CN111610100B - 一种水力压裂模拟实验装置及实验方法 - Google Patents

一种水力压裂模拟实验装置及实验方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111610100B
CN111610100B CN202010284534.7A CN202010284534A CN111610100B CN 111610100 B CN111610100 B CN 111610100B CN 202010284534 A CN202010284534 A CN 202010284534A CN 111610100 B CN111610100 B CN 111610100B
Authority
CN
China
Prior art keywords
seepage
cavity
fracturing
core
core sample
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
CN202010284534.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111610100A (zh
Inventor
雷征东
田昌炳
熊春明
陶珍
彭缓缓
赵辉
王�琦
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 CN202010284534.7A priority Critical patent/CN111610100B/zh
Publication of CN111610100A publication Critical patent/CN111610100A/zh
Priority to PCT/CN2020/120457 priority patent/WO2021208379A1/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111610100B publication Critical patent/CN111610100B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/08Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady tensile or compressive forces
    • G01N3/10Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady tensile or compressive forces generated by pneumatic or hydraulic pressure
    • G01N3/12Pressure testing
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/02Details
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/0014Type of force applied
    • G01N2203/0016Tensile or compressive
    • G01N2203/0019Compressive
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/003Generation of the force
    • G01N2203/0042Pneumatic or hydraulic means
    • G01N2203/0048Hydraulic means
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/0058Kind of property studied
    • G01N2203/006Crack, flaws, fracture or rupture
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/02Details not specific for a particular testing method
    • G01N2203/022Environment of the test
    • G01N2203/0222Temperature
    • G01N2203/0226High temperature; Heating means
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/02Details not specific for a particular testing method
    • G01N2203/022Environment of the test
    • G01N2203/0236Other environments

Abstract

本发明提供一种水力压裂模拟实验装置及实验方法,实验装置包括外壳和设于外壳内的渗流环,渗流环的内侧具有用于放置岩心样品的岩心腔,渗流环中设有与岩心腔连通的渗流通道,岩心腔内设有至少一个能插入岩心样品内的模拟井筒,通过模拟井筒向岩心样品内注入压裂液,通过渗流环的渗流通道向岩心样品内注入渗流液。实验方法包括:向岩心腔内放入岩心样品;通过模拟井筒向岩心样品内注入压裂液,对岩心样品进行第一次压裂;通过渗流环的渗流通道向岩心样品内注入渗流液;通过模拟井筒向岩心样品内注入压裂液,对岩心样品进行第二次压裂。本发明能将压裂过程和渗流过程相结合,实现渗流和压裂的耦合作用,使重复压裂的实验数据更准确。

