CN107869343A - 一种径向井水力压裂的实验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种径向井水力压裂的实验方法，包括以下步骤：制作立方体人造岩心作为试件；将所述试件置于三轴应力加载装置中；利用高压泵对试件进行高压注入，压开试件并形成裂缝；压裂后观察裂缝形态。本发明解决现有真三轴物模实验仅用水泥浇筑、预置钢管模拟裸眼完井或射孔完井，与径向井实际差异大、无法有效模拟径向井压裂的问题。
Description
技术领域
本发明涉及石油开采领域水力压裂技术，具体地说是一种径向井水力压裂的实验方法。
背景技术
目前，径向井引导水力压裂的裂缝起裂和扩展机理不明确，研究方法多为数值模拟，数值模拟不能真实反映地层情况。而真三维物模系统，多用于模拟普通射孔完井或裸眼完井，不能有效、准确的模拟孔径更大、孔长更长的径向井。
经过检索，发现公开(公告)号103993877A，公开(公告)日2014-08-20，公开了一种径向井压裂测试装置，包括：泵送单元，用于泵送携砂液；透明模拟井筒，入口与泵送单元的出口连接，用于观测沉砂规律；地层模拟管路，入口与透明模拟井筒的出口连接，用于模拟测试不同储层条件下的径向井筒或管柱摩阻；横切缝模拟装置，入口与地层模拟管路的出口连接，用于模拟测试径向井压裂形成的横切缝内的支撑剂沉降规律。本发明在径向井摩阻测试过程中可使用携砂液，且模拟了井壁的粗糙度和压裂液的滤失过程，提高了摩阻测试的精确度和实用性，同时，还可通过透明模拟井筒观测沉砂规律和通过横切缝模拟装置，测试滤失条件下，横切缝内的支撑剂沉降规律。上述公开文件跟本申请所要解决的技术问题以及技术方案，并不存在相似之处。
发明内容
本发明的目的在于提供一种径向井水力压裂的实验方法，以解决现有真三轴物模实验仅用水泥浇筑、预置钢管模拟裸眼完井或射孔完井，与径向井实际差异大、无法有效模拟径向井压裂的问题。
为了达成上述目的，本发明采用了如下技术方案，一种径向井水力压裂的实验方法，包括以下步骤：
制作立方体人造岩心作为试件；
将所述试件置于三轴应力加载装置中；
利用高压泵对试件进行高压注入，压开试件并形成裂缝；
压裂后观察裂缝形态。
在制作人造岩心时，先选取300mm×300mm×300mm的立方体模具，在模具中先竖立钢管作为模拟井筒和横置四氟管作为模拟径向井道；经过向模具中浇筑水泥浆，凝固脱模后得到立方体人造岩心；其中模拟井筒只有上端露出立方体人造岩心外，而模拟径向井道全部横置在立方体人造岩心内同时与模拟井筒开设的径向开孔相连通。
作为模拟径向井道的四氟管的管壁上开设径向的多个通孔，通孔相互之间进行划线处理。
作为模拟径向井道的四氟管布置成单孔式或者垂向多孔式或者水平多孔式或者螺旋多孔式。
作为模拟径向井道的四氟管外壁附有一层透水性纸膜。
所述三轴应力加载装置夹住立方体人造岩心前后左右四个面。
所述高压泵连接在模拟井筒的上端口。
相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明能够有效、准确的模拟孔径更大、孔长更长的径向井的压裂实验。
附图说明
图1为人造岩心剖面主视结构示意图；
图2为人造岩心剖面俯视结构示意图；
图3为模拟径向井道示意图；
图4、图5、图6、图7分别为单孔、垂向多孔、水平多孔、螺旋多孔的布孔方式示意图。
图中：1、人造岩心；2、模拟径向井道；3、模拟井筒；4、四氟管；5、打孔；6、划线。
具体实施方式
有关本发明的详细说明及技术内容，配合附图说明如下，然而附图仅提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。
根据图1-图7所示，一种径向井水力压裂的实验方法：
①制作尺寸为300mm×300mm×300mm的立方体人造岩心作为试件，浇注试件前预先用钢管模拟井筒，经过打孔、划线处理的四氟管模拟径向井道；所打的孔部分相互之间划线，划线为增加四氟管的透水性，没有划线的地方不相连处是为了保证四氟管的结构强度，可抵御水泥浆浇筑时不变形。②将所述试件置于三轴应力加载装置中；③高压泵对试件进行高压注入，压开试件并形成裂缝；④压裂后观察裂缝形态。
