本發(fā)明涉及一種自動改變裂縫壁面磨阻的實驗裝置及工作方法與應(yīng)用，屬于石油、天然氣開采過程中的水力壓裂的
技術(shù)領(lǐng)域：
。
背景技術(shù)：
：水力壓裂是油氣井增產(chǎn)改造的重要技術(shù)手段，無論是常規(guī)的低滲透、特低滲透油氣藏，還是非常規(guī)油氣藏的頁巖、致密砂巖儲層，水力壓裂都起著關(guān)鍵的增產(chǎn)作用，尤其是非常規(guī)儲層，不采用壓裂技術(shù)，地下的油氣難于開采出來。水力壓裂就是利用高壓泵組，將壓裂液泵入地層，在地層中形成一條或多條具有一定幾何尺寸的裂縫，裂縫長度一般從幾十米到幾百米，高度從幾米到幾十米高，寬度幾個毫米寬。然后將帶有支撐劑的攜砂液(壓裂液與支撐劑的混合物)注入到裂縫。壓裂結(jié)束后，壓裂液破膠返排到地面，支撐劑在留在裂縫中，起到支撐裂縫的作用，保持裂縫處于張開狀態(tài)，支撐劑顆粒之間的孔隙為地層油氣水提供流通通道，從而起到壓裂增產(chǎn)的效果。裂縫磨阻是壓裂中客觀存在的，在壓裂過程中壓裂液在裂縫中的磨阻對壓裂產(chǎn)生較大的影響，會改變裂縫的幾何尺寸、形狀和導(dǎo)流能力。裂縫壁面為凹凸不平的巖石壁面，使得壓裂液在傳遞水力能量的過程中，由于粗糙壁面的阻力造成能量損失，用于造縫的有效壓力降低，需要提高排量才能滿足壓裂施工需要，增加了工作泵的負(fù)擔(dān)。粗糙的裂縫壁面，對于壓裂液具有強(qiáng)剪切作用，致使壓裂液在攜砂過程中出現(xiàn)粘度下降，支撐劑沉降過快，難以在水平方向上形成有利的鋪置濃度，也不利于形成有效的長裂縫，進(jìn)而影響壓裂效果。因此研究裂縫磨阻對于更好的壓裂施工具有重要的意義。傳統(tǒng)的裂縫磨阻測試裝置，主要為一個長方體的空腔，內(nèi)置不同磨阻板進(jìn)行測試，在實驗結(jié)束后，需要打開箱體，取出磨阻板更換，過程費(fèi)時費(fèi)力，不易操作。技術(shù)實現(xiàn)要素：針對現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明提供一種自動改變裂縫壁面磨阻的實驗裝置。本發(fā)明還公開了上述實驗裝置的工作方法。本發(fā)明還公開了利用上述實驗裝置進(jìn)行對模擬裂縫進(jìn)行磨阻實驗的方法。本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種自動改變裂縫壁面磨阻的實驗裝置，包括：主箱體：套設(shè)在轉(zhuǎn)筒外部，且在主箱體內(nèi)部至少包括一面用于模擬裂縫的靜態(tài)實驗面；轉(zhuǎn)筒：包括多個用于模擬不同磨阻的動態(tài)實驗面，所述轉(zhuǎn)筒通過轉(zhuǎn)軸軸向設(shè)置在主箱體內(nèi)轉(zhuǎn)動；所述動態(tài)實驗面與所述靜態(tài)實驗面相對平行設(shè)置時，兩者之間形成模擬裂縫，所述模擬裂縫的軸向邊界密封設(shè)置。在本發(fā)明中，當(dāng)制作好模擬裂縫時，固定轉(zhuǎn)筒，在對模擬裂縫的軸向邊界采用密封條密封，使模擬裂縫上下兩側(cè)保持密封狀態(tài)，保證進(jìn)行磨阻實驗時不漏水。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述轉(zhuǎn)筒通過手搖把手在所述主箱體內(nèi)軸向轉(zhuǎn)動。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，在所述動態(tài)實驗面上設(shè)置有用于固定砂礫的槽。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述槽為水泥槽。本發(fā)明中，所述動態(tài)實驗面上表面設(shè)置有水泥槽，用于鋪置砂礫，涂抹水泥以固定砂礫，模擬不同的磨阻的裂縫內(nèi)表面。