CN108732010B - 一种压裂裂缝的模拟及评价装置及方法 - Google Patents

一种压裂裂缝的模拟及评价装置及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108732010B
CN108732010B CN201710272321.0A CN201710272321A CN108732010B CN 108732010 B CN108732010 B CN 108732010B CN 201710272321 A CN201710272321 A CN 201710272321A CN 108732010 B CN108732010 B CN 108732010B
Authority
CN
China
Prior art keywords
core sample
fracture
core
fracturing
axis direction
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201710272321.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108732010A (zh
Inventor
陈鹏飞
刘友权
原励
王川
张亚东
熊颖
李伟
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Petrochina Co Ltd
Original Assignee
Petrochina Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Petrochina Co Ltd filed Critical Petrochina Co Ltd
Priority to CN201710272321.0A priority Critical patent/CN108732010B/zh
Publication of CN108732010A publication Critical patent/CN108732010A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108732010B publication Critical patent/CN108732010B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/08—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady tensile or compressive forces
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N17/00—Investigating resistance of materials to the weather, to corrosion, or to light
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/0058—Kind of property studied
    • G01N2203/006—Crack, flaws, fracture or rupture
    • G01N2203/0062—Crack or flaws
    • G01N2203/0064—Initiation of crack
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/0058—Kind of property studied
    • G01N2203/006—Crack, flaws, fracture or rupture
    • G01N2203/0062—Crack or flaws
    • G01N2203/0066—Propagation of crack
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
    • G01N2203/022—Environment of the test
    • G01N2203/0222—Temperature
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
    • G01N2203/022—Environment of the test
    • G01N2203/0236—Other environments
    • G01N2203/024—Corrosive
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
    • G01N2203/025—Geometry of the test
    • G01N2203/0256—Triaxial, i.e. the forces being applied along three normal axes of the specimen

Abstract

本发明公开了一种压裂裂缝的模拟及评价装置及方法，属于压裂酸化领域。该装置包括：岩心夹持机构，用于夹持边长500‑1000mm，内部埋置有模拟井筒的立方体形岩心样品；真三轴应力加载机构，对岩心样品施加X轴方向、Y轴方向及Z轴方向上的三轴应力；加热机构，将岩心样品加热至预设温度；酸液及压裂液注入机构，将酸液及压裂液注入岩心样品的模拟井筒中，使岩心样品起裂并延伸裂缝；裂缝表征机构，用于将裂缝表征物注入岩心样品的裂缝中；缝网评价机构，用于根据裂缝中的裂缝表征物，评价岩心样品的缝网；压裂数据采集及处理机构，用于获取表征岩心样品模拟起裂过程的数据，处理并输出。该装置能准确定位和描述复杂或细小裂缝进行，评价裂缝轨迹和体积。