Description

一种水力压裂模拟实验装置及实验方法
技术领域
本发明涉及水力压裂技术领域,尤其是一种水力压裂模拟实验装置及实验方法。
背景技术
在石油领域,压裂是指采油或采气过程中,利用水力作用,使油气层形成裂缝的一种方法,又称水力压裂。压裂是人为地使地层产生裂缝,改善油在地下的流动环境,使油井产量增加,对改善油井井底流动条件、减缓层间和改善油层动用状况起到重要的作用。由于非常规油气藏,包括致密油气、页岩油气储层孔喉细小、流动能力差,体积压裂已成为开发的主体技术,但由于一次压裂后产量递减快,重复压裂成为降低递减、改善开发效果的重要手段。
目前重复压裂多为现场经验指导,缺乏有效合理的开发理论支撑,现场的施工具有一定的盲目性,多数井重复压裂后,并没有实现理想的产能,因此有必要采用压裂模拟实验装置来研究重复压裂过程,以为现场施工提供理论指导。现场实际压裂过程中,压裂往往伴随着地层渗流,由于目前实验设备的局限性,只进行压裂实验,缺乏渗流过程,而未经历渗流过程的岩心在重复压裂的过程中也充满了不确定性,无法准确模拟实际压裂工况。
发明内容
本发明的目的是提供一种水力压裂模拟实验装置及实验方法,以解决现有的压裂装置无法模拟渗流过程的问题。
为达到上述目的,本发明提出一种水力压裂模拟实验装置,其包括外壳和设于所述外壳内的渗流环,所述渗流环的内侧具有用于放置岩心样品的岩心腔,所述渗流环中设有与所述岩心腔连通的渗流通道,所述岩心腔内设有至少一个能插入所述岩心样品内的模拟井筒,通过所述模拟井筒向所述岩心样品内注入压裂液,通过所述渗流环的渗流通道向所述岩心样品内注入渗流液。
本发明提出一种水力压裂模拟实验方法,其采用上述的水力压裂模拟实验装置进行压裂实验,所述实验方法包括:
向所述岩心腔内放入岩心样品;
通过所述模拟井筒向所述岩心样品内注入压裂液,对所述岩心样品进行第一次压裂;
通过所述渗流环的渗流通道向所述岩心样品内注入渗流液;
通过所述模拟井筒向所述岩心样品内注入压裂液,对所述岩心样品进行第二次压裂。
本发明的水力压裂模拟实验装置及实验方法的特点和优点是:
1、本发明通过设置渗流环,并在渗流环中设置与岩心腔连通的渗流通道,能模拟渗流过程,将压裂过程和渗流过程相结合,实现渗流和压裂的耦合作用,使重复压裂的实验数据更准确;
2、本发明通过在岩心腔内设置多个模拟井筒,能模拟多井复杂压裂情况,实现多井同时压裂,判断多井压裂下的压裂液干扰和裂缝复杂程度,为现场多井同时压裂提供参考和指导;
3、本发明通过设置加热装置对岩心腔内的岩心样品加热,能模拟岩心在地层中的高温状态,实现在高温状态下进行压裂和渗流实验,提高实验数据的准确性,并且可以研究温度对岩心压裂的影响以及高温状态下岩心性质变化;
4、本发明通过设置围压腔和轴压腔,能对岩心样品施加围压和轴压,以模拟实际地层压力,提高实验数据的准确性;
5、本发明通过设置可旋转的外壳,能模拟竖直井压裂和水平井压裂,以研究竖直井压裂和水平井压裂的差异。
附图说明
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释,并不限定本发明的范围。其中:
图1是本发明的水力压裂模拟实验装置的立体结构示意图;
图2是本发明的水力压裂模拟实验装置的主视图;
图3是图2中水力压裂模拟实验装置的侧视图;
图4是本发明的水力压裂模拟实验装置的剖视图;
图5是本发明的水力压裂模拟实验装置的内部结构示意图;
图6是本发明中渗流环的剖视图;
图7是本发明中盖板的立体结构示意图。
主要元件标号说明:
1、外壳;2、渗流环;3、岩心腔;4、渗流通道;5、模拟井筒;6、压裂液管;
7、压裂阀门;8、连接板;9、导流通道;10、围压筒;11、轴压板;
12、围压腔;13、轴压腔;14、围压管;15、轴压管;16、渗流管;17、电阻丝;
18、加热腔;19、外筒;20、盖板;21、底盘;22、连通孔;23、轴向紧固螺钉;
24、出液孔;25、出液管;26、复合传感器;27、凹槽;28、定位套;29、挡环;
30、环形板;31、凸缘;32、卡钩;33、卡槽;34、豁口;35、出液口;
36、轴向孔;37、环形孔;38、支架;39、法兰;40、径向紧固螺钉;
41、旋转轴。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解,现对照附图说明本发明的具体实施方式。其中,形容词性或副词性修饰语“上”和“下”、“顶”和“底”、“内”和“外”的使用仅是为了便于多组术语之间的相对参考,且并非描述对经修饰术语的任何特定的方向限制。另外,术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量,由此,限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中,除非另有说明,“多个”的含义是两个或两个以上。