所述步骤①包括：通过将水泥浆注入模具制作人造岩心，同时预置模拟井筒及模拟径向井道，浇注时注意需速度慢、力度轻，尽量保证模拟径向井道无形变，位置无变化。试件浇筑完成后养护一定龄期即可进行实验。
所述人造岩心包括：应用钢管模拟井筒，将钢管按设计尺寸加工切割成形作为模拟井筒，钢管侧壁进行钻孔模拟径向井道。植入水泥浆时封堵的一端为底，连接螺纹的一端为顶；硬质四氟管模拟径向井，为保证径向井的透水性，四氟管进行打孔、划线处理，既可保证四氟管的强度足以支撑水泥浆形成孔道，又能保证孔道与裸眼相似的透水性；为防止人造岩心浇筑时水泥浆侵入模拟径向井道造成孔眼堵塞影响实验效果，四氟管外壁附有一层良好透水性纸膜；水泥浆配方是(质量比)：水泥：粉煤灰：砂：水：减水剂＝0.5:0.5:2.5:0.5:0.004。配比后混合均匀并搅拌后即可浇筑。无底层盖层，仅模拟储层。
所述钢管连接模拟径向井道包括：使用直径为10mm的钻头于钢管钻孔，每打一个孔，根据不同孔数、布置方案钢管旋转相应的相位角，然后打下一个孔，如此循环，直至打完；在径向井道的预留孔处安装四氟管(外径10mm)。
所述步骤②包括：用于加载三向应力的扁千斤顶位于三轴应力加载装置即真三轴模拟压裂试验架的内部，向试件的侧面施加刚性荷载。其中两水平方向的扁千斤顶都具有行程，垂向的扁千斤顶只有下面的具有行程，上面的盖板与模拟井筒连接，不能移动，且使用O型环保证模拟井筒与上压板保持密封。三组扁千斤顶由分别独立的三通道稳压源提供液压，各通道的压力大小和加压速率可分别控制。试验过程中利用数据采集系统记录和控制压裂液压力等参数，能够实时记录和显示泵注过程中压力等参数，并能实时显示压裂过程中的动态曲线，根据压裂曲线可以对试件及整套设备在压裂过程中所处的状态做出判断。三向应力加载控制系统是采用面板式的自动化控制，通过使用者输入加载过程的控制程序，自动加载，试验完成后，可以卸载。
真三轴模拟压裂试验架为现有技术，直接购得使用即可，比如选用海安仪表厂制造的型号为HA0384的真三轴模拟压裂试验架，公开文献出自姜浒,陈勉,张广清,等.定向射孔对水力裂缝起裂与延伸的影响[J].岩石力学与工程学报,2009,28(7):1321-1326。仪器型号不同。
实施例1：
1、分析储层胜利油田W152沙四段储层资料，确定人造岩心的参数，如弹性模量12.5GPa、泊松比0.22；确定好后，选择一个水泥浆配比为(质量比)：水泥：粉煤灰：砂：水：减水剂＝0.5:0.5:2.5:0.5:0.004。
2、根据相似准则确定模拟井筒、模拟径向井道的尺寸参数，模拟井筒、模拟径向井道直径(外径)1cm、长12cm、模拟井筒数量1个，模拟径向井道1个，并将钢管按设计尺寸外径1cm加工切割成形，钢管侧壁进行钻孔作为连接模拟径向井道的预留孔；
3、选择合适的硬质四氟管模拟径向井道，为保证径向井的透水性，四氟管进行打孔、划线处理，既可保证四氟管的强度足以支撑水泥浆形成孔道，又能保证孔道与裸眼相似的透水性，为防止人造岩心浇筑时水泥浆侵入模拟径向井道造成孔眼堵塞影响实验效果，四氟管外壁附有一层良好透水性纸膜，将制作好的模拟径向井道胶连至钢管预留孔眼处；
④将水泥浆注入模具制作人造岩心，同时预置模拟井筒及模拟径向井道，浇注时注意需速度慢、力度轻，尽量保证模拟径向井道无形变，位置无变化。试件浇筑完成后进行养护；
⑤将养护到期的试件置入三轴应力系统进行实验。用于加载三向应力的扁千斤顶位于三轴应力加载装置即真三轴模拟压裂试验架的内部，向试件的侧面施加刚性荷载。其中两水平方向的扁千斤顶都具有行程，垂向的扁千斤顶只有下面的具有行程，上面的盖板与模拟井筒连接，不能移动，且使用O型环保证模拟井筒与上压板保持密封。三组扁千斤顶由分别独立的三通道稳压源提供液压，各通道的压力大小和加压速率可分别控制。试验过程中利用数据采集系统记录和控制压裂液压力等参数，能够实时记录和显示泵注过程中压力等参数，并能实时显示压裂过程中的动态曲线，根据压裂曲线可以对试件及整套设备在压裂过程中所处的状态做出判断。三向应力加载控制系统是采用面板式的自动化控制，通过使用者输入加载过程的控制程序，自动加载，试验完成后，可以卸载。