Description

一种压裂裂缝的模拟及评价装置及方法
技术领域
本发明涉及压裂酸化领域，特别涉及一种压裂裂缝的模拟及评价装置及方法。
背景技术
在油气井增产作业过程中，通常采用压裂酸化工艺在油气储层中形成高渗透能力的裂缝，以增大渗流能力，明确压裂酸化的裂缝扩展机理对于提高产能以及非常规储层的开发具有重要的意义。目前，多采用真三轴应力下的裂缝模拟装置来对岩心样品的裂缝形态进行研究，来反映岩心在地层中的真实起裂以及起裂后的渗流情况，进而针对特定储层有效指导压裂酸化设计。可见，提供一种能模拟真三轴应力下起裂以及对裂缝进行评价的装置十分必要。
现有技术提供了一种真三轴受力条件下页岩水力压裂损伤演化装置，该装置包括真三轴加载机构、水力压裂机构、变形测试机构和声发射监测机构；所述真三轴加载机构用于模拟页岩样品的真三轴受力状态；所述水力压裂机构用于对页岩样品施加不同的静水压力；所述变形测试机构用于测试页岩样品在压裂过程中的横向、轴向的变形；所述声发射监测机构用于监测真三轴受力条件下页岩样品在水力压裂时裂纹扩展的声发射特征、平面与三维损伤定位、以及裂纹的演化过程。
发明人发现现有技术至少存在以下问题：
现有技术提供的装置采用声发射监测机构，其能量较低，难以准确地对复杂或细小裂缝进行定位和描述，也无法准确地评价裂缝形态轨迹和体积。并且，现有技术提供的装置适用于小体积的岩心样品，无法真实模拟缝网形成过程。
发明内容
本发明实施例提供了一种压裂裂缝的模拟及评价装置及方法。具体技术方案如下：
一方面，提供了一种压裂裂缝的模拟及评价装置，所述装置包括：岩心夹持机构，用于夹持边长为500-1000mm，且内部埋置有模拟井筒的立方体形岩心样品；
真三轴应力加载机构，用于对所述岩心样品施加X轴方向、Y轴方向及Z轴方向上的三轴应力，以模拟所述岩心样品的真三轴受力状态；
加热机构，用于将所述岩心样品加热至预设温度；
酸液及压裂液注入机构，用于将酸液及压裂液注入所述岩心样品的模拟井筒中，使所述岩心样品起裂并延伸裂缝，以模拟所述岩心样品的压裂及酸化过程；
裂缝表征机构，用于将裂缝表征物通过所述模拟井筒注入所述岩心样品的裂缝中；
缝网评价机构，用于根据所述岩心样品的裂缝中的所述裂缝表征物，来评价所述岩心样品的缝网；
压裂数据采集及处理机构，用于获取表征所述岩心样品模拟起裂过程的数据，然后进行处理并输出。
具体地，所述岩心夹持机构包括：位于承重支架上的岩心夹持组件、岩心装卸组件；
所述岩心夹持组件包括立方体形铜套、承压板、哈氏合金通透板；
所述岩心样品位于X轴方向、Y轴方向及Z轴方向上的第一平面、第二平面和第三平面分别紧贴所述哈氏合金通透板，并置于具有接口管线的所述立方体形铜套内，所述承压板紧压在所述立方体形铜套外部；
所述岩心装卸组件，用于在所述岩心夹持组件中置入或取出所述岩心样品。
具体地，所述真三轴应力加载机构包括3个液压缸、以及与所述液压缸相连接的伺服跟踪器和压力变送器；
3个所述液压缸分别与所述承压板连接，用于对所述岩心样品的第一平面、第二平面和第三平面施加三轴应力；
所述压力变送器用于实时测定所述岩心样品在X轴方向、Y轴方向及Z轴方向的压力值，并将测量得到的压力值与预设压力值进行比较，根据比较结果决定是否启动所述伺服跟踪器对所施加的三轴应力进行压力补偿。
具体地，所述加热机构包括：通过输油管线连接的加热油储罐和第一双缸恒速恒压泵、以及加热组件；
所述输油管线的两端分别与所述立方体形铜套下部设置的进口和出口连通；
所述加热组件包括设置在所述输油管线内的多个管道电加热管、温控仪、以及同时与所述管道电加热管和所述温控仪连接的热电偶。
具体地，所述酸液及压裂液注入机构包括第二双缸恒速恒压泵、酸液注入泵、多个哈氏合金罐、压力传感器、在线加热器及连接管线；
多个所述哈氏合金罐用于盛装压裂液或酸液，所述第一双缸恒速恒压泵用于将所述哈氏合金罐中的压裂液或酸液泵入所述岩心样品中；
所述酸液注入泵用于将所述哈氏合金罐中的酸液大排量地泵入所述岩心样品中；
所述压力传感器用于测量所述压裂液或酸液的注入压力；
所述在线加热器的一端通过连接管线分别与所述第二双缸恒速恒压泵和所述酸液注入泵连接，另一端通过连接管线与所述模拟井筒连接，用于在所述压裂液或酸液泵入所述岩心样品之前，对所述压裂液或酸液进行加热。
具体地，所述裂缝表征机构包括通过裂缝表征物输送管线连接的裂缝表征物储罐、高压恒流泵和设置在所述裂缝表征物输送管线上的流量计；
所述裂缝表征物输送管线还与所述在线加热器连接，用于使裂缝表征物经所述在线加热器加热至融化后，再通过所述模拟井筒泵送至所述岩心样品中直至充满裂缝。
具体地，所述裂缝表征物为石蜡或者合金。
具体地，所述缝网评价机构包括岩心反应装置，用于将被所述裂缝表征物所表征的岩心样品与盐酸反应，去除岩心，获取由所述裂缝表征物形成的裂缝模型；
手持扫描仪，用于对所述裂缝模型进行扫描，获取多个扫描图像；
影像分析仪，用于对所述扫描图像进行分析。
另一方面，提供了利用上述的装置对压裂裂缝进行模拟及评价的方法，所述方法包括：利用岩心夹持机构夹持边长为500-1000mm，且内部埋置有模拟井筒的立方体形岩心样品；
利用真三轴应力加载机构对所述岩心样品施加X轴方向、Y轴方向及Z轴方向上的三轴应力，以模拟所述岩心样品的真三轴受力状态；
利用加热机构将所述岩心样品加热至预设温度；
