郭天魁， 曲占慶， 李明忠， 陳德春， 董長(zhǎng)銀， 王衛(wèi)陽(yáng)， 齊 寧

(中國(guó)石油大學(xué)(華東) 石油工程學(xué)院，山東 青島 266580)

0 引 言

傳統(tǒng)水力壓裂技術(shù)是改造低滲透油氣藏的重要增產(chǎn)措施[1]，而體積壓裂技術(shù)是當(dāng)前實(shí)現(xiàn)非常規(guī)油氣藏商業(yè)開(kāi)發(fā)的必要手段[2-3]。明確支撐劑運(yùn)移鋪置機(jī)理是有效實(shí)施水力壓裂技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[4]，其相關(guān)理論和數(shù)值模擬研究[5]相對(duì)較多，但缺乏有效的實(shí)驗(yàn)?zāi)M，近年來(lái)部分高校及科研院所嘗試開(kāi)發(fā)了一些用于常規(guī)壓裂單一裂縫內(nèi)支撐劑運(yùn)移鋪置規(guī)律研究的實(shí)驗(yàn)裝置[6]。該類(lèi)型裝置通常具有裂縫處理簡(jiǎn)化且規(guī)模尺度較小、施工參數(shù)選擇范圍有限、自動(dòng)化程度低和無(wú)法模擬復(fù)雜裂縫的缺點(diǎn)，難以滿足當(dāng)前行業(yè)熱點(diǎn)技術(shù)教學(xué)科研工作、工程實(shí)踐鍛煉以及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)需求。

針對(duì)當(dāng)前實(shí)驗(yàn)裝置的缺陷，基于非常規(guī)油氣藏體積壓裂技術(shù)理念，開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)了一套大型復(fù)雜裂縫支撐劑運(yùn)移鋪置虛擬仿真裝置，該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)于不同走向、傾向和傾角的分支裂縫、不同裂縫壁面粗糙度、不同壁面濾失速率、不同縫寬以及水平井壓裂的模擬，拓寬了裂縫規(guī)模尺度和施工參數(shù)的選擇范圍，裝置功能和自動(dòng)化程度大幅提升。

實(shí)踐證明該自制設(shè)備[7-8]可有效開(kāi)展“體積壓裂”等熱點(diǎn)壓裂工藝條件下的支撐劑運(yùn)移鋪置實(shí)驗(yàn)?zāi)M，完善了科研手段，可用于指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)壓裂實(shí)踐，同時(shí)，緊密結(jié)合了石油工程專(zhuān)業(yè)課程實(shí)踐教學(xué)需要，并與專(zhuān)業(yè)技術(shù)發(fā)展需求和趨勢(shì)相接軌，可用于壓裂實(shí)驗(yàn)教學(xué)[9-10]，以及石油工程專(zhuān)業(yè)本科生的實(shí)習(xí)、實(shí)訓(xùn)、實(shí)踐創(chuàng)新等環(huán)節(jié)[11-12]。此外，作為“科研輔助翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)模式[13-14]探索的有效平臺(tái)，可激發(fā)學(xué)生的科研興趣，有助于學(xué)生對(duì)相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域課堂理論知識(shí)的理解和掌握，提高課堂授課效果，充分發(fā)揮學(xué)生的科學(xué)思維能力和預(yù)見(jiàn)性，培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)，提高動(dòng)手操作能力，也有助于大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目[15]的順利開(kāi)展。

1 實(shí)驗(yàn)裝置

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)

大型復(fù)雜裂縫支撐劑運(yùn)移鋪置虛擬仿真裝置主要由動(dòng)力系統(tǒng)、攜砂液配置系統(tǒng)、井筒模擬系統(tǒng)、復(fù)雜裂縫模擬系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)5部分組成，此外，還包括支撐劑沉降回收槽和管路閥門(mén)等部件，如圖1所示。

圖1 大型復(fù)雜裂縫支撐劑運(yùn)移鋪置虛擬仿真裝置設(shè)計(jì)圖

(1)動(dòng)力系統(tǒng)。為滿足大排量實(shí)驗(yàn)需求，選用了G85-1型螺桿泵輸送攜砂液體，其工作參數(shù)為：排量0～65 m3/h，功率15 kW，壓力0.6 MPa，轉(zhuǎn)速720 r/min，可變頻調(diào)速控制流量。

