CN108716395B - 基于冰块压裂的可视化试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于冰块压裂的可视化试验方法，包括：试件制作步骤及压裂试验步骤；所述试件制作步骤包括：制作井筒并进行井筒密封；预制起裂裂缝；预制作天然裂缝；井筒及冻结步骤；所述压裂试验步骤包括：采用清水加入颜料配制压裂液；将注液泵与回油桶、油水隔离器及手摇注射泵连接；向油水隔离器内注入压裂液；测试管路；连接所述油水隔离器出液口与试件井筒；在试件主视、左视、俯视三个方向分别布置相机；调节注液泵循环以第二设定速率匀速泵注模式，设置第二保护压力，进行注液。本发明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。
Description
技术领域
本发明是关于水力压裂与断裂力学领域，特别是关于一种基于冰块压裂的可视化试验方法。
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试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。该技术的虽然可以实时检测裂缝的扩展情况，但是误差较大，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.超声波监测裂缝技术及冲击回波法检测技术等。该类技术的灵敏度高、速度快、成本低，但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。
3.利用CT扫描仪和红外线热成像等技术对裂缝进行监测。该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。
发明内容
本发明实施例提供一种基于冰块压裂的可视化试验方法，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。
为了实现上述目的，本发明实施例提供了一种基于冰块压裂的可视化试验方法，包括：试件制作步骤及压裂试验步骤；其中，
所述试件制作步骤包括：
制作井筒并进行井筒密封；
采用薄片粘贴于密封后的井筒的出液端口预制起裂裂缝；
预制作天然裂缝；
在一容器中注入沸腾纯净水，将所述井筒的下端浸入沸腾纯净水中，并对沸腾纯净水进行冷冻，形成冰块压裂试件；
所述压裂试验步骤包括：
采用清水加入颜料配制压裂液；
将注液泵与回油桶、油水隔离器及手摇注射泵连接；
打开回油阀、油水隔离器、手摇注射泵连接阀及手摇注射泵注液阀，关闭油水隔离器出液阀，转动手摇注射泵，向油水隔离器内注入压裂液；
关闭所述回油阀、所述油水隔离器、所述手摇注射泵连接阀及所述手摇注射泵注液阀，打开所述油水隔离器出液阀，将压裂设备的出液口放置于废液桶内，启动注液泵并调至循环以第一设定速率匀速泵注模式开始注液，并设置第一保护压力直到压裂液流出；
连接所述油水隔离器出液口与试件井筒；
在试件主视、左视、俯视三个方向分别布置相机进行三维动态拍照；
调节注液泵循环以第二设定速率匀速泵注模式，设置第二保护压力，进行注液。
一实施例中，制作井筒并进行井筒密封，包括：
制作直径为6mm、长为300mm的井筒；
将所述井筒的出液端口用保鲜膜包裹，外层用双面胶缠绕，保鲜膜缝隙用胶密封，并在井筒外侧的保鲜膜外套设密封圈。
一实施例中，所述薄片为圆形塑料片；圆形塑料片的直径为12mm，厚度为2mm。
一实施例中，所述第一设定速率为2mL/min，所述第一保护压力为1MPa
一实施例中，所述第二设定速率为10mL/min，所述第二保护压力为50MPa。
为了实现上述目的，本发明实施例提供了一种基于冰块压裂的可视化试验方法，包括：试件制作步骤及压裂试验步骤；其中，
所述试件制作步骤包括：
制作井筒并进行井筒密封；
采用薄片粘贴于密封后的井筒的出液端口预制起裂裂缝；
预制作天然裂缝；
在一容器中注入沸腾纯净水，将所述井筒的下端浸入沸腾纯净水中，并对沸腾纯净水进行冷冻，形成冰块压裂试件；
所述压裂试验步骤包括：
