CN103573251B - 大尺寸火山岩水力裂缝起裂与扩展ct扫描裂缝监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种大尺寸火山岩水力裂缝起裂与扩展CT扫描裂缝监测方法，属于油气田开发中的火山岩气藏压裂领域。所述方法是在水力压裂物理模拟压裂实验前和实验后分别对火山岩的岩石样本进行CT扫描，通过对比实验前和实验后所述岩石样本的变化实现对大尺寸火山岩水力裂缝的监测以及直观分析水力裂缝的起裂与扩展规律。本发明方法清晰而直观的反映了压前压后不同主应力差、岩石孔隙、天然裂缝发育程度及压裂液排量与粘度情况下，各个扫描截面裂缝的起裂延伸过程，对研究与火山岩多裂缝、缝洞型油藏特点相适应压裂压裂裂缝起裂延伸机理发挥了重要作用。

Description

大尺寸火山岩水力裂缝起裂与扩展CT扫描裂缝监测方法

技术领域

本发明属于油气田开发中的火山岩气藏压裂领域，具体涉及一种大尺寸火山岩水力裂缝起裂与扩展CT扫描裂缝监测方法，该方法既适用大尺寸岩样也适用于小尺寸岩样，但是大尺寸岩样进行模拟压力实验所得的实验结果更接近于实际，而且大尺寸岩样所得到的水力裂缝形态也越清晰。

背景技术

目前，在中国石化的一些油气田中，如东北分公司的松南气田、西北分公司的塔里木盆地、胜利油田的东营凹陷和惠民凹陷的济阳坳陷，中国石化在胜利油田的东营凹陷和惠民凹陷、西北分公司的塔里木盆地二叠系、江苏油田的东台坳陷等地区都发现了火山岩油气田。这些油气田大多属于低渗油气藏，需要压裂改造才能投产，但由于对火山岩压裂裂缝起裂延伸规律认识程度刚处于起步阶段，国内外还没有形成相应的理论和实验方法，使得这类油藏开发水平低，不能形成一套行之有效地压裂设计方法，这些技术也是当前世界上研究的热点和难点问题。

针对水力压裂裂缝起裂和延伸的研究，前人也做了大量的理论和实验的研究，结果表明，井壁应力场的分布、井眼尺寸大小，施工压力等因素影响裂缝的起裂。但是，前人的起裂模型基本上都是针对均质的砂岩，并且实验试样大多采用的是砂岩。

室内的水力压裂物理实验模拟是认识压裂过程中裂缝扩展的重要手段，但对压裂过程中和压裂后裂缝的监测方面还有待深入研究。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。最常规的观测方法是在压裂后用钢锯、铁钎等工具将试样劈开，从而观测裂缝的形状。这种方法有两个缺点：一是在劈裂的过程中，原有的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，极大地影响了实验结果的准确性。二是在多裂缝的观测方面，常规的压裂后的观测方法是沿着主裂缝劈开试样，其结果是只能对主裂缝面进行观测，而其他的裂缝发育均遭到破坏，

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种大尺寸火山岩水力裂缝起裂与扩展CT扫描裂缝监测方法，为岩性复杂的火山岩裂缝起裂与扩展提供有效研究方法，通过CT扫描技术形象直观的反映火山岩室内水力压裂物理实验模拟中裂缝起裂与扩展规律，分析主应力差，岩石孔隙、天然裂缝发育程度及压裂液排量与粘度对火山岩压裂裂缝扩展的影响，探索与火山岩多裂缝、缝洞型油藏特点相适应的压裂裂缝起裂延伸机理，为现场水力压裂设计提供指导，提高单井产量，对火山岩油气藏勘探开发也具有指导和借鉴作用。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种大尺寸火山岩水力裂缝起裂与扩展CT扫描裂缝监测方法，所述方法是在水力压裂物理模拟压裂实验前和实验后分别对火山岩的岩石样本进行CT扫描，通过对比实验前和实验后所述岩石样本的变化实现对大尺寸火山岩水力裂缝的监测以及直观分析水力裂缝的起裂与扩展规律。

