(jìn)入當(dāng)前目的層。而實(shí)際工況下“增壓”的大小就需要采用本發(fā)明的裝置進(jìn)行測(cè)試，以便為現(xiàn)場(chǎng)施工工藝設(shè)計(jì)提供理論和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。


以下附圖僅旨在于對(duì)本發(fā)明做示意性說(shuō)明和解釋，并不限定本發(fā)明的范圍。其中，圖I為水力噴射壓裂原理示意圖；圖2為本發(fā)明的檢測(cè)模擬實(shí)際工況水力噴射壓裂孔內(nèi)壓力分布的實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明的檢測(cè)模擬實(shí)際工況水力噴射壓裂孔內(nèi)壓力分布的實(shí)驗(yàn)裝置的剖視不意圖；圖4為沿圖3中A-A線的剖面示意圖；圖5為圖3中I處的局部放大示意圖；圖6為本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)流程圖。
附圖標(biāo)號(hào)說(shuō)明
1、支撐管體10、回流環(huán)空11、第--壓帽12、長(zhǎng)槽 13、第二壓帽
111、131、手柄2、測(cè)試件W貫通孔21、短接孔眼
211、測(cè)壓孔212、嵌入端213、扣合端3、噴射板 31、通孔
4、進(jìn)液管40、噴嘴41、鎖緊件5、第一出液端件
50、第一出液閥51、支撐部6、測(cè)壓接頭 b0測(cè)壓裝置 61、尾部測(cè)壓接頭7、第二出液端件 70、凹槽71、測(cè)壓孔72、流道
73、第二出液閥8、試件壓塊100、水力射孔孔眼
具體實(shí)施例方式為了對(duì)本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，以下結(jié)合附圖及較佳實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的檢測(cè)模擬實(shí)際工況水力噴射壓裂孔內(nèi)壓力分布的實(shí)驗(yàn)裝置的具體實(shí)施方式
、結(jié)構(gòu)、特征及功效，詳細(xì)說(shuō)明如后。另外，通過(guò)具體實(shí)施方式
的說(shuō)明，當(dāng)可對(duì)本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定目的所采取的技術(shù)手段及功效得以更加深入具體的了解，然而所附圖僅是提供參考與說(shuō)明用，并非用來(lái)對(duì)本發(fā)明加以限制。圖2為本發(fā)明的檢測(cè)模擬實(shí)際工況水力噴射壓裂孔內(nèi)壓力分布的實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明的檢測(cè)模擬實(shí)際工況水力噴射壓裂孔內(nèi)壓力分布的實(shí)驗(yàn)裝置的剖視示意圖；圖4為沿圖3中A-A線的剖面示意圖；圖5為圖3中I處的局部放大示意圖。如圖2、圖3、圖4、圖5所示，本發(fā)明的檢測(cè)模擬實(shí)際工況水力噴射壓裂孔內(nèi)壓力分布的實(shí)驗(yàn)裝置，包括支撐管體1，沿軸向具有貫通孔20的測(cè)試件2，該貫通孔20可以模擬地層中的水力射孔孔眼形狀。所述測(cè)試件2固定在所述支撐管體I內(nèi)，所述測(cè)試件2的一端被封閉，另一端設(shè)有噴射板3，所述噴射板3上設(shè)置的通孔31與所述測(cè)試件2的貫通孔20相對(duì)應(yīng)，該噴射板3用于模擬井下套管壁面的開(kāi)孔；一進(jìn)液管4伸入所述支撐管體I內(nèi)，其前端設(shè)有噴嘴40，所述進(jìn)液管4與高壓泵相連接，能夠?qū)⒏邏罕玫母邏汗ぷ饕汗┙o噴嘴40，由噴嘴40高速噴出。所述噴嘴40與所述噴射板3上的通孔31相對(duì)應(yīng)；所述測(cè)試件2的外部沿軸向排列設(shè)置有多個(gè)能連接測(cè)壓裝置60的測(cè)壓接頭6，所述測(cè)壓接頭6與所述貫通孔20相連通，以檢測(cè)所述貫通孔20內(nèi)的軸向壓力變化。