CN112096359A - 一种投球暂堵转向压裂试验装置、系统、制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种投球暂堵转向压裂试验装置、系统、制造方法及试验方法，其中，所述装置包括：透明试样，透明试样的力学特征适应于所模拟的岩层，透明试样沿水平方向开设有盲孔，透明试样上沿盲孔的方向预制有多组长裂缝及多组二次起裂缝；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，固定设置于所述盲孔内，模拟套管上与每组长裂缝的缝口对应的位置设置有堵口，模拟套管上与每组二次起裂缝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不能获取投球暂堵工艺对再造裂缝簇的起裂及动态扩展过程的影响规律的问题。

Description

一种投球暂堵转向压裂试验装置、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，尤其涉及一种投球暂堵转向压裂试验装置、系统、制造方法及试验方法。
背景技术
非常规油气资源具有储层孔隙度低、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。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致密储层中，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。目前我国中浅层页岩气已经实现商业开发，深部页岩气储层蕴含丰富的页岩气，但随着开发深度的增加，压裂改造后形成的压裂缝较中浅层有较大差异，受制于深层地应力场特征的影响，两向水平地应力逐渐增大，深层页岩压裂后的裂缝复杂度逐步降低。
为此，目前针对深层页岩气开发提出了一种新型的压裂模式，即采用细分簇、密切割，加投球暂堵压裂等工艺，利用压裂缝间诱导应力场特征，尽量在近井筒形成复杂压裂缝，增加油气产出通道。当段内压裂后，受射孔参数及地层非均质性的影响，初始形成压裂缝后，为更好的使未改造区域产生压裂缝，需采用投球工艺技术将初始形成的水力裂缝缝口暂时封堵，以利于未开启裂缝簇的起裂及扩展。
但目前，还不存在相关试验及机理方面的研究工作，以获取投球暂堵工艺对再造裂缝簇的起裂及动态扩展过程的影响规律，致使难以为现场压裂施工参数优化设计提供技术支持。
发明内容
本申请实施例通过提供一种投球暂堵转向压裂试验装置、系统、制造方法及试验方法，解决了现有技术中还不存在相关试验及机理方面的研究工作，以获取投球暂堵工艺对再造裂缝簇的起裂及动态扩展过程的影响规律，致使难以为现场压裂施工参数优化设计提供技术支持的技术问题。
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：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，所述透明试样上沿所述盲孔的方向预制有多组长裂缝及多组二次起裂缝，所述长裂缝用于模拟已压裂形成的压裂缝，所述二次起裂缝用于模拟尚未压裂的起裂缝；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组所述长裂缝的缝口对应的位置设置有堵口，所述模拟套管上与每组所述二次起裂缝对应的位置设置有喷射孔，所述喷射孔用于向所述二次起裂缝内喷射压裂液，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环氧树脂。
在一个实施例中，所述透明试样的尺寸为300mm×300mm×600mm的长方体；所述盲孔开设在所述透明试样的300mm×300mm的端面上，并沿所述透明试样的长边所在的方向水平设置，所述盲孔的直径为25mm，所述盲孔的深度为450mm。
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：
一种投球暂堵转向压裂试验系统，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投球暂堵转向压裂试验装置；其中，在进行试验时，所述投球暂堵转向压裂试验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投球暂堵转向压裂试验装置施加地层三向应力；所述水力压裂系统，与所述投球暂堵转向压裂试验装置的模拟套管连接，用于向所述模拟套管泵入所述压裂液。
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所述的投球暂堵转向压裂试验装置的制造方法，包括：依照所模拟的岩层的力学特征，选定所述透明试样的特定材料；依照真三轴压裂试验机的尺寸，利用模具对所述特定材料进行浇注，并在浇注的过程中，将多个填充有可溶盐的透明纸片沿所述套孔的预定方向间隔置入所述模具中，其中，置入所述模具中的每个所述填充有可溶盐的透明纸片以所述套孔的预定方向所在的水平中心线上下对称分布，待试样成型后，去除所述模具，得到所述透明试样，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；沿所述套孔的预定方向在所述透明试样上开设所述盲孔，所述盲孔穿过所述透明纸片，形成多组所述长裂缝和多组所述二次起裂缝；在所述模拟套管上开设多组所述堵口和多组所述喷射孔，并在开设好后，将所述模拟套管送入所述盲孔内进行固定，使每组所述堵口与所述缝口一一对应，每组所述喷射孔与所述二次起裂缝一一对应；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，得到所述投球暂堵转向压裂试验装置。