在所述预设温度以及预设压力下，利用酸液及压裂液注入机构将酸液及压裂液注入所述岩心样品的模拟井筒中，使所述岩心样品起裂并延伸裂缝，以模拟所述岩心样品的压裂及酸化过程；
待所述岩心样品的缝网形成后，利用裂缝表征机构将裂缝表征物通过所述模拟井筒注入所述岩心样品的裂缝中，直至所述裂缝表征物充满所述岩心样品的裂缝；
从所述岩心夹持机构中取出被表征的所述岩心样品，根据所述岩心样品的裂缝中的所述裂缝表征物，利用所述缝网评价机构来评价所述岩心样品的缝网；
在模拟所述岩心样品的压裂及酸化的过程中，利用压裂数据采集及处理机构来获取表征所述岩心样品模拟起裂过程的数据，然后进行处理并输出。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
本发明实施例提供的装置，通过设置岩心夹持机构，能够夹持边长为500-1000mm的大尺寸岩心样品，该尺寸的岩心样品达到能够忽略边界渗流条件的影响，承压范围大，能够模拟高应力差条件下的起裂过程及缝网形成过程。通过真三轴应力加载机构来对岩心样品提供真三轴应力，以模拟岩心在储层中受力状态。通过加热机构来将岩心样品加热至预设温度，以使岩心达到储层温度和裂缝表征物温度要求。通过设置酸液及压裂液注入机构和压裂数据采集及处理机构，能够准确模拟岩心的起裂及压裂过程，同时满足不同压裂参数的模拟。通过设置裂缝表征机构和缝网评价机构，能够对岩心样品中所形成的裂缝进行定位和描述，并且对于复杂或者细小的裂缝也能达到同样的效果，实现准确评价缝网形态。这对于研究裂缝延伸机理，提高页岩气体积压裂，指导页岩施工作业具有重要意义。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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是本发明实施例提供的压裂裂缝的模拟及评价装置的连接关系示意图；
图2是本发明实施例提供的压裂裂缝的模拟及评价装置的局部结构示意图。
附图标记分别表示：
1 岩心夹持机构，
101 模拟井筒，
2 真三轴应力加载机构，
3 加热机构，
301 加热油储罐，
302 第一双缸恒速恒压泵，
4 酸液及压裂液注入机构，
401 第二双缸恒速恒压泵，
402 酸液注入泵，
403 哈氏合金罐，
404 压力传感器，
405 在线加热器，
5 裂缝表征机构，
501 裂缝表征物储罐，
502 高压恒流泵，
6 缝网评价机构，
7 压裂数据采集及处理机构，
8 压差传感器，
9 安全阀。
具体实施方式
除非另有定义，本发明实施例所用的所有技术术语均具有与本领域技术人员通常理解的相同的含义。为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
第一方面，本发明实施例提供了一种压裂裂缝的模拟及评价装置，如附图1及附图2所示，该装置包括岩心夹持机构1、真三轴应力加载机构2、加热机构3、酸液及压裂液注入机构4、裂缝表征机构5、缝网评价机构6以及压裂数据采集及处理机构7。其中，岩心夹持机构1用于夹持边长为500-1000mm，且内部埋置有模拟井筒101的立方体形岩心样品。真三轴应力加载机构2用于对岩心样品施加X轴方向、Y轴方向及Z轴方向上的三轴应力，以模拟岩心样品的真三轴受力状态。加热机构3用于将岩心样品加热至预设温度。酸液及压裂液注入机构4用于将酸液及压裂液注入岩心样品的模拟井筒101中，使岩心样品起裂并延伸裂缝，以模拟岩心样品的压裂及酸化过程。裂缝表征机构5用于将裂缝表征物通过模拟井筒101注入岩心样品的裂缝中。缝网评价机构6用于根据岩心样品的裂缝中的裂缝表征物，来评价岩心样品的缝网。压裂数据采集及处理机构7用于获取表征岩心样品模拟起裂过程的数据，然后进行处理并输出。
以下就该装置的工作原理给予阐述：
选取边长为500-1000mm，且内部埋置有模拟井筒101的立方体形岩心样品，然后利用岩心夹持机构1来对其进行夹持。然后，利用真三轴应力加载机构2对岩心样品施加X轴方向、Y轴方向及Z轴方向上的三轴应力，以模拟岩心样品的真三轴受力状态。然后，利用加热机构3将岩心样品加热至预设的温度，以使岩心达到储层温度和裂缝表征物温度要求。在预设的温度以及预设压力下，利用酸液及压裂液注入机构4将酸液及压裂液注入岩心样品的模拟井筒101中，使岩心样品起裂并延伸裂缝，以模拟岩心样品的压裂及酸化过程。待岩心样品的缝网形成后，利用裂缝表征机构5将裂缝表征物通过模拟井筒101注入岩心样品的裂缝中，直至裂缝表征物充满岩心样品的裂缝。从岩心夹持机构1中取出被表征的岩心样品，根据岩心样品的裂缝中的裂缝表征物，利用缝网评价机构6来评价岩心样品的缝网。在利用过程中，利用压裂数据采集及处理机构7来获取表征岩心样品模拟起裂过程的数据，然后进行处理并输出，从而准确表征并再现裂缝起裂过程。
可见，本发明实施例提供的装置，通过设置岩心夹持机构1，能够夹持边长为500-1000mm的大尺寸岩心样品，该尺寸的岩心样品达到能够忽略边界渗流条件的影响，承压范围大，能够模拟高应力差条件下的起裂过程及缝网形成过程。通过真三轴应力加载机构2来对岩心样品提供真三轴应力，以模拟岩心在储层中受力状态。通过加热机构3来将岩心样品加热至预设温度，以使岩心达到储层温度和裂缝表征物温度要求。通过设置酸液及压裂液注入机构4和压裂数据采集及处理机构7，能够准确模拟岩心的起裂及压裂过程，同时满足不同压裂参数的模拟。通过设置裂缝表征机构5和缝网评价6，能够对岩心样品中所形成的裂缝进行定位和描述，并且对于复杂或者细小的裂缝也能达到同样的效果，实现准确评价缝网形态。这对于研究裂缝延伸机理，提高页岩气体积压裂，指导页岩施工作业具有重要意义。