采用清水加入颜料配制压裂液；
将注液泵与回油桶、油水隔离器及手摇注射泵连接；
打开回油阀、油水隔离器、手摇注射泵连接阀及手摇注射泵注液阀，关闭油水隔离器出液阀，转动手摇注射泵，向油水隔离器内注入压裂液；
关闭所述回油阀、所述油水隔离器、所述手摇注射泵连接阀及所述手摇注射泵注液阀，打开所述油水隔离器出液阀，将压裂设备的出液口放置于废液桶内，启动注液泵并调至循环以第一设定速率匀速泵注模式开始注液，并设置第一保护压力直到压裂液流出；
连接所述油水隔离器出液口与试件井筒；
在试件俯视方向布置相机进行动态拍摄；
在冰块压裂试件四个侧面的垂直方向分别加载设定压力；
调节注液泵循环以第二设定速率匀速泵注模式，设置第二保护压力，进行注液。
一实施例中，制作井筒并进行井筒密封，包括：
制作直径为6mm、长为300mm的井筒；
将所述井筒的出液端口用保鲜膜包裹，外层用双面胶缠绕，保鲜膜缝隙用胶密封，并在井筒外侧的保鲜膜外套设密封圈。
一实施例中，所述薄片为圆形塑料片；圆形塑料片的直径为12mm，厚度为2mm。
一实施例中，所述第一设定速率为2mL/min，所述第一保护压力为1MPa
一实施例中，所述第二设定速率为10mL/min，所述第二保护压力为50MPa。
本发明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。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例对冰块压裂试件进行可视化试验的压裂设备的结构示意图；
图2为本发明实施例基于冰块压裂的可视化试验方法流程图一；
图3为本发明实施例的试件制备示意图；
图4为本发明实施例的冰块压裂示意图一；
图5为本发明实施例基于冰块压裂的可视化试验方法流程图二；
图6为本发明实施例的冰块压裂示意图二。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了克服现有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可视化试验方法。
本发明实施例的可视化试验方法基于冰块压裂试件进行，图1为本发明实施例对冰块压裂试件进行可视化试验的压裂设备的结构示意图。如图1所示，1为冰块压裂试件，2为加围压泵，3为真空泵，4为饱和液站，5为千斤顶，6为试验台，7为注液泵(AB泵模式)，8为油水隔离器，9为回油桶，10为手摇注射泵，11为油水隔离器出液口，12为注液泵出液口。
图2为本发明实施例基于冰块压裂的可视化试验方法流程图，该可视化试验方法，包括：试件制作步骤及压裂试验步骤，如图2所示，试件制作步骤包括：
S201：制作井筒21并进行井筒密封；
一实施例中，制作的井筒的直径为6mm、长为300mm。对井筒进行密封，可以将制作的井筒的出液端口用保鲜膜包裹，外层用双面胶缠绕，保鲜膜缝隙用胶(如502胶)密封，并在井筒外侧的保鲜膜外套设密封圈23，如图3所示。
S202：采用薄片粘贴于密封后的井筒的出液端口预制起裂裂缝24。
一实施例中，薄片为圆形塑料片；圆形塑料片的直径为12mm，厚度为2mm，用502粘接于井筒出液端口。
S203：预制作天然裂缝；
S204：井筒固定及冻结：在一容器中注入沸腾纯净水，将所述井筒的下端浸入沸腾纯净水中，并对沸腾纯净水进行冷冻，形成冰块压裂试件22。
容器可以为塑料盒，可以将塑料盒放入冰箱进行冷冻，冰箱温度可以调至-30摄氏度，冰冻20小时。
S203可以在S204之前执行，也可以在S204中执行，可以在沸腾纯净水中加入一些钢丝或者细线，当沸腾纯净水冻结后，就形成了天然裂缝。
如图2所示，压裂试验步骤包括：
S205：采用清水加入颜料配制压裂液；配置压裂液的比例例如可以为100ml水中加入5ml颜料(例如粘稠状的染色剂)。
S206：连接注液泵：将图1所示的压裂设备的注液泵与回油桶、油水隔离器及手摇注射泵连接；
S207：在油水隔离器内注入压裂液：打开压裂设备的回油阀、油水隔离器、手摇注射泵连接阀及手摇注射泵注液阀，关闭压裂设备的油水隔离器出液阀，转动手摇注射泵，向油水隔离器内注入压裂液；