進(jìn)一步地，所述支撐管體I的一端內(nèi)設(shè)有第一出液端件5，所述第一出液端件5套設(shè)在所述進(jìn)液管4上，其一端頂?shù)钟谒鰢娚浒?和測(cè)試件2，另一端頂?shù)钟谛嫌谒鲋喂荏wI上的第一壓帽11 ;所述第一出液端件5的內(nèi)徑大于所述進(jìn)液管I的外徑，二者之間構(gòu)成回流環(huán)空10，所述回流環(huán)空10與第一出液閥50相連通。且所述第一出液端件5靠近所述噴射板3 —側(cè)的側(cè)壁上設(shè)有測(cè)壓孔，所述測(cè)壓孔內(nèi)設(shè)有能連接測(cè)壓裝置的測(cè)壓接頭6。如圖3所示，在一個(gè)具體實(shí)施例中，所述第一出液端件5可以構(gòu)成為，其內(nèi)壁凸設(shè)有支撐部51，該支撐部51與所述進(jìn)液管4相密封，起到對(duì)進(jìn)液管4的支撐作用。且所述第一出液端件5靠近所述噴射板3 —側(cè)的內(nèi)徑大于所述進(jìn)液管4的外徑，二者之間構(gòu)成所述回流環(huán)空10。一個(gè)可行的方案是，所述進(jìn)液管4延伸至所述第一壓帽11的外部，并與所述第一壓帽11構(gòu)成螺紋連接，通過(guò)旋轉(zhuǎn)所述進(jìn)液管4能夠調(diào)整所述噴嘴40與噴射板3之間的距離，以調(diào)整所述噴嘴40的噴距；且所述進(jìn)液管4通過(guò)鎖緊件41固定在所調(diào)整的位置。一個(gè)較佳的技術(shù)方案是,所述噴嘴40的噴距能在0_70mm范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)。在另一個(gè)具體實(shí)施例中，所述支撐管體I的另一端內(nèi)設(shè)有第二出液端件7，所述第二出液端件7的一端頂?shù)钟谒鰷y(cè)試件2的一端，將所述測(cè)試件2的一端封閉。所述第二出液端件7朝向所述測(cè)試件2的一側(cè)端面上設(shè)有一凹槽70，其外壁上設(shè)有與所述凹槽70相連通的測(cè)壓孔71，一測(cè)壓帽72設(shè)置在該凹槽70內(nèi)，所述測(cè)壓孔71內(nèi)設(shè)有尾部測(cè)壓接頭61，通過(guò)該尾部測(cè)壓接頭與所述測(cè)壓裝置60相連接，以測(cè)試液體滯止壓力。此外，如圖3所示，在一個(gè)可行的方案中，所述支撐管體I內(nèi)還設(shè)有試件壓塊8，該 試件壓塊8頂?shù)钟谒龅诙鲆憾思?，并通過(guò)與支撐管體I螺紋連接的第二壓帽13將所述測(cè)試件2的一端封閉。進(jìn)一步地，如圖所示，在本實(shí)施例中，可以通過(guò)設(shè)置在支撐管件體I兩端的第一壓帽11、第二壓帽13將依次設(shè)置在支撐管件體I內(nèi)的第一出液端件5、噴射板3、測(cè)試件2、第二出液端件7和試件壓塊8壓緊。為了便于作業(yè)，如圖3所示，在所述第一壓帽11、第二壓帽13上可以設(shè)置手柄111、131。一個(gè)可行的技術(shù)方案是，所述支撐管體I沿軸向開(kāi)設(shè)有長(zhǎng)槽12，所述測(cè)壓接頭6設(shè)置在所述長(zhǎng)槽12內(nèi)。進(jìn)一步地，為了便于調(diào)節(jié)測(cè)試件2的長(zhǎng)度，在一個(gè)可行的方案中，所述測(cè)試件2可以由多個(gè)依次排列的短接21構(gòu)成，各所述短接21之間相互密封，每個(gè)所述短接21的中部具有孔眼210，且各孔眼210的直徑不同，依次排列的多個(gè)所述短接21的所述孔眼210構(gòu)成所述貫通孔20。所述貫通孔20的形狀與所模擬的實(shí)際地層水力射孔孔眼形狀相近。具體地，每個(gè)所述短接21的側(cè)壁上均設(shè)有與所述孔眼210相連通的測(cè)壓孔211，所述測(cè)壓接頭6能設(shè)置在所述測(cè)壓孔211內(nèi)。如圖4所示，在一個(gè)具體的技術(shù)方案中，所述測(cè)壓孔211與支撐管體I上開(kāi)設(shè)的長(zhǎng)槽12相對(duì)應(yīng)。