该装置适用于较大体积的岩心样品，该岩心样品呈立方体性，边长可以为500mm、600mm、700mm、800mm、1000mm等。在岩心样品具有如上体积的基础上，其可承受高达80MPa的压力，并可承受高达210℃的高温，从而能真实准确地模拟岩心样品的缝网形成及转向过程。
基于上述岩心样品为立方体形结构，本发明实施例提供的岩心夹持机构1包括：位于承重支架上的岩心夹持组件、岩心装卸组件。岩心夹持组件包括立方体形铜套、承压板、哈氏合金通透板；岩心样品位于X轴方向、Y轴方向及Z轴方向上的第一平面、第二平面和第三平面分别紧贴哈氏合金通透板，并置于具有接口管线的立方体形铜套内，承压板紧压在立方体形铜套外部。岩心装卸组件，用于在岩心夹持组件中置入或取出岩心样品。
其中，立方体形铜套不仅适用于上述尺寸的立方体形岩心样品，并且利于耐高温、高压。哈氏合金通透板上均匀分布有多个通孔，以使酸液及压裂液均匀地注入或流出。通过在岩心样品的端面加工盲孔，将模拟井筒101粘结在该盲孔内部，以使酸液或压裂液通过模拟井筒101注入到岩心样品中。
在进行压裂液或酸液压裂时，利用岩心装卸组件将岩心样品置入并密封到立方体形铜套中，压裂液或酸液由岩心样品上预设的模拟井筒101(其内径可以为20mm)注入，对岩心样品进行模拟压裂。待岩心样品起裂后，压裂液或酸液经由哈氏合金通透板从立方体形铜套上设置的接口管线流出。
为了使岩心样品能够真实地模拟岩心在储层中受力状态，采用真三轴应力加载机构2来对岩心样品提供真三轴应力。对于真三轴应力加载机构2来说，其包括3个液压缸、以及与液压缸相连接的伺服跟踪器和压力变送器；3个液压缸分别与承压板连接，用于对岩心样品的第一平面、第二平面和第三平面施加三轴应力；压力变送器用于实时测定岩心样品在X轴方向、Y轴方向及Z轴方向的压力值，并将测量得到的压力值与预设压力值进行比较，根据比较结果决定是否启动伺服跟踪器对所施加的三轴应力进行压力补偿。其中，在进行压力补偿的过程中，控制精度为0.1％左右。
本发明实施例使用加热机构3来对岩心样品进行加热，具体地，加热机构3包括：通过输油管线连接的加热油储罐301和第一双缸恒速恒压泵302、以及加热组件；输油管线的两端分别与立方体形铜套下部设置的进口和出口连通；加热组件包括多个设置在输油管线内的管道电加热管、温控仪、以及同时与管道电加热管和温控仪连接的热电偶。
可以理解的是，上述管道电加热管为插管式结构，在对岩心样品加热时，利用管道电加热管对输油管线内的油品进行加热，同时，利用热电偶实时测量该加热温度并传递至温控仪进行控制，保证岩心夹持组件的温度满足预设的地层温度(即使岩心样品的温度达到储层温度)以及裂缝表征物的要求温度。加热后的热油通过第一双缸恒速恒压泵302由输油管线泵入到立方体形铜套内来加热岩心样品，然后再由输油管线回输至加热油储罐301中以待再次循环使用。
其中，上述热电偶的控温精度为0.1级，通过与温控仪配合使用，以确保岩心夹持组件101处于预设的温度范围，例如20℃-150℃之间，例如30℃、50℃、70℃、90℃、100℃、110℃、120℃、130℃、140℃等，如此能够准确控制加热温度，满足储层和裂缝表征物温度要求。
本发明实施例通过酸液及压裂液注入机构4将酸液或压裂液注入到岩心样品中。具体地，该酸液及压裂液注入机构4包括：第二双缸恒速恒压泵401、酸液注入泵402、多个哈氏合金罐403、压力传感器404、在线加热器405及连接管线。
多个哈氏合金罐403用于分别盛装压裂液和酸液，其与连接管线与第二双缸恒速恒压泵401连接，第二双缸恒速恒压泵401又通过连接管线与压力传感器404和模拟井筒101连接，以将加热后的压裂液通过模拟井筒101泵入岩心样品中。酸液注入泵402通过连接管线与在线加热器405和模拟井筒101连接，用于将哈氏合金罐403中的酸液大排量地泵入岩心样品中，从而使起裂后的岩心样品中的裂缝有效延伸。可见，在线加热器405的一端通过连接管线分别与第二双缸恒速恒压泵401和酸液注入泵402连接，另一端通过连接管线与模拟井筒101连接。
其中，盛装压裂液的哈氏合金罐403中设置有搅拌器，且搅拌器的搅拌速来为1-500rpm，以搅匀更宽粘度范围的压裂液。可以理解的是，优选使用3个容积为2000ml的哈氏合金罐403，且3个哈氏合金罐403中均设置有活塞。双缸恒速恒压泵用于将哈氏合金罐403中的压裂液或酸液泵入岩心样品中，使岩心样品起裂，其泵注压力可达45-55MPa，流量可达100-150ml/min。当在岩心样品起裂后，通过气动阀自动切换至酸液注入泵402，将哈氏合金罐403中的酸液大排量地泵入岩心样品中，在岩心样品中模拟酸化起裂后的裂缝延伸。该酸液注入泵402的泵注压力范围在常压至10MPa之间，其排量可达到1000ml/min或以上。
可以理解的是，本发明实施例中，各个用于连接的连接管线或者输送管线上均设置有多个截止阀，以便于对流体输送进行控制。并且，在立方体形铜套和模拟井筒101的进液管线之间还设置有差压传感器8，用于测量流体的两点之间的压差，其中，压差传感器8可以设置为两组，量程分别为0-0.25MPa和0-5MPa，两者的精度均为0.1％FS。在压差传感器8的连接管线上还设置有安全阀9，以确保压裂测试的安全进行。
在进行上述压裂酸化的过程中，压裂液或酸液在泵入岩心样品之前需要利用在线加热器405对其进行加热至预定的温度，其中在线加热器405可由加热盘管及循环油浴组成，其加热功率可达2000w及以上。而在压裂液或酸液泵进入在线加热器405之前，需要压力传感器404来测量压裂液或酸液的注入压力，以获取岩心样品的压裂条件，为评价压裂效果提供数据基础，其中压力传感器404的量程为0-35MPa。
