CN101968348B

CN101968348B - 对压裂裂缝进行可视化监测的方法

Info

Publication number: CN101968348B
Application number: CN2010102753591A
Authority: CN
Inventors: 陈勉; 金衍; 邱园; 侯冰
Original assignee: China University of Petroleum Beijing
Current assignee: China University of Petroleum Beijing
Priority date: 2010-09-07
Filing date: 2010-09-07
Publication date: 2012-05-02
Anticipated expiration: 2030-09-07
Also published as: CN101968348A

Abstract

本发明为一种对压裂裂缝进行可视化监测的方法，该方法是采用室温固化型流体材料作为压裂液，将流体材料注入岩心试样的模拟井筒中，在岩心试样被压裂产生裂缝的同时，该流体材料填充到所述裂缝中并充满所述裂缝，待流体材料固化形成模拟裂缝后，将模拟裂缝取出并观测该模拟裂缝的形态。本发明的对压裂裂缝进行可视化监测的方法，通过选用硅油和液体硅胶作为压裂液，在实验室内对已制备的混凝土岩心试样进行压裂实验，在压裂液填充压裂裂缝并固化之后，取出由硅胶模拟的裂缝，通过观察该模拟裂缝的形态以重现裂缝当时的扩展形态，达到可视化的目的。

Description

对压裂裂缝进行可视化监测的方法

技术领域

本发明是关于一种对压裂裂缝进行监测的方法，尤其涉及一种对压裂裂缝进行可视化监测的方法。

背景技术

水力压裂是油气田提高油气采收率的一种主要措施，而室内的水力压裂物理实验模拟则是认识压裂过程中裂缝扩展的重要手段。目前在对压裂裂缝的监测方面，传统的方法虽然可行，但都具有一定的局限性，特别是在裂缝的直观观测上。例如：现有的一种观测方法是将岩样压裂后用钢锯、铁钎等工具将试样劈开，从而观测裂缝的形状；这种观测方法有两个缺点：一是在劈裂试样的过程中，原有的压裂裂缝势必会遭到破坏，或者在原有的裂缝基础上产生新的裂缝，将会极大地影响实验结果的准确性；二是在多裂缝的观测方面，这种现有压裂后的观测方法是沿着主裂缝劈开试样，其结果只能是对主裂缝面进行观测，而其他的裂缝发育均遭到破坏。

除此之外，现有的实验室内对裂缝的观测手段主要还有：

1.利用声发射技术监测裂缝扩展过程和形态。此种技术的优点是可以实时检测裂缝的扩展情况；但缺点是误差较大，最终仍是利用计算机对实验结果进行模拟，模拟结果不够直观。

2.利用透明材料制作实验样本，对压裂裂缝的扩展进行直观地观测。此种技术优点是可以直观地观测裂缝扩展情况；但其局限性在于材料选择的单一性，且成本较高。

3.超声波监测裂缝技术。此种技术的优点是灵敏度高、速度快、成本低；但缺点是只能监测到裂缝的深度，裂缝的显示不直观，容易受到主客观因素的影响。类似的技术还有冲击回波法检测技术。

4.利用CT扫描仪和红外线热成像等技术对裂缝进行监测。此类技术能够直观地观测到裂缝的扩展形态；但成本较高，操作难度大。

有鉴于此，为了克服现有对压裂裂缝监测技术中存在的缺陷，本发明提出了一种成本低、易操作且能够比较直观地观测压裂裂缝扩展的监测方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种对压裂裂缝进行可视化监测的方法，该方法可以直观地观测到压裂后裂缝的扩展形态，避免压裂后裂缝的原始形态遭到破坏，有效地克服现有对压裂裂缝监测技术中存在的缺陷。

本发明的另一目的在于提供一种对压裂裂缝进行可视化监测的方法，该方法采用的实验装置结构简单、成本低，实验过程容易操作。

本发明的目的是这样实现的，一种对压裂裂缝进行可视化监测的方法，该方法是采用室温固化型流体材料作为压裂液，将流体材料注入岩心试样的模拟井筒中，在岩心试样被压裂产生裂缝的同时，该流体材料填充到所述裂缝中并充满所述裂缝，待流体材料同化形成模拟裂缝后，将模拟裂缝取出并观测该模拟裂缝的形态。

在本发明的一较佳实施方式中，所述室温固化型流体材料为室温双组份液体硅胶。

在本发明的一较佳实施方式中，所述室温双组份液体硅胶中加入低于其重量10％的硅油，该硅油采用二甲基硅油，硅油粘度小于20mPa·s。

在本发明的一较佳实施方式中，所述岩心试样是由水泥和石英砂混合浇铸而成，岩心试样为正方体形状，岩心试样尺寸为300mm×300mm×300mm，该岩心试样由顶面向下设有一模拟裸眼井孔，该模拟裸眼井孔的孔径为10mm，模拟裸眼井孔长度为170mm；所述模拟井筒设置在模拟裸眼井孔中，该模拟井筒的内径为7mm，模拟井筒的长度为120mm。