如图1、图2、图3、图4所示,针对现有的压裂实验设备只能进行压裂实验,无法模拟渗流过程的问题,本发明提供一种水力压裂模拟实验装置,其包括外壳1和设于外壳1内的渗流环2,渗流环2的内侧具有用于放置岩心样品的岩心腔3,渗流环2中设有与岩心腔3连通的渗流通道4,岩心腔3内设有至少一个能插入岩心样品内的模拟井筒5,通过模拟井筒5向岩心样品内注入压裂液,以对岩心样品进行压裂,通过多次向模拟井筒5内注入压裂液可以实现重复压裂,通过渗流环2的渗流通道4向岩心样品内注入渗流液,以使岩心样品内的裂缝经历渗流。
本发明的水力压裂模拟实验装置能将压裂过程和渗流过程相结合,实现渗流和压裂的耦合作用,使重复压裂的实验数据更准确。
采用本发明的水力压裂模拟实验装置进行压裂实验时,实验方法包括:
向岩心腔3内放入岩心样品;
通过模拟井筒5向岩心样品内注入压裂液,对岩心样品进行第一次压裂;
通过渗流环2的渗流通道4向岩心样品内注入渗流液;
通过模拟井筒5向岩心样品内注入压裂液,对岩心样品进行第二次压裂。
如图4、图5所示,在实际压裂过程中,压裂和渗流过程往往是在多口油井中进行,而现有的压裂实验装置只考虑了单井压裂状态,缺乏对复杂压裂情况的研究,针对此问题,在本发明的一个实施例中,岩心腔3内设有多个模拟井筒5,每个模拟井筒5沿岩心腔3的轴向设置,多个模拟井筒5沿岩心腔3的径向并排间隔设置,以模拟多井复杂压裂情况,实现多井同时压裂,判断多井压裂下的压裂液干扰和裂缝复杂程度,为现场多井同时压裂提供参考和指导。
如图4、图5所示,进一步,岩心腔3内设有两个模拟井筒5,两个模拟井筒5分别位于岩心腔3的中心轴的相对两侧,两个模拟井筒5相互平行。通过设置两个独立的模拟井筒5,能实现双井同时压裂,判断双井压裂下的应力干扰和裂缝复杂程度,为双井同时压裂提供参考和指导。
如图4、图5所示,进一步,各模拟井筒5分别连接一压裂液管6,压裂液管6穿过外壳1并伸出外壳1外,通过压裂液管6向模拟井筒5内注入压裂液,各压裂液管6上分别设有压裂阀门7,注入压裂液时,打开压裂阀门7,完成一次压裂液注入后,关闭压裂阀门7,再次注入压裂液时,再打开压裂阀门7。通过对每个模拟井筒5分别设置一个压裂液管6和压裂阀门7,便于分别独立控制各模拟井筒5的压裂液注入过程,方便独立调节各模拟井筒5的压裂液注入参数。例如,压裂液管6与压裂控制系统连接,以通过压裂控制系统控制压裂液的注入压力。
如图4、图5所示,进一步,岩心腔3的端部设有一连接板8,模拟井筒5和压裂液管6分别位于连接板8的相对两侧,各模拟井筒5和各压裂液管6分别与连接板8连接,连接板8中设有将各模拟井筒5与对应的压裂液管6连通的导流通道9。
在实际情况下,岩心在地层中处于高温状态,而现有的压裂实验装置没有考虑温度的重要性,忽视了温度的影响,导致实验数据缺乏准确性,针对此问题,在本发明的一个实施例中,实验装置还包括用于对岩心腔3内的岩心样品加热的加热装置,以模拟岩心在地层中的高温状态,实现在高温状态下进行压裂和渗流实验,提高实验数据的准确性,并且可以研究温度对岩心压裂的影响以及高温状态下岩心性质变化。
如图4、图5所示,在一个实施例中,水力压裂模拟实验装置还包括设于外壳1内的围压筒10和轴压板11,围压筒10套在渗流环2外侧,围压筒10和外壳1之间形成围绕岩心腔3的环形的围压腔12,轴压板11设于岩心腔3的端部,轴压板11和外壳1之间形成轴压腔13,围压腔12、轴压腔13和岩心腔3三者之间互不连通,通过向围压腔12和轴压腔13内注入液体对岩心样品施加围压和轴压,以模拟实际地层压力,提高实验数据的准确性。
本实施例中,通过向围压腔12内注入液体,使围压腔12内的液体朝岩心腔3内部挤压围压筒10和渗流环2,经由围压筒10和渗流环2向岩心样品提供围压,通过向轴压腔13内注入液体,使轴压腔13内的液体朝岩心腔3内部挤压轴压板11,对轴压板11施加轴向压力,经由轴压板11向岩心样品提供轴压。
如图3、图4所示,进一步,外壳1外设有与外壳1连接的围压管14、轴压管15和渗流管16,围压管14与围压腔12连通,轴压管15与轴压腔13连通,渗流管16与渗流通道4连通,通过围压管14向围压腔12内注入液体,通过轴压管15向轴压腔13内注入液体,通过渗流管16向渗流通道4内注入渗流液。例如,围压管14和轴压管15与压力控制系统连接,以通过压力控制系统控制液体的注入压力。其中注入围压腔12和轴压腔13的液体可以是液压油,渗流液可以是水。
