CN111946318B - 一种多簇同步压裂可视化模拟装置、系统、制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多簇同步压裂可视化模拟装置、系统、制造方法及试验方法，所述装置包括：透明试样，透明试样沿水平方向开设有盲孔，透明试样上预制有初始起裂缝，初始起裂缝的数量为预设数量，相邻两条初始起裂缝间隔预设间距，透明试样的壁面上设置有向内凹陷的预制钻孔；摄像头，固定设置于预制钻孔内；模拟套管，固定设置于盲孔内，模拟套管上与每条初始起裂缝的缝口对应的位置设置有喷射孔，所述模拟套管的第一端为盲端，所述模拟套管的第二端用于连接水力压裂系统。本申请解决了现有技术中难以对压裂液在多簇压裂缝中的流量分配及裂缝动态扩展过程中的特征进行获取的问题。

Description

一种多簇同步压裂可视化模拟装置、系统、制造方法

技术领域

本发明涉及非常规致密砂岩储层改造的技术领域，尤其涉及一种多簇同步压裂可视化模拟装置、系统、制造方法及试验方法。

背景技术

非常规油气资源(包括页岩气、致密砂岩气、煤层气等)作为一种高效、优质的清洁能源，是实现低碳消费的最佳选择。但非常规油气资源存在储层孔隙度低、渗透率低等特征。为了实现高效开采，必须通过压裂改造产生人工裂缝网络才能形成商业开发。在天然裂缝发育的区块钻井，然后采用水力压裂技术形成人工压裂缝沟通天然裂缝以获得高导流能力的油气流动通道，获得高产油气流。目前针对致密油气储层往往采用水平井分段压裂的方式，采用大型压裂泵车组将不同类型、不同排量的压裂液泵入到分段射孔簇中，达到储层的临界破裂压力后，形成一簇或多簇在空间展布的压裂裂缝。

水平井分段压裂多簇射孔技术是一种有效提高改造效果的技术，采用射孔枪在1m-1.5m范围内射穿16-32孔，射孔直径10mm，射孔深度50cm-70cm，射穿油层套管、水泥环并穿透非常规致密储层一定深度，预设起裂位置，此为一簇；即将待开发的储层水平井按长度分成若干段，通过在同一压裂段内，预制多簇起裂位置，然后采用地面压裂泵泵入压裂液，随着泵压的升高，采用压裂液作用于射孔位置，促使簇内裂缝起裂，多压裂缝相互沟通，达到改造致密储层的效果。

由于压裂施工现场目前尚未有对形成压裂缝形态进行定量化评价的技术方法，目前国内外不少学者用物理模型材料或储层天然露头试样开展单簇或双簇压裂物模试验，需要通过在试样表面放置的声发射探头定位裂缝损伤特征，并且在试验后对试样进行剖切查看不同压裂缝之间的干扰特征。

可见，该技术只能对单簇或双簇压裂实验结束后形成的不同压裂缝之间的干扰特征进行剖切采集，难以对压裂液在多簇压裂缝中的流量分配及裂缝动态扩展过程中的特征进行获取，以满足对多簇裂缝扩展机理研究的需要。

发明内容

本申请实施例通过提供一种多簇同步压裂可视化模拟装置、系统、制造方法及试验方法，解决了现有技术中只能对单簇或双簇压裂实验结束后形成的不同压裂缝之间的干扰特征进行剖切采集，难以对压裂液在多簇压裂缝中的流量分配及裂缝动态扩展过程中的特征进行获取，以满足对多簇裂缝扩展机理研究的需要。

第一方面，本申请通过本申请的一实施例提供如下技术方案：

一种多簇同步压裂可视化模拟装置，包括：透明试样，所述透明试样的力学特征适应于所模拟的岩层，其中，所述透明试样沿水平方向开设有盲孔，用于模拟水平井筒，所述透明试样上预制有与所述盲孔正交和/或斜交的初始起裂缝，所述初始起裂缝的数量为预设数量，相邻两条所述初始起裂缝间隔预设间距，所述透明试样的壁面上设置有向内凹陷的预制钻孔；摄像头，固定设置于所述预制钻孔内；模拟套管，固定设置于所述盲孔内，所述模拟套管上与每条所述初始起裂缝的缝口对应的位置设置有喷射孔，所述喷射孔用于向所述初始起裂缝内喷射预设压裂液，所述模拟套管的第一端为盲端，所述模拟套管的第二端用于连接水力压裂系统。