此外，所述短接21為圓柱體，其一端為嵌入端212，另一端為扣合端213，所述扣合端213形成與所述嵌入端212形狀、尺寸相合的內(nèi)凹部，相鄰的兩個(gè)所述短接21的嵌入端212與扣合端213相互嵌合密封連接。本發(fā)明的工作原理是針對(duì)水力噴射壓裂時(shí)的核心機(jī)理——高速射流噴射時(shí)地層孔內(nèi)增壓(如圖I所示)，模擬實(shí)際工況如圖I中的水力射孔孔眼100研制了本發(fā)明的檢測(cè)模擬實(shí)際工況水力噴射壓裂孔內(nèi)壓力分布的實(shí)驗(yàn)裝置，本發(fā)明中工作液經(jīng)高壓泵加壓后通過(guò)高壓管匯送至進(jìn)液管4，然后由噴嘴40噴出，經(jīng)過(guò)模擬套管壁孔眼的噴射板3的通孔31后進(jìn)入模擬射孔孔眼的貫通孔20，實(shí)現(xiàn)噴射壓裂的模擬過(guò)程。模擬射孔孔眼由多個(gè)短節(jié)21的中心孔眼210組成，短節(jié)上可以安裝測(cè)壓接頭6，并在測(cè)壓接頭6上安裝壓力傳感器，通過(guò)與測(cè)壓接頭6相連接的測(cè)壓裝置60可以測(cè)量模擬射孔孔眼不同位置的壓力并且可以觀察到孔內(nèi)軸向壓力增加。采用本發(fā)明的裝置，可以為水力噴射壓裂技術(shù)提供理論/機(jī)理研究方面的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。水力噴射壓裂技術(shù)可以依次壓開(kāi)多條裂縫，由于管串中不安裝常規(guī)機(jī)械封隔器，為避免壓裂下一個(gè)裂縫時(shí)壓裂液進(jìn)入已經(jīng)壓開(kāi)的裂縫，需要采用“水力封隔”，即高速噴射的流體在地層孔內(nèi)形成“增壓效果”，再控制環(huán)空壓力低于地層破裂壓力，即可實(shí)現(xiàn)噴射出的壓裂液進(jìn)入當(dāng)前目的層。而實(shí)際工況下“增壓”的大小就需要采用本發(fā)明的裝置進(jìn)行測(cè)試，以便為現(xiàn)場(chǎng)施工工藝設(shè)計(jì)提供理論和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。下面結(jié)合一個(gè)具體實(shí)施例，進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的結(jié)構(gòu)及工作過(guò)程。如圖所示，本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)裝置可以設(shè)置支座上，通過(guò)固定螺釘將支撐管體I與支座的支撐件相固定。通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)第一壓帽11、第二壓帽13將設(shè)置在支撐管體I內(nèi)的短接21壓緊，轉(zhuǎn)動(dòng)與第一壓帽11螺紋連接的進(jìn)液管4，在0-70mm的范圍內(nèi)連續(xù)改變噴嘴40與噴射 板3之間的距離，調(diào)整好噴距后，通過(guò)鎖緊件41將進(jìn)液管4的位置固定。高壓工作液通過(guò)進(jìn)液管4送至噴嘴40，由噴嘴40高速噴出，經(jīng)模擬套管壁孔眼的通孔31后進(jìn)入模擬射孔孔眼210，實(shí)現(xiàn)水力噴射的模擬過(guò)程。其中進(jìn)液管4抗內(nèi)壓強(qiáng)度為35. OMPa0其中，所述第一出液閥50可以為一套可以調(diào)節(jié)排量的針型閥總成，為模擬射孔時(shí)自孔眼210進(jìn)入回流環(huán)空10內(nèi)的工作液返出地面提供通道。根據(jù)所模擬的井下套管壁面上的開(kāi)孔大小，可以更換所述噴射板3，將具有與所需開(kāi)孔尺寸相對(duì)應(yīng)的通孔31的噴射板3設(shè)置在支撐管體內(nèi)。多個(gè)所述短接21組合起來(lái)由嵌入端212和扣合端213處的密封圈實(shí)現(xiàn)密封，其內(nèi)的孔眼可以模擬地層中的孔眼形狀。各所述短接21為帶有不同尺寸孔眼210的階梯圓柱體，例如，每個(gè)短接21的長(zhǎng)度可以為24mm，所述孔眼直徑為20 40mm。