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：
一种投球暂堵转向压裂试验方法，应用于上述任一实施例所述的投球暂堵转向压裂试验系统中，所述模拟试验方法包括：依照试验需求的投球时机和投球位置，将小球穿过预设堵口放置所述预设堵口对应的所述缝口处，对所述缝口进行暂堵，所述预设堵口为多组所述堵口中的一个或多个；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投球暂堵转向压裂试验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压裂液，并在泵入所述压裂液的同时，利用所述摄像头实时采集所述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，在所述二次起裂缝的基础上形成贯穿的压裂缝后，完成投球暂堵工艺对二次起裂缝的起裂及动态扩展过程的影响规律。
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，在预设的投球时机利用小球通过堵口对需要封堵的缝口进行封堵，通过水力压裂系统向模拟套管内提供压裂液，并通过模拟套管上与二次起裂缝对应的喷射孔向二次起裂缝内喷射压裂液，通过设置在预制钻孔内的摄像头，可以监测到投球时机、投球位置、已形成的初始压裂缝的位置的不同对二次起裂缝的起裂及动态扩展过程的影响规律。本申请解决了现有技术中还不存在相关试验及机理方面的研究工作，以获取投球暂堵工艺对再造裂缝簇的起裂及动态扩展过程的影响规律，致使难以为现场压裂施工参数优化设计提供技术支持的技术问题。
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投球暂堵转向压裂试验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投球暂堵转向压裂试验方法的流程图。
具体实施方式
本申请实施例通过提供一种投球暂堵转向压裂试验装置、系统、制造方法及试验方法，解决了现有技术中还不存在相关试验及机理方面的研究工作，以获取投球暂堵工艺对再造裂缝簇的起裂及动态扩展过程的影响规律，致使难以为现场压裂施工参数优化设计提供技术支持的技术问题。
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，在预设的投球时机利用小球通过堵口对需要封堵的缝口进行封堵，通过水力压裂系统向模拟套管内提供压裂液，并通过模拟套管上与二次起裂缝对应的喷射孔向二次起裂缝内喷射压裂液，通过设置在预制钻孔内的摄像头，可以监测到投球时机、投球位置、已形成的初始压裂缝的位置的不同对二次起裂缝的起裂及动态扩展过程的影响规律。本申请解决了现有技术中还不存在相关试验及机理方面的研究工作，以获取投球暂堵工艺对再造裂缝簇的起裂及动态扩展过程的影响规律，致使难以为现场压裂施工参数优化设计提供技术支持的技术问题。
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。
实施例一
本实施例提供了一种投球暂堵转向压裂试验装置，适用于研究不同的投球时机、不同的投球位置、不同的已形成的初始压裂缝的位置对二次起裂缝的起裂及动态扩展过程的影响规律。
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二次起裂缝的起裂及动态扩展过程的影响规律。
具体实施过程中，透明试样为透明的环氧树脂，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。
透明试样上沿盲孔的方向预制有多组长裂缝及多组二次起裂缝，长裂缝用于模拟已压裂形成的压裂缝，该长裂缝是在初始起裂缝(天然起裂缝)为基础，在压裂液的压力作用下形成。二次起裂缝用于模拟尚未压裂的起裂缝。
通过再不同的位置预制已形成的初始压裂缝(长裂缝)，并结合对不同的投球时机、不同的投球位置，本实施例能够研究已经存在长裂缝的情况下，不同的投球时机、不同的投球位置、不同的初始压裂缝的位置对以二次起裂缝为起裂点压裂形成的新的压裂缝的起裂及动态扩展过程的影响规律。
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二次起裂缝后，在二次起裂缝中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。
模拟套管上与每组长裂缝的缝口对应的位置设置有堵口，模拟套管上与每组二次起裂缝对应的位置设置有喷射孔，堵口用于与长裂缝的缝口对接，便于小球通过堵口进入长裂缝的缝口，对长裂缝的缝口进行封堵，喷射孔用于向二次起裂缝内喷射压裂液，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。
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，在预设的投球时机利用小球通过堵口对需要封堵的缝口进行封堵，通过水力压裂系统向模拟套管内提供压裂液，并通过模拟套管上与二次起裂缝对应的喷射孔向二次起裂缝内喷射压裂液，通过设置在预制钻孔内的摄像头，可以监测到投球时机、投球位置、已形成的初始压裂缝的位置的不同对二次起裂缝的起裂及动态扩展过程的影响规律。本申请解决了现有技术中还不存在相关试验及机理方面的研究工作，以获取投球暂堵工艺对再造裂缝簇的起裂及动态扩展过程的影响规律，致使难以为现场压裂施工参数优化设计提供技术支持的技术问题。