在一个实施例中，所述力学特征包括强度、变形应力特征。

在一个实施例中，所述透明试样为透明的有机玻璃。

在一个实施例中，所述模拟套管的内径与实际套管的内径之比为七分之一～八分之一。

在一个实施例中，所述预制钻孔的直径为14mm～18mm。

第二方面，本申请通过本申请的一实施例，提供如下技术方案：

一种多簇同步压裂可视化模拟系统，包括：真三轴压裂试验机；水力压裂系统；如上述任一实施例所述的多簇同步压裂可视化模拟装置；其中，在进行试验时，所述多簇同步压裂可视化模拟装置设置于所述真三轴压裂试验机内，所述真三轴压裂试验机用于向所述多簇同步压裂可视化模拟装置施加地层三向应力；所述水力压裂系统，与所述多簇同步压裂可视化模拟装置的模拟套管连接，用于向所述模拟套管泵入所述预设压裂液。

第三方面，本申请通过本申请的一实施例，提供如下技术方案：

一种如上述任一项实施例中所述的多簇同步压裂可视化模拟装置的制造方法，包括：依照所模拟的岩层的力学特征，选定制造所述透明试样的特定材料；依照真三轴压裂试验机的尺寸，利用所述特定材料制成所述透明试样，其中，在进行试验时，所述透明试样容纳于所述真三轴压裂试验机内，所述真三轴压裂试验机用于向所述透明试样施加地层三向应力；沿水平方向在所述透明试样上开设所述盲孔，在所述透明试样上预制所述初始起裂缝；在所述模拟套管上开设多簇所述喷射孔，并在开设好后，将所述模拟套管送入所述盲孔内进行固定，使每簇所述喷射孔与所述初始起裂缝一一对应；在所述透明试样的壁面上开设所述预制钻孔；将所述摄像头置入所述预制钻孔内进行固定，得到所述多簇同步压裂可视化模拟装置。

在一个实施例中，所述在所述透明试样上预制所述初始起裂缝，包括：利用激光聚焦技术在所述透明试样上预制所述初始起裂缝。

在一个实施例中，在所述将所述模拟套管送入所述盲孔内进行固定之前，还包括：将所述盲孔的内壁面处理成粗糙壁面；所述将所述模拟套管送入所述盲孔内进行固定，包括：将所述模拟套管送入所述盲孔内；对预制起裂位置进行可溶盐填充，并在填充好后，将环氧树脂注入所述模拟套管与所述盲孔的内壁面之间，使所述模拟套管固定在所述粗糙壁面上，其中，所述预制起裂位置为所述初始起裂缝、所述喷射孔及在所述初始起裂缝和所述喷射孔之间预定的通道。

第四方面，本申请通过本申请的一实施例，提供如下技术方案：

一种多簇同步压裂可视化模拟试验方法，应用于如上述实施例中任一项所述的多簇同步压裂可视化模拟系统中，所述模拟试验方法包括：将所述模拟套管的第二端连接所述水力压裂系统；利用所述真三轴压裂试验机向所述多簇同步压裂可视化模拟装置施加地层三向应力；控制所述水力压裂系统按照预设排量向所述模拟套管内泵入带有示踪剂的所述预设压裂液，并在泵入所述预设压裂液的同时，利用所述摄像头实时采集所述预设压裂液进入所述盲孔后的运行状况，直至所述预设压裂液的压力升高达到破裂压力，在所述初始起裂缝的基础上形成多簇贯穿的压裂缝后，完成多簇所述初始起裂缝同步起裂时，所述预设压裂液在多簇所述压裂缝中的流量分配及压裂缝动态扩展过程中的特征的获取。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本申请中，选用力学特征适应于所模拟的岩层的透明试样来模拟实际开采中的岩层，在该透明试样中开设盲孔来模拟水平井筒，在该盲孔内设置模拟套管来模拟现场的套管，通过在透明试样上预制与盲孔正交和/或斜交的初始起裂缝来模拟天然裂缝。在试验的过程中，通过水力压裂系统向模拟套管内提供预设压裂液，并通过模拟套管上与初始起裂缝对应的喷射孔向初始起裂缝内喷射预设压裂液，从而使得预设压裂液进入多簇初始起裂缝中同步起裂，通过设置在预制钻孔内的摄像头，可以监测到多簇初始起裂缝同步起裂时，预设压裂液在多簇所述压裂缝中的流量分配及压裂缝动态扩展过程中的特征的获取。本申请解决了现有技术中只能对单簇或双簇压裂实验结束后形成的不同压裂缝之间的干扰特征进行剖切采集，难以对压裂液在多簇压裂缝中的流量分配及裂缝动态扩展过程中的特征进行获取，以满足对多簇裂缝扩展机理研究的需要。