測(cè)壓接頭6的一端與圓柱體的測(cè)壓孔211絲扣連接，壓力傳感器通過(guò)所述測(cè)壓接頭6檢測(cè)該位置的孔眼內(nèi)的壓力值。對(duì)于不需要測(cè)壓的位置，可在測(cè)壓接頭6內(nèi)安裝絲堵，將其封閉。所述第二出液端件7上還設(shè)有與孔眼210相連通的流道72，第二出液閥73同樣為一套可以調(diào)節(jié)排量的針型閥總成，并與所述流道72相連接，用于模擬壓裂過(guò)程中工作液(壓裂液)濾失進(jìn)入地層。本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)裝置，通過(guò)調(diào)節(jié)噴嘴處的第一出液閥50，可以改變噴嘴40處的圍壓，以模擬不同的井深條件；通過(guò)調(diào)節(jié)進(jìn)液管4可以改變噴距(噴嘴40與模擬套管壁的噴射板3之間的距離)；使用不同數(shù)量的短接21組合，可以得到與不同射孔直徑和射孔深度的實(shí)際地層水力射孔孔眼相近似的模擬射孔孔眼210。開(kāi)泵泵注實(shí)驗(yàn)流體，同步采集多路壓力傳感器的數(shù)據(jù)；改變各實(shí)驗(yàn)參數(shù)組合，重復(fù)實(shí)驗(yàn)。請(qǐng)配合參見(jiàn)圖6，本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)過(guò)程是將噴嘴40安裝在進(jìn)液管4的一端；將模擬套管壁面孔眼的噴射板3裝入支撐管體I內(nèi)；然后在支撐管體I內(nèi)裝入第一出液端件5，調(diào)節(jié)噴距，旋轉(zhuǎn)鎖緊件41將進(jìn)液管4鎖緊，上緊第一壓帽，此時(shí)噴距固定；將第一出液閥50安裝于第一出液端件5 ;將測(cè)試件2自所述支撐管體I的另一端裝入，將第二出液端件7抵接于所述測(cè)試件2，并裝入試件壓塊8，旋緊位于尾端的第二壓帽13，將第二出液閥與第二出液端件7上的流道72相連接；將測(cè)壓接頭6、尾部測(cè)壓接頭61分別固定在第一出液端件5上的測(cè)壓孔211、構(gòu)成測(cè)試件2的短接213上的測(cè)壓孔211以及第二出液端件7上的測(cè)壓孔71內(nèi)，在各測(cè)壓接頭6、尾部測(cè)壓接頭61內(nèi)安裝壓力傳感器；打開(kāi)第一、第二出液閥50、73，開(kāi)泵試壓；達(dá)到預(yù)定壓力后，由與所述壓力傳感器相連接的測(cè)壓裝置測(cè)試采集各傳感器壓力值；更換噴嘴、改變噴距及其它參數(shù)，重復(fù)測(cè)試，以獲得多組檢測(cè)數(shù)據(jù)。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)如下功能①測(cè)試件2內(nèi)的噴嘴40入口壓力(通過(guò)靠近噴射板3的第一出液端件5上設(shè)置的測(cè)壓接頭測(cè)得)、圍壓、裂縫延伸壓力等可在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)；②噴嘴和模擬套管壁孔眼可以更換，以改變其直徑；③噴距(噴嘴出口到套管內(nèi)壁距離)可通過(guò)調(diào)節(jié)絲杠進(jìn)行變化；④模擬射孔孔眼和裂縫由一系列可調(diào)短節(jié)的中心孔組成，可調(diào)短節(jié)上安裝有多個(gè)壓力傳感器，可以測(cè)量模擬射孔孔眼不同位置的壓力。以上所述僅為本發(fā)明示意性的具體實(shí)施方式
，并非用以限定本發(fā)明的范圍。任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的構(gòu)思和原則的前提下所作的等同變化與修改，均應(yīng)屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。而且需要說(shuō)明的是，本發(fā)明的各組成部分并不僅限于上述整體應(yīng)用，本發(fā)明的說(shuō)明書(shū)中描述的各技術(shù)特征可以根據(jù)實(shí)際需要選擇一項(xiàng)單獨(dú)采用或選擇多項(xiàng) 組合起來(lái)使用，因此，本發(fā)明理所當(dāng)然地涵蓋了與本案發(fā)明點(diǎn)有關(guān)的其它組合及具體應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.