CN107060714A - 研究薄互层压裂裂缝延伸规律的大型真三轴物模试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及油气井增产技术领域，具体涉及一种研究薄互层压裂裂缝延伸规律的大型真三轴物模试验方法。所述方法包括五个步骤：获取真实地质岩心在地层条件下的三向地应力大小和岩石力学参数；建立模拟真实薄互层的物理模型；检验物理模型；对该物理模型加载围压，并进行水力压裂试验；量化分析物理模型裂缝形态，研究裂缝延伸规律。本方法的各个试验要素逼近真实地质条件，通过该方法可掌握薄互层油藏水力压裂裂缝的延伸规律，指导薄互层储层改造，大幅度提高该类油藏的开发效果。

Description

研究薄互层压裂裂缝延伸规律的大型真三轴物模试验方法

技术领域

本发明涉及油气井增产技术领域，具体涉及一种研究薄互层压裂裂缝延伸规律的大型真三轴物模试验方法。

背景技术

物理模拟试验方法，是裂缝延伸规律研究的重要方法，用于认识不同储层，在不同工艺条件下的复杂裂缝形态规律，指导现场施工，提高油田开发完井技术水平。

目前常规的三轴应力加载方法存在两个主要问题，一是试件的尺寸较小，一般为几十毫米至600mm，由于模型尺寸小，造成研究结果误差大，且不能对复杂裂缝系统进行研究；二是加载的水平两向应力不能分层，无法针对每个薄互层施加单独的两向应力，不能开展薄互层的裂缝扩展规律研究。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提出一种研究薄互层压裂裂缝延伸规律的大型真三轴物模试验方法，为薄互层裂缝延伸规律提供科学直观的研究方法。

为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案予以实现。

一种研究薄互层压裂裂缝延伸规律的大型真三轴物模试验方法，包括以下步骤，

步骤101，获取真实地质岩心在地层条件下的三向地应力大小和岩石力学参数；

步骤102，建立模拟真实薄互层的物理模型；

步骤103，检验物理模型的物理参数与真实地质岩心的物理参数的符合率，若符合率合格，则进行步骤104；若符合率不合格，则重复步骤102，直到符合率合格；

步骤104，根据步骤101测试的三向地应力大小对该物理模型加载围压，并进行水力压裂试验；

步骤105，量化分析物理模型裂缝形态，研究裂缝延伸规律。

优选的，所述真实地质岩心形状为高度50mm、直径25mm的圆柱体。

优选的，所述物理模型的形状为100cm*100cm*100cm的立方体。

优选的，所述物理模型采用不同硬度和粒径的水泥制作。

优选的，所述物理模型内设有与外界相通的预设孔眼，所述预设孔眼内设有注入管，注入管壁上设有多个穿孔。

优选的，所述检验物理模型过程具体是，通过在物理模型上钻孔得到模型岩心，并测试模型岩心的物理参数，测试后比较模型岩心的物理参数与真实地质岩心的物理参数的符合率，若符合率大于等于95％，即为合格，则进行步骤104；若符合率小于95％，即为不合格，则重复步骤102，直到符合率合格。

优选的，所述模型岩心与真实地质岩心的形状相同。

优选的，所述对该物理模型加载围压，并进行水力压裂试验具体是指，对每个薄互层加载三向应力；三向应力加载之后模拟水力压裂，向物理模型的预设孔眼中注入指示性液体，当指示性液体通过穿孔进入物理模型后，指示液体会以预设孔眼为中心，产生水力裂缝。

优选的，注入指示性液体时排量为50-150ml/min。

优选的，所述量化分析物理模型裂缝形态具体指，在所述物理模型表面安装传感器，所述传感器通过导线连接采集系统，所述采集系统连接计算机处理单元，所述传感器通过主动发射和被动声波监听两种方式获取数据信号，实时监测和定位薄互层内裂缝形态，为研究薄互层缝延伸规律提供量化数据；并将数据信号发送给采集系统，所述采集系统将数据信号发送给计算机处理系统，由计算机处理系统数据处理并得到处理结果。

本发明的有益效果：本发明通过建立模拟真实薄互层的物理模型，在每个薄互层加载独立的水平应力；通过在物理模型上表面安装的传感器，实时监测和定位裂缝形态，为研究裂缝延伸规律提供量化数据，本方法的各个试验要素逼近真实地质条件，通过该方法可掌握薄互层油藏水力压裂裂缝的延伸规律，指导薄互层储层改造，大幅度提高该类油藏的开发效果。

附图说明

图1是本发明实施例提供的研究薄互层压裂裂缝延伸规律的大型真三轴物模试验方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的物理模型1、采集系统、计算机处理系统的配合图。

