CN108956311B - 表征薄互层压裂裂缝的方法 - Google Patents

表征薄互层压裂裂缝的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及油田开发技术领域，尤其涉及表征薄互层压裂裂缝的方法，包括：制备与薄互层具有相同力学特性的薄互层试样；模拟薄互层所处井下位置的物理条件，对薄互层试样进行水力压裂实验，直至薄互层试样破裂，获得泵压、时间、薄互层试样的压裂裂缝的起裂形态和扩展形态之间的第一对应关系；其中，在对薄互层试样进行水力压裂实验的过程中，监测获得薄互层试样产生压裂裂缝的时间、位置和压裂裂缝的空间形态特征之间的第二对应关系；对破裂的薄互层试样的破裂面进行三维扫描，获得薄互层试样的压裂裂缝的三维空间形态；基于第一对应关系、第二对应关系和三维空间形态，确定薄互层的压裂裂缝情况。本发明实现了对薄互层压裂裂缝的识别和表征。

Description

表征薄互层压裂裂缝的方法
技术领域
本发明涉及油田开发技术领域，尤其涉及表征薄互层压裂裂缝的方法。
背景技术
盐间页岩油储层由于具有分布广泛、保存完好、含油量高、地层能量充足等优点，因此成为了页岩油大规模工业开发的突破点，同时由于蒸发盐类矿物(盐岩、石膏和钙芒硝)的存在，也使盐间页岩油储层的物理力学特性有别于常规含气页岩储层，影响储层的压裂改造效果。
在页岩油储层中，岩体特性表现为多韵律的页岩油储层被称为薄互层，在现有技术中，对于薄互层而言，存在压裂裂缝难以识别和表征的问题。
发明内容
鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的表征薄互层压裂裂缝的方法。
本发明实施例提供一种表征薄互层压裂裂缝的方法，所述方法包括：
制备与所述薄互层具有相同力学特性的薄互层试样；
模拟所述薄互层所处井下位置的物理条件，对所述薄互层试样进行水力压裂实验，直至所述薄互层试样破裂，获得泵压、时间、所述薄互层试样的压裂裂缝的起裂形态和扩展形态之间的第一对应关系；其中，在对所述薄互层试样进行水力压裂实验的过程中，监测获得所述薄互层试样产生压裂裂缝的时间、位置和压裂裂缝的空间形态特征之间的第二对应关系；
对破裂的所述薄互层试样的破裂面进行三维扫描，获得所述薄互层试样的压裂裂缝的三维空间形态；
基于所述第一对应关系、所述第二对应关系和所述三维空间形态，确定所述薄互层的压裂裂缝情况。
优选的，所述制备与所述薄互层具有相同力学特性的薄互层试样，包括：
从所述薄互层采集岩心碎屑，并将所述岩心碎屑粉碎成岩心粉末；
基于所述薄互层的岩心剖面情况，确定待压制的所述岩心粉末的层数和各层所述岩心粉末的厚度；
在所述薄互层的储层温度和应力条件下，根据各层所述岩心粉末的厚度依次对各层所述岩心粉末进行压制，获得所述薄互层试样。
优选的，所述岩心粉末的尺寸小于100目。
优选的，所述水力压裂实验中的压裂液包括减阻水、滑溜水和线性胶中的至少一种。
优选的，，所述监测获得所述薄互层试样产生压裂裂缝的时间、位置和压裂裂缝的空间形态特征之间的第二对应关系，包括：
利用声发射监测系统监测获得所述薄互层试样产生压裂裂缝的时间、位置和压裂裂缝的空间形态特征之间的第二对应关系。
优选的，所述声发射监测系统的频率范围为10KHz-2.1MHz(±1dB)。
优选的，所述方法还包括：
在对所述薄互层试样进行水力压裂实验的过程中，采集所述薄互层试样的变形参数。
优选的，所述变形参数包括轴向变形量和径向变形量。
优选的，所述物理条件包括温度条件、围压条件和应力差条件中的至少一种。
