一种水力压裂对含水层渗透系数影响的模拟实验装置

1.一种水力压裂对含水层渗透系数影响的模拟实验装置，其特征在于：包括页岩模拟装置和竖井模拟装置；所述竖井模拟装置设置在所述页岩模拟装置中；所述竖井模拟装置为有机玻璃管制成的竖井模拟装置；所述页岩模拟装置内从上至下依次设有粗砂层、细砂层和粉砂层；
所述页岩模拟装置和所述竖井模拟装置上端接触位置密封连接；所述竖井模拟装置上端设有进水口；所述页岩模拟装置上端的侧壁上开设有排水口；所述页岩模拟装置的侧壁上还设有压力传感器；
所述竖井模拟装置穿过所述粗砂层和所述细砂层，且所述竖井模拟装置的底端设置在所述粉砂层中；在所述粉砂层中的所述竖井模拟装置底端开设有透水孔。
2.根据权利要求1所述的水力压裂对含水层渗透系数影响的模拟实验装置，其特征在于：所述压力传感器包括水压力传感器和压力应变计；所述水压力传感器和所述压力应变计均设置在所述页岩模拟装置的外壁上。
3.根据权利要求2所述的水力压裂对含水层渗透系数影响的模拟实验装置，其特征在于：还包括电脑；所述水压力传感器和所述压力应变计均通过信号转换器与所述电脑连接。
4.根据权利要求1所述的水力压裂对含水层渗透系数影响的模拟实验装置，其特征在于：所述进水口通过进水管道连接有增压泵。
5.根据权利要求4所述的水力压裂对含水层渗透系数影响的模拟实验装置，其特征在于：所述进水管道上设有压力表。
6.根据权利要求1所述的水力压裂对含水层渗透系数影响的模拟实验装置，其特征在于：所述排水口通过排水管道连接有蓄水池。
7.根据权利要求6所述的水力压裂对含水层渗透系数影响的模拟实验装置，其特征在于：所述排水管道上设有流量计。
8.根据权利要求1所述的水力压裂对含水层渗透系数影响的模拟实验装置，其特征在于：所述页岩模拟装置为弹性材质制成的页岩模拟装置。

一种水力压裂对含水层渗透系数影响的模拟实验装置
技术领域
[0001] 本发明属于页岩气开发室内模拟实验的技术领域，具体涉及一种水力压裂对含水层渗透系数影响的模拟实验装置。
背景技术
[0002] 目前，页岩气的开发离不开井管的水力压裂。水力压裂过程可以大大增加井管与储层的接触面积，大大滴提高开采效率。对于页岩储层的室内模拟渗流研究，目前仅限于对岩心体积的微观渗流研究，而对于水力压裂过程中的流体渗流的宏观研究并未见，同时，能同时考虑水力压裂过程中及之后的渗透系数变化情形的更是没有涉及。
[0003] 在本专业领域，涉及的室内模拟渗流实验，考虑压力场情形时的仅有对岩心进行加压分析渗透率渗流变化相关实验，而对于宏观的压力场存在情形时的渗流场模拟，却没有涉及的相关室内实验。
发明内容
[0004] 为了解决现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种水力压裂对含水层渗透系数影响的模拟实验装置。
[0005] 本发明所采用的技术方案为：
[0006] 一种水力压裂对含水层渗透系数影响的模拟实验装置，包括页岩模拟装置和竖井模拟装置；所述竖井模拟装置设置在所述页岩模拟装置中；所述竖井模拟装置为有机玻璃管制成的竖井模拟装置；所述页岩模拟装置内从上至下依次设有粗砂层、细砂层和粉砂层；
[0007] 所述页岩模拟装置和所述竖井模拟装置上端接触位置密封连接；所述竖井模拟装置上端设有进水口；所述页岩模拟装置上端的侧壁上开设有排水口；所述页岩模拟装置的侧壁上还设有压力传感器。
[0008] 更加优选的，所述压力传感器传感器包括水压力传感器和压力应变计；所述水压力传感器和所述压力应变计均设置在所述页岩模拟装置的外壁上。
[0009] 进一步，更加优选的，还包括电脑；所述水压力传感器和所述压力应变计均通过信号转换器与所述电脑连接。
[0010] 优选的，所述竖井模拟装置穿过所述粗砂层和所述细砂层，且所述竖井模拟装置的底端设置在所述粉砂层中；所述粉砂层中的所述竖井模拟装置底端开设有透水孔。
[0011] 优选的，所述进水口通过进水管道连接有增压泵。
[0012] 更加优选的，所述进水管道上设有压力表。
[0013] 优选的，所述排水口通过排水管道连接有蓄水池。
[0014] 更加优选的，所述排水管道上设有流量计。
[0015] 优选的，所述页岩模拟装置为弹性材质制成的页岩模拟装置。
[0016] 本发明的有益效果为：
[0017] 通过本发明可实现水力压裂对含水层渗透系数影响的模拟实验，实时获取水力压裂过程中，模拟储层和上覆含水层的压力变化，计算获取变压力情形下不同岩性渗透系数变化情况，可模拟压力场-渗流场耦合情形。在竖井模拟装置中注入溶质，模拟压裂液注入过程，监测模拟储层和上覆含水层的压力变化，计算获取变压力情形下不同岩性渗透系数变化情况，获取出水口溶质浓度可模拟压力场-渗流场-化学场耦合情形。在模拟储层中可放入热源棒，实时监测温度变化以及压力变化，并检测出水口浓度，模拟温度场-压力场-渗流场-化学场 耦合情形。结合变渗透系数特点，数值展现实验装置，拟合地层压力曲线以及水位压力以及温度曲线。实验时，可以结合数值方法，探索竖井模拟装置水力压裂过程中，及压裂后的溶质运移垂向运移情况。