在本发明的一较佳实施方式中，将所述岩心试样放置在真三轴模拟压裂试验装置中，通过液压稳压源向岩心试样外侧的空间三个方向施加压力，将所述压裂液置入一油水分离器中，将油水分离器的出口与模拟井筒上端的井口部密封连接，通过MTS伺服增压器控制所述油水分离器将压裂液注入所述模拟井筒中。

本发明的目的还可以这样实现，一种对压裂裂缝进行可视化监测的方法，该方法是将压裂液注入岩心试样的模拟井筒中，在岩心试样被压裂产生裂缝后，再将室温固化型流体材料注入岩心试样的模拟井筒中，使该流体材料填充到所述裂缝中置换所述压裂液并充满所述裂缝，待流体材料固化形成模拟裂缝后，将模拟裂缝取出并观测该模拟裂缝的形态。

在本发明的一较佳实施方式中，所述压裂液采用二甲基硅油，该硅油粘度小于200mPa·s。

在本发明的一较佳实施方式中，所述室温双组份液体硅胶中加入低于其重量10％的硅油，该硅油采用二甲基硅油，加入的硅油粘度小于20mPa·s。

在本发明的一较佳实施方式中，经判断岩心试样被压裂产生裂缝后，停止注入压裂液；将油水分离器中的压裂液更换为所述室温固化型流体材料，通过MTS伺服增压器控制所述油水分离器将室温固化型流体材料注入所述模拟井筒中，使该室温固化型流体材料填充到所述裂缝中并充满所述裂缝。

由上所述，本发明的对压裂裂缝进行可视化监测的方法，通过选用硅油和液体硅胶作为压裂液，在实验室内对已制备的混凝土岩心试样进行压裂实验，在压裂液填充压裂裂缝并固化之后，取出由硅胶模拟的裂缝，通过观察该模拟裂缝的形态以重现裂缝当时的扩展形态，达到可视化的目的。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中，

图1：为本发明中对岩心试样进行压裂实验的装置结构示意图；

图2：为本发明中岩心试样及模拟井筒的结构示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

实施方式1

本发明提出一种对压裂裂缝进行可视化监测的方法，该方法是采用室温固化型流体材料作为压裂液，将流体材料注入岩心试样的模拟井筒中，在岩心试样被压裂产生裂缝的同时，该室温固化型流体材料填充到所述裂缝中并充满所述裂缝，待室温固化型流体材料固化形成模拟裂缝后，将模拟裂缝取出并观测该模拟裂缝的形态；

在本实施方式中，所述室温固化型流体材料为室温双组份液体硅胶；该室温双组份液体硅胶是由SYLGARD184液体硅胶与催化剂混合构成；所述SYLGARD184液体硅胶具有较低的粘性以及较强的拉伸强度、断裂伸长度和撕裂强度，操作时间为2小时。液体硅胶有很多种类，在电力电气、医学、模具制造等领域都有着广泛的应用；其中室温双组份液体硅胶也称RTV-2硅胶，其具有更好的流动性，可在常温下进行操作，固化后撕裂强度高，收缩率低，容易脱模，可以满足实验要求。

本发明采用室温固化型流体材料(即：液体硅胶)作为压裂液，压裂时，室温固化型流体材料可以填充到所述裂缝中并充满所述裂缝，室温固化型流体材料固化后可以形成模拟裂缝；取出固化后的室温固化型流体材料(硅胶)形成的模拟裂缝，可以直观地观测到岩心试样的压裂裂缝在三维空间内的扩展形态；由于所述硅胶固化形成的模拟裂缝的形态与岩心试样未遭破坏前裂缝的真实形态相同，因此，使实验结果更加准确和直观。

在本实施方式中，所述SYLGARD184液体硅胶与催化剂的混合比例为重量比10∶1。

进一步，为了更容易使液体硅胶在高压环境下注入岩心试样的模拟井筒中，可以向液体硅胶中加入一定量的硅油，以降低液体硅胶的粘度；在本实施方式中，所述室温双组份液体硅胶中加入低于其重量10％的硅油，该硅油采用二甲基硅油，硅油粘度小于20mPa·s。