一種檢測(cè)模擬實(shí)際工況水力噴射壓裂孔內(nèi)壓力分布的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述實(shí)驗(yàn)裝置包括支撐管體，沿軸向具有貫通孔的測(cè)試件，所述測(cè)試件固定在所述支撐管體內(nèi)，所述測(cè)試件的一端被封閉，另一端設(shè)有噴射板，所述噴射板上設(shè)置的通孔與所述測(cè)試件的貫通孔相對(duì)應(yīng)；一進(jìn)液管伸入所述支撐管體內(nèi)，其前端設(shè)有噴嘴，所述噴嘴與所述噴射板上的通孔相對(duì)應(yīng)；所述測(cè)試件的外部沿軸向排列設(shè)置有多個(gè)能連接測(cè)壓裝置的測(cè)壓接頭，所述測(cè)壓接頭與所述貫通孔相連通，以檢測(cè)所述貫通孔內(nèi)的軸向壓力變化。
2.如權(quán)利要求I所述的檢測(cè)模擬實(shí)際工況水力噴射壓裂孔內(nèi)壓力分布的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述支撐管體的一端內(nèi)設(shè)有第一出液端件，所述第一出液端件套設(shè)在所述進(jìn)液管上，其一端頂?shù)钟谒鰢娚浒搴蜏y(cè)試件，另一端頂?shù)钟谛嫌谒鲋喂荏w上的第一壓帽；所述第一出液端件的內(nèi)徑大于所述進(jìn)液管的外徑，構(gòu)成回流環(huán)空，所述回流環(huán)空與第一出液閥相連通。
3.如權(quán)利要求2所述的檢測(cè)模擬實(shí)際工況水力噴射壓裂孔內(nèi)壓力分布的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述第一出液端件的內(nèi)壁凸設(shè)有與所述進(jìn)液管相密封的支撐部，且所述第一出液端件靠近所述噴射板一側(cè)的內(nèi)徑大于所述進(jìn)液管的外徑，構(gòu)成所述回流環(huán)空。
4.如權(quán)利要求3所述的檢測(cè)模擬實(shí)際工況水力噴射壓裂孔內(nèi)壓力分布的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述第一出液端件靠近所述噴射板一側(cè)的側(cè)壁上設(shè)有測(cè)壓孔，所述測(cè)壓孔內(nèi)設(shè)有能連接測(cè)壓裝置的測(cè)壓接頭。
5.如權(quán)利要求2所述的檢測(cè)模擬實(shí)際工況水力噴射壓裂孔內(nèi)壓力分布的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述進(jìn)液管延伸至所述第一壓帽的外部，并與所述第一壓帽構(gòu)成螺紋連接，通過(guò)旋轉(zhuǎn)所述進(jìn)液管能夠調(diào)整所述噴嘴與噴射板之間的距離，以調(diào)整所述噴嘴的噴距；且所述進(jìn)液管通過(guò)鎖緊件固定在所調(diào)整的位置。
6.如權(quán)利要求3所述的檢測(cè)模擬實(shí)際工況水力噴射壓裂孔內(nèi)壓力分布的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述噴嘴的噴距能在0-70mm范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)。
7.如權(quán)利要求I所述的檢測(cè)模擬實(shí)際工況水力噴射壓裂孔內(nèi)壓力分布的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述支撐管體的另一端內(nèi)設(shè)有第二出液端件，所述第二出液端件的一端頂?shù)钟谒鰷y(cè)試件的另一端；所述第二出液端件朝向所述測(cè)試件的一側(cè)端面上設(shè)有一凹槽，其外壁上設(shè)有與所述凹槽相連通的測(cè)壓孔，一測(cè)壓帽設(shè)置在該凹槽內(nèi)，所述測(cè)壓孔內(nèi)設(shè)有尾部測(cè)壓接頭。