(2)攜砂液配置系統(tǒng)。由自動(dòng)加砂裝置、攪拌釜和過(guò)濾釜組成。自動(dòng)加砂裝置的加砂方式為螺旋輸送加砂，料箱容積0.2 m3，輸送高度2 m，輸送量為0～3 m3/h，變頻調(diào)速，控制加砂量。攪拌釜用于支撐劑與壓裂液攪拌均勻，容積0.6 m3，攪拌速度0～150 r/min，可變頻調(diào)速。釜蓋上有加液口、液體回流口，釜底有放料口、出液口，釜體側(cè)面安裝液位計(jì)，可觀察釜內(nèi)液位。過(guò)濾釜容積0.2 m3，濾網(wǎng)精度20目，罐體側(cè)面有連接每個(gè)裂縫出口的進(jìn)液口，釜蓋上有出液口，釜底有放料口和出液口。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，濾液被擠入上部通過(guò)管道與攪拌釜相連，可循環(huán)利用壓裂液。

(3)井筒模擬系統(tǒng)?？蓪?shí)現(xiàn)垂直井筒和水平井筒兩種施工條件。垂直井筒采用Φ100 mm不銹鋼金屬管，在管壁上下均勻射孔，孔眼直徑可調(diào)，使固體顆粒混合物均勻注入模型。井筒射孔方案：以60°相位角，射6排孔眼，孔眼直徑為15 mm，孔眼個(gè)數(shù)分別為2、4、6、8、10、12，孔眼個(gè)數(shù)可以通過(guò)旋轉(zhuǎn)射孔內(nèi)管進(jìn)行調(diào)節(jié)。模擬水平井筒橫切縫壓裂時(shí)，可直接連接螺桿泵，進(jìn)液口為6個(gè)8 mm的射孔。

(4)復(fù)雜裂縫模擬系統(tǒng)。采用耐壓2 MPa的有機(jī)玻璃制造裂縫單元，裂縫單元長(zhǎng)×高×寬=1 m×600 mm×(3～10)mm，其中6塊組成垂直裂縫，10塊作為分支裂縫，分支裂縫具有不同的走向、傾向和傾角，可模擬與主裂縫成30°、45°、90°的垂直縫和與水平面成0°、30°的水平縫；縫寬為3～10 mm可調(diào)；用刷膠粘巖粒方法模擬單壁面粗糙度，考慮壁掛效應(yīng)，如圖2所示，可通過(guò)巖粒的圓球度和粒徑控制調(diào)節(jié)粗糙度。每塊裂縫單元都通過(guò)開(kāi)孔模擬濾失條件，采用閥門(mén)控制濾失速率，濾失孔設(shè)計(jì)如圖3所示；可視平板模型安裝在支架上，支架帶有腳輪，方便模型移動(dòng)、組合。

圖2 粗糙裂縫壁面模擬

圖3 壁面濾失條件模擬設(shè)計(jì)(mm)

(5)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。操作臺(tái)控制儀器、采集數(shù)據(jù)(見(jiàn)圖4)：攪拌釜的轉(zhuǎn)速、螺桿泵的流量、加砂量和加砂速率都可通過(guò)控制臺(tái)調(diào)節(jié)；同時(shí)，通過(guò)電磁流量計(jì)、壓差傳感器，操作臺(tái)可自動(dòng)采集、實(shí)時(shí)顯示獲取設(shè)備的入口流量、壓力、每一個(gè)裂縫單元的流量和濾失量及設(shè)備任意兩分支縫的壓差等數(shù)據(jù)。錄像、照片數(shù)字化采集：通過(guò)廣角攝像機(jī)，可將實(shí)驗(yàn)過(guò)程全程錄制，此外，在相同的時(shí)間間隔下利用相機(jī)可采集實(shí)驗(yàn)照片，根據(jù)研究?jī)?nèi)容選擇所需照片。