在本实施方式中，如图2所示，所述岩心试样1是由水泥和石英砂按重量比1∶1混合浇铸而成，水泥牌号为425建筑水泥，砂子为细河砂。岩心试样1为正方体形状，岩心试样1尺寸为300mm×300mm×300mm，该岩心试样1由顶面向下设有一模拟裸眼井孔11，该模拟裸眼井孔11的孔径为10mm，模拟裸眼井孔11长度为170mm；所述模拟井筒12设置在模拟裸眼井孔11中，该模拟井筒12的内径为7mm，模拟井筒12的长度为120mm。

在本实施方式中，如图1所示，是将所述岩心试样1放置在一个真三轴模拟压裂试验装置2中，所述真三轴模拟压裂试验装置2可以是现有装置，通过液压稳压源3向岩心试样1外侧的空间三个方向施加压力，将所述压裂液(即：室温固化型流体材料)置入一油水分离器4中，将油水分离器4的出口与模拟井筒12上端的井口部密封连接，此处连接的高压管线41其内径为7mm，长度小于1.5m，以减小压差；通过MTS伺服增压器5控制所述油水分离器4将压裂液注入所述模拟井筒12中。

模拟压裂实验具体过程如下(如图1、图2所示)：

1.将制备好的300mm×300mm×300mm岩心试样1放置在一真三轴模拟压裂试验装置2中，调整好岩心试样1位置，在岩心试样1周围加上压力板21，用起吊机将顶板22放置于岩心试样顶部；

2.连接液压稳压源3、液压缸31之间的管线；连接岩心试样1顶面的模拟井筒12的井口与油水分离器4之间的管线；

3.开启液压稳压源3向岩心试样1外侧的空间三个方向施加围压，根据不同的实验要求，于动将压力增至预定压力值，并保持压力不变；

4.将制备好的室温双组份液体硅胶(600ml)放入油水分离器4中；

5.开启MTS伺服增压器5，并开启与MTS控制器5连接的计算机6中的注入压力控制系统和数据采集系统；

6.缓慢增加注入压力，将注入速度设定为1ml/s；观察压力注入系统和数据采集系统；观察压力-时间曲线和排量-时间曲线，当曲线上出现明显的拐点时，判断岩心试样1破裂后停泵，关闭液压稳压源3卸掉岩心试样1的围压，并做好数据记录工作；

7.保持岩心试样1原有位置不动，待液体硅胶固化24小时后再进行脱模处理；可通过切割锯或铁钎等工具打开压裂后的岩心试样1，取出同化后的硅胶，观察其裂缝形态并做好试验记录。

由上所述，本发明的对压裂裂缝进行可视化监测的方法，通过选用液体硅胶作为压裂液，在实验室内对已制备的混凝土岩心试样进行压裂实验，在压裂液填充压裂裂缝并固化之后，取出由硅胶模拟的裂缝，通过观察该模拟裂缝的形态以重现裂缝当时的扩展形态，达到可视化的目的。

实施方式2

本实施方式与实施方式1的原理、结构基本相同，其区别在于，在本实施方式中是将硅油作为压裂液注入岩心试样1的模拟井筒12中，在岩心试样1被压裂产生裂缝后，再将室温固化型流体材料(即：前述的室温双组份液体硅胶)作为填充材料注入岩心试样1的模拟井筒12中，使该液体硅胶填充到所述裂缝中置换出所述硅油并充满所述裂缝，待液体硅胶固化形成模拟裂缝后，将模拟裂缝取出并观测该模拟裂缝的形态。

在本实施方式中，所述作为压裂液的硅胶采用二甲基硅油。所述二甲基硅油具有生理惰性、良好的化学稳定性、电缘性和耐候性，粘度范围广(0.65mPa·s～1×10⁶mPa·s)，凝固点低，疏水性能好，并具有很高的抗剪能力。本实施方式中的硅油粘度小于200mPa·s。

由于液体硅胶与混凝土界面之间的粘结力较大，为了减小液体硅胶的流动阻力，并使其能够充分的渗入到压裂的裂缝中去，在本发明中，先用低粘度硅油作为压裂液，待岩心试样被压裂产生裂缝后，再用液体硅胶进行置换。因此，在本实施方式中，是采用二甲基硅油作为前置压裂液并充当脱模剂(硅油是一种很好的脱模剂，可以有效地降低硅胶与混凝土界面之间的阻力)，液体硅胶作为后期填充和固化材料。作为前置压裂液的硅油，可根据实验要求配制成不同的粘度(本实施方式中的硅油粘度小于200mPa·s。)，岩心试样被压裂形成裂缝后，再用粘度较大的液体硅胶缓慢置换出硅油，并填充压裂后的裂缝。本实施方案为本发明的较佳实施方案。

