模拟不对称布缝内支撑剂沉降规律实验装置技术领域
本实用新型涉及油气田勘探开发领域，水平井分段压裂产生不对称双翼裂缝后，
模拟缝内支撑剂充填和沉降规律的模拟不对称布缝内支撑剂沉降规律实验装置，针对一定
条件下携砂进入非均匀裂缝结构中支撑剂的运移规律，这对提高压裂效果有重要的意义。
技术背景
随着世界优质石油资源逐渐匮乏，低渗透油气藏的勘探开发显得更加必要。水力
压裂作为一项开发油田的增产措施，极大的促进了低渗油气田的经济有效开发。当今针对
水平井的压裂改造主要是利用膨胀式封隔器或者可钻式桥塞等工具以及水力喷砂等工艺
来实现分段压裂的。每段压裂后产生一条高导流能力的裂缝，扩大了泄油面积，大幅度的提
高了油田的采收率。
随着水平井分段压裂技术的发展，国内外的专家对压裂后产生的双翼裂缝形态的
认识由开始的对称等长分布转变为不对称不等长分布的非均匀的布缝模型。因为在施工参
数变化、储层的非均质性等因素的影响下，压裂施工后形成的双翼裂缝的形态也各不相同。
在一定的地应力、低孔、低渗、低导流能力的地层中，水力压裂后产生的主裂缝相对于井筒
不是对称分布的，会错开一定的距离，并且两翼裂缝的长度也会出现不相等的情况。在左右
两翼裂缝的总缝长相等条件 下，改变裂缝的位置和左右两侧裂缝的长度，最终的支撑剂的
充填和铺置情况也有所不同，导致压裂施工后水平井的单井产量和采收率差异较大。
针对以上现象，目前主要是利用油藏的数模软件来进行动态模拟，但是缺乏验证
性的实体装置来进行分析，因此研究不同的布缝方式下支撑剂的充填和沉降规律非常有必
要。
发明内容
针对现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种模拟不对称布缝内支撑剂
沉降规律实验装置，目的在于两口水平井平行分布时，在充分考虑避免应力正向相交的交
错式布缝方式的基础上，提供一种根据不对称布缝方式下支撑剂在裂缝中的铺置状态来代
表最终的支撑效果，预测每种布缝形态下的油气田产量的一种评价方法。
为了达到上述目的，本实用新型技术方案是这样实现的：
一种模拟不对称布缝内支撑剂沉降规律实验装置，包括上、下两根管道7，上、下两
根管道7之间连通两个主井筒4-1、4-2构成回路，下端的管道7左右两端还连通有加砂管道2
以及两个压裂液进口管道1，所述的压裂液的进口管道1另一端与外部的压裂液储蓄池相连
通，所述的加砂管道2另一端与外部的储砂容器相沟通，下端的管道7内部固定有挡板3，左
侧主井筒4-2上设置有四条左右两翼长度不相等的裂缝5-1，右侧的主井筒4-1的相同位置
处连接有四条两翼长度相等裂缝5-2，在上端的管道7内与两个主井筒4-1、4-2的连接位置
设置有控制流体进出的开关阀门6。
所述的长度不相等的裂缝5-1和长度相等裂缝5-2为有机玻璃平行板构成，有机玻
璃平行板的抗压能力小于等于两个标准大气压。
所述的两个主井筒4-1、4-2每个筒身上设置有至少4组裂缝接口8，裂缝接口的间
距为20cm。
所述的压裂液的进口管道1和加砂管道2的入口处分别设置有压力表和阀门开关。
本实用新型的有益效果是：目前国内对不同布缝方式下压裂水平井的产量都是基
于油藏数值模拟条件下进行预测的，而支撑剂在裂缝中的充填和铺置是影响裂缝导流能力
的关键因素。针对以上问题，尤其缺少必要的实验设备。该实用新型下的模拟不对称布缝内
支撑剂沉降规律的物理模型，采用有机透明玻璃板可以实现对实验过程的可视化，助于实
验数据的记录和砂堤形态的影像拍摄；通过调整裂缝的位置，改变左右两翼裂缝的长度，排
布形成五种布缝方式，丰富了实验方案形成了与常规认识的对称裂缝所不同的新思路；改
变同侧裂缝之间的距离，研究不同缝间距下支撑剂运移规律；调整实验过程中的砂比、支撑
剂类型等可控因素，模拟在不同的施工参数下支撑剂的充填特征。最后根据试验后的砂堤
形态对各种影响因素进行分析，对各因素进行敏感性排序，使得实验最后的结论的可信度
