CN106321069A - 一种室内模拟地层岩石延迟压裂的试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种室内模拟地层岩石延迟压裂的试验方法，该方法包括以下步骤：a)拼装预制模具，安装模拟井筒，向预制模具中浇满水泥砂浆，待其凝固后进行养护；b)对试件加工声发射探头孔、导线槽；c)布置声发射探头，将试件安放到实验装置的围压腔内，安装好注液管线；d)对试件施加孔隙压力、三向围压，向模拟井筒内注入压裂液并开启声发射系统，当声发射系统监测到有宏观水力裂缝产生时，停止注液并关闭阀门，使模拟井筒内憋压；e)测试结束后，对试件进行卸载孔隙压力、三向围压，拆下声发射探头，取出试件进行剖切，观察裂缝形态。本发明提供的方法，可以在实验室条件下模拟地层延迟压裂过程，获得实验条件下的水力裂缝形态。
Description
技术领域
本发明属于水力压裂模拟试验技术领域，特别是涉及一种室内模拟地层岩石延迟压裂的试验方法。
背景技术
我国低渗透油气田资源非常丰富，近几年我国探明的石油地质储量中，低渗透储量的比例占60％～70％，可见低渗透油田或者特(超)低渗透油田将是今后相当一个时期内增储上产的主要资源基础。低渗透油藏的地质特点是渗透率低、地层天然能量不足、储层物性差、非均质严重等特点，因此压裂是低渗透油田开发的主要技术。
目前，由于低渗透油田外围井区储层不连续、井网不完善、注采不见效，常规压裂技术难以提高低渗透油田的单井产量。延迟压裂技术是在压裂时提高前置液注入量与注入速率，能够补充低渗油田的地层能量，同时能够增加水力裂缝的复杂性；在压裂后关井焖井使井底维持高压状态，这样已经形成的水力裂缝在剩余液体压力的作用下，裂缝处的岩石发生蠕变、水力裂缝继续延伸，可以增加水力裂缝的长度以及储层改造的体积。然而，延迟压裂技术层面的很多问题还未得到解决，需要在理论和应用方面展开大量的研究工作。由于涉及的因素非常复杂，水力裂缝的起裂、延伸、空间分布特征、控制因素等均与传统水力压裂存在很大差别，需要在力学模型、室内模拟理论和方法、实际影响因素等方面展开深入研究。
本发明涉及一种室内模拟地层岩石延迟压裂的试验方法，配合已研制成功的超临界二氧化碳压裂模拟实验装置，能够研究延迟压裂过程中大排量、长时间焖井憋压对水力裂缝的起裂、延伸、空间分布的影响，所得到的研究成果可以为油田的实际生产提供技术指导。
发明内容
本发明的目的在于提供一种室内模拟地层延迟压裂的试验方法，配合超临界二氧化碳压裂模拟实验装置，能够研究延迟压裂过程中大排量、长时间焖井憋压对水力裂缝的起裂、延伸、空间分布的影响。
本发明涉及一种室内模拟地层岩石延迟压裂的试验方法，该方法包括以下步骤：a)拼装预制模具，安装模拟井筒，向预制模具中浇满水泥砂浆，待其凝固后进行养护；b)对试件加工声发射探头孔、导线槽；c)布置声发射探头，将试件安放到实验装置的围压腔内，安装好注液管线；d)对试件施加孔隙压力、三向围压，向模拟井筒内注入压裂液并开启声发射系统，当声发射系统监测到有宏观水力裂缝产生时，停止注液并关闭阀门，使模拟井筒内憋压；e)测试结束后，对试件进行卸载孔隙压力、三向围压，拆下声发射探头，取出试件进行剖切，观察裂缝形态。
如上所述的一种室内模拟地层岩石延迟压裂的试验方法，其中，在步骤a中，所述模拟井筒的出液口含有预制裂缝，预制裂缝用硬塑料片制成，用于引导水力裂缝走向。
如上所述的一种室内模拟地层岩石延迟压裂的试验方法，其中，在步骤a中，所述水泥砂浆是使用比例为1∶1的水泥、石英砂加水搅拌均匀而成。
如上所述的一种室内模拟地层岩石延迟压裂的试验方法，其中，在步骤a中，所述试件凝固后需要在阴凉通风处养护至二十八天，试件养护期间需要不断浇水，使其达到设计强度。
如上所述的一种室内模拟地层岩石延迟压裂的试验方法，其中，在步骤b中，所述声发射探头孔是使用水钻加工出来，所述导线槽用切磨机切出。