附图标记说明：1-物理模型；2-传感器；3-薄互层。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

实施例1

如图1所示，本发明实施例提供的一种研究薄互层压裂裂缝延伸规律的大型真三轴物模试验方法，包括以下步骤：

步骤101，获取真实地质岩心在地层条件下的三向地应力大小和岩石力学参数；

步骤102，建立模拟真实薄互层的物理模型1；

步骤103，检验物理模型1的物理参数与真实地质岩心的物理参数的符合率，若符合率合格，则进行步骤104；若符合率不合格，则重复步骤102，直到符合率合格；

步骤104，根据步骤101测试的三向地应力大小对该物理模型1加载围压，并进行水力压裂试验；

步骤105，量化分析物理模型1裂缝形态，研究裂缝延伸规律。

本实施例通过建立模拟真实薄互层的物理模型，在物理模型上加载水平应力；并量化物理模型的裂缝形态，为研究裂缝延伸规律提供量化数据，通过该方法可掌握薄互层油藏水力压裂裂缝的延伸规律，指导薄互层储层改造，大幅度提高该类油藏的开发效果。

实施例2

在实施例1的基础上，所述步骤101中，所述真实地质岩心的获取方法为现有方法，在次不再详细描述。

所述真实地质岩心为全直径岩心。全直径岩心指用取心技术从油(气)层中取出的岩心，不经过切割和劈分，整段用于实验室进行分析测定有关参数的柱状岩心。

所述真实地质岩心形状为高度50mm、直径25mm的圆柱体，采用这个尺寸的形状，以适应三轴压缩实验机的形状。所述三轴压缩实验机为一种用于测试真实地质岩心在地层条件下的三向地应力大小和岩石力学参数的装置，该三轴压缩实验机是现有的装置，在此不作说明。其中，岩石力学参数包括弹性模量、泊松比、抗压强度、抗拉强度等物理参数。

实施例2

在实施例1的基础上，所述物理模型的制作方法为现有方法，在此不再详细描述。

所述物理模型1的形状为100cm*100cm*100cm的立方体。所述物理模型1采用不同硬度和粒径的水泥制作，由于现有的水泥分级更精确，所以选用水泥可制作出更接近于真实岩心的物理模型1，当然，本发明也可选用其他的合适的材料来制作物理模型1，并不局限于水泥。

在步骤102中，制作所述物理模型1时，所述物理模型1制作成与真实地质岩心结构一致的多个薄互层结构。

所述物理模型1内设有与外界相通的一个预设孔眼，所述预设孔眼内设有注入管，注入管壁上设有多个穿孔。每个物理模型无论多少薄互层，都在模型中心位置，垂直于薄互层的方向，预设一个孔眼。

实施例3

在实施例1的基础上，所述检验物理模型1过程是在室内进行的，具体是，通过在物理模型1上钻孔得到模型岩心，并测试模型岩心的物理参数，测试后比较模型岩心的物理参数与真实地质岩心的物理参数的符合率，若符合率大于等于95％，即为合格，则进行步骤104；若符合率小于95％，即为不合格，则重复步骤102，直到符合率合格。

其中，模型岩心需测试的物理参数包括杨氏模量和泊松比，测试方法为现有方法，在此不再详细描述。

其中，在步骤103中需在每个薄互层3上都获取一个所述模型岩心，并对每个模型岩心均进行测试，测试结果更精确。

其中，所述模型岩心与真实地质岩心的形状相同，为高度50mm、直径25mm的圆柱体，选择与真实地质岩心形状相同的模型岩心，这样可以更准确的判断模型岩心的物理参数和真实地质岩心的物理参数，得到更准确的符合率。

实施例4

在实施例2的基础上，所述对该物理模型1加载围压，并进行水力压裂试验具体是指，对每个薄互层3加载三向应力；三向应力加载之后模拟水力压裂，向物理模型1的预设孔眼中注入指示性液体，当指示性液体通过穿孔进入物理模型1后，指示液体会以预设孔眼为中心，产生水力裂缝。

其中，针对薄互层3加载三向围压，每个薄互层3受到的最大、最小应力方向是相同的；但是最大、最小应力的数值是不同，这样更符合真实地质受力情况。

其中，其中每个薄互层3加载的三向应力与地层的真实三向地应力相同，实现真三轴物模试验；地层的真实三向地应力为步骤100中测量的三向应力的大小。

其中，注入指示性液体时排量为50-150ml/min，采用这个范围内的排量更符合裂缝实际产生时的受力状态，使裂缝的产生更接近真实地质。

其中，所述指示性液体为彩色液体，如红墨水或者品红溶液等，采用指示性液体使裂缝观察起来更直观。

实施例5

在实施例1的基础上，在步骤105中，所述量化分析物理模型1裂缝形态具体指，在所述物理模型1表面安装传感器2，所述传感器2通过导线连接采集系统，所述声波采集系统连接计算机处理单元，所述传感器2通过主动发射和被动声波监听两种方式获取数据信号，实时监测和定位薄互层3内裂缝形态，为研究薄互层3缝延伸规律提供量化数据；并将数据信号发送给采集系统，所述采集系统将数据信号发送给计算机处理系统，由计算机处理系统数据处理并得到处理结果。