1.2 實(shí)驗(yàn)步驟

(1) 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備。根據(jù)所需要模擬流速計(jì)算裝置排量，并計(jì)算支撐劑用量；檢查設(shè)備密封性；在攪拌釜內(nèi)加入適量的壓裂液，液量可通過(guò)液位計(jì)觀察；打開(kāi)主電源，調(diào)節(jié)螺桿泵排量至較小值，打開(kāi)至少一個(gè)裂縫出口閥門(mén)，開(kāi)啟螺桿泵，使裂逢內(nèi)液體循環(huán)流動(dòng)；依次開(kāi)啟分支縫出口閥門(mén)，使得各分支縫內(nèi)充滿液體，如果只開(kāi)展單一裂縫實(shí)驗(yàn)，需要保證實(shí)驗(yàn)開(kāi)始后，各個(gè)分支縫內(nèi)流體充滿不流動(dòng)；稱(chēng)取適量支撐劑，加入自動(dòng)加砂裝置；調(diào)節(jié)拍攝設(shè)備，準(zhǔn)備記錄。

圖4 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)界面

(2) 實(shí)驗(yàn)開(kāi)展。打開(kāi)裂縫出口閥門(mén)及裂縫濾失孔閥門(mén)，若僅開(kāi)展單一裂縫實(shí)驗(yàn)，需關(guān)閉各分支縫末端出口處閥門(mén)和分支縫濾失孔閥門(mén)；在實(shí)驗(yàn)操作臺(tái)上設(shè)置合理參數(shù)，開(kāi)啟螺桿泵、攪拌釜和自動(dòng)加砂裝置；裂縫入口處觀察到有支撐劑進(jìn)入時(shí)，在實(shí)驗(yàn)管理系統(tǒng)中點(diǎn)擊開(kāi)始，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)將自動(dòng)記錄并保存在電腦中，同時(shí)使用拍攝設(shè)備對(duì)支撐劑的沉降過(guò)程進(jìn)行錄像或拍照，拍照時(shí)每30～60 s拍攝一次，所有裂縫同時(shí)拍攝；砂堤穩(wěn)定后，關(guān)閉攪拌電動(dòng)機(jī)，保存實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

(3) 實(shí)驗(yàn)后工作。為保護(hù)儀器且保證下一組實(shí)驗(yàn)順利進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后需要清理實(shí)驗(yàn)裝置。首先，打開(kāi)入口端兩塊分支縫出口閥門(mén)(30°垂直縫)，提高泵速，加大排量，將堆積在裂縫內(nèi)的支撐劑排出；待主縫第一塊裂縫單元板和30°垂直分支縫內(nèi)支撐劑清理干凈后，先打開(kāi)后一組(45°垂直縫)分支縫出口閥門(mén)，再關(guān)閉30°垂直分支縫出口閥門(mén)；按此方法依次清理各裂縫單元內(nèi)的支撐劑；打開(kāi)沉降罐出口閥門(mén)，將聚集在過(guò)濾釜底部的支撐劑排出，在支撐劑沉降回收槽內(nèi)進(jìn)行二次沉降；過(guò)濾釜排出液為清水后，關(guān)閉其底部出口處閥門(mén)，關(guān)閉螺桿泵，實(shí)驗(yàn)裝置斷電；支撐劑沉降回收槽內(nèi)的支撐劑經(jīng)過(guò)排水，收集，晾曬后，可回收利用；整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及圖像，實(shí)驗(yàn)結(jié)束。

2 設(shè)計(jì)理念與技術(shù)特點(diǎn)