在實驗時，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)筒的其中實驗面與主箱體內(nèi)壁平行，使主箱體內(nèi)壁和動態(tài)實驗面之間產(chǎn)生模擬裂縫，所述模擬裂縫的寬度為2～12mm，以供實驗流體通過。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述主箱體整體為長方體形，在其中一長方形側(cè)面上開合設(shè)置有前蓋，所述前蓋包括鑲嵌有靜態(tài)實驗面的密封邊框。本發(fā)明中，所述主箱體是一個長方體箱體，包括一個空腔，足夠容納轉(zhuǎn)筒在其中進(jìn)行轉(zhuǎn)動。本發(fā)明中，主箱體的上蓋也采用開蓋設(shè)計，用于在轉(zhuǎn)筒的水泥槽內(nèi)鋪置砂礫，并在采用水泥或其他粘結(jié)材料固定后，翻轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)筒，依次設(shè)置不同磨阻參數(shù)的磨阻層。同時，所述前蓋的靜態(tài)實驗面還可與所述磨阻層相對平行設(shè)置形成模擬裂縫，供實驗流體穿過以進(jìn)行磨阻實驗。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述靜態(tài)實驗面整體為透明可視窗。本發(fā)明中，可以通過所述透明可視窗觀察到實驗流體，如支撐劑在磨阻層砂礫周圍的運(yùn)移情況。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，在所述主箱體的另一長方形側(cè)面上開合設(shè)置有后蓋。此設(shè)計的優(yōu)點(diǎn)在于，在磨阻實驗進(jìn)行完成之后，通過后蓋分別將動態(tài)實驗面所述磨阻層清除。磨砂根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述轉(zhuǎn)筒為長方體，其四個長方形側(cè)壁分別為具有不同磨阻的四個動態(tài)實驗面。本發(fā)明中，所述的轉(zhuǎn)筒也為長方體結(jié)構(gòu)，中間設(shè)置有一根轉(zhuǎn)軸，使得轉(zhuǎn)筒可以繞其轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)軸末端有一個手搖把手，采用手工的方式調(diào)整轉(zhuǎn)筒的位置。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，在所述主箱體且與所述前蓋對應(yīng)的位置設(shè)置有用于固定動態(tài)實驗面的卡槽。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述卡槽的外緣與所述轉(zhuǎn)筒旋轉(zhuǎn)的外接圓軌跡相適應(yīng)；所述前蓋的密封邊框與所述卡槽的外側(cè)通過固定密封部件相連。此處設(shè)計的優(yōu)點(diǎn)在于，為轉(zhuǎn)筒在主箱體內(nèi)自由轉(zhuǎn)動提供足夠的空間，并同時能實現(xiàn)模擬裂縫。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，在所述主箱體的軸向兩端且與所述模擬裂縫分別連接設(shè)置有壓力表。本發(fā)明中，主箱體內(nèi)部的模擬裂縫的軸向兩端設(shè)置有壓力表，用于測試實驗流體在模擬裂縫中流動存在的壓力差，獲知壓力損失量。如上述實驗裝置的工作方法，包括：制備多種磨阻的動態(tài)實驗面。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，制備多種磨阻的動態(tài)實驗面包括具體步驟如下：打開所述主箱體的前蓋，旋轉(zhuǎn)所述轉(zhuǎn)筒，使轉(zhuǎn)筒上的動態(tài)實驗面依次暴露；在所述動態(tài)實驗面的表面上固定砂礫形成磨阻層。如上述實驗裝置的工作方法，包括：清除動態(tài)實驗面上的磨阻層砂礫。