CN112228029A - 用于大尺寸真三轴压裂模拟实验的分段压裂设计管柱 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于大尺寸真三轴压裂模拟实验的分段压裂设计管柱，包括套管以及井筒，套管用于插设在岩样开设的盲孔内，套管包括从上至下依次接合的多个套管单元，每一套管单元包括一压裂段，井筒套设于套管内，且与套管形成过盈配合，井筒的外周壁内凹而形成环形内凹段，环形内凹段沿上下向间隔设置有多个，井筒设有进液口、出液口以及连通进液口和出液口的注液管，出液口对应多个环形内凹段开设有多个，其中，多个压裂段与多个环形内凹段一一对应设置，每一压裂段的外周壁内凹而形成环形凹口，以与盲孔之间形成背压区。套管单元逐段安装的方式使套管与盲孔的尺寸具有更高的配合度，更大的适用范围，使套管与盲孔之间的贴合程度也得到了提升。

Description

用于大尺寸真三轴压裂模拟实验的分段压裂设计管柱

本申请是分案申请，原申请的申请号为201910997850.6，申请日为2019年10月17日，发明名称“一种用于水平井多级分段压裂物理模拟实验的井筒装置”。

技术领域

本发明涉及水平井分段压裂技术领域，特别涉及一种用于大尺寸真三轴压裂模拟实验的分段压裂设计管柱。

背景技术

水平井分段压裂改造已成为实现低孔、低渗油气藏高效开发的关键技术。水平井具有泄油面积大、单井产量高、穿透度大、储量动用程度高、可以有效避开障碍物和环境恶劣地带等优点，水平井逐渐成为提高油田勘探开发综合效益的必要手段。开展水平井分段压裂模拟实验，有助于准确认识水平井分段的压裂过程，室内水平井分段压裂模拟实验的关键在于分段压裂时确保不发生段间窜流，保证多条裂缝之间存在相互干扰，从而很好的模拟真实地层条件下水平井分段的压裂过程，分析裂缝扩展规律，更好的优化压裂施工方案。

目前，常用的实验方式是将完整套管固定在盲孔内，并在套管内切出多个环形凹槽，再将井筒过盈装入套管内，每个出液口对应一个注液管线。其实验装置结构不易组装，操作繁琐复杂，且由于井筒与岩样或套管与岩样粘接原因容易造成段间窜流。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种用于大尺寸真三轴压裂模拟实验的分段压裂设计管柱，旨在解决现有的实验方式不易组装、操作繁琐复杂、容易造成段间窜流的问题。

为实现上述目的，本发明提出一种用于大尺寸真三轴压裂模拟实验的分段压裂设计管柱，包括：

套管，用于插设在岩样开设的盲孔内，所述套管包括从上至下依次接合的多个套管单元，每一所述套管单元包括一压裂段；以及，

井筒，套设于所述套管内，且与所述套管形成过盈配合，所述井筒的外周壁内凹而形成环形内凹段，所述环形内凹段沿上下向间隔设置有多个，所述井筒设有进液口、出液口以及连通所述进液口和所述出液口的注液管，所述出液口对应多个所述环形内凹段开设有多个；