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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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为本申请实施例三提供的一种多簇同步压裂可视化模拟装置的制造方法的流程图；

图2为本申请实施例四提供的一种多簇同步压裂可视化模拟试验方法的流程图。

具体实施方式

本申请实施例通过提供一种多簇同步压裂可视化模拟装置、系统、制造方法及试验方法，解决了现有技术中只能对单簇或双簇压裂实验结束后形成的不同压裂缝之间的干扰特征进行剖切采集，难以对压裂液在多簇压裂缝中的流量分配及裂缝动态扩展过程中的特征进行获取，以满足对多簇裂缝扩展机理研究的需要。

本申请实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：

本申请中，选用力学特征适应于所模拟的岩层的透明试样来模拟实际开采中的岩层，在该透明试样中开设盲孔来模拟水平井筒，在该盲孔内设置模拟套管来模拟现场的套管，通过在透明试样上预制与盲孔正交和/或斜交的初始起裂缝来模拟天然裂缝。在试验的过程中，通过水力压裂系统向模拟套管内提供预设压裂液，并通过模拟套管上与初始起裂缝对应的喷射孔向初始起裂缝内喷射预设压裂液，从而使得预设压裂液进入多簇初始起裂缝中同步起裂，通过设置在预制钻孔内的摄像头，可以监测到多簇初始起裂缝同步起裂时，预设压裂液在多簇所述压裂缝中的流量分配及压裂缝动态扩展过程中的特征的获取。本申请解决了现有技术中只能对单簇或双簇压裂实验结束后形成的不同压裂缝之间的干扰特征进行剖切采集，难以对压裂液在多簇压裂缝中的流量分配及裂缝动态扩展过程中的特征进行获取，以满足对多簇裂缝扩展机理研究的需要。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

首先说明，本文中出现的术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

实施例一

本实施例提供了一种多簇同步压裂可视化模拟装置，适用于研究不同簇间距、不同簇数(一个初始起裂缝对应一个预制起裂位置，为一簇)、不同的压裂液类型、不同的压裂液排量及地应力特征参数等对多簇裂缝同步起裂和动态扩展的影响。

该装置至少包括：透明试样、摄像头、模拟套管，下面对每一个结构和结构之间的构造关系进行详细阐述，具体如下：

透明试样，用于模拟致密油气储层岩石，设置于真三轴压裂试验机内，在选择透明试样时，透明试样的力学特征适应于所模拟的岩层，具体实施过程中，力学特征可以包括强度、变形应力特征，力学特征还可以包括材料密度，需要说明的是，不同位置的岩层具有不同的力学特征，透明试样的力学特征根据需要研究的岩层的力学特征进行选择。需要说明的是，根据试验研究需求，选用具有不同力学特征，并通过真三轴压裂试验机施加不同的地层三向应力，可以研究地应力特征参数对多簇裂缝同步起裂和动态扩展的影响。

具体实施过程中，透明试样为透明的有机玻璃，透明试样的尺寸依照真三轴压裂试验机的试样规格设定，作为一个示例，透明试样的尺寸为300mm×300mm×600mm的长方体。

透明试样沿水平方向开设有盲孔，用于模拟水平井筒，沿用上述示例，盲孔开设在透明试样的300mm×300mm的端面上，并沿透明试样的长边所在的方向水平设置，此处试样的长边所在的方向是指长度为600mm的边所在的方向，透明盲孔的直径为25mm，盲孔的深度为450mm。

透明试样上预制有与盲孔正交和/或斜交的初始起裂缝，初始起裂缝用于模拟实际开采过程中水平井筒上的天然起裂缝，压裂缝依赖于以该初始起裂缝为基础，在压裂液的压力作用下形成，初始起裂缝的数量为预设数量，相邻两条初始起裂缝间隔预设间距。