所述方法包以下步骤：

(1)对火山岩的岩石样本进行CT扫描获得实验前岩石样本截面的的CT图像；

(2)对所述岩石样本进行水力压裂物理模拟压裂实验，实验结束后得到压裂后的岩石样本；

(3)对所述压裂后的岩石样本进行CT扫描获得实验后岩石样本截面的CT图像；

(4)通过对所述实验前岩石样本截面的CT图像和所述实验后岩石样本截面的CT图像进行对比获得对比结果；

(5)分析火山岩裂缝扩展机理：利用所述对比结果分析主应力差、岩石孔隙、天然裂缝发育程度、压裂液排量和粘度对火山岩压裂裂缝扩展的影响。

所述步骤(1)和步骤(3)中进行CT扫描采用的是同一种CT扫描设备，选取的是同样的扫描网格密度。所述扫描网格密度是由CT扫描仪的分辨率和实验岩样的特性决定的。

所述步骤(1)和步骤(3)中进行CT扫描是对岩石样本进行自下而上的扫描。

所述步骤(5)中的利用所述对比结果分析主应力差对火山岩压裂裂缝扩展的影响是这样实现的：

在所述步骤(2)中进行水力压裂物理模拟压裂实验时，改变作用在所述岩石样本上的水平应力差，则能够利用步骤(4)得到的所述对比结果分析主应力差对火山岩压裂裂缝扩展的影响。

所述步骤(5)中的利用所述对比结果分析岩石孔隙、天然裂缝发育程度对火山岩压裂裂缝扩展的影响是这样实现的：

在所述步骤(2)中进行水力压裂物理模拟压裂实验时，采用不同岩相的岩石样本，则能够利用步骤(4)得到的所述对比结果分析岩石孔隙、天然裂缝发育程度对火山岩压裂裂缝扩展的影响。

所述步骤(5)中的利用所述对比结果分析压裂液排量和粘度对火山岩压裂裂缝扩展的影响是这样实现的：

在所述步骤(2)中进行室内模拟压裂实验时，改变压裂液的排量和粘度参数，则能够利用步骤(4)得到的所述对比结果分析压裂液排量和粘度对火山岩压裂裂缝扩展的影响。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

①利用CT扫描仪对裂缝进行监测，能够直观地观测到裂缝的扩展形态，而不用将岩样劈开，破坏裂缝。

②通过CT扫描可以对大尺寸岩样的压前压后情况进行对比，观察火山岩裂缝起裂扩展规律。

③该方法操作简单，思路清晰，且提高了火山岩压裂实验的准确性。

附图说明

图1是本发明大尺寸火山岩水力裂缝起裂与扩展CT扫描裂缝监测方法的步骤框图。

图2-1是本发明实施例中的岩样压裂后CT扫描外部裂缝数据处理图。

图2-2是本发明实施例中的岩样压裂后CT扫描内部裂缝数据处理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述：

本发明利用CT扫描仪对裂缝进行监测，能够直观地观测到裂缝的扩展形态。

本发明大尺寸火山岩水力裂缝起裂与扩展CT扫描裂缝监测方法的步骤如图1所示，包括以下步骤：

(1)水力压裂物理模拟压裂实验前选取合适的CT扫描网格密度，扫描网格密度是由CT扫描仪的分辨率和实验岩石样本的特性决定的，对已制备好的大尺寸岩石样本(即图1中的火山岩实验岩样)进行CT扫描，大尺寸岩石样本的尺寸范围在200mm³-300mm³之间，具体采用什么尺寸由岩石样本的特性参数决定，如岩石样本密度、均质程度；所采用的CT扫描设备是高能量的大型工业CT仪，其型号为BIR800-450/225，扫描方式是对岩石样本自下而上进行的，获得实验前岩石样本截面的CT图像，监测岩石样本内的孔隙、天然裂缝发育程度；

(2)对岩石样本进行室内的水力压裂物理模拟压裂实验，具体的实验过程是将岩石样本放置在大尺寸真三轴实验系统中，在岩石样本上施加三向模拟压力后通过模拟井筒向岩石样本内泵注压裂液直至岩石样本破裂，并且在实验过程中记录泵注的压力曲线；

(3)待室内模拟压裂实验结束后，将压裂后的岩石样本放进(1)中所采用的CT扫描设备，选取与步骤(1)中相同的CT扫描网格密度，对岩石样本再次进行CT扫描获得实验后岩石样本截面的CT图像，监测岩石样本内的水力裂缝的扩展形态；

(4)通过对比实验前和实验后的CT图像可以获得实验岩石样本内的水力裂缝扩展情况，便于下一步对火山岩水力裂缝的分析与认识；

(5)分析分析火山岩裂缝扩展机理：包括主应力差、岩石孔隙、天然裂缝发育程度及压裂液排量与粘度对火山岩压裂裂缝扩展的影响：

分析主应力差对裂缝扩展的影响是在保持其他参数不变的情况下，通过改变作用在岩石样本上的水平应力差进行室内模拟压裂实验来实现的；

分析岩石孔隙、天然裂缝发育程度得对压裂裂缝的扩展影响，是在其他参数相同时采用不同岩相的岩石样本进行室内模拟压裂实验，分析实验后的裂缝扩展形态；

分析压裂液排量和粘度对火山岩压裂裂缝扩展的影响，其他参数保持不变通过改变压裂液的排量和粘度参数进行水力室内模拟压裂实验，实验后分析裂缝的扩展情况获得的；

探索与火山岩多裂缝、缝洞型油藏特点相适应压裂裂缝起裂延伸机理，结合上述的主应力差、岩石孔隙、天然裂缝发育程度及压裂液排量与粘度对火山岩压裂裂缝扩展的分析结果，认识火山岩多裂缝、缝洞型油藏压裂裂缝起裂延伸规律。