附图说明
[0018] 图1为本发明中页岩模拟装置和竖井模拟装置的剖面结构示意图；
[0019] 图2为本发明中页岩模拟装置和竖井模拟装置的俯视结构示意图；
[0020] 图3为本发明中页岩模拟装置和竖井模拟装置的透视结构示意图；
[0021] 图4为本发明的整体结构示意图；
[0022] 图中：1-页岩模拟装置；2-竖井模拟装置；3-进水口；4-排水口；5-水压力传感器；
6-压力应变计；7-增压泵；8-压力表；9-流量计；10-蓄水池；11-电脑；12-第一信号转换器；
13-第二信号转换器。
具体实施方式
[0023] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0024] 如图1-图4所示，本发明提供了一种水力压裂对含水层渗透系数影响的模拟实验装置，针对“竖井水力压裂过程中及压裂后的压裂液如何运移？”的问题，b本发明采用了有机玻璃管模拟竖井进行水力压裂，模仿高压水体注入，并在垂向设为三层，仿真模拟实际地层，同时本发明设计了弹性材质制成的页岩模拟装置，采用一个可弹性伸缩的橡胶垫，橡胶垫和周围均良好密封，该处能同时起到模拟页岩气储层和上覆地层的隔绝作用，同时也能起到压力传递良 好的作用。其致使页岩模拟装置和竖井模拟装置接触的位置处于密封状态；同时，本发明突破性地采用了水压传感器和压力应变计两种压力相关的传感器，水压传感器可以测得传统意义上的“水头”，而压力应变计则很好地反映了地层压力，这样便可以区分开地层压力、固体骨架压力和水头的大小，为压力-渗流耦合实验研究提供了很好的平台。
[0025] 其结构具体包括页岩模拟装置和竖井模拟装置；竖井模拟装置设置在页岩模拟装置中；页岩模拟装置和竖井模拟装置上端接触位置密封连接；竖井模拟装置上端设有进水口；页岩模拟装置上端的侧壁上开设有排水口；页岩模拟装置的侧壁上还设有压力传感器。
页岩模拟装置内从上至下依次设有粗砂层、细砂层和粉砂层。压力传感器传感器包括水压力传感器和压力应变计；水压力传感器和压力应变计均设置在页岩模拟装置的外壁上。其中还包括电脑、信号转换器；信号转换器包括第一信号转换器和第二信号转换器；水压力传感器通过第一信号转换器与电脑连接；压力应变计通过第二信号转换器与电脑连接。竖井模拟装置穿过粗砂层和细砂层，且所述竖井模拟装置的底端设置在粉砂层中；在粉砂层中的竖井模拟装置底端开设有透水孔。进水口通过进水管道连接有增压泵。进水管道上设有压力表。排水口通过排水管道连接有蓄水池。排水管道上设有流量计。页岩模拟装置为弹性材质制成的页岩模拟装置；竖井模拟装置为有机玻璃管制成的竖井模拟装置。
[0026] 实施时，
[0027] (1)安装实验装置，包括有机玻璃圆柱状实验设备、压力传感器等。
[0028] (2)在页岩模拟装置中，围绕机玻璃圆柱四周装砂，并做好密封，页岩低渗储层使用粒径0.075mm粉砂模拟，上面依次覆盖粒径0.5mm细砂及1.0mm粗砂。
[0029] (3)仪器全封闭，先通过进水口向竖井模拟装置下部注水，在页岩模拟装置的上部侧壁出水，饱和静置24h后，再使用增压泵向竖井模拟装置中注水增 压，最高压力2Mpa。
[0030] (4)逐渐增加增压泵压力，再逐渐降低，根据内置压力传感器及出口流量，计算上覆两层动态渗透系数。
[0031] (5)待上步结束后，使用荧光素钠作为示踪剂，定压力注入岩层中，采集出口浓度。
[0032] 本发明中的传感器实验全程均可实时监测数据，能测得瞬时的渗透系数，感应微压力变化。实验系统同时结合了页岩气竖井水力压裂对含水层影响的室内模拟以及压力-渗流场耦合的室内模拟，压力-渗流-化学的耦合室内模拟实验。根据实验目的均可设计不同实验方案。
[0033] 通过本发明可实现水力压裂对含水层渗透系数影响的模拟实验，实时获取水力压裂过程中，模拟储层和上覆含水层的压力变化，计算获取变压力情形下不同岩性渗透系数变化情况，可模拟压力场-渗流场耦合情形。在竖井模拟装置中注入溶质，模拟压裂液注入过程，监测模拟储层和上覆含水层的压力变化，计算获取变压力情形下不同岩性渗透系数变化情况，获取出水口溶质浓度可模拟压力场-渗流场-化学场耦合情形。在模拟储层中可放入热源棒，实时监测温度变化以及压力变化，并检测出水口浓度，模拟温度场-压力场-渗流场-化学场耦合情形。结合变渗透系数特点，数值展现实验装置，拟合地层压力曲线以及水位压力以及温度曲线。实验时，可以结合数值方法，探索竖井模拟装置水力压裂过程中，及压裂后的溶质运移垂向运移情况。
[0034] 本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。