(1) 實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)理念。①滿足行業(yè)熱點(diǎn)技術(shù)的科研工作需求，實(shí)現(xiàn)非常規(guī)油氣藏體積壓裂支撐劑運(yùn)移鋪置過(guò)程室內(nèi)實(shí)驗(yàn)?zāi)M，用于指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)壓裂實(shí)踐，作為師生進(jìn)行科研創(chuàng)新的有效平臺(tái);②借助我校國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心的“杠鈴式”雙向教學(xué)體系，以及集“開(kāi)放式、分散式、預(yù)約式、自助式”于一體的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式[11,16]，緊密結(jié)合石油工程專(zhuān)業(yè)課程實(shí)踐教學(xué)需要，用于壓裂實(shí)驗(yàn)教學(xué)，以及石油工程專(zhuān)業(yè)本科生的實(shí)習(xí)、實(shí)訓(xùn)、實(shí)踐創(chuàng)新等環(huán)節(jié);③石油工程專(zhuān)業(yè)課程教學(xué)中，跨越課堂低效的障礙，提升翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)效果，同時(shí)融合研究生教育科研資源，提高本科生工程素質(zhì)及能力培養(yǎng)水平是擺在任課教師面前的新課題。為此，提出了“科研輔助翻轉(zhuǎn)課堂”的教學(xué)模式，以學(xué)生課下自學(xué)、師生課上討論輔助科研參觀實(shí)踐為基本形式?？蒲休o助翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式可以讓高等工程教育的課堂回歸到學(xué)生能力的培養(yǎng)，有益于大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目順利開(kāi)展。此裝置的研發(fā)使得該專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域內(nèi)重要的水力壓裂增產(chǎn)技術(shù)的理論學(xué)習(xí)、室內(nèi)實(shí)驗(yàn)與礦場(chǎng)實(shí)踐有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)學(xué)研深度融合。

(2) 實(shí)驗(yàn)裝置的技術(shù)特點(diǎn)。相比目前單一裂縫支撐劑運(yùn)移鋪置模擬裝置(見(jiàn)圖5)，該裝置提升的功能主要包括：①實(shí)現(xiàn)了對(duì)于不同走向、傾向和傾角的分支裂縫的模擬，可模擬與主裂縫成30°、45°、90°的垂直縫和與水平面成0°、30°的水平縫；②實(shí)現(xiàn)了裂縫壁面粗糙度的模擬，粗糙度可通過(guò)巖粒的圓球度和粒徑控制調(diào)節(jié)；③實(shí)現(xiàn)了裂縫壁面濾失條件模擬，濾失孔布置密度大且濾失速率可調(diào)；④所有裂縫縫寬在3～10 mm內(nèi)可調(diào)；⑤除了常規(guī)垂直井筒外，可以實(shí)現(xiàn)目前非常規(guī)儲(chǔ)層水平井壓裂模擬；⑥拓寬了裂縫規(guī)模尺度，主縫長(zhǎng)度可達(dá)6 m，分支縫長(zhǎng)2 m，且包括5種類(lèi)型的分支裂縫；⑦配備了自動(dòng)加砂裝置，加砂速度和加砂量可控；⑧施工參數(shù)的選擇范圍進(jìn)一步增加，如螺桿泵排量最高可達(dá)65 m3/h，攪拌釜容積增大到0.6 m3等；⑨自動(dòng)化程度大幅提升，通過(guò)實(shí)驗(yàn)操作臺(tái)，可電腦控制攪拌速率、排量、加砂量和加砂速率并自動(dòng)采集流量和壓力數(shù)據(jù)，錄像、照片可數(shù)字化采集。

(a) 常規(guī)單一裂縫

(b) 大型復(fù)雜裂縫

3 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)置

3.1 專(zhuān)業(yè)課授課項(xiàng)目設(shè)置

水力壓裂技術(shù)是目前實(shí)現(xiàn)我國(guó)油氣藏高效開(kāi)發(fā)最為重要的一項(xiàng)技術(shù)，在石油工程專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域中占據(jù)重要地位。因此，如何讓學(xué)生有效地理解掌握相關(guān)知識(shí)點(diǎn)是一項(xiàng)重要的教學(xué)課題。為此，提出了“科研輔助翻轉(zhuǎn)課堂”的教學(xué)模式，該裝置正是滿足這一教學(xué)模式的典型平臺(tái)?！翱蒲休o助”重視的是研究興趣的激發(fā)、最新科研動(dòng)態(tài)的傳遞和評(píng)價(jià)、學(xué)習(xí)和科研方法的引導(dǎo)以及工程實(shí)踐鍛煉和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。從兩方面呈現(xiàn)：一是最新科研動(dòng)態(tài)的傳遞和評(píng)價(jià)，二是科研實(shí)驗(yàn)室的參觀與實(shí)驗(yàn)，提高學(xué)生的主動(dòng)性、鍛煉團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，同時(shí)也有助于學(xué)生對(duì)課堂理論知識(shí)的理解和掌握，充分發(fā)揮學(xué)生的科學(xué)思維能力和預(yù)見(jiàn)性。培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)，提高動(dòng)手操作能力。開(kāi)放式的實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)，方便學(xué)生任意時(shí)間投入學(xué)習(xí)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率和時(shí)間利用率。