利用该发明方法进行的某地区火山岩大尺寸室内实验，得到如图2-1和图2-2所示的结果，从图2-1和图2-2中可以明显看出压裂后形成了两条近似沿着最大主应力方向主裂缝，裂缝为垂直缝并贯穿整个试件，由于火山岩岩样内部非均质性较强，形成裂缝面较为扭曲。所以，建立这种大尺寸火山岩岩样CT扫描及压裂模拟试验方法能直观、有效地分析岩样内部裂缝起裂扩展规律，真实地反映裂缝形态和空间展布。

利用本发明方法清晰而直观的反映了压前压后不同主应力差、岩石孔隙、天然裂缝发育程度及压裂液排量与粘度情况下，各个扫描截面裂缝的起裂延伸过程，对研究与火山岩多裂缝、缝洞型油藏特点相适应压裂压裂裂缝起裂延伸机理发挥了重要作用。

上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。

Claims (6)

1.一种大尺寸火山岩水力裂缝起裂与扩展CT扫描裂缝监测方法，其特征在于：所述方法是在水力压裂物理模拟压裂实验前和实验后分别对火山岩的岩石样本进行CT扫描，通过对比实验前和实验后所述岩石样本的变化实现对大尺寸火山岩水力裂缝的监测以及直观分析水力裂缝的起裂与扩展规律；

所述方法包以下步骤：

(1)对火山岩的岩石样本进行CT扫描获得实验前岩石样本截面的的CT图像；

(2)对所述岩石样本进行水力压裂物理模拟压裂实验，实验结束后得到压裂后的岩石样本；

(3)对所述压裂后的岩石样本进行CT扫描获得实验后岩石样本截面的CT图像；

(4)通过对所述实验前岩石样本截面的CT图像和所述实验后岩石样本截面的CT图像进行对比获得对比结果；

(5)分析火山岩裂缝扩展机理：利用所述对比结果分析主应力差、岩石孔隙、天然裂缝发育程度、压裂液排量和粘度对火山岩压裂裂缝扩展的影响。

2.根据权利要求1所述的大尺寸火山岩水力裂缝起裂与扩展CT扫描裂缝监测方法，其特征在于：所述步骤(1)和步骤(3)中进行CT扫描采用的是同一种CT扫描设备，选取的是同样的扫描网格密度。

3.根据权利要求2所述的大尺寸火山岩水力裂缝起裂与扩展CT扫描裂缝监测方法，其特征在于：所述步骤(1)和步骤(3)中进行CT扫描是对岩石样本进行自下而上的扫描。

4.根据权利要求3所述的大尺寸火山岩水力裂缝起裂与扩展CT扫描裂缝监测方法，其特征在于：所述步骤(5)中的利用所述对比结果分析主应力差对火山岩压裂裂缝扩展的影响是这样实现的：

在所述步骤(2)中进行水力压裂物理模拟压裂实验时，改变作用在所述岩石样本上的水平应力差，则能够利用步骤(4)得到的所述对比结果分析主应力差对火山岩压裂裂缝扩展的影响。

5.根据权利要求3所述的大尺寸火山岩水力裂缝起裂与扩展CT扫描裂缝监测方法，其特征在于：所述步骤(5)中的利用所述对比结果分析岩石孔隙、天然裂缝发育程度对火山岩压裂裂缝扩展的影响是这样实现的：

在所述步骤(2)中进行水力压裂物理模拟压裂实验时，采用不同岩相的岩石样本，则能够利用步骤(4)得到的所述对比结果分析岩石孔隙、天然裂缝发育程度对火山岩压裂裂缝扩展的影响。

6.根据权利要求3所述的大尺寸火山岩水力裂缝起裂与扩展CT扫描裂缝监测方法，其特征在于：所述步骤(5)中的利用所述对比结果分析压裂液排量和粘度对火山岩压裂裂缝扩展的影响是这样实现的：

在所述步骤(2)中进行室内模拟压裂实验时，改变压裂液的排量和粘度参数，则能够利用步骤(4)得到的所述对比结果分析压裂液排量和粘度对火山岩压裂裂缝扩展的影响。