其中，多个所述压裂段与多个所述环形内凹段一一对应设置，每一所述压裂段的外周壁内凹而形成环形凹口，以与所述盲孔之间形成背压区。

可选地，所述压裂段沿周向开设有多个通孔，所述多个通孔中的至少一个与对应的所述环形内凹段处的出液口相通，以供自所述出液口喷出的高压液体进入所述背压区。

可选地，每一所述套管单元还包括一套设于所述井筒的外周壁的防漏钢套；

其中，每一所述防漏钢套的上下两端分别与上下相邻的两个所述压裂段相接，以使多个所述防漏钢套与多个所述压裂段交替排布。

可选地，所述压裂段具有靠近所述井筒的内端和远离所述井筒的外端；

每个所述压裂段的上端朝外并朝上弯折，下端朝外并朝下弯折，以形成两个插槽，所述两个插槽分别供上下相邻的两个所述防漏钢套插置。

可选地，所述防漏钢套的外周壁套设有套管密封圈。

可选地，所述防漏钢套的外周壁突设有环形凸台，所述环形凸台和位于所述环形凸台下方的所述压裂段之间限定出供所述套管密封圈安装的第一安装槽。

可选地，所述防漏钢套和位于所述环形凸台上方的所述压裂段之间限定出第二安装槽；

每一所述套管单元还包括一胶封段，多个所述胶封段与多个所述防漏钢套一一对应设置，且每一所述胶封段粘接固定于对应的所述防漏钢套的第二安装槽内。

可选地，每一所述环形内凹段的上下两端均套设有井筒密封圈。

可选地，所述井筒密封圈设置于对应的所述压裂段的插槽内，以与对应的所述套管密封圈内外夹持所述防漏钢套。

可选地，所述注液管与所述出液口一一对应地设有多个；

所述用于大尺寸真三轴压裂模拟实验的分段压裂设计管柱还包括高压泵和多个控制阀，所述高压泵用以向所述注液口泵入高压液体，所述多个控制阀对应安装于所述多个注液管道，以开启或关闭各个所述注液管道。

本发明的技术方案中，套管是由多个套管单元从上至下依次接合的，在盲孔中安装套管时，多个套管单元大小结构均为一样，可逐段安装，同时每个套管单元本身也是由多个部件组装而成，多个套管单元逐段安装的安装方式提升了本装置在安装过程中的可行性，相比一体化的套管，本用于大尺寸真三轴压裂模拟实验的分段压裂设计管柱的多个套管与盲孔的尺寸具有更高的配合度，更大的适用范围，即只需要增加或减少套管单元的数量即可调整其与盲孔的配合，同时该方式对盲孔尺寸的调整更小，每段套管单元与盲孔之间的贴合程度也得到了提升，避免了因套管与盲孔的粘接不牢导致段间窜流。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明提供的用于大尺寸真三轴压裂模拟实验的分段压裂设计管柱的一实施例的立体示意图；

图2为图1的正视剖视示意图；

图3为本发明提供的用于大尺寸真三轴压裂模拟实验的分段压裂设计管柱的套管单元的安装示意图；

图4为本发明提供的用于大尺寸真三轴压裂模拟实验的分段压裂设计管柱的套管单元的安装示意图。

本发明附图标号说明：

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

目前，常用的实验方式是将完整套管固定在盲孔31内，并在套管内切出多个环形凹槽，再将井筒1过盈装入套管内，每个出液口15对应一个注液管12。其实验装置结构不易组装，操作繁琐复杂，且由于井筒1与岩样3或套管与岩样3粘接原因容易造成段间窜流。

为解决上述问题，本发明提出一种用于大尺寸真三轴压裂模拟实验的分段压裂设计管柱100，请参阅图1-图4，为用于大尺寸真三轴压裂模拟实验的分段压裂设计管柱100的一实施例，本实施例中，所述用于大尺寸真三轴压裂模拟实验的分段压裂设计管柱100包括套管以及井筒1，套管用于插设在岩样3开设的盲孔31内，套管包括从上至下依次接合的多个套管单元2，每一套管单元2包括一压裂段21，井筒1套设于套管内，且与套管形成过盈配合，井筒1的外周壁内凹而形成环形内凹段13，环形内凹段13沿上下向间隔设置有多个，井筒1设有进液口11、出液口15以及连通进液口11和出液口15的注液管12，出液口15对应多个环形内凹段13开设有多个，其中，多个压裂段21与多个环形内凹段13一一对应设置，每一压裂段21的外周壁内凹而形成环形凹口，以与盲孔31之间形成背压区211。

本实施例中，首先在实验对象岩样3上开设一段盲孔31，在盲孔31中安装本用于大尺寸真三轴压裂模拟实验的分段压裂设计管柱100，可对盲孔31进行分段压裂或其他实验操作，具体地，套管是由多个套管单元2从上至下依次接合的，在盲孔31中安装套管时，多个套管单元2大小结构均为一样，可逐段安装，同时每个套管单元2本身也是由多个部件组装而成，多个套管单元2逐段安装的安装方式提升了本装置在安装过程中的可行性，相比一体化的套管，本用于大尺寸真三轴压裂模拟实验的分段压裂设计管柱100的多个套管与盲孔31的尺寸具有更高的配合度，更大的适用范围，即只需要增加或减少套管单元2的数量即可调整其与盲孔31的配合，同时该方式对盲孔31尺寸的调整更小，每段套管单元2与盲孔31之间的贴合程度也得到了提升，避免了因套管与盲孔31的粘接不牢导致段间窜流。