S208：管路测试：关闭压裂设备的回油阀、所述油水隔离器、所述手摇注射泵连接阀及所述手摇注射泵注液阀，打开压裂设备的油水隔离器出液阀，将压裂设备的出液口放置于废液桶内，启动注液泵并调至AB两个注液泵循环以第一设定速率匀速泵注模式开始注液，并设置第一保护压力直到压裂液流出；
一实施例中，第一设定速率为2mL/min，所述第一保护压力为1MPa。
S209：连接油水隔离器出液口与试件井筒：
S210：布置相机：在试件主视、左视、俯视三个方向分别布置相机31，进行三维动态拍照，如图4所示；
S211：压裂试验：调节注液泵循环以第二设定速率匀速泵注模式，设置第二保护压力，进行注液。
一实施例中，第二设定速率为10mL/min，所述第二保护压力为50MPa。注液后，可以录制视频并记录曲线。试验结束后停止注液与记录，执行保存文件、泄压、拍照、断开设备与试件的连接、关闭设备等操作。
该方法是采用沸腾纯净水冻结冰块作为压裂试件，将带有颜色的压裂液注入冰块试件内压裂试件，实验过程中进行俯视、左视、主视三维裂缝拍摄，实现了三维动态可视化水力压裂，如图4所示。
发明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。
该方法是采用沸腾纯净水冻结冰块作为压裂试件，将带有颜色的压裂液注入冰块试件内压裂试件，实验过程中进行俯视、左视、主视三维裂缝拍摄，实现了三维动态可视化水力压裂。
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。
图5为本发明实施例基于冰块压裂的可视化试验方法流程图，该可视化试验方法，包括：试件制作步骤及压裂试验步骤，如图5所示，试件制作步骤包括：
S501：制作井筒并进行井筒密封；
一实施例中，制作的井筒的直径为6mm、长为300mm。对井筒进行密封，可以将制作的井筒的出液端口用保鲜膜包裹，外层用双面胶缠绕，保鲜膜缝隙用胶(如502胶)密封，并在井筒外侧的保鲜膜外套设密封圈23，如图3所示。
S502：采用薄片粘贴于密封后的井筒的出液端口预制起裂裂缝24；
一实施例中，薄片为圆形塑料片；圆形塑料片的直径为12mm，厚度为2mm，用502粘接于井筒出液端口。
S503：预制作天然裂缝；
S504：井筒固定及冻结：在一容器中注入沸腾纯净水，将所述井筒的下端浸入沸腾纯净水中，并对沸腾纯净水进行冷冻，形成冰块压裂试件22；
容器可以为塑料盒，可以将塑料盒放入冰箱进行冷冻，冰箱温度可以调至-30摄氏度，冰冻20小时。
S503可以在S504之前执行，也可以在S504中执行，可以在沸腾纯净水中加入一些钢丝或者细线，当沸腾纯净水冻结后，就形成了天然裂缝。
如图5所示，压裂试验步骤包括：
S505：采用清水加入颜料配制压裂液；配置压裂液的比例例如可以为100ml水中加入5ml颜料(例如粘稠状的染色剂)。
S506：连接注液泵：将图1所示的压裂设备的注液泵与回油桶、油水隔离器及手摇注射泵连接；
S507：在油水隔离器内注入压裂液：打开压裂设备的回油阀、油水隔离器、手摇注射泵连接阀及手摇注射泵注液阀，关闭油水隔离器出液阀，转动手摇注射泵，向油水隔离器内注入压裂液；
S508：管路测试：关闭压裂设备的回油阀、所述油水隔离器、所述手摇注射泵连接阀及所述手摇注射泵注液阀，打开所述油水隔离器出液阀，将压裂设备的出液口放置于废液桶内，启动注液泵并调至AB两个注液泵循环以第一设定速率匀速泵注模式开始注液，并设置第一保护压力直到压裂液流出；
一实施例中，第一设定速率为2mL/min，所述第一保护压力为1MPa。
S509：连接油水隔离器出液口与试件井筒；
S510：布置相机：在试件俯视方向布置相机31，进行动态拍摄，如图6所示；
S511：在冰块压裂试件四个侧面的垂直方向分别加载设定压力，实现围压加载；通过图6中的压力板61，在四个垂直井筒的方向，对冰块压裂试件施加2MPa的压力。
S512：压裂试验：打开电脑程序，建立实验文件，调节注液泵循环以第二设定速率匀速泵注模式，设置第二保护压力，进行注液。