实施例二
本实施例提供了一种投球暂堵转向压裂试验系统，包括：
真三轴压裂试验机；
水力压裂系统；
如实施例一中任一项的投球暂堵转向压裂试验装置；
其中，在进行试验时，投球暂堵转向压裂试验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投球暂堵转向压裂试验装置施加地层三向应力；
水力压裂系统，与投球暂堵转向压裂试验装置的模拟套管连接，用于向模拟套管泵入压裂液。
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，在预设的投球时机利用小球通过堵口对需要封堵的缝口进行封堵，通过水力压裂系统向模拟套管内提供压裂液，并通过模拟套管上与二次起裂缝对应的喷射孔向二次起裂缝内喷射压裂液，通过设置在预制钻孔内的摄像头，可以监测到投球时机、投球位置、已形成的初始压裂缝的位置的不同对二次起裂缝的起裂及动态扩展过程的影响规律。本申请解决了现有技术中还不存在相关试验及机理方面的研究工作，以获取投球暂堵工艺对再造裂缝簇的起裂及动态扩展过程的影响规律，致使难以为现场压裂施工参数优化设计提供技术支持的技术问题。
实施例三
如图1，本实施例提供了一种如实施例一中任一项的投球暂堵转向压裂试验装置的制造方法，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，利用模具对特定材料进行浇注，并在浇注的过程中，将多个填充有可溶盐的透明纸片沿套孔的预定方向间隔置入模具中，其中，置入模具中的每个填充有可溶盐的透明纸片以套孔的预定方向所在的水平中心线上下对称分布，待试样成型后，去除模具，得到透明试样，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，该特定材料为环氧树脂，根据开展真三轴压裂试验的试样规格，利用环氧树脂浇注入内部尺寸为300mm×300mm×600mm的长方体模具中，并在浇注的过程中，将三个300mm的填充有可溶盐的透明硬纸片及三个70mm的填充有可溶盐的透明硬纸片交替置入模具中，置入模具中的透明硬纸片以套孔的预定方向(套孔准备开设的位置所处的方向)所在的水平中心线上、下对称，待试样成型后，去除模具，得到300mm×300mm×600mm的长方体压裂标准试样。
步骤S103：沿套孔的预定方向所在的水平中心线在透明试样上开设盲孔，盲孔穿过透明纸片，形成多组长裂缝和多组二次起裂缝。
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。
由于填充有可溶盐的透明硬纸片以套孔的预定方向(套孔准备开设的位置所处的方向)所在的水平中心线上、下对称，因此，盲孔将会穿过这些透明纸片，形成多组长裂缝和多组二次起裂缝，并与盲孔上留下相应的缝口，单组长裂缝包括上、下对称的两条长裂缝，单组二次起裂缝包括上、下对称的两条二次起裂缝，沿用上述示例，长裂缝的缝长150mm，缝口宽度为3mm，二次起裂缝的缝长35mm，缝口宽度为1mm。
需要说明的是，上述实施例中，通过设置不同尺寸的透明硬纸片，并将透明硬纸片沿预定方向设置在不同位置，可以得到实现不同尺寸、不同位置的裂缝的预制，包括长裂缝和二次起裂缝，进而有利于研究不同的已形成的初始压裂缝的位置对二次起裂缝的起裂及动态扩展过程的影响规律。
步骤S104：在模拟套管上开设多组堵口和多组喷射孔，并在开设好后，将模拟套管送入盲孔内进行固定，使每组堵口与缝口一一对应，每组喷射孔与二次起裂缝一一对应。
沿用上述示例，将长度为450mm的模拟套管长裂缝的缝口位置和二次起裂缝的起裂点进行环向切割，形成堵口和喷射孔，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，得到投球暂堵转向压裂试验装置。
具体的，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；
将模拟套管送入盲孔内进行固定，包括：
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。
实施例四
如图2所示，本实施例提供了一种投球暂堵转向压裂试验方法，应用于如实施例一中任一项的投球暂堵转向压裂试验系统中，模拟试验方法包括：
步骤S201：依照试验需求的投球时机和投球位置，将小球穿过预设堵口放置预设堵口对应的缝口处，对缝口进行暂堵，预设堵口为多组堵口中的一个或多个；
步骤S202：将模拟套管的第二端连接水力压裂系统；
步骤S203：利用真三轴压裂试验机向投球暂堵转向压裂试验装置施加地层三向应力；
步骤S204：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压裂液，并在泵入压裂液的同时，利用摄像头实时采集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，在二次起裂缝的基础上形成多簇贯穿的压裂缝后，完成投球暂堵工艺对二次起裂缝的起裂及动态扩展过程的影响规律。
上述“直至预设压裂液的压力升高达到破裂压力，在二次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S204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二次压裂缝与投球暂堵的长裂缝的位置特征信息。