进一步地，请参阅图1，压裂段21沿周向开设有多个通孔，多个通孔中的至少一个与对应的环形内凹段13处的出液口15相通，以供自出液口15喷出的高压液体进入背压区211。

本实施例中，每个套管单元2都包括一压裂段21，以与井筒1形成配合，进行安装和试验，为了加强压裂效果，通常井筒1的各出液口15的朝向是不同的，如果压裂段21只开设有一个通孔，那么在安装时，各压裂段21需要花费时间调整其通孔的位置，导致效率低，因此为了便于井筒1的各出液口15对应的各压裂段21的安装，压裂段21沿周向开设有多个通孔，多个通孔中的至少一个与对应的环形内凹段13处的出液口15相通，使不同的压裂段21能更快更简单地使通孔与出液口15相对应。

进一步地，注液管12与出液口15一一对应地设有多个，用于大尺寸真三轴压裂模拟实验的分段压裂设计管柱100还包括高压泵和多个控制阀，高压泵用以向注液口泵入高压液体，多个控制阀对应安装于多个注液管12，以开启或关闭各个注液管12，各注液管12相互独立，可实现模拟多段同步或异步压裂。

进一步地，本实施例中，注液管12若装上喷嘴，还可实现射孔操作。

进一步地，请参阅图2，每一套管单元2还包括一套设于井筒1的外周壁的防漏钢套22，其中，每一防漏钢套22的上下两端分别与上下相邻的两个压裂段21相接，以使多个防漏钢套22与多个压裂段21交替排布。

本实施例中，为了进一步避免高液压体的段间窜流，每个套管单元2一防漏钢套22，每一防漏钢套22的上下两端分别与上下相邻的两个压裂段21相接，形成封闭结构。

进一步地，请参阅图2，压裂段21具有靠近井筒1的内端和远离井筒1的外端，每个压裂段21的上端朝外并朝上弯折，下端朝外并朝下弯折，以形成两个插槽212，两个插槽212分别供上下相邻的两个防漏钢套22插置，进一步地提升压裂段21的封闭性，使其更加贴合井筒1。

进一步地，请参阅图2，防漏钢套22的外周壁套设有套管密封圈24，加强了井筒1与套管的过盈配合，进一步地提升井筒1的封闭性。

进一步地，请参阅图2，防漏钢套22的外周壁突设有环形凸台221，环形凸台221和位于环形凸台221下方的压裂段21之间限定出供套管密封圈24安装的第一安装槽222，使套管密封圈24易于安装，且位置固定，同时避免脱落，另外，第一安装槽222的设置也使得套管外周壁更平整，便于控制压裂过程。

进一步地，请参阅图2，防漏钢套22和位于环形凸台221上方的压裂段21之间限定出第二安装槽223，每一套管单元2还包括一胶封段23，多个胶封段23与多个防漏钢套22一一对应设置，且每一胶封段23粘接固定于对应的防漏钢套22的第二安装槽223内。

为了加强套管与盲井的贴合，通常套管与盲孔31是粘接在一起的，本实施例中，防漏钢套22设有第二安装槽223，使得套管外周壁更平整，本实施例中，胶封段23有环氧树脂AB胶组成，在安装每段套管单元2时，逐级进行胶灌，提升了套管与盲孔31的粘接牢固程度。

进一步地，请参阅图2，每一环形内凹段13的上下两端均套设有井筒密封圈14，进一步地加强了井筒1与套管之间的密封，提升其耐压强度。

进一步地，请参阅图2，井筒密封圈14设置于对应的压裂段21的插槽212内，以与对应的套管密封圈24内外夹持防漏钢套22，进一步地加强了井筒1与套管之间的密封，提升其耐压强度。