為提高專(zhuān)業(yè)課授課效果而服務(wù)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，需簡(jiǎn)單高效。針對(duì)選修石油工程概論和石油工業(yè)概論課程的學(xué)生，授課方式以實(shí)驗(yàn)演示為主，項(xiàng)目設(shè)置為“直井單一裂縫和復(fù)雜裂縫中陶粒支撐劑在胍膠壓裂液中的運(yùn)移鋪置過(guò)程”演示，如圖6、7所示。在課前安排實(shí)驗(yàn)人員做好實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備，通過(guò)2節(jié)課的時(shí)間，①認(rèn)識(shí)壓裂材料，了解壓裂材料的制備過(guò)程;②了解實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn);③通過(guò)實(shí)驗(yàn)人員的相關(guān)演示，老師的講解，進(jìn)一步熟悉水力壓裂的流程和支撐劑在裂縫中的運(yùn)移鋪置特點(diǎn)，提高學(xué)生對(duì)于此門(mén)課程的學(xué)習(xí)興趣，加深對(duì)于相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的理解。針對(duì)必修采油工程、天然氣開(kāi)采與安全和以水力壓裂技術(shù)作為核心內(nèi)容的核心選修課油水井增產(chǎn)增注技術(shù)、非常規(guī)油氣開(kāi)采課程的學(xué)生，授課方式同樣是實(shí)驗(yàn)演示，但項(xiàng)目設(shè)置增加為“直井單一裂縫陶粒支撐劑在胍膠壓裂液中、水平井復(fù)雜裂縫陶粒支撐劑在滑溜水和胍膠壓裂液中的運(yùn)移鋪置過(guò)程”演示。通過(guò)4節(jié)課的詳細(xì)實(shí)驗(yàn)演示，讓學(xué)生掌握常規(guī)壓裂和體積壓裂的工藝特點(diǎn)、施工方案設(shè)計(jì)的異同，明確不同壓裂工藝、施工參數(shù)、裂縫形態(tài)和壓裂液類(lèi)型條件下支撐劑的運(yùn)移鋪置規(guī)律。

(a) Fluent數(shù)值模擬結(jié)果

(b) 實(shí)驗(yàn)?zāi)M結(jié)果

(a) 實(shí)驗(yàn)中所模擬的分支縫(b) 復(fù)雜裂縫Fluent數(shù)值模擬結(jié)果

(c) 主裂縫支撐劑鋪置形態(tài)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目設(shè)置

先前的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)具備的直井單一裂縫支撐劑運(yùn)移鋪置虛擬仿真裝置，無(wú)法實(shí)現(xiàn)目前熱點(diǎn)壓裂技術(shù)“體積壓裂”的支撐劑運(yùn)移鋪置過(guò)程模擬，因此在實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目設(shè)置上，本設(shè)備以開(kāi)展復(fù)雜裂縫支撐劑運(yùn)移鋪置實(shí)驗(yàn)?zāi)M為主。授課方式采用實(shí)驗(yàn)演示+實(shí)驗(yàn)操作，項(xiàng)目設(shè)置為“水平井復(fù)雜裂縫陶粒支撐劑在滑溜水壓裂液中的運(yùn)移鋪置過(guò)程”演示+實(shí)驗(yàn)操作。通過(guò)2節(jié)課進(jìn)行詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)演示，讓學(xué)生掌握本實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、操作流程和注意事項(xiàng)，可有效采取啟發(fā)式、提問(wèn)式和討論式、教師講授和學(xué)生講授相結(jié)合、教師示范和學(xué)生演示相結(jié)合的方法。之后再通過(guò)2次課進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，可根據(jù)裝置的5大系統(tǒng)組成，將學(xué)生分成5組進(jìn)行相關(guān)系統(tǒng)的操作學(xué)習(xí)，每隔20 min輪換位置，實(shí)驗(yàn)可利用循環(huán)攜砂液方式進(jìn)行多次操作，通過(guò)2次課時(shí)間循環(huán)完畢，讓學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)課掌握水平井體積壓裂的工藝特點(diǎn)，明確不同壓裂施工參數(shù)條件下，主裂縫和不同走向、傾向和傾角分支裂縫內(nèi)支撐劑的運(yùn)移鋪置規(guī)律。實(shí)踐證明該裝置的實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程不僅有效提高了學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力、對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解掌握程度，同時(shí)激發(fā)了學(xué)生的科研興趣，部分學(xué)生的思考建議也有助于該裝置實(shí)驗(yàn)效果的進(jìn)一步提升。