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述清除動態(tài)實驗面上的磨阻層砂礫包括具體步驟如下：打開所述主箱體的后蓋，旋轉(zhuǎn)所述轉(zhuǎn)筒，使具有磨阻層的動態(tài)實驗面依次通過后蓋暴露，然后對所述動態(tài)實驗面進(jìn)行清洗，將所述磨阻層從動態(tài)實驗面表面清除。利用上述實驗裝置進(jìn)行對模擬裂縫進(jìn)行磨阻實驗的方法，包括：1)根據(jù)實驗室與現(xiàn)場施工相似原則，計算磨阻實驗所需的實驗流體排量；2)分別在所述轉(zhuǎn)筒的多個動態(tài)實驗面制備具有不同磨阻參數(shù)的磨阻層，礫石指平均粒徑大于1毫米的巖石或礦物碎屑物，可以通過調(diào)整礫石在磨阻層上的鋪置密度，選用粒徑大小不同的礫石來改變動態(tài)實驗面的磨阻；3)打開所述主箱體的前蓋，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)筒，固定要進(jìn)行實驗的動態(tài)實驗面與所述前蓋內(nèi)壁平行，以形成模擬裂縫，并對所述模擬裂縫的軸向邊界其進(jìn)行密封固定，密封所述前蓋；4)通過主箱體向所述模擬裂縫內(nèi)注入實驗流體以進(jìn)行磨阻實驗，測試不同磨阻面下，流體通過實驗所引起的壓力變化；5)重復(fù)步驟3)，通過旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)筒更換具有不同磨阻的動態(tài)實驗面。本發(fā)明的有益效果在于：1、本發(fā)明改變傳統(tǒng)的裂縫磨阻測試結(jié)構(gòu)，把組成模擬裂縫的兩個側(cè)面改為一靜一動兩個部分，其中活動部分具有多個實驗?zāi)プ杳妫梢愿鶕?jù)實驗需要旋轉(zhuǎn)以制備出不同磨阻系數(shù)，并分別進(jìn)行模擬裂縫的磨阻實驗。本發(fā)明在進(jìn)行一次實驗時，只需將待實驗的磨阻面對準(zhǔn)靜止的主箱體內(nèi)壁，形成模擬裂縫后對其軸向邊界密封即可。在制備磨阻面時可以通過在動態(tài)實驗面上涂抹固定不同粒徑的石子以模擬不同參數(shù)的磨阻。同時箱體為開蓋設(shè)計，更容易清洗，也更容易更換磨阻面。在本發(fā)明的技術(shù)方案中，磨阻面的制作，即鋪置砂礫，通過粘結(jié)劑固定在所述動態(tài)實驗面上，通過轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動實現(xiàn)自動改變，一次制備能進(jìn)行多次實驗，提高實驗效率，節(jié)省實驗空間。2、在本發(fā)明中，當(dāng)制作好模擬裂縫時，固定轉(zhuǎn)筒，在對模擬裂縫的軸向邊界采用密封條密封，使模擬裂縫上下兩側(cè)保持密封狀態(tài)，保證進(jìn)行磨阻實驗時不漏水。3、本發(fā)明中，所述動態(tài)實驗面上表面設(shè)置有水泥槽，用于鋪置砂礫，涂抹水泥以固定砂礫，模擬不同的磨阻的裂縫內(nèi)表面。在實驗時，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)筒的其中實驗面與主箱體內(nèi)壁平行，使主箱體內(nèi)壁和動態(tài)實驗面之間產(chǎn)生模擬裂縫，所述模擬裂縫的寬度為2～12mm，以供實驗流體通過。4、本發(fā)明中，所述主箱體是一個長方體箱體，包括一個空腔，足夠容納轉(zhuǎn)筒在其中進(jìn)行轉(zhuǎn)動。本發(fā)明中，主箱體的上蓋也采用開蓋設(shè)計，用于在轉(zhuǎn)筒的水泥槽內(nèi)鋪置砂礫，并在采用水泥或其他粘結(jié)材料固定后，翻轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)筒，依次設(shè)置不同磨阻參數(shù)的磨阻層。同時，所述前蓋的靜態(tài)實驗面還可與所述磨阻層相對平行設(shè)置形成模擬裂縫，供實驗流體穿過以進(jìn)行磨阻實驗。