如图4、图5所示,进一步,加热装置为电加热装置,例如电加热装置为电阻丝17,外壳1中设有用于填充导热液体的加热腔18,加热腔18和轴压腔13分别位于岩心腔3的轴向两端,加热腔18和岩心腔3互不连通,电阻丝17设于加热腔18内,以加热导热液体,导热液体能将热量传递给岩心腔3内的岩心样品,从而模拟实际地层的高温环境。例如电阻丝17与温度控制系统电连接,以通过温度控制系统控制电阻丝17的加热温度。
如图1、图4所示,进一步,外壳1包括外筒19和封堵外筒19的相对两端的盖板20和底盘21,外筒19围绕围压筒10,外筒19和围压筒10之间形成围压腔12,围压管14与外筒19连接,盖板20位于轴压板11外侧,盖板20和轴压板11相对且间隔设置,盖板20和轴压板11之间形成轴压腔13,轴压管15与盖板20连接,渗流管16与底盘21连接,底盘21中设有连通孔22,渗流管16、连通孔22和渗流通道4依次连通,加热腔18设于底盘21中,底盘21与外筒19固定连接,盖板20与外筒19可拆卸地连接,以通过打开盖板20将岩心样品放入岩心腔3中,底盘21与外筒19固定连接,例如底盘21与外筒19通过轴向紧固螺钉23固定连接。
其中,外筒19与盖板20之间、外筒19与底盘21之间,围压筒10与盖板20之间、围压筒10与底盘21之间均通过密封圈密封。
如图4、图5所示,进一步,底盘21上设有与岩心腔3连通的出液孔24,外壳1外设有与出液孔24连接的出液管25,从岩心样品流出的压裂液和渗流液经由出液孔24和出液管25流到所述外壳1外,出液管25上设有能监测出液管25内液体的流量和温度的复合传感器26,通过复合传感器26获取液体流量和温度等试验数据,以便于后续实验分析。
如图4、图5所示,更进一步,底盘21的朝向岩心腔3的端面上设有与出液孔24连通的多圈凹槽27,凹槽27将压裂液和渗流液引流至出液孔24,通过设置凹槽27,使压裂液和渗流液更容易流出。
如图4、图5、图7所示,进一步,盖板20的朝向轴压板11的侧面上连接有定位套28和挡环29,挡环29位于定位套28外侧并环绕定位套28,挡环29和定位套28之间具有环形空间,例如定位套28位于盖板20的中心处,轴压板11套在定位套28外,以通过定位套28限制轴压板11径向偏移,轴压板11的外壁与挡环29的内壁通过密封圈密封接合,轴压板11的内壁与定位套28的外壁通过密封圈密封接合,以防止岩心腔3内的液体泄漏,渗流环2的两端分别顶抵挡环29的端面和底盘21的端面,以对渗流环2轴向定位,盖板20、定位套28、轴压板11和挡环29共同围成轴压腔13。
如图4、图5所示,进一步,连接板8设于轴压板11的背对盖板20的一侧,各模拟井筒5与连接板8的朝向岩心腔3的侧面连接,各压裂液管6与连接板8的背对模拟井筒5的侧面连接,连接板8中的导流通道9将各模拟井筒5与对应的压裂液管6连通,也就是压裂液管6的数量、导流通道9的数量和模拟井筒5的数量相同,相对应的压裂液管6、导流通道9和模拟井筒5依次连通,压裂液管6依次穿过定位套28和盖板20并伸出外壳1外,压裂液管6与定位套28之间通过密封圈密封,以防止压裂液泄漏,压裂液管6的位于外壳1外的管段上设有压裂阀门7。
具体是,岩心腔3为圆柱形的腔室,岩心样品呈圆柱状,岩心样品的外侧壁与渗流环2的内侧壁相贴,岩心样品的两端端面分别与连接板8的一侧面和底盘21的端面相贴,模拟井筒5插设于岩心样品的内部,轴压板11与连接板8的另一侧面相贴。
如图1、图5、图7所示,进一步,盖板20通过旋转方式与外筒19连接或分离,具体是,外筒19的顶部内侧设有环形板30,围压筒10的两端分别顶抵环形板30和底盘21,围压筒10、外筒19、环形板30和底盘21共同围成围压腔12,环形板30套在挡环29的外侧,环形板30与挡环29之间通过密封圈密封;盖板20的外侧壁上沿周向间隔设有多个弧形的凸缘31,对应地,环形板30的顶部外缘设有多个卡钩32,卡钩32朝外筒19的内侧延伸,卡钩32与环形板30之间形成供凸缘31嵌入的弧形的卡槽33,卡槽33的槽口朝向外筒19的径向内侧,卡槽33的两端敞口,相邻两卡钩32之间形成豁口34,安装盖板20时,将盖板20放在环形板30上,并使盖板20的各凸缘31对准各豁口34,然后旋转盖板20,使盖板20的凸缘31转到卡槽33内部,此时各凸缘31卡在对应的卡钩32内,从而将盖板20和外筒19固定连接在一起,拆卸盖板20时,旋转盖板20,使各凸缘31转到豁口34处,即可将盖板20从外筒19上取下,盖板20和外筒19之间无需螺栓等连接件,盖板20的拆装非常方便。