本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本发明先制备与薄互层具有相同力学特性的薄互层试样，接着，模拟薄互层所处井下位置的物理条件，对薄互层试样进行水力压裂实验，直至薄互层试样破裂，获得泵压、时间、薄互层试样的压裂裂缝的起裂形态和扩展形态之间的第一对应关系，其中，在对薄互层试样进行水力压裂实验的过程中，监测获得薄互层试样产生压裂裂缝的时间、位置和压裂裂缝的空间形态特征之间的第二对应关系，然后，对破裂的薄互层试样的破裂面进行三维扫描，获得薄互层试样的压裂裂缝的三维空间形态，最后，基于第一对应关系、第二对应关系和三维空间形态，确定薄互层的压裂裂缝情况，从而实现了对薄互层压裂裂缝的识别和表征，进而为页岩油储层水力压裂优化设计提供了方法。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考图形表示相同的部件。在附图中：
图1示出了本发明实施例中表征薄互层压裂裂缝的方法的流程图；
图2示出了本发明实施例中步骤101的流程图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
本发明的实施例提供一种表征薄互层压裂裂缝的方法，如图1所示，所述方法包括：
步骤101：制备与所述薄互层具有相同力学特性的薄互层试样；
步骤102：模拟所述薄互层所处井下位置的物理条件，对所述薄互层试样进行水力压裂实验，直至所述薄互层试样破裂，获得泵压、时间、所述薄互层试样的压裂裂缝的起裂形态和扩展形态之间的第一对应关系；其中，在对所述薄互层试样进行水力压裂实验的过程中，监测获得所述薄互层试样产生压裂裂缝的时间、位置和压裂裂缝的空间形态特征之间的第二对应关系；
步骤103：对破裂的所述薄互层试样的破裂面进行三维扫描，获得所述薄互层试样的压裂裂缝的三维空间形态；
步骤104：基于所述第一对应关系、所述第二对应关系和所述三维空间形态，确定所述薄互层的压裂裂缝情况。
具体来讲，如图2所示，步骤101包括：
步骤201：从所述薄互层采集岩心碎屑，并将所述岩心碎屑粉碎成岩心粉末。
步骤202：基于所述薄互层的岩心剖面情况，确定待压制的所述岩心粉末的层数和各层所述岩心粉末的厚度。
步骤203：在所述薄互层的储层温度和应力条件下，根据各层所述岩心粉末的厚度依次对各层所述岩心粉末进行压制，获得所述薄互层试样。
在具体实施过程中，首先，从井下采集薄互层的岩心碎屑，岩心碎屑包括盐膏岩、泥岩和白云岩等，利用粉碎机和研磨机将岩心碎屑粉碎成粉末状的岩心粉末，其中，岩心粉末的尺寸小于100目。接着，采用制备规格为100mm×200mm的圆柱体模具，模具主体由两个半圆柱构成，便于制备完成后试样的拆卸，并根据井下薄互层的岩心剖面情况，确定待压制成型的岩心粉末的层数和各层岩心粉末的厚度，例如，若岩心剖面情况为包含3层，每层的厚度均为30mm，则确定出待压制的岩心粉末的层数为3层，每层岩心粉末的厚度为30mm。然后，通过对各层岩心粉末施加与井下薄互层相同的储层温度和应力条件，并向各层岩心粉末中加入粘合剂，进行压制，获得薄互层试样，其中，粘合剂可以为水或卤水。
具体地，先向岩心粉末中加入粘合剂，搅拌形成拌合物，再放入圆柱体模具中压制制样，各层拌合物分批次加入到模具中，具体地，先在所用的模具的内壁刷油，再将拌合物分批次加入到模具中，按照层状模型的制作需要，首先将拌合物铺平，并用夯实工具夯实，夯实之后在铺层表面进行刨毛之后，在刨毛后的铺层表面上涂抹一定量的粘结剂，用于模拟界面的粘结力，然后继续加入下一层拌合物，采用相同的方式继续制备下一层，直至到达设定的试样高度要求，试样的高度要求与模具的高度一致。接着，将装有上述分层拌合物的模具在预定的温度和预定的湿度下静置预定时间，预定的温度即为薄互层的储层温度，湿度一般取40～60％，然后将模具放置到岩石力学加载系统加载台上，设定预定的轴向压应力，轴向压应力与薄互层的应力条件相对应，接着采用应力控制方式，按照预定的加载速率逐步加载轴向应力，加载速度根据岩石力学试验机与经验确定，一般采用0.1MPa/s，当达到预定的轴向压应力时，保持设定轴向压应力3小时不变，达到试样充分密实的要求，然后卸除轴向应力，拆除模具，获得最终的薄互层试样。