5、本發(fā)明中，可以通過所述透明可視窗觀察到實驗流體，如支撐劑在磨阻層砂礫周圍的運(yùn)移情況。6、本發(fā)明通過設(shè)計后蓋分別將動態(tài)實驗面所述磨阻層清除。7、本發(fā)明中，所述的轉(zhuǎn)筒也為長方體結(jié)構(gòu)，中間設(shè)置有一根轉(zhuǎn)軸，使得轉(zhuǎn)筒可以繞其轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)軸末端有一個手搖把手，采用手工的方式調(diào)整轉(zhuǎn)筒的位置。8、本發(fā)明在所述主箱體且與所述前蓋對應(yīng)的位置設(shè)置有用于固定動態(tài)實驗面的卡槽，為轉(zhuǎn)筒在主箱體內(nèi)自由轉(zhuǎn)動提供足夠的空間，并同時能實現(xiàn)模擬裂縫。9、本發(fā)明中，主箱體內(nèi)部的模擬裂縫的軸向兩端設(shè)置有壓力表，用于測試實驗流體在模擬裂縫中流動存在的壓力差，獲知壓力損失量。附圖說明圖1是本發(fā)明所述在動態(tài)實驗面制備的磨阻層的示意圖，其表面的砂礫大小不一；圖2是本發(fā)明所述在動態(tài)實驗面制備的磨阻層的示意圖，其表面的砂礫大小一致；圖3是利用本發(fā)明所述實驗裝置進(jìn)行磨阻實驗后得到的：砂礫直徑對模擬裂縫磨阻影響曲線示意圖；圖4是本發(fā)明所述實驗裝置的整體結(jié)構(gòu)剖視圖；圖5是本發(fā)明所述實驗裝置的端面剖視圖。在圖1-5中，1、主箱體；2、轉(zhuǎn)筒；2-1、動態(tài)實驗面；3、轉(zhuǎn)軸；4、模擬裂縫；5、模擬裂縫4的軸向邊界；6、槽；7、前蓋；8、密封邊框；9、透明可視窗；10、后蓋；11、卡槽；12、所述轉(zhuǎn)筒2旋轉(zhuǎn)的外接圓軌跡；13、固定密封部件；14、礫石。具體實施方式下面通過實施例并結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明，但不限于此。實施例1、一種自動改變裂縫壁面磨阻的實驗裝置，包括：主箱體1：套設(shè)在轉(zhuǎn)筒2外部，且在主箱體1內(nèi)部至少包括一面用于模擬裂縫的靜態(tài)實驗面；轉(zhuǎn)筒2：包括多個用于模擬不同磨阻的動態(tài)實驗面2-1，所述轉(zhuǎn)筒2通過轉(zhuǎn)軸3軸向設(shè)置在主箱體1內(nèi)轉(zhuǎn)動；所述動態(tài)實驗面2-1與所述靜態(tài)實驗面相對平行設(shè)置時，兩者之間形成模擬裂縫4，所述模擬裂縫4的軸向邊界5密封設(shè)置。實施例2、如實施例1所述的一種自動改變裂縫壁面磨阻的實驗裝置，其區(qū)別在于，所述轉(zhuǎn)筒2通過手搖把手在所述主箱體1內(nèi)軸向轉(zhuǎn)動。在所述動態(tài)實驗面2-1上設(shè)置有用于固定砂礫的槽6。所述槽6為水泥槽。實施例3、如實施例1、2所述的一種自動改變裂縫壁面磨阻的實驗裝置，其區(qū)別在于，所述主箱體1整體為長方體形，在其中一長方形側(cè)面上開合設(shè)置有前蓋7，所述前蓋7包括鑲嵌有靜態(tài)實驗面的密封邊框8。所述靜態(tài)實驗面整體為透明可視窗9。所述轉(zhuǎn)筒2為長方體，其四個長方形側(cè)壁分別為具有不同磨阻的四個動態(tài)實驗面2-1。實施例4、如實施例1-3所述的一種自動改變裂縫壁面磨阻的實驗裝置，其區(qū)別在于，在所述主箱體1的另一長方形側(cè)面上開合設(shè)置有后蓋10。實施例5、如實施例1-4所述的一種自動改變裂縫壁面磨阻的實驗裝置，其區(qū)別在于，在所述主箱體1且與所述前蓋7對應(yīng)的位置設(shè)置有用于固定動態(tài)實驗面2-1的卡槽11。所述卡槽11的外緣與所述轉(zhuǎn)筒2旋轉(zhuǎn)的外接圓軌跡12相適應(yīng)；所述前蓋7的密封邊框8與所述卡槽11的外側(cè)通過固定密封部件13相連。實施例6、如實施例1-5所述的一種自動改變裂縫壁面磨阻的實驗裝置，其區(qū)別在于，在所述主箱體1的軸向兩端且與所述模擬裂縫4分別連接設(shè)置有壓力表。