CN110793861A - 确定砾岩试件水力压裂穿砾排量的试验方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种确定砾岩试件水力压裂穿砾排量的试验方法及装置，该方法包括如下步骤：获取砾岩试件，在砾岩试件内设置模拟井筒并预制起裂裂缝。对砾岩试件施加大小不等的三向围压应力，以使预制起裂裂缝垂直于最小围压应力方向。向模拟井筒内注入预定排量的压裂液压裂砾岩试件，以得到砾岩试件的穿砾状态。当砾岩试件的穿砾状态达到预定状态时，获取该预定状态下的压裂液排量。本申请的确定砾岩试件水力压裂穿砾排量的试验方法及装置可在实验室条件下，通过分析实验结果，得到能够使大部分裂缝发生穿砾扩展的排量，从而减少砾石对裂缝扩展的干扰作用。该方法流程简单，对实验结果的分析方法具有普适性，可以为砾岩水力压裂现场施工提供参考。

Description

确定砾岩试件水力压裂穿砾排量的试验方法及装置

技术领域

本申请属于水力压裂大型物理模拟试验技术领域，具体涉及一种确定砾岩试件水力压裂穿砾排量的试验方法及装置。

背景技术

砾岩油藏在我国分布较为广泛，且大部分砾岩油藏具有岩性变化大、孔隙度低、渗透性差、自然产能低以及非均质性强等特点，不易于油藏的开采，需要通过压裂等储层改造手段进行增产。而由于砾岩储层中砾石的存在，压裂改造过程中裂缝的扩展易受到储层中砾石的影响，裂缝的扩展规律较为复杂，导致裂缝扩展形态难以控制，且压裂过程中易形成单一裂缝，造成改造体积小的问题。而砾石对于水力压裂的影响主要体现在不同条件下裂缝遇到砾石会出现不同的扩展方式。在多种扩展方式中，穿砾的扩展方式能够使裂缝保持原来的延伸方向继续扩展，在一定程度上降低了砾石对裂缝扩展的影响。

在砾岩储层的水力压裂施工中，排量是影响水力裂缝扩展方式的主要因素之一，同时也易于改变和控制。如果可以通过控制排量的方式使尽可能多的水力裂缝进行穿砾扩展，就可以降低砾石的干扰作用，进而加强对裂缝扩展形态的控制。但是，对于水力排量的控制目前尚未有有效的解决办法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种确定砾岩试件水力压裂穿砾排量的试验方法及装置，其可在实验室条件下，得到能够使大部分裂缝发生穿砾扩展的排量，从而减少砾石对裂缝扩展的干扰作用。

本发明的具体技术方案是：

本发明提供一种确定砾岩试件水力压裂穿砾排量的试验方法，包括如下步骤：

获取砾岩试件，在所述砾岩试件内设置模拟井筒并预制起裂裂缝；

对所述砾岩试件施加大小不等的三向围压应力，以使所述预制起裂裂缝垂直于最小围压应力方向；

向所述模拟井筒内注入预定排量的压裂液压裂所述砾岩试件，以得到所述砾岩试件的穿砾状态；

当所述砾岩试件的穿砾状态达到预定状态时，获取该预定状态下的压裂液排量。

在一个优选的实施方式中，在步骤向所述模拟井筒内注入预定排量的压裂液压裂所述砾岩试件，以得到所述砾岩试件的穿砾状态过程中，包括：

以初始排量注入所述模拟井筒，得到所述砾岩试件的第一穿砾状态；

以第二排量注入所述模拟井筒，得到所述砾岩试件的第二穿砾状态；

以第(n-1)排量注入所述模拟井筒，得到所述砾岩试件的第(n-1)穿砾状态；

以第n排量注入所述模拟井筒，得到所述砾岩试件的第n穿砾状态；

其中，初始排量<第二排量<第(n-1)排量<第n排量。

在一个优选的实施方式中，在步骤向所述模拟井筒内注入预定排量的压裂液压裂所述砾岩试件，以得到所述砾岩试件的穿砾状态过程中，包括：

在压裂所述砾岩试件后，对所述砾岩试件进行切割，以得到所述砾岩试件的穿砾状态。

在一个优选的实施方式中，在获取砾岩试件的步骤中包括：

安装模具，在所述模具中注入水泥，并将若干鹅卵石布置在所述水泥中，待所述水泥硬固后，拆除所述模具。

在一个优选的实施方式中，所述预制起裂裂缝为开设在所述模拟井筒底部的环形槽。

在一个优选的实施方式中，预定状态为所述砾岩试件的穿砾状态达到80％。

另外，本申请还提供一种确定砾岩试件水力压裂穿砾排量的试验装置，包括：

获取模块，被配置为获取砾岩试件，在所述砾岩试件内设置模拟井筒并预制起裂裂缝；

应力模块，被配置为对所述砾岩试件施加大小不等的三向围压应力，以使所述预制起裂裂缝垂直于最小围压应力方向；

压裂模块，被配置为向所述模拟井筒内注入预定排量的压裂液压裂所述砾岩试件，以得到所述砾岩试件的穿砾状态；

排量模块，被配置为当所述砾岩试件的穿砾状态达到预定状态时，获取该预定状态下的压裂液排量。

在一个优选的实施方式中，所述压裂模块包括：

第一压裂单元，被配置为以初始排量注入所述模拟井筒，得到所述砾岩试件的第一穿砾状态；

第二压裂单元，被配置为以第二排量注入所述模拟井筒，得到所述砾岩试件的第二穿砾状态；

第(n-1)压裂单元，被配置为以第(n-1)排量注入所述模拟井筒，得到所述砾岩试件的第(n-1)穿砾状态；

第n压裂单元，被配置为以第n排量注入所述模拟井筒，得到所述砾岩试件的第n穿砾状态；

其中，初始排量<第二排量<第(n-1)排量<第n排量。

在一个优选的实施方式中，所述压裂模块包括：

切割单元，被配置为在压裂所述砾岩试件后，对所述砾岩试件进行切割，以得到所述砾岩试件的穿砾状态。

在一个优选的实施方式中，所述获取模块包括：

安装单元，被配置为安装模具，在所述模具中注入水泥，并将若干鹅卵石布置在所述水泥中，待所述水泥硬固后，拆除所述模具。

在一个优选的实施方式中，预定状态为所述砾岩试件的穿砾状态达到80％。

另外，本申请还提供一种确定砾岩试件水力压裂穿砾排量的试验装置，包括存储器和处理器，存储器中存储计算机程序，所述计算机程序在被所述处理器执行时，实现以下步骤：如上述任一项所述的确定砾岩试件水力压裂穿砾排量的试验方法。

借由以上的技术方案，本申请的有益效果在于：

本申请的确定砾岩试件水力压裂穿砾排量的试验方法及装置可在实验室条件下，通过分析实验结果，得到能够使大部分裂缝发生穿砾扩展的排量，从而减少砾石对裂缝扩展的干扰作用。该方法及装置能够充分模拟地层水力压裂过程中砾石和排量等因素对裂缝扩展的影响，使水力压裂物理模拟过程更加符合现场实际情况；同时该实验方法流程简单，操作简便，对实验结果的分析方法具有普适性，可以为砾岩水力压裂现场施工提供参考。

参照后文的说明和附图，详细公开了本申请的特定实施方式，指明了本申请的原理可以被采用的方式。应该理解，本申请的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本申请的实施方式包括许多改变、修改和等同。

针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本申请公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本申请的理解，并不是具体限定本申请各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本申请的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本申请。在附图中：

图1为本申请实施方式的确定砾岩试件水力压裂穿砾排量的试验方法流程图；

图2为本申请实施方式的砾岩模拟试件的结构示意图；

图3为本申请实施方式的确定砾岩试件水力压裂穿砾排量的装置模块图。

以上附图的附图标记：1、模拟井筒；2、砾岩试件；3、鹅卵石；4、起裂裂缝。

具体实施方式

下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1所示，本发明提供一种确定砾岩试件水力压裂穿砾排量的试验方法，该方法包括如下步骤：

S1：获取砾岩试件2，在所述砾岩试件2内设置模拟井筒1并预制起裂裂缝4。

S2：对所述砾岩试件2施加大小不等的三向围压应力，以使所述预制起裂裂缝4垂直于最小围压应力方向。

S3：向所述模拟井筒1内注入预定排量的压裂液压裂所述砾岩试件2，以得到所述砾岩试件2的穿砾状态。

S4：当所述砾岩试件2的穿砾状态达到预定状态时，获取该预定状态下的压裂液排量。

在具体的实施方式中，首先制作砾岩试件2。优选地，使用300mm×300mm×300mm的模具预制砾岩试件2，安装好模具后，在模具中注入搅拌好的水泥。同时，选取若干粒径大小各不相同的鹅卵石3随机布置在砾岩试件2中来模拟天然砾石，待水泥硬固后，拆除模具。

然后，对制备好的砾岩试件2进行加工。如图2所示，根据实验要求，先在相应位置用水钻钻取一个直径20mm、深度150mm的孔，用于裸眼段和胶结模拟井筒1。接着在模拟井筒1底部用直径20mm的金刚石切片割出宽度为1mm-2mm的环形槽作为起裂裂缝4。最后使用环氧树脂胶胶结模拟井筒1。

将制备好的砾岩试件2放入压裂设备的压力室，并将注液管线连接到注液泵上，以对砾岩试件2施加大小不等的三向围压应力。注意需保证预制的起裂裂缝4垂直于最小围压应力方向。

再向模拟井筒1内注入预定排量的压裂液压裂所述砾岩试件2，获取该穿砾状态下的压裂液排量。在通常情况下，该预定排量的压裂液需要根据现场实际情况进行设定，本申请对此不作任何限制。

具体地，首先可以采用第一砾岩试件，以初始排量，注入所述模拟井筒1，得到第一砾岩试件的第一穿砾状态。以此类推，采用第二砾岩试件，以第二排量注入所述模拟井筒1，得到第二砾岩试件的第二穿砾状态。采用第(n-1)砾岩试件，以第(n-1)排量注入所述模拟井筒1，得到第(n-1)砾岩试件的第(n-1)穿砾状态。采用第n砾岩试件，以第n排量注入所述模拟井筒1，得到第n砾岩试件的第n穿砾状态。然后，可以绘制各次压裂液排量与穿砾情况的关系曲线，对实验排量和裂缝穿砾情况进行统计分析比较。

在此需要进行说明的是，在通常情况下，初始排量<第二排量<第(n-1)排量<第n排量。譬如，可以选择5ml/min的压裂液排量或者更小或更大的排量作为初始排量。这样第二排量，第(n-1)排量，和第n排量大小可以依次递增。具体递增排量的大小也可以依据实际情况进行设定，本申请同样不做出任何限制。而且，在原理上，第一砾岩试件、第二砾岩试件、第(n-1)砾岩试件，第n砾岩试件为相同的砾岩试件2。

然后可以卸去三向围压应力，取出砾岩试件2进行切割，观察裂缝的扩展形态以及裂缝面上的穿砾情况。当所述砾岩试件2的穿砾状态达到预定状态(穿砾状态达到80％)时，获取该预定状态(穿砾状态达到80％)下的压裂液排量。

当穿砾情况达到80％～100％时，认为在该排量下砾石对裂缝影响作用较小，裂缝能够按照穿过大部分砾石按照预设的路径延伸，为实验过程中的最优排量。而穿砾情况达到30％～80％时，认为该排量下对于裂缝有一定的控制作用，部分裂缝能够穿过砾石进行延伸。穿砾情况达到0％～30％时，认为该排量下裂缝几乎不发生穿砾现象，对水力裂缝的控制较差，裂缝走向受砾石的影响较大。

因此，需要获取当砾岩试件2的穿砾状态达到80％时的压裂液排量，以此数据作为导向指导生产。

基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种确定砾岩试件水力压裂穿砾排量的试验装置，如下面的实施例所述。由于一种确定砾岩试件水力压裂穿砾排量的试验装置解决问题的原理与一种确定砾岩试件水力压裂穿砾排量的试验方法相似，因此确定砾岩试件水力压裂穿砾排量的试验装置的实施可以参见确定砾岩试件水力压裂穿砾排量的试验方法的实施，重复之处不再赘述。以下所使用的，术语“单元”或者“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。

如图3所示，一种确定砾岩试件水力压裂穿砾排量的试验装置，包括：

获取模块101，被配置为获取砾岩试件2，在所述砾岩试件2内设置模拟井筒1并预制起裂裂缝4；

应力模块102，被配置为对所述砾岩试件2施加大小不等的三向围压应力，以使所述预制起裂裂缝4垂直于最小围压应力方向；

压裂模块103，被配置为向所述模拟井筒1内注入预定排量的压裂液压裂所述砾岩试件2，以得到所述砾岩试件2的穿砾状态；

排量模块104，被配置为当所述砾岩试件2的穿砾状态达到预定状态时，获取该预定状态下的压裂液排量。

在优选的实施方式中，所述压裂模块103包括：

第一压裂单元，被配置为以初始排量注入所述模拟井筒1，得到所述砾岩试件2的第一穿砾状态；

第二压裂单元，被配置为以第二排量注入所述模拟井筒1，得到所述砾岩试件2的第二穿砾状态；

第(n-1)压裂单元，被配置为以第(n-1)排量注入所述模拟井筒1，得到所述砾岩试件2的第(n-1)穿砾状态；

第n压裂单元，被配置为以第n排量注入所述模拟井筒1，得到所述砾岩试件2的第n穿砾状态；

其中，初始排量<第二排量<第(n-1)排量<第n排量。

在优选的实施方式中，所述压裂模块103包括：

切割单元，被配置为在压裂所述砾岩试件2后，对所述砾岩试件2进行切割，以得到所述砾岩试件2的穿砾状态。

在优选的实施方式中，所述获取模块101包括：

安装单元，被配置为安装模具，在所述模具中注入水泥，并将若干鹅卵石3布置在所述水泥中，待所述水泥硬固后，拆除所述模具。

在优选的实施方式中，预定状态为所述砾岩试件的穿砾状态达到80％。

另外，本申请还提供一种确定砾岩试件水力压裂穿砾排量的试验装置，该装置包括存储器和处理器，存储器中存储计算机程序，所述计算机程序在被所述处理器执行时，实现以下步骤：如上述任一项所述的确定砾岩试件水力压裂穿砾排量的试验方法。

在本实施方式中，所述存储器可以包括用于存储信息的物理装置，通常是将信息数字化后再以利用电、磁或者光学等方法的媒体加以存储。本实施方式所述的存储器又可以包括：利用电能方式存储信息的装置，如RAM、ROM等；利用磁能方式存储信息的装置，如硬盘、软盘、磁带、磁芯存储器、磁泡存储器、U盘；利用光学方式存储信息的装置，如CD或DVD。当然，还有其他方式的存储器，例如量子存储器、石墨烯存储器等等。

在本实施方式中，所述处理器可以按任何适当的方式实现。例如，所述处理器可以采取例如微处理器或处理器以及存储可由该(微)处理器执行的计算机可读程序代码(例如软件或固件)的计算机可读介质、逻辑门、开关、专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit，ASIC)、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器的形式等等。

本说明书实施方式提供的服务器，其处理器和存储器实现的具体功能，可以与本说明书中的前述实施方式相对照解释。

在另外一个实施方式中，还提供了一种软件，该软件用于执行上述实施例及优选实施方式中描述的技术方案。

在另外一个实施方式中，还提供了一种存储介质，该存储介质中存储有上述软件，该存储介质包括但不限于：光盘、软盘、硬盘、可擦写存储器等。

从以上的描述中可以看出，本发明实施方式实现了如下技术效果：本申请的确定砾岩试件水力压裂穿砾排量的试验方法及装置可在实验室条件下，通过分析实验结果，得到能够使大部分裂缝发生穿砾扩展的排量，从而减少砾石对裂缝扩展的干扰作用。该方法及装置能够充分模拟地层水力压裂过程中砾石和排量等因素对裂缝扩展的影响，使水力压裂物理模拟过程更加符合现场实际情况；同时该实验方法流程简单，操作简便，对实验结果的分析方法具有普适性，可以为砾岩水力压裂现场施工提供参考。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明实施例的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明实施例不限制于任何特定的硬件和软件结合。

本发明披露的所有文章和参考资料，包括专利申请和出版物，出于各种目的通过援引结合于此。描述组合的术语“基本由…构成”应该包括所确定的元件、成分、部件或步骤以及实质上没有影响该组合的基本新颖特征的其他元件、成分、部件或步骤。使用术语“包含”或“包括”来描述这里的元件、成分、部件或步骤的组合也想到了基本由这些元件、成分、部件或步骤构成的实施方式。这里通过使用术语“可以”，旨在说明“可以”包括的所描述的任何属性都是可选的。

多个元件、成分、部件或步骤能够由单个集成元件、成分、部件或步骤来提供。另选地，单个集成元件、成分、部件或步骤可以被分成分离的多个元件、成分、部件或步骤。用来描述元件、成分、部件或步骤的公开“一”或“一个”并不说为了排除其他的元件、成分、部件或步骤。

应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施方式和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照前述权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为申请人没有将该主题考虑为所公开的申请主题的一部分。

Claims (12)