如图4、图5、图6所示,在一个实施例中,渗流通道4具有设于渗流环2内侧壁上的多个出液口35,出液口35与岩心腔3连通,多个出液口35沿渗流环2的圆周方向和轴向间隔排列,以模拟地层径向渗流的原始状态。
如图4、图5、图6所示,进一步,渗流通道4包括轴向孔36和多个环形孔37,环形孔37沿渗流环2的圆周方向设于渗流环2的侧壁中,多个环形孔37沿渗流环2的轴向间隔排列,轴向孔36沿渗流环2的轴向设于渗流环2的侧壁中,轴向孔36与多个环形孔37连通,轴向孔36与底盘21中的流通孔连通,每个环形孔37的内侧设有多个呈环形间隔排列的出液口35,出液口35将环形孔37与岩心腔3连通,渗流液依次流经渗流管16、连通孔22、轴向孔36、环形孔37后从多个出液口35流出进入岩心腔3内。
例如,轴向孔36的数量为一个,多个环形孔37沿渗流环2的轴向等间隔排列,每个环形孔37内侧的多个出液口35沿渗流环2的圆周方向等间隔排列。
如图1、图2、图3所示,在一个实施例中,水力压裂模拟实验装置还包括与外壳1转动连接的支架38,支架38支撑外壳1,外壳1相对于支架38具有第一固定位置和第二固定位置,外壳1通过相对于支架38转动在第一固定位置和第二固定位置之间切换,当外壳1处于第一固定位置时,模拟井筒5为处于竖直状态的竖直井筒,以模拟竖直井压裂,当外壳1处于第二固定位置时,模拟井筒5为处于水平状态的水平井筒,以模拟水平井压裂。本实施例通过设置可旋转的外壳,能模拟竖直井压裂和水平井压裂,以研究竖直井压裂和水平井压裂的差异。
如图1、图2、图3所示,进一步,支架38为两个,两个支架38分别位于外壳1的相对两侧,以稳定支撑外壳1,外壳1的外侧套设有法兰39,法兰39与外壳1固定连接,例如法兰39上连接有多个径向紧固螺钉40,多个径向紧固螺钉40沿法兰39的周向间隔设置,两个支架38分别通过一旋转轴41与法兰39连接,旋转轴41与法兰39螺纹连接,通过旋紧旋转轴41将外壳1和支架38固定,以将外壳1定位在第一固定位置或第二固定位置。
如图4、图5所示,采用本发明的水力压裂模拟实验装置进行压裂实验的实验方法包括以下步骤:
步骤S1:将岩心样品放入岩心腔3内;
步骤S2:开启加热装置对岩心样品进行加热,使岩心样品的温度达到设定温度;
步骤S3:向围压腔12和轴压腔13内注入液体,使岩心样品的围压和轴压分别达到设定围压值和设定轴压值;
步骤S4:通过模拟井筒5向岩心样品内注入压裂液,对岩心样品进行第一次压裂;
步骤S5:通过渗流环2向岩心样品内注入渗流液,使岩心样品经历渗流过程;
步骤S6:再次通过模拟井筒5向岩心样品内注入压裂液,对岩心样品进行第二次压裂;
步骤S7:从岩心腔3内取出岩心样品,对压裂后的岩心样品进行测试分析。
进一步,在步骤S1中,先打开外筒19上的盖板20,将岩心样品放入岩心腔3后,再将盖板20固定到外筒19上,以封闭外筒19的端部,然后根据实验需求将外壳1调整到第一固定位置或第二固定位置,以模拟竖直井压裂或水平井压裂;
进一步,在步骤S2中,打开温度控制系统,电阻丝17对加热腔18内的导热液体进行加热,导热液体将热量传递给岩心样品,使岩心样品的温度达到设定温度。
进一步,在步骤S3中,打开压力控制系统,将液压油通过围压管14和轴压管15注入围压腔12和轴压腔13,通过压力控制系统控制注入压力,以使岩心样品的围压和轴压分别达到设定围压值和设定轴压值。
进一步,在步骤S4中,打开压裂控制系统和压裂阀门7,将压裂液通过压裂液管6注入模拟井筒5内,通过压裂控制系统控制注入压力,以对岩心样品进行第一次压裂,在第一次压裂完成后关闭压裂阀门7。
进一步,在步骤S5中,将渗流液通过渗流管16注入渗流环2内。
进一步,在步骤S6中,再次打开压裂控制系统和压裂阀门7,将压裂液通过压裂液管6注入模拟井筒5内,通过压裂控制系统控制注入压力,以对岩心样品进行第二次压裂,在第二次压裂完成后关闭压裂阀门7。
进一步,在步骤S7中,先通过压力控制系统卸掉围压和轴压,将岩心腔3内的液体从出液管25抽出,然后再打开外筒19上的盖板20,从岩心腔3内取出岩心样品。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式,并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员,在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化与修改,均应属于本发明保护的范围。而且需要说明的是,本发明的各组成部分并不仅限于上述整体应用,本发明的说明书中描述的各技术特征可以根据实际需要选择一项单独采用或选择多项组合起来使用,因此,本发明理所当然地涵盖了与本案发明点有关的其它组合及具体应用。