具体来讲，在步骤102中，水力压裂实验借助室内岩石力学试验系统及水力泵压伺服注入系统进行实现，同时，水力压裂实验在模拟薄互层所处井下位置的物理条件下进行，水力压裂实验中的压裂液包括减阻水、滑溜水和线性胶中的至少一种，物理条件包括温度条件、围压条件和应力差条件中的至少一种。
进一步，在对薄互层试样进行水力压力实验的过程中，利用声发射监测系统监测获得薄互层试样产生压裂裂缝的时间、位置和压裂裂缝的空间形态特征之间的第二对应关系。具体地，通过在薄互层试样表面安装8个声发射定位探头监测水力压裂过程中由于薄互层试样损伤产生的微破裂信号，采用声发射监测系统自带的定位算法，可以获得薄互层试样产生压裂裂缝的时间、位置和压裂裂缝的空间形态特征之间第二对应关系。其中，声发射监测系统的频率范围为10KHz-2.1MHz(±1dB)。
进一步，在对薄互层试样进行水力压力实验的过程中，还可以采集薄互层试样的变形参数，其中，变形参数包括轴向变形量和径向变形量，可以采用高精度应变测试模块，通过在薄互层试样表面安装轴向和径向应变规，采集水力压裂过程中由于模拟井套管内注入压裂液作用引起的试样变形参数，测量精度范围为10-5mm/mm。
具体来讲，在步骤103中，可以采用EinScan-S桌面3D扫描仪对破裂后的薄互层试样进行破裂面扫描，在统一坐标系下，将分次扫描获得的压裂面形态进行三维重构，获得薄互层试样整个水力压裂形成的压裂裂缝的三维空间形态。其中，扫描精度范围为0.05mm。
需要说明的是，在本发明实施例中，可以分别利用不同的压裂液进行实验，得到不同的压裂液对压裂裂缝的影响，并进行对比分析，例如，可以分析同一条件下，不同的压裂液对压裂裂缝形成的影响。
下面本发明实施例将结合一具体例子对表征薄互层压裂裂缝的方法进行详细说明。
首先，制作薄互层试样。具体地，先从井下的薄互层中采集岩心碎屑，薄互层为页岩与白云岩薄互层交互，设定页岩厚度为80mm，白云岩厚度为20mm，薄互层的岩心剖面情况，也即薄互层试样制备具体厚度为由下往上：40mm页岩层-20mm白云岩-80mm页岩-20mm白云岩-40mm页岩层，分别采用粉碎机、研磨机制备出规格尺寸小于100目的岩心粉末，然后采用制备直径50mm，高度100mm的圆柱体模具，模具主体由两个半圆柱构成，便于制备完成后试样的拆卸，分别称取页岩粉末3000g，白云岩粉末2000g，用于拌合物制作，在页岩拌合物制备时，称取150g的水，倒入配料箱中，搅拌均匀，形成可用于铺层的模型原料，在白云岩拌合物制备时，称取100g的水，倒入配料箱中，搅拌均匀，形成可用于铺层的模型原料，根据薄互层的岩心剖面情况，先加入800g的页岩拌合物放入圆柱体金属模具中，均匀铺平，用自制的夯实工具夯实，用美工刀对夯实后的表面轻刮进行刨毛，在刨毛后的表面均匀滴入一定量的粘结剂，然后加入400g的白云岩拌合物，然后继续通过铺平、夯实、刨毛与撒料的方法制作，依次制作后续各层，将装有上述分层拌合物的模型模具在预定的温度和预定的湿度下静置预定时间，然后将模具放置到岩石力学加载系统加载台上，设定预定的轴向压应力为50MPa，采用应力控制方式，按照预定的加载速率逐步加载轴向应力，当达到预定的轴向压应力时，保持设定轴向压应力3小时不变，达到试样充分密实的要求，然后卸除轴向应力，拆除模具，获得薄互层试样。
接着，模拟薄互层所处井下位置的温度条件、围压条件和应力条件，对薄互层试样进行水力压裂实验，在水力压裂实验之前，在薄互层试样表面安装8个声发射定位探头，在水力压裂实验过程中，监测水力压裂过程中由于试样损伤产生的微破裂信号，获得薄互层试样产生压裂裂缝的时间、位置和压裂裂缝的空间形态特征之间的对应关系，其中，水力压裂实验采用减阻水作为压裂液，采用室内岩力学试验系统，按照设定的泵速向系统中泵注压裂液，直至试样破裂，获得泵压、时间、薄互层试样的压裂裂缝的起裂形态和扩展形态之间的对应关系，同时，通过安装在薄互层试样表面的轴向和径向应变规，采集水力压裂过程中由于模拟井套管内注入压裂液作用引起的轴向变形量和径向变形量，用于分析水力压裂对变形场的影响。