如上所述的一种室内模拟地层岩石延迟压裂的试验方法，其中，在步骤c中，所述布置声发射探头时，需将声发射探头表面均匀涂抹声发射传感器专用耦合剂，将声发射探头与声发射导线连接好后，将声发射探头布置于声发射探头孔中，将声发射导线布置于导线槽中。
如上所述的一种室内模拟地层岩石延迟压裂的试验方法，其中，在步骤c中，所述声发射探头、声发射导线布置于声发射探头孔、导线槽中后，需要使用油泥将声发射探头孔与导线槽填充至与试件表面平齐。
如上所述的一种室内模拟地层岩石延迟压裂的试验方法，其中，在步骤c中，所述注液管线上距试件依次安装压力传感器、阀门，最终连接到实验装置的注液系统上。压力传感器用于实时监测模拟井筒内的液体压力；阀门用于模拟焖井过程，维持模拟井筒内的液体压力。
如上所述的一种室内模拟地层岩石延迟压裂的试验方法，其中，在步骤d中，所述在对试件施加孔隙压力时，首先用真空泵将围压腔内气体抽出，而后注入流体介质使围压腔内流体压力达到设计值，这样施加孔隙压力的目的是使试件内部的孔隙充分饱和。
如上所述的一种室内模拟地层岩石延迟压裂的试验方法，其中，在步骤d中，所述在对试件施加三向围压时，试件的三个方向上以相同的增压速率同步施加压力；当某一个方向的压力达到设定值时维持恒定，其他方向继续施加压力；当三个方向的围压均达到设定值时，维持压力直至延迟压裂测试结束。
如上所述的一种室内模拟地层岩石延迟压裂的试验方法，其中，在步骤d中，所述对模拟井筒内注入压裂液时应采用大排量，模拟为地层补充能量的过程。
如上所述的一种室内模拟地层岩石延迟压裂的试验方法，其中，在步骤d中，所述声发射系统在注入压裂的同时开启，在结束延迟压裂测试时关闭。声发射系统用于实时监测在注入压裂液及焖井憋压过程中水力裂缝扩展的情况。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于，配合超临界二氧化碳压裂模拟实验装置的使用，可以在实验室条件下进行延迟压裂的物理模拟试验。由于可以人为控制整个试验过程中的压裂液注入速率、焖井时间、孔隙压力、三向围压等参数，使得整个物理模拟试验过程能够更接近接近实际情况下的延迟压裂施工过程。此外，整个试验过程中采用声发射系统实时监测水力裂缝的起裂、延伸，可以用于确定水力裂缝起裂的时间以及延伸情况，这对于评价焖井的效果极为有利。试验结果可以为油田现场延迟压裂施工提供指导，优化增产效果。本发明提供的延迟压裂模拟试验的方法流程简单、操作方便，适用于实验室的试验要求。
附图说明
以下附图仅旨在对本发明做示意性的说明和解释，并不限定本发明的范围。其中，
图1为根据本发明的一种室内模拟地层岩石延迟压裂的试验方法的试件加工示意图；
图2为根据本发明的一种室内模拟地层岩石延迟压裂的试验方法的声发射系统布置示意图；
图3为根据本发明的一种室内模拟地层岩石延迟压裂的试验方法的整体试件示意图。
附图标号说明：
1、声发射探头孔；2、导线槽；3、试件；4、预制裂缝；5、模拟井筒；6、声发射探头；7、声发射导线；8、注液管线；9、压力传感器；10、分流器；11、阀门。
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。
实施例1
一种室内模拟地层岩石延迟压裂的试验方法，包括以下步骤：
1、制备试件
首先拼装好预制模具，安装模拟井筒5，在模拟井筒5的出液口用硬塑料片制作预制裂缝4。按1∶1的比例称量水泥、石英砂，加水搅拌均匀后浇入预制模具中，随后用抹泥板将预制模具顶部的水泥砂浆抹平。当预制模具中的水泥砂浆凝固成型后，拆卸预制模具，将试件3放置于阴凉通风处养护至二十八天，养护期间需要不断浇水，以使试件3达到设计强度。
2、加工声发射探头孔、导线槽
根据试验要求确定声发射探头孔1、导线槽2的位置，在试件3的表面用记号笔标记出来。使用台式水钻钻机配合25mm金刚石钻头在标记位置钻出深度为30mm的钻孔，使用平口螺丝刀将钻孔中的圆柱形水泥块折断，而后使用扁錾和铁锤平整声发射探头孔1的底部。重复此步骤加工剩余的声发射探头孔1。