具体实施过程中，初始起裂缝的预设数量、预设间距可以根据试验需求进行任意设置，通过调整不同的预设数量、预设间距，因此，本实施例不限于单簇或双簇同步压裂的试验，可以形成多簇初始起裂缝，进而可以进行多簇同步压裂的试验研究，同时研究不同簇间距、不同簇数对多簇裂缝同步起裂和动态扩展的影响，不限于现有技术中的单簇或双簇的研究。

另外需要说明的是，初始起裂缝可以根据研究的需要可在透明试样的任意位置，加工具有特定角度、长度及方位的模拟天然裂缝，完成有机玻璃预制裂缝的制备。

透明试样的壁面上设置有向内凹陷的预制钻孔，摄像头固定设置于预制钻孔内，由于整个透明试样为透明材料，该摄像头设置于内，用于实时采集压裂液进入多簇初始起裂缝后，在多簇初始起裂缝中同步起裂和动态扩展的运行状况，例如：流量分配、起裂速度、方向等。预制钻孔的直径为14mm～18mm，不能太大，太大影响透明试样的应力，造成实验结果的不准确性、无实用性。另外，沿用上述示例，预制钻孔开设在透明试样的300mm×300mm的端面及300mm×600mm的面上，并在其内布置无线高清摄像头，以便于从多个角度采集数据。

模拟套管，固定设置于盲孔内，用于模拟实际开采过程中的实际套管，模拟套管的内径与实际套管的内径之比为七分之一～八分之一，具体实施过程中，模拟套管的内径为15mm。

模拟套管上与每条初始起裂缝的缝口对应的位置设置有喷射孔，喷射孔用于向初始起裂缝内喷射预设压裂液，以进行试验，模拟套管的第一端为盲端，模拟套管的第二端用于连接水力压裂系统，水力压裂系统用于向模拟套管提供预设排量的预设压裂液，为便于数据采集，预设压裂液中可以加入示踪剂。

具体实施过程中，模拟套管的第二端设置有内螺纹，按照预设压裂液在模拟套管中流动的方向，此处模拟套管的第一端为预设压裂液先经过的一端。

需要说明的是，根据试验研究需求，设置水力压裂系统提供不同排列、不同类型的压裂液，可以研究不同的压裂液类型、不同的压裂液排量对多簇裂缝同步起裂和动态扩展的影响。

上述本申请实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：

本申请中，选用力学特征适应于所模拟的岩层的透明试样来模拟实际开采中的岩层，在该透明试样中开设盲孔来模拟水平井筒，在该盲孔内设置模拟套管来模拟现场的套管，通过在透明试样上预制与盲孔正交和/或斜交的初始起裂缝来模拟天然裂缝。在试验的过程中，通过水力压裂系统向模拟套管内提供预设压裂液，并通过模拟套管上与初始起裂缝对应的喷射孔向初始起裂缝内喷射预设压裂液，从而使得预设压裂液进入多簇初始起裂缝中同步起裂，通过设置在预制钻孔内的摄像头，可以监测到多簇初始起裂缝同步起裂时，预设压裂液在多簇所述压裂缝中的流量分配及压裂缝动态扩展过程中的特征的获取。本申请解决了现有技术中只能对单簇或双簇压裂实验结束后形成的不同压裂缝之间的干扰特征进行剖切采集，难以对压裂液在多簇压裂缝中的流量分配及裂缝动态扩展过程中的特征进行获取，以满足对多簇裂缝扩展机理研究的需要。