Claims (13)

1.一种水力压裂模拟实验装置,其特征在于,所述水力压裂模拟实验装置包括外壳和设于所述外壳内的环形的渗流环,所述渗流环的内侧具有用于放置岩心样品的岩心腔,所述渗流环中设有与所述岩心腔连通的渗流通道,所述渗流通道具有设于所述渗流环的内侧壁上的多个出液口,所述出液口与所述岩心腔连通,多个所述出液口沿所述渗流环的圆周方向和轴向间隔排列,所述岩心腔内设有至少一个能插入所述岩心样品内的模拟井筒,通过所述模拟井筒向所述岩心样品内注入压裂液,通过所述渗流环的渗流通道向所述岩心样品内注入渗流液;
所述岩心腔内设有多个所述模拟井筒,所述模拟井筒沿所述岩心腔的轴向设置,多个所述模拟井筒沿所述岩心腔的径向并排间隔设置;
各所述模拟井筒分别连接一压裂液管,所述压裂液管穿过所述外壳并伸出所述外壳外,通过所述压裂液管向所述模拟井筒内注入压裂液,各所述压裂液管上分别设有压裂阀门;
所述岩心腔的端部设有一连接板,所述模拟井筒和所述压裂液管分别设于所述连接板的相对两侧,各所述模拟井筒和各所述压裂液管分别与所述连接板连接,所述连接板中设有将各所述模拟井筒与对应的所述压裂液管连通的导流通道。
2.如权利要求1所述的水力压裂模拟实验装置,其特征在于,所述水力压裂模拟实验装置还包括设于所述外壳内的围压筒和轴压板,所述围压筒套在所述渗流环外侧,所述围压筒和所述外壳之间形成围绕所述岩心腔的环形的围压腔,所述轴压板设于所述岩心腔的端部,所述轴压板和所述外壳之间形成轴压腔,所述围压腔、所述轴压腔和所述岩心腔互不连通,通过向所述围压腔和所述轴压腔内注入液体对所述岩心腔内的岩心样品施加围压和轴压。
3.如权利要求2所述的水力压裂模拟实验装置,其特征在于,所述外壳外设有与所述外壳连接的围压管、轴压管和渗流管,所述围压管与所述围压腔连通,所述轴压管与所述轴压腔连通,所述渗流管与所述渗流通道连通,通过所述围压管向所述围压腔内注入液体,通过所述轴压管向所述轴压腔内注入液体,通过所述渗流管向所述渗流通道内注入渗流液。
4.如权利要求2所述的水力压裂模拟实验装置,其特征在于,所述外壳中设有用于填充导热液体的加热腔,所述加热腔和所述轴压腔分别位于所述岩心腔的轴向两端,所述加热腔和所述岩心腔互不连通,所述加热腔内设有用于加热所述导热液体的电阻丝,所述导热液体能将热量传递给所述岩心腔内的岩心样品。
5.如权利要求2所述的水力压裂模拟实验装置,其特征在于,所述外壳包括外筒和封堵所述外筒的相对两端的盖板和底盘,所述外筒围绕所述围压筒设置,所述外筒和所述围压筒之间形成所述围压腔,所述盖板和所述轴压板之间形成所述轴压腔,所述盖板与所述外筒可拆卸地连接。
6.如权利要求5所述的水力压裂模拟实验装置,其特征在于,所述底盘上设有与所述岩心腔连通的出液孔,所述外壳外设有与所述出液孔连接的出液管,从所述岩心样品流出的压裂液和渗流液经由所述出液孔和所述出液管流出,所述出液管上设有能监测所述出液管内液体的流量和温度的复合传感器。
7.如权利要求5所述的水力压裂模拟实验装置,其特征在于,所述盖板的朝向所述轴压板的侧面上连接有定位套和挡环,所述挡环位于所述定位套外侧并环绕所述定位套,所述轴压板套在所述定位套外,所述轴压板的内侧壁与所述定位套的外侧壁密封接合,所述轴压板的外侧壁与所述挡环的内侧壁密封接合,所述渗流环的两端分别顶抵所述挡环的端面和所述底盘的端面。