最后，采用EinScan-S桌面3D扫描仪对薄互层页岩压裂后试样进行破裂面进行扫描，在统一坐标系下，将分次扫描获得了压裂面形态特征进行三维重构，获得薄互层试样的压裂裂缝的三维空间形态。最终，基于泵压、时间、所述薄互层试样的压裂裂缝的起裂形态和扩展形态之间的对应关系，薄互层试样产生压裂裂缝的时间、位置和压裂裂缝的空间形态特征之间的对应关系，以及薄互层试样的压裂裂缝的三维空间形态，确定薄互层的压裂裂缝情况。
总之，本发明先制备与薄互层具有相同力学特性的薄互层试样，接着，模拟薄互层所处井下位置的物理条件，对薄互层试样进行水力压裂实验，直至薄互层试样破裂，获得泵压、时间、薄互层试样的压裂裂缝的起裂形态和扩展形态之间的第一对应关系，其中，在对薄互层试样进行水力压裂实验的过程中，监测获得薄互层试样产生压裂裂缝的时间、位置和压裂裂缝的空间形态特征之间的第二对应关系，然后，对破裂的薄互层试样的破裂面进行三维扫描，获得薄互层试样的压裂裂缝的三维空间形态，最后，基于第一对应关系、第二对应关系和三维空间形态，确定薄互层的压裂裂缝情况，从而实现了对薄互层压裂裂缝的识别和表征，进而为页岩油储层水力压裂优化设计提供了方法。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
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 (4)

1.一种表征薄互层压裂裂缝的方法，其特征在于，所述方法包括：
制备与所述薄互层具有相同力学特性的薄互层试样；其中，所述制备与所述薄互层具有相同力学特性的薄互层试样，包括：从所述薄互层采集岩心碎屑，并将所述岩心碎屑粉碎成岩心粉末，所述岩心粉末的尺寸小于100目；基于所述薄互层的岩心剖面情况，确定待压制的所述岩心粉末的层数和各层所述岩心粉末的厚度；在所述薄互层的储层温度和应力条件下，根据各层所述岩心粉末的厚度依次对各层所述岩心粉末进行压制，获得所述薄互层试样，所述薄互层试样为圆柱体；
模拟所述薄互层所处井下位置的物理条件，对所述薄互层试样进行水力压裂实验，直至所述薄互层试样破裂，获得泵压、时间、所述薄互层试样的压裂裂缝的起裂形态和扩展形态之间的第一对应关系；其中，在对所述薄互层试样进行水力压裂实验的过程中，利用声发射监测系统监测获得所述薄互层试样产生压裂裂缝的时间、位置和压裂裂缝的空间形态特征之间的第二对应关系，所述声发射监测系统的频率范围为10KHz-2.1MHz(±1dB)；
对破裂的所述薄互层试样的破裂面进行三维扫描，获得所述薄互层试样的压裂裂缝的三维空间形态；
基于所述第一对应关系、所述第二对应关系和所述三维空间形态，确定所述薄互层的压裂裂缝情况；
其中，所述水力压裂实验中的压裂液包括减阻水、滑溜水和线性胶中的多种，分别利用不同的压裂液进行实验，得到不同的压裂液对压裂裂缝的影响，并进行对比分析。
2.如权利要求1所述的表征薄互层压裂裂缝的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在对所述薄互层试样进行水力压裂实验的过程中，采集所述薄互层试样的变形参数。
3.如权利要求2所述的表征薄互层压裂裂缝的方法，其特征在于，所述变形参数包括轴向变形量和径向变形量。
4.如权利要求1所述的表征薄互层压裂裂缝的方法，其特征在于，所述物理条件包括温度条件、围压条件和应力差条件中的至少一种。
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