在上述压裂酸化评价过程中，采用数据采集及处理系统7获取表征岩心样品模拟起裂过程的数据，然后进行处理并输出，从而为压裂模拟过程提供数据支持。本领域技术人员可以理解的是，数据采集及处理系统7包括数据采集和控制卡、通讯转接卡、端子板、工控机、打印机及控制、采集处理软件等。数据采集与处理系统可自动采集导流室进出口压差，液体流量，导流室左右位移，导流室进出口温度，自动控制高压恒流泵502的流量，闭合压力自动变换，闭合压力自动补偿，采集各参数与时间关系曲线。
待岩心样品中的缝网形成后，使用缝网表征机构5对形成的缝网进行表征。具体地，裂缝表征机构5包括：通过裂缝表征物输送管线连接的裂缝表征物储罐501和高压恒流泵502、以及设置在该裂缝表征物输送管线上的流量计；裂缝表征物输送管线还与在线加热器405连接，用于使裂缝表征物经在线加热器405加热至融化后，再通过模拟井筒101泵送至岩心样品中直至充满裂缝。
可见，裂缝表征物为低熔点惰性物质，其高温可融化并且低温可固化，同时不会与岩心样品发生反应，能够完全充满岩心样品中的裂缝。由于岩心样品为黑色的，为了满足上述裂缝表征物温度要求，便于在特定温度下融化和固化，同时便于识别固化在裂缝中的裂缝表征物，将裂缝表征物限定为石蜡或者合金。其中，合金由铋：铅：锡：镉以4：2：1：1的质量比构成，如此可使得裂缝模型的形成更加容易、可靠和准确。
在此过程中，为了便于获取进入岩心样品裂缝中的裂缝表征物的体积，进而获取岩心样品中裂缝的体积，在裂缝表征物输送管线上设置流量计。
待裂缝表征物在岩心样品的裂缝中固化之后，利用缝网评价机构6来对多个裂缝形成的缝网进行评价。具体地，该缝网评价机构6包括岩心反应装置，用于将被裂缝表征物所表征的岩心样品与盐酸(质量浓度可以为20％)反应，去除岩心，获取由裂缝表征物形成的裂缝模型；手持扫描仪，用于对裂缝模型进行扫描，获取多个扫描图像；影像分析仪，用于对扫描图像进行分析，从而回归裂缝形成动态过程和裂缝体积。
具体地，通过岩心装卸组件将岩心样品从立方体形铜套中取出，然后利用反应装置将岩心样品与盐酸反应，然后采用手持扫描仪对裂缝模型进行扫描，获得能表征裂缝形态的扫描图像。通过对该扫描图像进行肉眼观察，可以获取裂缝的宏观走向。为了对该缝网进行更加精细的解释，通过影像分析仪对扫描图像进行分析，能够获得裂缝的大小及走向，裂缝波及体积大小。
第二方面，本发明实施例提供了利用上述的装置对压裂裂缝进行模拟及评价的方法，该方法包括：在岩心夹持机构1内放置岩心样品。
利用真三轴应力加载机构2对岩心样品施加X轴方向、Y轴方向及Z轴方向上的三轴应力，以模拟岩心样品的真三轴受力状态。
利用加热机构3将岩心样品加热至预设的温度。
在预设的温度以及预设压力下，利用酸液及压裂液注入机构4将酸液及压裂液注入岩心样品的模拟井筒101中，使岩心样品起裂并延伸裂缝，以模拟岩心样品的压裂及酸化过程。
待岩心样品的缝网形成后，利用裂缝表征机构将裂缝表征物通过模拟井筒101注入岩心样品的裂缝中，直至裂缝表征物充满岩心样品的裂缝。
从岩心夹持机构1中取出被表征的岩心样品，根据岩心样品的裂缝中的裂缝表征物，利用缝网评价机构6来评价岩心样品的缝网。
在模拟岩心样品的压裂及酸化过程中，利用压裂数据采集及处理机构7来获取表征岩心样品模拟起裂过程的数据，然后进行处理并输出。
具体地，上述利用缝网评价机构6来评价岩心样品的缝网，包括：利用岩心反应装置将被裂缝表征物所表征的岩心样品与盐酸反应，获取由裂缝表征物形成的裂缝模型。然后采用手持扫描仪对该裂缝模型进行扫描，获得能表征裂缝形态的扫描图像。通过对该扫描图像进行肉眼观察，可以获取裂缝的宏观走向。为了对该缝网进行更加精细的解释，通过影像分析仪对各个扫描图像进行分析，以回归裂缝形成动态过程和裂缝体积。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种压裂裂缝的模拟及评价装置，其特征在于，所述装置包括：岩心夹持机构(1)，用于夹持边长为500-1000mm，且内部埋置有模拟井筒(101)的立方体形岩心样品；
真三轴应力加载机构(2)，用于对所述岩心样品施加X轴方向、Y轴方向及Z轴方向上的三轴应力，以模拟所述岩心样品的真三轴受力状态；
加热机构(3)，用于将所述岩心样品加热至预设温度；
酸液及压裂液注入机构(4)，用于将酸液及压裂液注入所述岩心样品的模拟井筒(101)中，使所述岩心样品起裂并延伸裂缝，以模拟所述岩心样品的压裂及酸化过程；
裂缝表征机构(5)，用于将裂缝表征物通过所述模拟井筒(101)注入所述岩心样品的裂缝中；
缝网评价机构(6)，用于根据所述岩心样品的裂缝中的所述裂缝表征物，来评价所述岩心样品的缝网；
压裂数据采集及处理机构(7)，用于获取表征所述岩心样品模拟起裂过程的数据，然后进行处理并输出；
所述酸液及压裂液注入机构(4)包括第二双缸恒速恒压泵(401)、酸液注入泵(402)、多个哈氏合金罐(403)、压力传感器(404)、在线加热器(405)及连接管线；
多个所述哈氏合金罐(403)用于盛装压裂液或酸液，所述第二双缸恒速恒压泵(401)用于将所述哈氏合金罐(403)中的所述压裂液或所述酸液泵入所述岩心样品中，盛装所述压裂液的哈氏合金罐(403)中设置有搅拌器；
所述酸液注入泵(402)用于将盛装所述酸液的哈氏合金罐(403)中的所述酸液大排量地泵入所述岩心样品中；
所述压力传感器(404)用于测量所述压裂液或所述酸液的注入压力；
所述在线加热器(405)的一端通过连接管线分别与所述第二双缸恒速恒压泵(401)和所述酸液注入泵(402)连接，另一端通过连接管线与所述模拟井筒(101)连接，用于在所述压裂液或所述酸液泵入所述岩心样品之前，对所述压裂液或所述酸液进行加热；