然后，将剖开后得到的二次压裂缝的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。其结果可用于不同投球时机、不同投球位置、不同初始压裂缝位置的选择进行优化，本发明可为致密油气储层密切割、细分簇中投球暂堵转向压裂机理研究提供技术支撑，对推动非常规储层复杂缝形成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，在预设的投球时机利用小球通过堵口对需要封堵的缝口进行封堵，通过水力压裂系统向模拟套管内提供压裂液，并通过模拟套管上与二次起裂缝对应的喷射孔向二次起裂缝内喷射压裂液，通过设置在预制钻孔内的摄像头，可以监测到投球时机、投球位置、已形成的初始压裂缝的位置的不同对二次起裂缝的起裂及动态扩展过程的影响规律。本申请解决了现有技术中还不存在相关试验及机理方面的研究工作，以获取投球暂堵工艺对再造裂缝簇的起裂及动态扩展过程的影响规律，致使难以为现场压裂施工参数优化设计提供技术支持的技术问题。
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 (10)

1.一种投球暂堵转向压裂试验装置，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，所述透明试样上沿所述盲孔的方向预制有多组长裂缝及多组二次起裂缝，所述长裂缝用于模拟已压裂形成的压裂缝，所述二次起裂缝用于模拟尚未压裂的起裂缝；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组所述长裂缝的缝口对应的位置设置有堵口，所述模拟套管上与每组所述二次起裂缝对应的位置设置有喷射孔，所述喷射孔用于向所述二次起裂缝内喷射压裂液，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所述的投球暂堵转向压裂试验装置，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所述的投球暂堵转向压裂试验装置，其特征在于，所述透明试样为透明的环氧树脂。
4.如权利要求3所述的多簇同步压裂可视化模拟装置，其特征在于，所述透明试样的尺寸为300mm×300mm×600mm的长方体；
所述盲孔开设在所述透明试样的300mm×300mm的端面上，并沿所述透明试样的长边所在的方向水平设置，所述盲孔的直径为25mm，所述盲孔的深度为450mm。
5.如权利要求1所述的投球暂堵转向压裂试验装置，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。
6.如权利要求1所述的投球暂堵转向压裂试验装置，其特征在于，所述预制钻孔的直径为14mm～18mm。
7.一种投球暂堵转向压裂试验系统，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1-6任一项所述的投球暂堵转向压裂试验装置；
其中，在进行试验时，所述投球暂堵转向压裂试验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投球暂堵转向压裂试验装置施加地层三向应力；
所述水力压裂系统，与所述投球暂堵转向压裂试验装置的模拟套管连接，用于向所述模拟套管泵入所述压裂液。
8.一种如权利要求1-6任一项所述的投球暂堵转向压裂试验装置的制造方法，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，利用模具对所述特定材料进行浇注，并在浇注的过程中，将多个填充有可溶盐的透明纸片沿所述套孔的预定方向间隔置入所述模具中，其中，置入所述模具中的每个所述填充有可溶盐的透明纸片以所述套孔的预定方向所在的水平中心线上下对称分布，待试样成型后，去除所述模具，得到所述透明试样，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；
沿所述套孔的预定方向在所述透明试样上开设所述盲孔，所述盲孔穿过所述透明纸片，形成多组所述长裂缝和多组所述二次起裂缝；
在所述模拟套管上开设多组所述堵口和多组所述喷射孔，并在开设好后，将所述模拟套管送入所述盲孔内进行固定，使每组所述堵口与所述缝口一一对应，每组所述喷射孔与所述二次起裂缝一一对应；
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，得到所述投球暂堵转向压裂试验装置。
9.如权利要求8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。
10.一种投球暂堵转向压裂试验方法，其特征在于，应用于如权利要求7中任一项所述的投球暂堵转向压裂试验系统中，所述模拟试验方法包括：
依照试验需求的投球时机和投球位置，将小球穿过预设堵口放置所述预设堵口对应的所述缝口处，对所述缝口进行暂堵，所述预设堵口为多组所述堵口中的一个或多个；
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投球暂堵转向压裂试验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压裂液，并在泵入所述压裂液的同时，利用所述摄像头实时采集所述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，在所述二次起裂缝的基础上形成贯穿的压裂缝后，完成投球暂堵工艺对二次起裂缝的起裂及动态扩展过程的影响规律。
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