在本实施方式中，模拟压裂实验具体过程如下(如图1、图2所示)：

3.开启液压稳压源3向岩心试样1外侧的空间三个方向施加围压，根据不同的实验要求，手动将压力增至预定压力值；

4.将制备好的硅油(600ml、粘度＜200mPa·s)放入油水分离器4中；

6.缓慢增加注入压力；观察压力注入系统和数据采集系统；观察压力-时间曲线和排量-时间曲线，当曲线上出现明显的拐点时，判断岩心试样1破裂后停泵，关闭液压稳压源3卸掉岩心试样1的围压；

7.将油水分离器4拆下并清洗干净；将SYLGARD184液体硅橡胶和催化剂按10∶1比例混合，并加入不超过10％的硅油(该硅油也采用二甲基硅油，其粘度小于20mPa·s，以减小液体硅胶的粘度。)，将配备好的液体硅胶(600ml)加入到油水分离器4中；

8.重新开启MTS伺服增压器，开启与MTS控制器连接的计算机中的注入压力控制系统和数据采集系统；缓慢增加注入压力，按照排量-时间模式注入，将注入速度设定为1ml/s；

9.观察压力时间曲线，开始时曲线会有波动，待曲线趋于平缓且排量＞500ml时停泵，并做好数据记录工作；

10.保持岩心试样1原有位置不动，待液体硅胶固化24小时后再进行脱模处理；可通过切割锯或铁钎等工具打开压裂后的岩心试样1，取出固化后的硅胶，观察其裂缝形态并做好试验记录。

本实施方式的其他结构、工作原理和有益效果与实施方式1的相同，在此不再赘述。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims

1.一种对压裂裂缝进行可视化监测的方法，该方法是采用室温固化型流体材料作为压裂液，将流体材料注入岩心试样的模拟井筒中，在岩心试样被压裂产生裂缝的同时，该流体材料填充到所述裂缝中并充满所述裂缝，待流体材料固化形成模拟裂缝后，将模拟裂缝取出并观测该模拟裂缝的形态；所述室温固化型流体材料为室温双组份液体硅胶，该室温双组份液体硅胶是由SYLGARD184液体硅胶与催化剂混合构成；

所述岩心试样是由水泥和石英砂混合浇铸而成，岩心试样为正方体形状，岩心试样尺寸为300mm×300mm×300mm，该岩心试样由顶面向下设有一模拟裸眼井孔，该模拟裸眼井孔的孔径为10mm，模拟裸眼井孔长度为170mm；所述模拟井筒设置在模拟裸眼井孔中，该模拟井筒的内径为7mm，模拟井筒的长度为120mm；

将所述岩心试样放置在真三轴模拟压裂试验装置中，通过液压稳压源向岩心试样外侧的空间三个方向施加压力，将所述压裂液置入一油水分离器中，将油水分离器的出口与模拟井筒上端的井口部密封连接，通过MTS伺服增压器控制所述油水分离器将压裂液注入所述模拟井筒中。

2.如权利要求1所述的对压裂裂缝进行可视化监测的方法，其特征在于：所述室温双组份液体硅胶中加入低于其重量10％的硅油，该硅油采用二甲基硅油，硅油粘度小于20mPa·s。

3.一种对压裂裂缝进行可视化监测的方法，该方法是将压裂液注入岩心试样的模拟井筒中，在岩心试样被压裂产生裂缝后，再将室温固化型流体材料注入岩心试样的模拟井筒中，使该流体材料填充到所述裂缝中置换所述压裂液并充满所述裂缝，待流体材料固化形成模拟裂缝后，将模拟裂缝取出并观测该模拟裂缝的形态；

所述室温固化型流体材料为室温双组份液体硅胶，该室温双组份液体硅胶是由SYLGARD184液体硅胶与催化剂混合构成；

将所述岩心试样放置在真三轴模拟压裂试验装置中，通过液压稳压源向岩心试样外侧的空间三个方向施加压力，将所述压裂液置入一油水分离器中，将油水分离器的出口与模拟井筒上端的井口部密封连接，通过MTS伺服增压器控制所述油水分离器将压裂液注入所述模拟井筒中；

经判断岩心试样被压裂产生裂缝后，停止注入压裂液；将油水分离器中的压裂液更换为所述室温固化型流体材料，通过MTS伺服增压器控制所述油水分离器将室温固化型流体材料注入所述模拟井筒中，使该室温固化型流体材料填充到所述裂缝中并充满所述裂缝。

4.如权利要求3所述的对压裂裂缝进行可视化监测的方法，其特征在于：所述压裂液采用二甲基硅油，该硅油粘度小于200mPa·s。

5.如权利要求3所述的对压裂裂缝进行可视化监测的方法，其特征在于：所述室温双组份液体硅胶中加入低于其重量10％的硅油，该硅油采用二甲基硅油，加入的硅油粘度小于20mPa·s。