8.如权利要求7所述的水力压裂模拟实验装置,其特征在于,所述轴压板的背对所述盖板的一侧设有连接板,所述模拟井筒与所述连接板连接,所述连接板的背对所述模拟井筒的一侧连接有用于分别向各所述模拟井筒内注入压裂液的至少一个压裂液管,所述连接板中设有将各所述模拟井筒与对应的所述压裂液管连通的导流通道,所述压裂液管依次穿过所述定位套和所述盖板并伸出所述外壳外。
9.如权利要求1所述的水力压裂模拟实验装置,其特征在于,所述渗流通道包括轴向孔和多个环形孔,所述环形孔沿所述渗流环的圆周方向设于所述渗流环的侧壁中,多个所述环形孔沿所述渗流环的轴向间隔排列,所述轴向孔沿所述渗流环的轴向设于所述渗流环的侧壁中,所述轴向孔与多个所述环形孔连通,每个所述环形孔的内侧设有多个呈环形间隔排列的所述出液口,所述出液口将所述环形孔与所述岩心腔连通。
10.如权利要求1所述的水力压裂模拟实验装置,其特征在于,所述水力压裂模拟实验装置还包括用于对所述岩心腔内的岩心样品加热的加热装置。
11.如权利要求1所述的水力压裂模拟实验装置,其特征在于,所述水力压裂模拟实验装置还包括与所述外壳转动连接的支架,所述支架支撑所述外壳,所述外壳相对于所述支架具有第一固定位置和第二固定位置,所述外壳通过相对于所述支架转动在所述第一固定位置和所述第二固定位置之间切换,当所述外壳处于所述第一固定位置时,所述模拟井筒为处于竖直状态的竖直井筒,当所述外壳处于所述第二固定位置时,所述模拟井筒为处于水平状态的水平井筒。
12.如权利要求11所述的水力压裂模拟实验装置,其特征在于,所述支架为两个,两个所述支架分别位于所述外壳的相对两侧,所述外壳的外侧套设有法兰,所述法兰与所述外壳固定连接,两个所述支架分别通过一旋转轴与所述法兰连接,所述旋转轴与所述法兰螺纹连接,通过旋紧所述旋转轴将所述外壳和所述支架固定,以将所述外壳定位在所述第一固定位置或所述第二固定位置。
13.一种水力压裂模拟实验方法,其特征在于,所述实验方法采用权利要求1至12任一项所述的水力压裂模拟实验装置进行压裂实验,所述实验方法包括:
向所述岩心腔内放入岩心样品;
通过所述模拟井筒向所述岩心样品内注入压裂液,对所述岩心样品进行第一次压裂;
通过所述渗流环的渗流通道向所述岩心样品内注入渗流液;
通过所述模拟井筒向所述岩心样品内注入压裂液,对所述岩心样品进行第二次压裂。
CN202010284534.7A 2020-04-13 2020-04-13 一种水力压裂模拟实验装置及实验方法 Active CN111610100B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010284534.7A CN111610100B (zh) 2020-04-13 2020-04-13 一种水力压裂模拟实验装置及实验方法
PCT/CN2020/120457 WO2021208379A1 (zh) 2020-04-13 2020-10-12 一种水力压裂模拟实验装置及实验方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010284534.7A CN111610100B (zh) 2020-04-13 2020-04-13 一种水力压裂模拟实验装置及实验方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111610100A CN111610100A (zh) 2020-09-01
CN111610100B true CN111610100B (zh) 2021-11-30