实施例二

本实施例提供了一种多簇同步压裂可视化模拟系统，包括：

真三轴压裂试验机；

水力压裂系统；

如上述实施例一中任一项的多簇同步压裂可视化模拟装置；

其中，在进行试验时，多簇同步压裂可视化模拟装置设置于真三轴压裂试验机内，真三轴压裂试验机用于向多簇同步压裂可视化模拟装置施加地层三向应力；

水力压裂系统，与多簇同步压裂可视化模拟装置的模拟套管连接，用于向模拟套管泵入预设压裂液。

上述本申请实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：

本申请中，选用力学特征适应于所模拟的岩层的透明试样来模拟实际开采中的岩层，在该透明试样中开设盲孔来模拟水平井筒，在该盲孔内设置模拟套管来模拟现场的套管，通过在透明试样上预制与盲孔正交和/或斜交的初始起裂缝来模拟天然裂缝，并配备真三轴压裂试验机向该透明试样施加地层三向应力，从而能够模拟实际开采过程中的岩层压裂的过程。在试验的过程中，通过水力压裂系统向模拟套管内提供预设压裂液，并通过模拟套管上与初始起裂缝对应的喷射孔向初始起裂缝内喷射预设压裂液，从而使得预设压裂液进入多簇初始起裂缝中同步起裂，通过设置在预制钻孔内的摄像头，可以监测到多簇初始起裂缝同步起裂时，预设压裂液在多簇压裂缝中的流量分配及压裂缝动态扩展过程中的特征的获取。本申请解决了现有技术中只能对单簇或双簇压裂实验结束后形成的不同压裂缝之间的干扰特征进行剖切采集，难以对压裂液在多簇压裂缝中的流量分配及裂缝动态扩展过程中的特征进行获取，以满足对多簇裂缝扩展机理研究的需要。

实施例三

如图1所示，本实施例提供了一种如实施例一中任一项的多簇同步压裂可视化模拟装置的制造方法，包括：

步骤S101：依照所模拟的岩层的力学特征，选定制造透明试样的特定材料。

步骤S102：依照真三轴压裂试验机的尺寸，利用特定材料制成透明试样，其中，在进行试验时，透明试样容纳于真三轴压裂试验机内，真三轴压裂试验机用于向透明试样施加地层三向应力。

作为一个示例，该特定材料为有机玻璃，根据开展真三轴压裂试验的试样规格，切割加工成300mm×300mm×600mm的长方体压裂标准试样。

步骤S103：沿水平方向在透明试样上开设盲孔，在透明试样上预制初始起裂缝。

具体实施过程中，采用激光聚焦技术按照研究需要的预设间距及预设数量要求，预制与水平井筒正交或斜交的初始起裂缝，用于模拟压裂射孔簇。初始起裂缝可以根据研究的需要在透明试样的任意位置，加工具有特定角度、长度及方位的模拟天然裂缝，完成有机玻璃预制裂缝的制备。

沿用上述示例，形成长方体试样压裂标准试样的其中300mm×300mm的一个端面上钻直径为25mm、深度为450mm的盲孔，用于模拟水平井筒。

然后在模拟段内的水平井筒距离井口端深度分别为200mm、300mm、400mm的深度位置，预制与水平井筒正交的初始起裂缝，裂缝的宽度为2mm，裂缝长度为10mm，用于模拟压裂射孔簇。

步骤S104：在模拟套管上开设多簇喷射孔，并在开设好后，将模拟套管送入盲孔内进行固定，使每簇喷射孔与初始起裂缝一一对应。

沿用上述示例，将长度为450mm的模拟套管对照初始起裂缝的起裂位置(距离井口端深度分别为200mm、300mm、400mm的位置)进行环向切割，形成喷射孔，仅保留小部分接触即可。

步骤S105：在透明试样的壁面上开设预制钻孔。

采用比预埋的无线高清摄像头尺寸略大的钻头在透明有机玻璃的300mm×300mm端面及300mm×600mm的端面，分别钻满足无线高清摄像头几何尺寸的预制钻孔。

沿用上述示例，钻头直径为18mm，在透明有机玻璃的300mm×300mm端面及300mm×600mm的端面分别钻深度为30mm的深孔。

步骤S106：将摄像头置入预制钻孔内进行固定，得到多簇同步压裂可视化模拟装置。

将无线高清摄像头置入预制钻孔内，调整摄像头的清晰度，然后采用环氧树脂材料进行固定。

实际实施过程中，并不需要按照上述步骤S101至步骤S106的步骤进行制造，上述步骤仅实施例所提供的制造方法的一个可行的示例，上述步骤S101至步骤S106不应该理解为对本申请实施例的限制。

作为一种可选的实施例，在将模拟套管送入盲孔内进行固定之前，还包括：

将盲孔的内壁面处理成粗糙壁面，具体实施过程中，采用小型砂轮片机将盲孔的内壁面处理成粗糙壁面。

然后，将模拟套管送入盲孔内；

接着，对预制起裂位置进行可溶盐填充，并在填充好后，将环氧树脂注入模拟套管与盲孔的内壁面之间，使模拟套管固定在粗糙壁面上，具体实施过程中，采用高强环氧树脂进行密封。