8.如權(quán)利要求7所述的檢測(cè)模擬實(shí)際工況水力噴射壓裂孔內(nèi)壓力分布的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述第二出液端件上還設(shè)有與所述貫通孔相連通的流道，第二出液閥與所述流道相連接。
9.如權(quán)利要求I所述的檢測(cè)模擬實(shí)際工況水力噴射壓裂孔內(nèi)壓力分布的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述支撐管體沿軸向開(kāi)設(shè)有長(zhǎng)槽，所述測(cè)壓接頭設(shè)置在所述長(zhǎng)槽內(nèi)。
10.如權(quán)利要求I至9任一項(xiàng)所述的檢測(cè)模擬實(shí)際工況水力噴射壓裂孔內(nèi)壓力分布的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述測(cè)試件由多個(gè)依次排列的短接構(gòu)成，各所述短接之間相互密封，每個(gè)所述短接的中部具有孔眼，且各孔眼的直徑不同，依次排列的多個(gè)所述短接的所述孔眼構(gòu)成所述貫通孔。
11.如權(quán)利要求10所述的檢測(cè)模擬實(shí)際工況水力噴射壓裂孔內(nèi)壓力分布的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述貫通孔的形狀與所模擬的實(shí)際地層水力射孔孔眼形狀相近。
12.如權(quán)利要求10所述的檢測(cè)模擬實(shí)際工況水力噴射壓裂孔內(nèi)壓力分布的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，每個(gè)所述短接的側(cè)壁上設(shè)有與所述孔眼相連通的測(cè)壓孔，所述測(cè)壓接頭能設(shè)置在所述測(cè)壓孔內(nèi)。
13.如權(quán)利要求10所述的檢測(cè)模擬實(shí)際工況水力噴射壓裂孔內(nèi)壓力分布的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述短接為圓柱體，其一端為嵌入端，另一端為扣合端，所述扣合端形成與所述嵌入端形狀、尺寸相合的內(nèi)凹部，相鄰的兩個(gè)所述短接的嵌入端與扣合端相互嵌合密封連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及到一種檢測(cè)模擬實(shí)際工況水力噴射壓裂孔內(nèi)壓力分布的實(shí)驗(yàn)裝置，其包括支撐管體，沿軸向具有貫通孔的測(cè)試件，所述測(cè)試件固定在所述支撐管體內(nèi)，所述測(cè)試件的一端被封閉，另一端設(shè)有噴射板，所述噴射板上設(shè)置的通孔與所述測(cè)試件的貫通孔相對(duì)應(yīng)；一進(jìn)液管伸入所述支撐管體內(nèi)，其前端設(shè)有噴嘴，所述噴嘴與所述噴射板上的通孔相對(duì)應(yīng)；所述測(cè)試件的外部沿軸向排列設(shè)置有多個(gè)能連接測(cè)壓裝置的測(cè)壓接頭，所述測(cè)壓接頭與所述貫通孔相連通，以檢測(cè)所述貫通孔內(nèi)的軸向壓力變化。本發(fā)明的裝置能夠檢測(cè)到模擬射孔孔眼內(nèi)壓力隨軸向位置的變化情況，為水力噴射壓裂機(jī)理研究提供可靠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，為現(xiàn)場(chǎng)施工工藝設(shè)計(jì)提供理論和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。
文檔編號(hào)E21B43/26GK102889077SQ20121020377
公開(kāi)日2013年1月23日 申請(qǐng)日期2012年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月15日
發(fā)明者黃中偉, 李根生, 牛繼磊, 田守嶒, 趙振鋒, 付鋼旦, 李憲文 申請(qǐng)人:中國(guó)石油大學(xué)(北京)