所述酸液及压裂液注入机构(4)还包括气动阀，用于在所述岩心样品起裂后自动切换至所述酸液注入泵(402)。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述岩心夹持机构(1)包括：位于承重支架上的岩心夹持组件、岩心装卸组件；
所述岩心夹持组件包括立方体形铜套、承压板、哈氏合金通透板；
所述岩心样品位于X轴方向上的第一平面紧贴第一哈氏合金通透板，所述岩心样品位于Y轴方向上的第二平面紧贴第二哈氏合金通透板，所述岩心样品位于Z轴方向上的第三平面紧贴第三哈氏合金通透板，并将所述岩心样品置于具有接口管线的所述立方体形铜套内，所述承压板紧压在所述立方体形铜套外部；
所述岩心装卸组件，用于在所述岩心夹持组件中置入或取出所述岩心样品。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述真三轴应力加载机构(2)包括3个液压缸、以及与所述液压缸相连接的伺服跟踪器和压力变送器；
3个所述液压缸分别与所述承压板连接，用于对所述岩心样品的第一平面、第二平面和第三平面施加三轴应力；
所述压力变送器用于实时测定所述岩心样品在X轴方向、Y轴方向及Z轴方向的压力值，并将测量得到的压力值与预设压力值进行比较，根据比较结果决定是否启动所述伺服跟踪器对所施加的三轴应力进行压力补偿。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述加热机构(3)包括：通过输油管线连接的加热油储罐(301)和第一双缸恒速恒压泵(302)、以及加热组件；
所述输油管线的两端分别与所述立方体形铜套下部设置的进口和出口连通；
所述加热组件包括设置在所述输油管线内的多个管道电加热管、温控仪、以及同时与所述管道电加热管和所述温控仪连接的热电偶。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述裂缝表征机构(5)包括通过裂缝表征物输送管线连接的裂缝表征物储罐(501)和高压恒流泵(502)、以及设置在所述裂缝表征物输送管线上的流量计；
所述裂缝表征物输送管线还与所述在线加热器连接，用于使裂缝表征物经所述在线加热器加热至融化后，再通过所述模拟井筒(101)泵送至所述岩心样品中直至充满裂缝。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述裂缝表征物为石蜡或者合金。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述缝网评价机构(6)包括岩心反应装置，用于将被所述裂缝表征物所表征的岩心样品与盐酸反应，去除岩心，获取由所述裂缝表征物形成的裂缝模型；
手持扫描仪，用于对所述裂缝模型进行扫描，获取多个扫描图像；
影像分析仪，用于对所述扫描图像进行分析。
8.利用权利要求1-7任一项所述的装置对压裂裂缝进行模拟及评价的方法，其特征在于，所述方法包括：利用岩心夹持机构(1)夹持边长为500-1000mm，且内部埋置有模拟井筒(101)的立方体形岩心样品；
利用真三轴应力加载机构(2)对所述岩心样品施加X轴方向、Y轴方向及Z轴方向上的三轴应力，以模拟所述岩心样品的真三轴受力状态；
利用加热机构(3)将所述岩心样品加热至预设温度；
在所述预设温度以及预设压力下，利用酸液及压裂液注入机构(4)将酸液及压裂液注入所述岩心样品的模拟井筒(101)中，使所述岩心样品起裂并延伸裂缝，以模拟所述岩心样品的压裂及酸化过程；
待所述岩心样品的缝网形成后，利用裂缝表征机构(5)将裂缝表征物通过所述模拟井筒(101)注入所述岩心样品的裂缝中，直至所述裂缝表征物充满所述岩心样品的裂缝；
从所述岩心夹持机构(1)中取出被表征的所述岩心样品，根据所述岩心样品的裂缝中的所述裂缝表征物，利用所述缝网评价机构(6)来评价所述岩心样品的缝网；
在模拟所述岩心样品的压裂及酸化的过程中，利用压裂数据采集及处理机构(7)来获取表征所述岩心样品模拟起裂过程的数据，然后进行处理并输出。
CN201710272321.0A 2017-04-24 2017-04-24 一种压裂裂缝的模拟及评价装置及方法 Active CN108732010B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710272321.0A CN108732010B (zh) 2017-04-24 2017-04-24 一种压裂裂缝的模拟及评价装置及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710272321.0A CN108732010B (zh) 2017-04-24 2017-04-24 一种压裂裂缝的模拟及评价装置及方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108732010A CN108732010A (zh) 2018-11-02
CN108732010B true CN108732010B (zh) 2021-06-01

Family

ID=63934474