Family

ID=72203689

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010284534.7A Active CN111610100B (zh) 2020-04-13 2020-04-13 一种水力压裂模拟实验装置及实验方法

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN111610100B (zh)
WO (1) WO2021208379A1 (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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
CN113100607A (zh) * 2021-04-22 2021-07-13 西南石油大学 一种水力压裂实验模拟用展示装置
CN114483026B (zh) * 2022-01-26 2022-09-30 中国石油大学(北京) 用于射孔完井三轴水力压裂物理模拟的射孔岩样制作方法
CN114993917B (zh) * 2022-06-15 2023-05-16 江苏科技大学 一种连续测试变吸力下非饱和土体气体渗透系数的装置和方法
CN114893177B (zh) * 2022-06-21 2023-09-26 中国矿业大学 用于模拟地热系统干热岩的注水压裂剪切试验系统
CN115683976B (zh) * 2022-10-26 2024-04-12 中国科学院力学研究所 一种长距离驱替用液体渗流装置和长距离渗透方法
CN116399784B (zh) * 2023-06-07 2023-08-18 太原理工大学 一种模拟裂缝型热储层地热开采渗流试验的装置及方法

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104033147A (zh) * 2014-06-23 2014-09-10 西南石油大学 一种低渗水平井分段压裂耦合流动实验装置
CN104153760B (zh) * 2014-07-22 2016-08-24 中国石油大学(华东) 油气井水泥环密封特性模拟测试装置与实验方法
CN104594885B (zh) * 2014-10-16 2017-05-17 北京科技大学 一种页岩气在微裂缝中渗流规律的测定试验装置和方法
US20160160890A1 (en) * 2014-12-05 2016-06-09 Energy Recovery, Inc. Systems and methods for rotor axial force balancing
CN105986796A (zh) * 2015-02-10 2016-10-05 中国石油大学(北京) 水力压裂过程中相邻平行水力裂缝缝间干扰实验方法
CN104655495B (zh) * 2015-02-13 2017-05-10 太原理工大学 一种煤岩高温高压真三轴压裂渗流试验装置与试验方法
CN106896043B (zh) * 2015-12-21 2019-11-08 中国石油天然气股份有限公司 真三轴应力下模拟起裂及评价裂缝渗流的装置
CN205477573U (zh) * 2016-04-14 2016-08-17 西南石油大学 一种模拟射孔完井下水力压裂的实验装置
CN108732010B (zh) * 2017-04-24 2021-06-01 中国石油天然气股份有限公司 一种压裂裂缝的模拟及评价装置及方法
CN107655808A (zh) * 2017-09-26 2018-02-02 绵阳行吉科技有限公司 一种结合ct技术的三轴应力渗流试验系统
CN110057739A (zh) * 2019-04-28 2019-07-26 太原理工大学 高温高压煤岩超临界二氧化碳压裂-蠕变-渗流试验装置
CN110082277B (zh) * 2019-05-28 2021-05-18 辽宁工程技术大学 一种可周期扰动的煤岩三轴多相渗流试验装置及试验方法
CN110426286A (zh) * 2019-05-31 2019-11-08 中国平煤神马能源化工集团有限责任公司 一种真三轴压裂渗流连续测试系统及方法
CN110617045B (zh) * 2019-10-09 2020-05-05 西南石油大学 裂缝起裂扩展与支撑裂缝应力敏感性评价装置及方法
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

Also Published As

Publication number Publication date
CN111610100A (zh) 2020-09-01
WO2021208379A1 (zh) 2021-10-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111610100B (zh) 一种水力压裂模拟实验装置及实验方法
US7296927B2 (en) Laboratory apparatus and method for evaluating cement performance for a wellbore
CA2862293C (en) A method and apparatus for testing lost circulation materials for subterranean formations
CN109001438A (zh) 一种封缝堵气实验模拟装置及测试方法
CN104655495A (zh) 一种煤岩高温高压真三轴压裂渗流试验装置与试验方法
CN109270117B (zh) 一种裂隙试样渗流-传热过程中的数据测量装置与测量方法
CN206233918U (zh) 油气井水泥环密封完整性测试装置
CN106353479B (zh) 全直径岩心夹持器及全直径岩心酸化模拟装置
CN112816389B (zh) 一种多向多层全直径裂缝岩心渗流模拟装置及其应用
EA028748B1 (ru) Устройство для исследования свойств оседания бурового раствора
CN104005742B (zh) 一种用于实验室内模拟非均质性储层差异注水的方法以及装置
CN111561281B (zh) 钻井液防漏堵漏效果评价实验系统
CN113153255B (zh) 一种用于模拟水平井裂缝同步扩展实验的井筒装置及方法
CN111579464A (zh) 一种适用于三轴试验机渗流各向异性试验装置及试验方法
CN103104254A (zh) 一种多功能油藏模拟实验装置及其实验方法
CN112523746A (zh) 一种用于模拟真实地层界面条件的水泥环密封测试装置
US20220298891A1 (en) Natural Gas Hydrate Exploitation Experimental Device and Method for Full-Sized Production Wells
CN114033360A (zh) 一种全生命周期井筒密封完整性评价装置及方法
CN110331970A (zh) 一种多段压裂模拟实验装置
CN107956430B (zh) 一种适用于陆地试验井的智能完井管柱及其下井测试方法
CN110656918B (zh) 一种多尺度裂缝两相流动模拟评测方法
CN114109362A (zh) 油气井多开多胶结面固井水泥环性能评价装置及方法
CN110593866B (zh) 多尺度裂缝内气液两相流模拟与缝间干扰评价测试装置
CN211008602U (zh) 多井型多段压裂模拟系统
CN116357283A (zh) 立体压裂竞争注液模拟系统及方法

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