⑥剖析压裂后的试件，记录实验数据。记录压裂压力曲线、裂缝形态、裂缝扩展路径与水平最大主应力方向的夹角及与径向孔眼轴线的夹角。
实施例2：1、分析储层胜利油田W152沙四段储层资料，确定人造岩心的参数，如弹性模量20GPa、泊松比0.2；确定好后，选择一个水泥浆配比为(质量比)：水泥：粉煤灰：砂：水：减水剂＝0.5:0.2:2.5:0.5:0.004。
2、根据相似准则确定模拟井筒、模拟径向井道的尺寸参数，模拟井筒、模拟径向井道直径(外径)1cm、长12cm、模拟井筒数量1个，模拟径向井道4个，并将钢管按设计尺寸外径1cm加工切割成形，钢管侧壁进行钻孔作为连接模拟径向井道的预留孔；
3、选择合适的硬质四氟管模拟径向井道，为保证径向井的透水性，四氟管进行打孔、划线处理，既可保证四氟管的强度足以支撑水泥浆形成孔道，又能保证孔道与裸眼相似的透水性，为防止人造岩心浇筑时水泥浆侵入模拟径向井道造成孔眼堵塞影响实验效果，四氟管外壁附有一层良好透水性纸膜，将制作好的模拟径向井道胶连至钢管预留孔眼处；
④将水泥浆注入模具制作人造岩心，同时预置模拟井筒及模拟径向井道，浇注时注意需速度慢、力度轻，尽量保证模拟径向井道无形变，位置无变化。试件浇筑完成后进行养护；
⑤将养护到期的试件置入三轴应力系统进行实验。用于加载三向应力的扁千斤顶位于三轴应力加载装置即真三轴模拟压裂试验架的内部，向试件的侧面施加刚性荷载。其中两水平方向的扁千斤顶都具有行程，垂向的扁千斤顶只有下面的具有行程，上面的盖板与模拟井筒连接，不能移动，且使用O型环保证模拟井筒与上压板保持密封。三组扁千斤顶由分别独立的三通道稳压源提供液压，各通道的压力大小和加压速率可分别控制。试验过程中利用数据采集系统记录和控制压裂液压力等参数，能够实时记录和显示泵注过程中压力等参数，并能实时显示压裂过程中的动态曲线，根据压裂曲线可以对试件及整套设备在压裂过程中所处的状态做出判断。三向应力加载控制系统是采用面板式的自动化控制，通过使用者输入加载过程的控制程序，自动加载，试验完成后，可以卸载。
⑥剖析压裂后的试件，记录实验数据。记录压裂压力曲线、裂缝形态、裂缝扩展路径与水平最大主应力方向的夹角及与径向孔眼轴线的夹角。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，非用以限定本发明的专利范围，其他运用本发明的专利精神的等效变化，均应俱属本发明的专利范围。
Claims (7)
1.一种径向井水力压裂的实验方法，包括以下步骤：
制作立方体人造岩心作为试件；
将所述试件置于三轴应力加载装置中；
利用高压泵对试件进行高压注入，压开试件并形成裂缝；
压裂后观察裂缝形态。
2.根据权利要求1所述的一种径向井水力压裂的实验方法，其特征在于，在制作人造岩心时，先选取300mm×300mm×300mm的立方体模具，在模具中先竖立钢管作为模拟井筒和横置四氟管作为模拟径向井道；经过向模具中浇筑水泥浆，凝固脱模后得到立方体人造岩心；其中模拟井筒只有上端露出立方体人造岩心外，而模拟径向井道全部横置在立方体人造岩心内同时与模拟井筒开设的径向开孔相连通。
3.根据权利要求2所述的一种径向井水力压裂的实验方法，其特征在于，作为模拟径向井道的四氟管的管壁上开设径向的多个通孔，通孔相互之间进行划线处理。
4.根据权利要求2所述的一种径向井水力压裂的实验方法，其特征在于，作为模拟径向井道的四氟管布置成单孔式或者垂向多孔式或者水平多孔式或者螺旋多孔式。
5.根据权利要求3所述的一种径向井水力压裂的实验方法，其特征在于，作为模拟径向井道的四氟管外壁附有一层透水性纸膜。
6.根据权利要求1所述的一种径向井水力压裂的实验方法，其特征在于，所述三轴应力加载装置夹住立方体人造岩心前后左右四个面。
7.根据权利要求1所述的一种径向井水力压裂的实验方法，其特征在于，所述高压泵连接在模拟井筒的上端口。
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