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710272321.0A Active CN108732010B (zh) 2017-04-24 2017-04-24 一种压裂裂缝的模拟及评价装置及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108732010B (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110984942A (zh) * 2019-11-18 2020-04-10 中国石油集团川庆钻探工程有限公司 一种动态模拟页岩压裂缝网可视化实验装置
CN110924933A (zh) * 2019-11-18 2020-03-27 中国石油集团川庆钻探工程有限公司 一种动态模拟页岩压裂缝网可视化实验方法
CN110987639A (zh) * 2019-12-16 2020-04-10 重庆大学 冷冻法确定真三轴水力压裂裂隙扩展体积和裂缝形态的方法
CN111610100B (zh) * 2020-04-13 2021-11-30 中国石油天然气股份有限公司 一种水力压裂模拟实验装置及实验方法
CN111855357B (zh) * 2020-08-04 2022-08-23 东北石油大学 模拟局部脆性特征功能性压裂岩心制作与裂缝监测装置
CN114810022B (zh) * 2021-01-21 2023-08-22 中国石油天然气股份有限公司 页岩油在线压裂驱替模拟装置及方法
CN116380679A (zh) * 2023-03-13 2023-07-04 中国矿业大学 一种可追踪裂缝扩展路径的干热岩压裂实验机及实验方法

Citations (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101864949A (zh) * 2010-06-18 2010-10-20 西南石油大学 一种模拟酸刻蚀裂缝导流能力的测试装置及方法
CN101968348A (zh) * 2010-09-07 2011-02-09 中国石油大学(北京) 对压裂裂缝进行可视化监测的方法
CN102108852A (zh) * 2009-12-29 2011-06-29 中国石油天然气股份有限公司 一种致密砂岩储层多裂缝改造方法
CN102587886A (zh) * 2012-03-20 2012-07-18 西南石油大学 一种酸蚀裂缝导流能力的测试装置及测试方法
CN102607950A (zh) * 2012-03-05 2012-07-25 山东科技大学 一种岩石剪切渗流耦合真三轴试验系统
CN102928556A (zh) * 2012-10-29 2013-02-13 西南石油大学 酸压裂缝内酸液指进大尺寸可视化物理模拟装置及方法
CN102925133A (zh) * 2012-10-16 2013-02-13 中国石油天然气股份有限公司 用于控制裂缝延伸高度的压裂液和压裂方法
CN104122181A (zh) * 2013-04-26 2014-10-29 中国石油天然气集团公司 入井液对储层渗透率损害评价装置
CN104131803A (zh) * 2013-05-10 2014-11-05 中国石油大学(北京) 一种评价页岩压裂形成缝网能力的实验方法
CN104407103A (zh) * 2014-11-25 2015-03-11 江苏华安科研仪器有限公司 一种多角度酸蚀裂缝导流能力测试装置
CN104832169A (zh) * 2015-05-30 2015-08-12 重庆地质矿产研究院 水平井两井同步或异步多段分簇压裂室内实验井筒装置及方法
CN105114049A (zh) * 2015-09-17 2015-12-02 中国石油大学(北京) 一种模拟sagd过程中水力压裂作用机理的实验装置
CN105136581A (zh) * 2015-09-10 2015-12-09 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 一种多功能致裂模拟测试系统及方法
CN105443121A (zh) * 2015-11-18 2016-03-30 中国科学院武汉岩土力学研究所 碳酸盐岩酸化压裂模拟试样和制备方法、模拟装置和方法
CN105756645A (zh) * 2014-12-16 2016-07-13 中国石油化工股份有限公司 页岩中裂缝扩展的物理模拟系统及方法
CN106290784A (zh) * 2016-08-02 2017-01-04 中国石油大学(华东) 一种酸岩反应单岩板裂缝模拟装置及其工作方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7114567B2 (en) * 2003-01-28 2006-10-03 Schlumberger Technology Corporation Propped fracture with high effective surface area
JP4775706B2 (ja) * 2006-03-06 2011-09-21 独立行政法人物質・材料研究機構 耐圧室付き耐環境特性評価試験機とこれを使用した試験方法
US7754660B2 (en) * 2007-12-18 2010-07-13 E.I. Du Pont De Nemours And Company Process to prepare zirconium-based cross-linker compositions and their use in oil field applications
CN102116145A (zh) * 2011-03-22 2011-07-06 大庆油田有限责任公司 一种低渗透油田增产增注方法