一实施例中，所述第二设定速率为10mL/min，所述第二保护压力为50MPa。试验结束后停止注液与记录，执行保存文件、泄压、拍照、断开设备与试件的连接、关闭设备等操作。
图5所示的方法是采用沸腾纯净水冻结冰块作为压裂试件，将带有颜色的压裂液注入冰块试件内，外加两向围压压裂试件，实验过程中进行俯视三维裂缝拍摄，实现了三维动态可视化水力压裂，如图6所示。
本发明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。
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。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (8)
1.一种基于冰块压裂的可视化试验方法，其特征在于，包括：试件制作步骤及压裂试验步骤；其中，
所述试件制作步骤包括：
制作井筒并进行井筒密封；
采用薄片粘贴于密封后的井筒的出液端口预制起裂裂缝；
预制作天然裂缝；
在一容器中注入沸腾纯净水，将所述井筒的下端浸入沸腾纯净水中，并对沸腾纯净水进行冷冻，形成冰块压裂试件；
所述压裂试验步骤包括：
采用清水加入颜料配制压裂液；
将注液泵、回油桶及手摇注射泵分别与油水隔离器连接；
打开回油阀、油水隔离器、手摇注射泵连接阀及手摇注射泵注液阀，关闭油水隔离器出液阀，转动手摇注射泵，向油水隔离器内注入压裂液；
关闭所述回油阀、所述油水隔离器、所述手摇注射泵连接阀及所述手摇注射泵注液阀，打开所述油水隔离器出液阀，将油水隔离器出液口放置于废液桶内，启动注液泵并调至循环以第一设定速率匀速泵注模式开始注液，并设置第一保护压力直到压裂液流出；
连接所述油水隔离器出液口与井筒；
在试件主视、左视、俯视三个方向分别布置相机进行三维动态拍照；
调节注液泵循环以第二设定速率匀速泵注模式，设置第二保护压力，进行注液。
2.根据权利要求1所述的基于冰块压裂的可视化试验方法，其特征在于，所述薄片为圆形塑料片；圆形塑料片的直径为12mm，厚度为2mm。
3.根据权利要求1所述的基于冰块压裂的可视化试验方法，其特征在于，所述第一设定速率为2mL/min，所述第一保护压力为1MPa。
4.根据权利要求1所述的基于冰块压裂的可视化试验方法，其特征在于，所述第二设定速率为10mL/min，所述第二保护压力为50MPa。
5.一种基于冰块压裂的可视化试验方法，其特征在于，包括：试件制作步骤及压裂试验步骤；其中，
所述试件制作步骤包括：
制作井筒并进行井筒密封；
采用薄片粘贴于密封后的井筒的出液端口预制起裂裂缝；
预制作天然裂缝；
在一容器中注入沸腾纯净水，将所述井筒的下端浸入沸腾纯净水中，并对沸腾纯净水进行冷冻，形成冰块压裂试件；
所述压裂试验步骤包括：
采用清水加入颜料配制压裂液；
将注液泵、回油桶及手摇注射泵分别与油水隔离器连接；
打开回油阀、油水隔离器、手摇注射泵连接阀及手摇注射泵注液阀，关闭油水隔离器出液阀，转动手摇注射泵，向油水隔离器内注入压裂液；
关闭所述回油阀、所述油水隔离器、所述手摇注射泵连接阀及所述手摇注射泵注液阀，打开所述油水隔离器出液阀，将油水隔离器出液口放置于废液桶内，启动注液泵并调至循环以第一设定速率匀速泵注模式开始注液，并设置第一保护压力直到压裂液流出；
连接所述油水隔离器出液口与井筒；
在试件俯视方向布置相机进行动态拍摄；
在冰块压裂试件四个侧面的垂直方向分别加载设定压力；
调节注液泵循环以第二设定速率匀速泵注模式，设置第二保护压力，进行注液。
6.根据权利要求5所述的基于冰块压裂的可视化试验方法，其特征在于，所述薄片为圆形塑料片；圆形塑料片的直径为12mm，厚度为2mm。
7.根据权利要求5所述的基于冰块压裂的可视化试验方法，其特征在于，所述第一设定速率为2mL/min，所述第一保护压力为1MPa。
8.根据权利要求5所述的基于冰块压裂的可视化试验方法，其特征在于，所述第二设定速率为10mL/min，所述第二保护压力为50MPa。
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