选用带有金刚石锯片的切磨机，沿试件3的表面标记位置切出深度为20mm、宽度为5mm的导线槽2。若导线槽2中有多条声发射导线7通过时，导线槽2的宽度需要适当增大。
3、声发射系统、注液系统安装
布置声发射探头6时，需要将声发射探头6的表面均匀涂抹声发射传感器专用耦合剂，而后将声发射探头6与声发射导线7连接，将声发射探头6布置于声发射探头孔1中，声发射导线7布置于导线槽2中。布置好声发射探头6与声发射导线7后，用油泥将声发射探头孔1、导线槽2填充至与试件3表面平齐。
对试件3安装好声发射探头6以及声发射导线7后，将试件放入超临界二氧化碳压裂模拟实验装置的围压腔内，将注液管线8与试件3的模拟井筒5连接在一起，将声发射导线7与声发射系统相连，最后将超临界二氧化碳压裂模拟实验装置的上盖板安装围压筒上。注液管线8分别连接着两个分流器10，距离试件3较近的分流器10上安装压力传感器9，而距试件3较远的分流器10上安装着阀门11，注液管线8最终与实验装置的注液系统相连接。
4、延迟压裂测试
首先对试件施加设定的孔隙压力，比如，可以设定孔隙压力为4MPa。先用真空泵将围压腔内的气体抽出，待围压腔内达到真空时，向围压腔内注入水并使围压腔内的液体压力达到4MPa，维持围压腔内的液体压力直至延迟压裂测试结束。本发明所涉及的孔隙压力大小不以此为限。
然后对试件3施加设定的三向围压，比如，可以设定沿试件3的模拟井筒5轴向的围压为3MPa，而其它两个方向的围压分别为6MPa、9MPa，本发明所涉及的三向围压大小不以此为限。
在对试件3施加设定的三向围压时，实验装置首先会对试件3在三个方向上以相同的增压速率同步施加压力；当某一方向达到预定压力时，该方向上的压力维持稳定，其余方向继续增压；当三个方向上均达到设定压力时，保持压力稳定直到延迟压力测试结束。
随后启动实验装置的注液系统，对模拟井筒5以10ml/min的排量注入压裂液，在开始注液的同时，启动声发射系统以及压力传感器9，用于记录试件3内部的声发射信号及模拟井筒5内的液体压力。当声发射系统监测到试件3内部有宏观水力裂缝产生时，关闭阀门11以维持模拟井筒5内部的液体压力。设定焖井时间为1小时，在焖井过程中，声发射系统持续监测试件3内部的声发射信号，压力传感器9持续测量模拟井筒5内的液体压力。本发明所涉及的注液排量大小、焖井时间不以此为限。
延迟压裂测试结束后，对试件3进行卸载孔隙压力和三向围压，拆卸注液管线8，将试件3从围压腔内取出，而后拆卸声发射探头6和声发射导线7。采用岩石剖切机将试件3剖切开，观察试件3内部的水力裂缝形态，试验结束。
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 (4)
1.本发明涉及一种室内模拟地层岩石延迟压裂的试验方法，该方法包括以下步骤：a)拼装预制模具，安装模拟井筒，向预制模具中浇满水泥砂浆，待其凝固后进行养护；b)对试件加工声发射探头孔、导线槽；c)布置声发射探头，将试件安放到实验装置的围压腔内，安装好注液管线；d)对试件施加孔隙压力、三向围压，向模拟井筒内注入压裂液并开启声发射系统，当声发射系统监测到有宏观水力裂缝产生时，停止注液并关闭阀门，使模拟井筒内憋压；e)测试结束后，对试件进行卸载孔隙压力、三向围压，拆下声发射探头，取出试件进行剖切，以观察其内部的裂缝形态。
2.如权利要求1所述的一种室内模拟地层岩石延迟压裂的试验方法，其特征在于，所述与模拟井筒相连的注液管线距试件依次安装压力传感器、阀门，压力传感器用于实时监测模拟井筒内的液体压力，阀门用于模拟焖井过程，维持模拟井筒内的压力。
3.如权利要求1所述的一种室内模拟地层岩石延迟压裂的试验方法，其特征在于，对模拟井筒内注入压裂液时，应采用大排量，模拟为地层补充能量的过程。
4.如权利要求1所述的一种室内模拟地层岩石延迟压裂的试验方法，其特征在于，试件产生破裂后，关闭阀门保持模拟井筒及试件内的高压状态，模拟延迟压裂过程。
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