本实施例中，粗糙壁面的形成，有利于采用环氧树脂将水平井筒与模拟套筒之间的良好贴合，保证密封性，避免压裂液进入水平井筒与模拟套筒之间的空隙中。

另外，利用环氧树脂注入水平井筒与模拟套筒之间的空隙中之前，先利用可溶盐填充初始起裂缝、喷射孔及在初始起裂缝和喷射孔之间预定的通道，以避免环氧树脂注入时，堵塞预制起裂位置，影响试验，当需要试验时，将透明试样置入水中，可溶盐随即溶入水中，保持预制起裂位置的通畅。

作为一种可选的实施例，制造方法还包括：在模拟套管的第二端加工内螺纹。

实施例三

如图2所示，本实施例提供了一种多簇同步压裂可视化模拟试验方法，应用于实施例二中任一项的多簇同步压裂可视化模拟系统中，模拟试验方法包括：

步骤S201：将模拟套管的第二端连接水力压裂系统；

步骤S202：利用真三轴压裂试验机向透多簇同步压裂可视化模拟装置施加地层三向应力；

步骤S203：控制水力压裂系统按照预设排量向模拟套管内泵入带有示踪剂的预设压裂液，并在泵入预设压裂液的同时，利用摄像头实时采集预设压裂液进入盲孔后的运行状况，直至预设压裂液的压力升高达到破裂压力，在初始起裂缝的基础上形成多簇贯穿的压裂缝后，完成多簇初始起裂缝同步起裂时，预设压裂液在多簇压裂缝中的流量分配及压裂缝动态扩展过程中的特征的获取。

上述“直至预设压裂液的压力升高达到破裂压力，在初始起裂缝的基础上形成多簇贯穿的压裂缝后”，是指随着压裂液的泵注，压裂液泵压升高达到破裂压力，形成新的贯穿压裂缝后，到达透明试样的外边界，泵压快速降低。此时，需要停止压裂液泵注系统、摄像头录像功能，卸除真三轴试验机的三向地应力。

在步骤S203之后，将完成真三轴压裂试验的试样压裂缝特征进行量化描述，然后将透明试样从真三轴压裂试验机内平稳的取出，沿已形成的压裂缝将试样剖开，同步记录裂缝面在三维空间的特征信息，尤其需要关注新形成的压裂缝与预制裂缝位置特征信息；

然后将剖开后得到的压裂缝面采用三维激光形貌扫描仪提取特征信息，然后在三维空间进行裂缝面特征的重构，完成裂缝信息的定量提取。同时，由泵压曲线特征分析并结合无线高清摄像头采集的实时数据对多簇裂缝起裂过程中的裂缝扩展演化及压裂液量分配等参数进行量化分析与评价，其结果可用于不同簇间距、不同簇数、压裂液类型、压裂液排量及地应力特征参数等对多裂缝同步扩展的影响。本发明可为致密油气储层簇间距优化提供技术支撑，对推动非常规储层水平井分段、分簇力学机制理论与技术都具有一定的实际意义。

上述本申请实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：

本申请中，选用力学特征适应于所模拟的岩层的透明试样来模拟实际开采中的岩层，在该透明试样中开设盲孔来模拟水平井筒，在该盲孔内设置模拟套管来模拟现场的套管，通过在透明试样上预制与盲孔正交和/或斜交的初始起裂缝来模拟天然裂缝，并配备真三轴压裂试验机向该透明试样施加地层三向应力，从而能够模拟实际开采过程中的岩层压裂的过程。在试验的过程中，通过水力压裂系统向模拟套管内提供预设压裂液，并通过模拟套管上与初始起裂缝对应的喷射孔向初始起裂缝内喷射预设压裂液，从而使得预设压裂液进入多簇初始起裂缝中同步起裂，通过设置在预制钻孔内的摄像头，可以监测到多簇初始起裂缝同步起裂时，预设压裂液在多簇压裂缝中的流量分配及压裂缝动态扩展过程中的特征的获取。本申请解决了现有技术中只能对单簇或双簇压裂实验结束后形成的不同压裂缝之间的干扰特征进行剖切采集，难以对压裂液在多簇压裂缝中的流量分配及裂缝动态扩展过程中的特征进行获取，以满足对多簇裂缝扩展机理研究的需要。

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 (9)

1.一种多簇同步压裂可视化模拟装置，其特征在于，包括：

透明试样，所述透明试样的力学特征适应于所模拟的岩层，其中，

所述透明试样沿水平方向开设有盲孔，用于模拟水平井筒，所述透明试样上预制有与所述盲孔正交和/或斜交的初始起裂缝，所述初始起裂缝的数量为预设数量，相邻两条所述初始起裂缝间隔预设间距，所述透明试样的壁面上设置有向内凹陷的预制钻孔；所述预制钻孔的直径为14mm～18mm；