3.3 科研創(chuàng)新項(xiàng)目設(shè)置

研究生課題研究和本科生實(shí)習(xí)、實(shí)訓(xùn)、實(shí)踐創(chuàng)新等環(huán)節(jié)時(shí)間較充裕，可充分地進(jìn)行裝置操作學(xué)習(xí)和方案研究，并細(xì)致地開(kāi)展實(shí)驗(yàn)研究。利用該裝置設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案的可控變量(見(jiàn)表1)，通過(guò)隨意組合可控變量可設(shè)計(jì)出大量的創(chuàng)新性課題。目前但凡涉及到分支裂縫、粗糙和濾失壁面、水平井壓裂的課題基本都屬于創(chuàng)新性課題，不僅能夠有效地實(shí)施研究生課題和大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目，而且其研究成果可以發(fā)表高水平科研論文，同時(shí)有效地指導(dǎo)壓裂現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐。另外，基于實(shí)驗(yàn)成果，可有效指導(dǎo)支撐劑運(yùn)移鋪置理論模型的研究，進(jìn)而提高數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性。由此而衍生的科研創(chuàng)新成果將更加豐富，真正實(shí)現(xiàn)理論學(xué)習(xí)、室內(nèi)實(shí)驗(yàn)與礦場(chǎng)實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合。

表1 實(shí)驗(yàn)方案可控變量設(shè)置

4 結(jié) 語(yǔ)

目前常規(guī)壓裂支撐劑運(yùn)移鋪置虛擬仿真裝置具有裂縫處理簡(jiǎn)化且規(guī)模尺度較小、施工參數(shù)選擇范圍有限、自動(dòng)化程度低和無(wú)法模擬復(fù)雜裂縫的缺點(diǎn)，難以滿足當(dāng)前行業(yè)熱點(diǎn)技術(shù)教學(xué)科研工作、工程實(shí)踐鍛煉以及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)需求。為此，開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)了一套大型復(fù)雜裂縫支撐劑運(yùn)移鋪置虛擬仿真裝置，該裝置創(chuàng)新性地實(shí)現(xiàn)了對(duì)于不同走向、傾向和傾角的分支裂縫、不同裂縫壁面粗糙度、不同壁面濾失速率、不同縫寬和水平井壓裂的模擬，拓寬了裂縫規(guī)模尺度和施工參數(shù)的選擇范圍，裝置功能和自動(dòng)化程度大幅提升，可有效地開(kāi)展“體積壓裂”等熱點(diǎn)壓裂工藝條件下的支撐劑運(yùn)移鋪置實(shí)驗(yàn)?zāi)M，完善了實(shí)驗(yàn)教學(xué)和科研手段，提供了更加豐富的實(shí)習(xí)、實(shí)訓(xùn)和實(shí)踐環(huán)節(jié)，可用于指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)壓裂實(shí)踐。同時(shí)，作為“科研輔助翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)模式探索的有效平臺(tái)，可激發(fā)學(xué)生的科研興趣，有助于學(xué)生對(duì)相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域課堂理論知識(shí)的理解和掌握，提高課堂授課效果，充分發(fā)揮學(xué)生的科學(xué)思維能力和預(yù)見(jiàn)性，培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)，提高動(dòng)手操作能力，也有助于大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目的順利開(kāi)展。