實施例7、如上述實驗裝置的工作方法，包括：制備多種磨阻的動態(tài)實驗面。制備多種磨阻的動態(tài)實驗面包括具體步驟如下：打開所述主箱體的前蓋7，旋轉(zhuǎn)所述轉(zhuǎn)筒2，使轉(zhuǎn)筒2上的動態(tài)實驗面2-1依次暴露；在所述動態(tài)實驗面2-1的表面上固定砂礫形成磨阻層。實施例8、如上述實驗裝置的工作方法，包括：清除動態(tài)實驗面上的磨阻層砂礫。所述清除動態(tài)實驗面上的磨阻層砂礫包括具體步驟如下：打開所述主箱體的后蓋10，旋轉(zhuǎn)所述轉(zhuǎn)筒2，使具有磨阻層的動態(tài)實驗面2-1依次通過后蓋10暴露，然后對所述動態(tài)實驗面2-1進(jìn)行清洗，將所述磨阻層從動態(tài)實驗面2-1表面清除。實施例9、利用上述實驗裝置進(jìn)行對模擬裂縫進(jìn)行磨阻實驗的方法，其中所述主箱體尺寸范圍為(1000～3000)mm×(300～500)mm×(400～600)mm，優(yōu)選1200×400×500mm，所形成的模擬裂縫4的寬度為5mm，以供實驗流體，即支撐劑通過；所述磨阻實驗包括：1)根據(jù)實驗室與現(xiàn)場施工相似原則，計算磨阻實驗所需的實驗流體排量；2)分別在所述轉(zhuǎn)筒的多個動態(tài)實驗面制備具有不同磨阻參數(shù)的磨阻層，礫石指平均粒徑大于1毫米的巖石或礦物碎屑物，可以通過調(diào)整礫石在磨阻層上的鋪置密度，選用粒徑大小不同的礫石來改變動態(tài)實驗面的磨阻；3)打開所述主箱體的前蓋，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)筒，固定要進(jìn)行實驗的動態(tài)實驗面與所述前蓋內(nèi)壁平行，以形成模擬裂縫，并對所述模擬裂縫的軸向邊界其進(jìn)行密封固定，密封所述前蓋；4)通過主箱體向所述模擬裂縫內(nèi)注入實驗流體以進(jìn)行磨阻實驗，測試不同磨阻面下，流體通過實驗所引起的壓力變化；5)重復(fù)步驟3)，通過旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)筒更換具有不同磨阻的動態(tài)實驗面。通過改變砂礫的粒徑和密集程度，來模仿不同的裂縫的磨阻面，例如砂礫巖、砂巖和頁巖等。如圖1、2所示為兩種不同的磨阻層。根據(jù)本實施例，以相似原理為基礎(chǔ)，根據(jù)某區(qū)塊一口井的壓后參數(shù)(單翼縫長120m、縫高40m、縫寬6mm)與本發(fā)明可視化的裂縫壁面模擬裝置的尺寸參數(shù)(縫高0.4m、縫長1.0m、縫寬5mm)，使縫口流速一致，將現(xiàn)場的施工排量轉(zhuǎn)化為實驗排量，施工排量與實驗排量之間的對應(yīng)關(guān)系如下表1所示。表1施工排量與實驗排量的對照表施工排量(m3/min)縫內(nèi)流速(m/s)實驗排量(m3/h)30.2081.4740.2782.0050.3472.4960.4172.9570.4863.48礫石指平均粒徑大于1毫米的巖石或礦物碎屑物，通過測試不同排量下，砂礫中相同礫石含量(質(zhì)量比為20％)、不同礫石直徑的礫石模板上單位面積內(nèi)壓力損失，研究礫石直徑對縫內(nèi)磨阻的影響規(guī)律。根據(jù)上述礫石的配比在所述動態(tài)實驗面上制備三種磨阻層：分別是礫石直徑3mm～6mm、8mm～10mm和12mm～15mm的砂礫巖裂縫壁面模塊，即僅僅使用轉(zhuǎn)筒動態(tài)實驗面的三個面。采用的實驗流體為測試粘度為20mpa·s的水基壓裂液，采用20/40目陶粒支撐劑，砂比為10％，測試如表1多個實驗排量下磨阻變化規(guī)律如下圖3所示。實驗結(jié)果表明：整體而言，裂縫內(nèi)磨阻損失隨排量成近似線性增長趨勢，增長過程中呈現(xiàn)出小幅度波動性；磨阻隨著礫石直徑的增大而增大，且排量增大，磨阻的增長幅度減?。慌c礫石直徑相比，排量對磨阻損失的影響更大。當(dāng)前第1頁12