进一步地，本装置的金属部分均为316L材质，提高了装置的强度，以及耐压等级。

进一步地，请参阅图1-图4，本装置的安装过程如下：在岩样3上钻出预设深度的盲孔31；从下至上安装每段套管单元2；安装井筒1；将安装好套管和井筒1的岩样3装入真三轴压裂装置；向各注液管12泵入高压液体；按预设泵注程序进行同步或异步分段压裂实验；拆卸井筒1，获取裂缝形态以及压力动态曲线。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于大尺寸真三轴压裂模拟实验的分段压裂设计管柱，其特征在于，包括：

套管，用于插设在岩样开设的盲孔内，所述套管包括从上至下依次接合的多个套管单元，每一所述套管单元包括一压裂段；以及，

井筒，套设于所述套管内，且与所述套管形成过盈配合，所述井筒的外周壁内凹而形成环形内凹段，所述环形内凹段沿上下向间隔设置有多个，所述井筒设有进液口、出液口以及连通所述进液口和所述出液口的注液管，所述出液口对应多个所述环形内凹段开设有多个；

其中，多个所述压裂段与多个所述环形内凹段一一对应设置，每一所述压裂段的外周壁内凹而形成环形凹口，以与所述盲孔之间形成背压区；安装时，在岩样上钻出预设深度的盲孔；从下至上安装每段套管单元；安装井筒；将安装好套管和井筒的岩样装入真三轴压裂装置；向各注液管泵入高压液体；按预设泵注程序进行同步或异步分段压裂实验；拆卸井筒，获取裂缝形态以及压力动态曲线。

2.如权利要求1所述的用于大尺寸真三轴压裂模拟实验的分段压裂设计管柱，其特征在于，所述压裂段沿周向开设有多个通孔，所述多个通孔中的至少一个与对应的所述环形内凹段处的出液口相通，以供自所述出液口喷出的高压液体进入所述背压区。

3.如权利要求2所述的用于大尺寸真三轴压裂模拟实验的分段压裂设计管柱，其特征在于，每一所述套管单元还包括一套设于所述井筒的外周壁的防漏钢套；

其中，每一所述防漏钢套的上下两端分别与上下相邻的两个所述压裂段相接，以使多个所述防漏钢套与多个所述压裂段交替排布。

4.如权利要求3所述的用于大尺寸真三轴压裂模拟实验的分段压裂设计管柱，其特征在于，所述压裂段具有靠近所述井筒的内端和远离所述井筒的外端；

每个所述压裂段的上端朝外并朝上弯折，下端朝外并朝下弯折，以形成两个插槽，所述两个插槽分别供上下相邻的两个所述防漏钢套插置。

5.如权利要求4所述的用于大尺寸真三轴压裂模拟实验的分段压裂设计管柱，其特征在于，所述防漏钢套的外周壁套设有套管密封圈。

6.如权利要求5所述的用于大尺寸真三轴压裂模拟实验的分段压裂设计管柱，其特征在于，所述防漏钢套的外周壁突设有环形凸台，所述环形凸台和位于所述环形凸台下方的所述压裂段之间限定出供所述套管密封圈安装的第一安装槽。

7.如权利要求6所述的用于大尺寸真三轴压裂模拟实验的分段压裂设计管柱，其特征在于，所述防漏钢套和位于所述环形凸台上方的所述压裂段之间限定出第二安装槽；

每一所述套管单元还包括一胶封段，多个所述胶封段与多个所述防漏钢套一一对应设置，且每一所述胶封段粘接固定于对应的所述防漏钢套的第二安装槽内。

8.如权利要求6所述的用于大尺寸真三轴压裂模拟实验的分段压裂设计管柱，其特征在于，每一所述环形内凹段的上下两端均套设有井筒密封圈。

9.如权利要求8所述的用于大尺寸真三轴压裂模拟实验的分段压裂设计管柱，其特征在于，所述井筒密封圈设置于对应的所述压裂段的插槽内，以与对应的所述套管密封圈内外夹持所述防漏钢套。

10.如权利要求1所述的用于大尺寸真三轴压裂模拟实验的分段压裂设计管柱，其特征在于，所述注液管与所述出液口一一对应地设有多个；

所述用于大尺寸真三轴压裂模拟实验的分段压裂设计管柱还包括高压泵和多个控制阀，所述高压泵用以向所述注液口泵入高压液体，所述多个控制阀对应安装于所述多个注液管道，以开启或关闭各个所述注液管道。

Images