更高。本实用新型对水平井分段压裂增产研究和现场工艺具有一定的参考意义。
附图说明
图1为本实用新型原理结构示意图。
图2是裂缝左右长度不等时的布置方式结构示意图。
图3是裂缝布置方式结构示意图，裂缝布置每两组形式相同。
图4是裂缝布置方式结构示意图，相邻两个裂缝布置形式不同。
具体实施方法
下面结合附图对本实用新型的结构原理和工作原理作详细论述。
如图1，一种模拟不对称布缝内支撑剂沉降规律实验装置，包括上、下两根管道7，
上、下两根管道7之间连通两个主井筒4-1、4-2构成回路，下端的管道7左右两端还连通有加
砂管道2以及两个压裂液进口管道1，所述的压裂液的进口管道1另一端与外部的压裂液储
蓄池相连通，所述的加砂管道2另一端与外部的储砂容器相沟通，下端的管道7内部固定有
挡板3，左侧主井筒4-2上设置有四条左右两翼长度不相等的裂缝5-1，为了形成对照试验在
右侧的主井筒4-1的相同位置处连接有四条两翼长度相等裂缝5-2，在上端的管道7内与两
个主井筒4-1、4-2的的连接位置设置有控制流体进出的开关阀门6。
所述的长度不相等的裂缝5-1和长度相等裂缝5-2均为有机玻璃平行板构成，有机
玻璃平行板的抗压能力小于等于两个标准大气压。有机玻璃的优点：1.通透性好便于跟踪
实验的过程进展和后期结果的分析；2.有利于该实验室设备的长期维护和清理。
本实用新型中所有的管道材质为目前现场常用的N-80钢级的管道规格，内径
121.4mm，外径为139.7mm，壁厚9.17mm，管体屈服强度为2073KN，挤毁压力为60.9MPa。
所述的两个主井筒4-1、4-2每个筒身上设置有至少4组裂缝接 口8，裂缝接口的间
距为20cm，可以将两翼裂缝玻璃板左右对应的安装在不同的接口处，以实现裂缝间距的变
化。自由调整4-2中左右两翼裂缝的长度，实现4种不规则布缝方式如图1、图2所示，模拟在
不同分布形式下携砂液在裂缝中的运移沉降规律以及最终的砂堤形态。
所述的压裂液的进口管道1和加砂管道2的入口处分别设置有压力表和阀门开关；
常规的加砂压裂工艺都是在地面上将压裂液和支撑剂在混砂罐内混合好后，一起通过连续
油管或者压裂管柱进入目的层进行实施作业，因此一旦开始施工砂比浓度是一定的。本实
用新型采用压裂液的进口管道1和加砂管道2将压裂液和支撑剂分开运输，在汇合处实现混
合。改变加砂管道的砂浓度和压裂液管道中的排量，实现不同砂比浓度下的模拟实验。
每条裂缝的末端都连接有管道，并且通过开关阀门控制液体的进出，方便最后实
验结束后缝内的清砂工作和设备的清洗工序。
参照图2、图3、图4，所述左右两翼主裂缝的长度有三种类型分别为图2中所示的5-
3 80cm，5-2 130cm，5-1 50cm，缝高均为15cm。由于目前现场的压裂施工后形成的裂缝的宽
度为1-10mm，以确保实验过程中支撑剂在短时间内不会快速的充填整个裂缝装置，影响最
后的实验结果，因此最后确定的宽度均为10mm。
本实用新型的工作方法如下：
1.根据实验要求优选支撑剂的类型，并将储砂器中的支撑剂泵入两个加砂管道2
中；
2.准备实验方案所需的压裂液，通过泵将储蓄池中的液体通入两个压裂液的进口
管道1内；
3.上述压裂液和支撑剂在进入井筒口前端均匀混合，形成携砂液；根据实验要求
通过改变加砂管道的砂浓度和压裂液管道中的排量，实现不同砂比浓度下分阶段射入地层
后进行压裂的模拟实验。
4.实验过程中，进行摄像记录下水平井分段压裂不规则布缝方式下即长度不相等
的裂缝5-1中的支撑剂沉降和运移过程，最后拍摄下不同布缝方式下所形成的砂堤形态；观
察长度相等裂缝5-2中的情况，两者差异进行对比，并且分析原因。
5.结束实验后，打开裂缝末端口连接的管道阀门和主井筒末端的开关阀门，清洗
裂缝中的砂粒。关闭阀门，最后通入清水进行实验设备中检查装置的密封性和完整性，确认
设备完好后，进行下一组实验。