Patent Citations (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102108852A (zh) * 2009-12-29 2011-06-29 中国石油天然气股份有限公司 一种致密砂岩储层多裂缝改造方法
CN101864949A (zh) * 2010-06-18 2010-10-20 西南石油大学 一种模拟酸刻蚀裂缝导流能力的测试装置及方法
CN101968348A (zh) * 2010-09-07 2011-02-09 中国石油大学(北京) 对压裂裂缝进行可视化监测的方法
CN102607950A (zh) * 2012-03-05 2012-07-25 山东科技大学 一种岩石剪切渗流耦合真三轴试验系统
CN102587886A (zh) * 2012-03-20 2012-07-18 西南石油大学 一种酸蚀裂缝导流能力的测试装置及测试方法
CN102925133A (zh) * 2012-10-16 2013-02-13 中国石油天然气股份有限公司 用于控制裂缝延伸高度的压裂液和压裂方法
CN102928556A (zh) * 2012-10-29 2013-02-13 西南石油大学 酸压裂缝内酸液指进大尺寸可视化物理模拟装置及方法
CN104122181A (zh) * 2013-04-26 2014-10-29 中国石油天然气集团公司 入井液对储层渗透率损害评价装置
CN104131803A (zh) * 2013-05-10 2014-11-05 中国石油大学(北京) 一种评价页岩压裂形成缝网能力的实验方法
CN104407103A (zh) * 2014-11-25 2015-03-11 江苏华安科研仪器有限公司 一种多角度酸蚀裂缝导流能力测试装置
CN105756645A (zh) * 2014-12-16 2016-07-13 中国石油化工股份有限公司 页岩中裂缝扩展的物理模拟系统及方法
CN104832169A (zh) * 2015-05-30 2015-08-12 重庆地质矿产研究院 水平井两井同步或异步多段分簇压裂室内实验井筒装置及方法
CN105136581A (zh) * 2015-09-10 2015-12-09 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 一种多功能致裂模拟测试系统及方法
CN105114049A (zh) * 2015-09-17 2015-12-02 中国石油大学(北京) 一种模拟sagd过程中水力压裂作用机理的实验装置
CN105443121A (zh) * 2015-11-18 2016-03-30 中国科学院武汉岩土力学研究所 碳酸盐岩酸化压裂模拟试样和制备方法、模拟装置和方法
CN106290784A (zh) * 2016-08-02 2017-01-04 中国石油大学(华东) 一种酸岩反应单岩板裂缝模拟装置及其工作方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN108732010A (zh) 2018-11-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108732010B (zh) 一种压裂裂缝的模拟及评价装置及方法
CN106896043B (zh) 真三轴应力下模拟起裂及评价裂缝渗流的装置
CN103161455B (zh) 高温高压泥页岩井壁稳定性评价装置
CN103760085B (zh) 一种测量多尺度岩石渗透率的试验装置及其试验方法
CN103163059A (zh) 一种覆压加温下煤岩孔渗电声应力应变联测装置
CN112858020A (zh) 一种岩石三轴围压加载及渗流试验装置和方法
CN105717027A (zh) 一种模拟地下深部岩体环境的岩石渗透性测试设备
CN103674679A (zh) 缝洞型碳酸盐岩储层环境力学性能试验装置及试验方法
CN105332683B (zh) 压裂实验装置及方法
CN205404460U (zh) 一种凝胶时间测定装置
CN114518294A (zh) 一种水泥环密封能力评价装置
CN218093002U (zh) 超临界/液态co2压裂液减阻/携砂一体化评价装置
CN113389535B (zh) 一种模拟支撑剂铺置和渗透率演化的实验方法
CN111058832A (zh) 一种模拟固井二界面开裂的实验装置及方法
CN117569788B (zh) 一种深部热储压裂、渗流、驱替一体化测试装置及方法
CN211008562U (zh) 一种弱凝胶调剖剂注入性能评价装置
CN111721691B (zh) 一种管道腐蚀测试系统
CN210863452U (zh) 一种研究钻完井液渗透规律的可视化岩心夹持器
CN211086007U (zh) 高温堵漏实验装置
CN110501273B (zh) 一种研究钻完井液沿井周地层渗透规律的装置及方法
CN116026866A (zh) 一种岩石裂缝形态与裂缝宽度监测系统及方法
CN113982552A (zh) 一种表征裂缝向基质深度增能的实验装置及方法
CN207798802U (zh) 一种带压控温测试溶蜡速率装置
CN111398090A (zh) 一种油气测量装置
CN109307737B (zh) 固体防蜡剂的评价装置及评价方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant