CN111119827A - 可精准调节射孔方位的页岩人造试样制备系统及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种水力压裂实验人造试样制备系统及其使用方法，尤其是一种可精准调整射孔方位的、灵活的、节约资源的的水力压裂实验人造试样制备装置及其方法。所述装置可融物射孔模型成型模具固定带、可融物射孔模型成型模具、井筒、射孔定位刻线、刻度指针、刻度表盘、井筒径向固定螺丝、井筒纵向固定螺丝、人造试样模具、可融物射孔模型固定螺丝、人造试样模具连接搭扣、射孔定位表盘。本发明通过刻度表盘可以精准地实现射孔的定位，操作简单，节省实验人员的时间精力；可融物在融化过程中不会滞留在试样内部，射孔质量保持均一；通过可融物质的冷凝与融化，实现了可融物的回收与利用，节约了资源。
Description
技术领域
本发明涉及一种水力压裂实验人造试样制备系统及其使用方法，尤其是一种可精准调整射孔方位的、灵活的、节约资源的的水力压裂实验人造试样制备装置及其方法。
背景技术
在地层下的页岩中，蕴含了丰富的页岩气资源。据美国国家石油委员会统计，截至2009年底，全球页岩气资源量约为456.2万亿立方米，占全球非常规气资源量近50%，主要分布在北美、中亚和中国、中东和北非、太平洋国家、拉美、其他地区等。
2018年自然资源部矿产资源保护监督工作小组透露，自2014年9月到2018年4月，不到4年时间，我国页岩气累计新增探明地质储量突破万亿立方米，产能达135亿立方米，累计产气225.80亿立方米。自2014年9月到2018年4月，不到4年时间，在四川盆地探明涪陵、威远、长宁、威荣4个整装页岩气田，页岩气累计新增探明地质储量突破万亿立方米，产能达135亿立方米，累计产气225.80亿立方米。然而这些块区和气藏渗透率低下，要想获得经济效益，进行商业开采，必须要进行水力压裂。
由于深部地层的水力压裂是一个十分复杂的物理过程，由水力压裂所产生的裂缝的实际形态难以直接观察，因此对水力裂缝的扩展机制以及影响裂缝扩展规律的因素的认识是非常有限的。 而水力压裂物理模拟实验恰好提供了认识裂缝扩展机制的有效途径。
天然的页岩试样位于地壳深部，不易采集，经济成本大，并且在切割和钻孔的过程中都会造成人为损伤产生新的裂缝，影响最终结果的准确性。而人工试样可以成为很好的替代品。而在制作人工试样的过程中，不易对实际井筒中的射孔进行模拟，射孔方位角精确度不高，操作复杂，对科研人员的时间和精力造成了极大地浪费。
中国专利申请（CN104330310A）公开了一种油页岩水力压裂模拟实验系统及实验样品的制作方法。所述用于油页岩水力压裂模拟实验的实验样品的制作方法，包括以下步骤：在完整油页岩试块中用电钻钻出模拟裸井井眼，模拟裸井井眼分上粗段井眼和下细段井眼两段，上粗段井眼的孔径比模拟套管的外径大4mm；下细段井眼长度为油页岩试块厚度1/3，并竖向处于油页岩试块的中间位置，下细段井眼的孔径比模拟套管的内径小4mm；将模拟套管插进油页岩试块的模拟裸井井眼内；
在模具内表面抹上润滑油，方便样品成型后拆卸模具，将垫块放置在模具的底面上，再把带有模拟套管的油页岩试块放置在垫块上，水平调整垫块在模具底面上的位置，使油页岩试块处于模具底面的中心位置；再调整垫块的高度，使油页岩试块处于模具内空间的中心位置；
配制水泥砂浆，充分搅拌后，将水泥砂浆浇筑到模具内，保证油页岩试块完全被水泥砂浆包裹，磨平水泥砂浆上表面，进行保湿养护；
所述的模具包括一个模具底板和四个模具侧板，四个模具侧板和模具底板通过侧板铰链铰接，在四个模具侧板外侧同一高度上焊接卡环托，当四个模具侧板均垂直于模具底板时，套设有侧板卡环，侧板卡环的位置固定在环托上方；
当水泥砂浆彻底凝固后，拆掉侧板卡环，将四个模具侧板向外旋转打开，拿出制作完成的实验样品。
发明内容
本发明的目的是，提供一种可精准调节射孔方位的页岩人造试样制备系统及其使用方法，在水力压裂实验中，研究人员可以根据实验需要选择射孔个数以及确定射孔方位，有效节约研究人员的时间和精力，提高实验的精确性。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明第一个方面，提供一种用于水力压裂物理模拟实验的含有射孔的人造模型制备系统，所述系统包括：成型的可融物射孔模型、井筒、射孔定位表盘、人造试样模具、人造试样模具连接搭扣；
成型的可融物射孔模型固定在井筒上，井筒通过射孔定位表盘固定在人造试样模具上，人造试样模具由人造试样模具连接搭扣固定。
根据本发明所述用于水力压裂物理模拟实验的含有射孔的人造模型制备系统，优选地，射孔定位表盘包括刻度指针、刻度表盘、径向固定螺丝、纵向固定螺丝以及井筒安装口；刻度指针和刻度表盘用以确定射孔方位，井筒穿过井筒安装口，并通过径向固定螺丝、纵向固定螺丝固定在射孔定位表盘上，井筒可绕轴心转动。
根据本发明所述用于水力压裂物理模拟实验的含有射孔的人造模型制备系统，优选地，井筒中还装有射孔定位刻线和可融物射孔模型固定螺丝；射孔定位刻线用以对齐射孔和刻度指针，可融物射孔模型固定螺丝用以将可融物射孔模型固定到井筒上。
根据本发明所述用于水力压裂物理模拟实验的含有射孔的人造模型制备系统，优选地，所述的人造试样模具六个面，且每个面可相互分离，并通过人造试样模具连接搭扣相连接；即使某一个面变形损坏也不必更换整个模具，同时方便将成型后的水力压裂实验人造试样取出，以及方便注入混凝土，从任何一个面注入都可以。
根据本发明所述用于水力压裂物理模拟实验的含有射孔的人造模型制备系统，优选地，所述系统还包括可融物射孔模型成型模具和可融物射孔模型成型模具固定带；可融物射孔模型成型模具固定带固定在可融物射孔模型成型模具上。
根据本发明所述用于水力压裂物理模拟实验的含有射孔的人造模型制备系统，优选地，可融物射孔模型成型模具固定带个数≥2。
根据本发明所述用于水力压裂物理模拟实验的含有射孔的人造模型制备系统，优选地，井筒、人造试样模具材料可为不锈钢。
本发明第二个方面，提供利用以上所述系统制备用于水力压裂物理模拟实验的含有射孔的人造模型的方法，所述方法包括以下步骤：
步骤一、加热可融物至融化；
步骤二、将融化后的可融物倒入可融物射孔模型成型模具，等待可融物冷却凝固；
步骤三、打开可融物射孔模型成型模具固定带，将凝固的可融物射孔模型取出；
步骤四、通过可融物射孔模型固定螺丝将可融物射孔模型固定到井筒上，射孔轴线与射孔定位刻线垂直；
步骤五、通过纵向固定螺丝将井筒固定到射孔定位表盘上，射孔定位刻线与刻度指针垂直，调整指针至需要刻度，固定径向固定螺丝；
步骤六、将混凝土分层浇筑到人造试样模具，等待上一层混凝土凝固后，再浇筑下一层，直至整体试样浇筑完成，拆开人造试样模具，对水力压裂实验人造试样进行养护；
步骤七、用加热水力压裂实验人造试样，使可融物射孔模型融化流出。
根据本发明以上所述方法，优选地，所述可融物可以为乙烯-醋酸乙烯共聚物，其熔点为75℃，该共聚物融化后不会附着到混凝土上。
本发明有益效果如下：
本发明通过刻度表盘可以精准地实现射孔的定位，操作简单，节省实验人员的时间精力；可融物在融化过程中不会滞留在试样内部，射孔质量保持均一；通过可融物质的冷凝与融化，实现了可融物的回收与利用，节约了资源。
附图说明
图1为本发明的可融物射孔模型成型模具示意图，以两射孔为例，相位为90度；
图2为本发明的井筒示意图；
图3为本发明的射孔定位表盘俯视图；
图4为本发明的射孔定位表盘正视图；
图5为本发明的整体示意图；
图6为本发明的井筒与可融物射孔模型安装关系示意图。
附图标记说明：1、可融物射孔模型成型模具固定带；2、可融物射孔模型成型模具；3、井筒；4、射孔定位刻线；5、成型的可融物射孔模型；6、刻度指针；7、刻度表盘；8、径向固定螺丝；9、纵向固定螺丝；10、射孔定位表盘；11、射孔；12、人造试样模具；13、可融物射孔模型固定螺丝；14、人造试样模具连接搭扣；15、井筒安装口。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作和/或它们的组合。
为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本发明的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本发明的技术方案。
实施例1 一种可精准调节射孔方位的页岩人造试样制备系统
所述系统包括：成型的可融物射孔模型5、井筒3、射孔定位表盘10、人造试样模具12、人造试样模具连接搭扣14；
成型的可融物射孔模型5通过可融物射孔模型固定螺丝13固定在井筒3上，井筒3通过射孔定位表盘10固定在人造试样模具12上，人造试样模具12由六个可相互拆卸的面组成，并通过人造试样模具连接搭扣14固定。
所述射孔定位表盘10包括刻度指针6、刻度表盘7、径向固定螺丝8、纵向固定螺丝9以及井筒安装口15；井筒3由井筒安装口15穿过，并通过径向固定螺丝8、纵向固定螺丝9固定位置，并且井筒可绕轴心转动。
井筒中3还装有射孔定位刻线4，射孔定位刻线4用以对齐射孔和刻度指针6。
成型的可融物射孔模型5可通过可融物射孔模型成型模具制备，将可溶物用上下两端可融物射孔模型成型模具固定带固定在模具上。
以上所述井筒、人造试样模具材料可为不锈钢。
实施例2利用以上所述系统制备用于水力压裂物理模拟实验的含有射孔的人造模型的方法
所述方法包括以下步骤：
步骤1、加热乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）至融化；
步骤2、将融化后的乙烯-醋酸乙烯共聚物倒入可融物射孔模型成型模具2，等待乙烯-醋酸乙烯共聚物冷却凝固；
步骤3、打开可融物射孔模型成型模具固定带1，将凝固的乙烯-醋酸乙烯共聚物射孔模型5取出；
步骤4、通过可融物射孔模型固定螺丝13将将乙烯-醋酸乙烯共聚物射孔模型5固定到井筒3上，射孔轴线与射孔定位刻线4垂直；
步骤5、通过井筒纵向固定螺丝9将井筒3固定到射孔定位表盘10上，射孔定位刻线4与刻度指针6垂直，调整指针至90°，固定井筒径向固定螺丝8；
步骤6、将混凝土分层浇筑到人造试样模具12，等待上一层混凝土凝固后，再浇筑下一层，直至整体试样浇筑完成，拆开人造试样模具12，对水力压裂实验人造试样进行养护；
步骤7、用热水加热水力压裂实验人造试样至100摄氏度，使乙烯-醋酸乙烯共聚物射孔模型5融化流出。
所述乙烯-醋酸乙烯共聚物熔点为75℃。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种用于水力压裂物理模拟实验的含有射孔的人造模型制备系统，其特征在于，所述系统包括：成型的可融物射孔模型、井筒、射孔定位表盘、人造试样模具、人造试样模具连接搭扣；
成型的可融物射孔模型固定在井筒上，井筒通过射孔定位表盘固定在人造试样模具上，人造试样模具由人造试样模具连接搭扣固定。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，射孔定位表盘包括刻度指针、刻度表盘、径向固定螺丝、纵向固定螺丝以及井筒安装口；井筒穿过井筒安装口，并通过径向固定螺丝、纵向固定螺丝固定在射孔定位表盘上，井筒可绕轴心转动。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，井筒中还装有射孔定位刻线和可融物射孔模型固定螺丝；射孔定位刻线用以对齐射孔和刻度指针，可融物射孔模型固定螺丝用以将可融物射孔模型固定到井筒上。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的人造试样模具六个面，且每个面可相互分离。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括可融物射孔模型成型模具和可融物射孔模型成型模具固定带；可融物射孔模型成型模具固定带固定在可融物射孔模型成型模具上。
6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，可融物射孔模型成型模具固定带个数≥2。
7.根据权利要求1-6任一项所述的系统，其特征在于，井筒、人造试样模具材料可为不锈钢。
8.利用权利要求1-7任一项所述系统制备用于水力压裂物理模拟实验的含有射孔的人造模型的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、加热可融物至融化；
步骤二、将融化后的可融物倒入可融物射孔模型成型模具，等待可融物冷却凝固；
步骤三、打开可融物射孔模型成型模具固定带，将凝固的可融物射孔模型取出；
步骤四、通过可融物射孔模型固定螺丝将可融物射孔模型固定到井筒上，射孔轴线与射孔定位刻线垂直；
步骤五、通过纵向固定螺丝将井筒固定到射孔定位表盘上，射孔定位刻线与刻度指针垂直，调整指针至需要刻度，固定径向固定螺丝；
步骤六、将混凝土分层浇筑到人造试样模具，等待上一层混凝土凝固后，再浇筑下一层，直至整体试样浇筑完成，拆开人造试样模具，对水力压裂实验人造试样进行养护；
步骤七、用加热水力压裂实验人造试样，使可融物射孔模型融化流出。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述可融物可以为乙烯-醋酸乙烯共聚物，其熔点为75℃。
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| CN111119827B (zh) | 2021-10-29 |
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