摄像头，固定设置于所述预制钻孔内；

模拟套管，固定设置于所述盲孔内，所述模拟套管上与每条所述初始起裂缝的缝口对应的位置设置有喷射孔，所述喷射孔用于向所述初始起裂缝内喷射预设压裂液，所述模拟套管的第一端为盲端，所述模拟套管的第二端用于连接水力压裂系统。

2.如权利要求1所述的多簇同步压裂可视化模拟装置，其特征在于，所述力学特征包括强度、变形应力特征。

3.如权利要求1所述的多簇同步压裂可视化模拟装置，其特征在于，所述透明试样为透明的有机玻璃。

4.如权利要求1所述的多簇同步压裂可视化模拟装置，其特征在于，所述模拟套管的内径与实际套管的内径之比为七分之一～八分之一。

5.一种多簇同步压裂可视化模拟系统，其特征在于，包括：

真三轴压裂试验机；

水力压裂系统；

如权利要求1-4任一项所述的多簇同步压裂可视化模拟装置；

其中，在进行试验时，所述多簇同步压裂可视化模拟装置设置于所述真三轴压裂试验机内，所述真三轴压裂试验机用于向所述多簇同步压裂可视化模拟装置施加地层三向应力；

所述水力压裂系统，与所述多簇同步压裂可视化模拟装置的模拟套管连接，用于向所述模拟套管泵入所述预设压裂液。

6.一种如权利要求1-4任一项所述的多簇同步压裂可视化模拟装置的制造方法，其特征在于，包括：

依照所模拟的岩层的力学特征，选定制造所述透明试样的特定材料；

依照真三轴压裂试验机的尺寸，利用所述特定材料制成所述透明试样，其中，在进行试验时，所述透明试样容纳于所述真三轴压裂试验机内，所述真三轴压裂试验机用于向所述透明试样施加地层三向应力；

沿水平方向在所述透明试样上开设所述盲孔，在所述透明试样上预制所述初始起裂缝；

在所述模拟套管上开设多簇所述喷射孔，并在开设好后，将所述模拟套管送入所述盲孔内进行固定，使每簇所述喷射孔与所述初始起裂缝一一对应；

在所述透明试样的壁面上开设所述预制钻孔；

将所述摄像头置入所述预制钻孔内进行固定，得到所述多簇同步压裂可视化模拟装置。

7.如权利要求6所述的制造方法，其特征在于，所述在所述透明试样上预制所述初始起裂缝，包括：

利用激光聚焦技术在所述透明试样上预制所述初始起裂缝。

8.如权利要求6所述的制造方法，其特征在于，在所述将所述模拟套管送入所述盲孔内进行固定之前，还包括：

将所述盲孔的内壁面处理成粗糙壁面；

所述将所述模拟套管送入所述盲孔内进行固定，包括：

将所述模拟套管送入所述盲孔内；

对预制起裂位置进行可溶盐填充，并在填充好后，将环氧树脂注入所述模拟套管与所述盲孔的内壁面之间，使所述模拟套管固定在所述粗糙壁面上，其中，所述预制起裂位置为所述初始起裂缝、所述喷射孔及在所述初始起裂缝和所述喷射孔之间预定的通道。

9.一种多簇同步压裂可视化模拟试验方法，其特征在于，应用于如权利要求5中任一项所述的多簇同步压裂可视化模拟系统中，所述模拟试验方法包括：

将所述模拟套管的第二端连接所述水力压裂系统；

利用所述真三轴压裂试验机向所述多簇同步压裂可视化模拟装置施加所述地层三向应力；

控制所述水力压裂系统按照预设排量向所述模拟套管内泵入带有示踪剂的所述预设压裂液，并在泵入所述预设压裂液的同时，利用所述摄像头实时采集所述预设压裂液进入所述盲孔后的运行状况，直至所述预设压裂液的压力升高达到破裂压力，在所述初始起裂缝的基础上形成多簇贯穿的压裂缝后，完成多簇所述初始起裂缝同步起裂时，所述预设压裂液在多簇所述压裂缝中的流量分配及压裂缝动态扩展过程中的特征的获取。

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