1.一种确定砾岩试件水力压裂穿砾排量的试验方法，其特征在于，包括如下步骤：

获取砾岩试件，在所述砾岩试件内设置模拟井筒并预制起裂裂缝；

对所述砾岩试件施加大小不等的三向围压应力，以使所述预制起裂裂缝垂直于最小围压应力方向；

向所述模拟井筒内注入预定排量的压裂液压裂所述砾岩试件，以得到所述砾岩试件的穿砾状态；

当所述砾岩试件的穿砾状态达到预定状态时，获取该预定状态下的压裂液排量。

2.根据权利要求1所述的确定砾岩试件水力压裂穿砾排量的试验方法，其特征在于，在步骤向所述模拟井筒内注入预定排量的压裂液压裂所述砾岩试件，以得到所述砾岩试件的穿砾状态过程中，包括：

以初始排量注入所述模拟井筒，得到所述砾岩试件的第一穿砾状态；

以第二排量注入所述模拟井筒，得到所述砾岩试件的第二穿砾状态；

以第(n-1)排量注入所述模拟井筒，得到所述砾岩试件的第(n-1)穿砾状态；

以第n排量注入所述模拟井筒，得到所述砾岩试件的第n穿砾状态；

其中，初始排量<第二排量<第(n-1)排量<第n排量。

3.根据权利要求1所述的确定砾岩试件水力压裂穿砾排量的试验方法，其特征在于，在步骤向所述模拟井筒内注入预定排量的压裂液压裂所述砾岩试件，以得到所述砾岩试件的穿砾状态过程中，包括：

在压裂所述砾岩试件后，对所述砾岩试件进行切割，以得到所述砾岩试件的穿砾状态。

4.根据权利要求1所述的确定砾岩试件水力压裂穿砾排量的试验方法，其特征在于，在获取砾岩试件的步骤中包括：

安装模具，在所述模具中注入水泥，并将若干鹅卵石布置在所述水泥中，待所述水泥硬固后，拆除所述模具。

5.根据权利要求1所述的确定砾岩试件水力压裂穿砾排量的试验方法，其特征在于，所述预制起裂裂缝为开设在所述模拟井筒底部的环形槽。

6.根据权利要求1所述的确定砾岩试件水力压裂穿砾排量的试验方法，其特征在于，预定状态为所述砾岩试件的穿砾状态达到80％。

7.一种确定砾岩试件水力压裂穿砾排量的试验装置，其特征在于，包括：

获取模块，被配置为获取砾岩试件，在所述砾岩试件内设置模拟井筒并预制起裂裂缝；

应力模块，被配置为对所述砾岩试件施加大小不等的三向围压应力，以使所述预制起裂裂缝垂直于最小围压应力方向；

压裂模块，被配置为向所述模拟井筒内注入预定排量的压裂液压裂所述砾岩试件，以得到所述砾岩试件的穿砾状态；

排量模块，被配置为当所述砾岩试件的穿砾状态达到预定状态时，获取该预定状态下的压裂液排量。

8.根据权利要求7所述的确定砾岩试件水力压裂穿砾排量的试验装置，其特征在于，所述压裂模块包括：

第一压裂单元，被配置为以初始排量注入所述模拟井筒，得到所述砾岩试件的第一穿砾状态；

第二压裂单元，被配置为以第二排量注入所述模拟井筒，得到所述砾岩试件的第二穿砾状态；

第(n-1)压裂单元，被配置为以第(n-1)排量注入所述模拟井筒，得到所述砾岩试件的第(n-1)穿砾状态；

第n压裂单元，被配置为以第n排量注入所述模拟井筒，得到所述砾岩试件的第n穿砾状态；

其中，初始排量<第二排量<第(n-1)排量<第n排量。

9.根据权利要求7所述的确定砾岩试件水力压裂穿砾排量的试验装置，其特征在于，所述压裂模块包括：

切割单元，被配置为在压裂所述砾岩试件后，对所述砾岩试件进行切割，以得到所述砾岩试件的穿砾状态。

10.根据权利要求7所述的确定砾岩试件水力压裂穿砾排量的试验装置，其特征在于，所述获取模块包括：

安装单元，被配置为安装模具，在所述模具中注入水泥，并将若干鹅卵石布置在所述水泥中，待所述水泥硬固后，拆除所述模具。

11.根据权利要求1所述的确定砾岩试件水力压裂穿砾排量的试验装置，其特征在于，预定状态为所述砾岩试件的穿砾状态达到80％。

12.一种确定砾岩试件水力压裂穿砾排量的试验装置，其特征在于，包括存储器和处理器，存储器中存储计算机程序，所述计算机程序在被所述处理器执行时，实现以下步骤：如权利要求1至6任一项所述的确定砾岩试件水力压裂穿砾排量的试验方法。

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