其中，采集系统用以采集传感器检测到的声波信号，该采集系统为现有的系统，在此不再详细描述。所述计算机处理系统为现有的系统，在此不再详细描述。

其中，所述传感器2为裂缝传感器，该裂缝传感器可捕捉微小振动，对细微的变形具有较高的灵敏度。由于该裂缝传感器为市场上已成熟的产品，在次不再详细描述。

其中，所述物理模型1的六个面上均安装有传感器2，每个面上安装有4-9个传感器2，通过多个传感器2，获取更为准确的薄互层3内裂缝形态。

实施例6

该方法在实际中得到了有效的验证。2016年针对合水南部长7层油藏为代表的薄互层3油藏，开展了薄互层3压裂裂缝延伸规律的大型真三轴物模试验3组，岩样尺度100cm*100cm*100cm，物模与真实地层的平均符合率97.4％，通过声波监测对裂缝的动态扩展实现了模拟裂缝的实时监测和动态描述；监测到的微地震信号数据600-800个，信号精度1cm，成功实现了薄互层3大型真三轴物模试验。

根据试验结论，2016年针对合水南部长7层薄互层3油藏优化方案设计6口，投产初期日产油2.86t左右，较前期常规控更高工艺井，日产量提高1.42t，增产幅度98.6％，效果显著。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种研究薄互层压裂裂缝延伸规律的大型真三轴物模试验方法，其特征在于：包括以下步骤，

步骤101，获取真实地质岩心在地层条件下的三向地应力大小和岩石力学参数；

步骤102，建立模拟真实薄互层(3)的物理模型(1)；

步骤103，检验物理模型(1)的物理参数与真实地质岩心的物理参数的符合率，若符合率合格，则进行步骤104；若符合率不合格，则重复步骤102，直到符合率合格；

步骤104，根据步骤101测试的三向地应力大小对该物理模型(1)加载围压，并进行水力压裂试验；

步骤105，量化分析物理模型(1)裂缝形态，研究裂缝延伸规律。

2.根据权利要求1所述的研究薄互层压裂裂缝延伸规律的大型真三轴物模试验方法，其特征在于：所述真实地质岩心形状为高度50mm、直径25mm的圆柱体。

3.根据权利要求1所述的研究薄互层压裂裂缝延伸规律的大型真三轴物模试验方法，其特征在于：所述物理模型(1)的形状为100cm*100cm*100cm的立方体。

4.根据权利要求1所述的研究薄互层压裂裂缝延伸规律的大型真三轴物模试验方法，其特征在于：所述物理模型(1)采用不同硬度和粒径的水泥制作。

5.根据权利要求1所述的研究薄互层压裂裂缝延伸规律的大型真三轴物模试验方法，其特征在于：所述物理模型(1)内设有一个与外界相通的预设孔眼，所述预设孔眼内设有注入管，注入管壁上设有多个穿孔。

6.根据权利要求1所述的研究薄互层压裂裂缝延伸规律的大型真三轴物模试验方法，其特征在于：所述检验物理模型(1)过程具体是，通过在物理模型(1)上钻孔得到模型岩心，并测试模型岩心的物理参数，测试后比较模型岩心的物理参数与真实地质岩心的物理参数的符合率，若符合率大于等于95％，即为合格，则进行步骤104；若符合率小于95％，即为不合格，则重复步骤102，直到符合率合格。

7.根据权利要求6所述的研究薄互层压裂裂缝延伸规律的大型真三轴物模试验方法，其特征在于：所述模型岩心与真实地质岩心的形状相同。

8.根据权利要求1的一种研究薄互层压裂裂缝延伸规律的大型真三轴物模试验方法，其特征在于：所述对该物理模型(1)加载围压，并进行水力压裂试验具体是指，对每个薄互层(3)加载三向应力；三向应力加载之后模拟水力压裂，向物理模型(1)的预设孔眼中注入指示性液体，当指示性液体通过穿孔进入物理模型(1)后，指示液体会以预设孔眼为中心，产生水力裂缝。

9.根据权利要求8所述的研究薄互层压裂裂缝延伸规律的大型真三轴物模试验方法，其特征在于：注入指示性液体时排量为50-150ml/min。

10.根据权利要求1所述的研究薄互层压裂裂缝延伸规律的大型真三轴物模试验方法，其特征在于：所述量化分析物理模型(1)裂缝形态具体指，在所述物理模型(1)表面安装传感器(2)，所述传感器(2)通过导线连接采集系统，所述采集系统连接计算机处理单元，所述传感器(2)通过主动发射和被动声波监听两种方式获取数据信号，实时监测和定位薄互层(3)内裂缝形态，并将数据信号发送给采集系统，所述采集系统将数据信号发送给计算机处理系统，由计算机处理系统数据处理并得到处理结果。