CN113833459A - 一种用于室内多段水力压裂物理模拟试验的封孔方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种用于室内多段水力压裂物理试验的封孔方法，应用于油气井工程技术领域，针对现有技术难以在压裂井筒内要设置多个相互独立的压裂段的问题，本发明通过将组合后的上限位薄片、中间隔挡材料、下限位薄片和压裂管道整体下入钻孔内，并对上限为薄片进行一定程度的预压，使得中间隔挡材料受到挤压并与孔壁充分粘结；通过下限位薄片的支撑腿，形成裸露的压裂段；并通过面团与孔壁的挤压与粘结，阻止后续的环氧树脂流体渗入到孔底，堵塞压裂段；然后在上限位薄片上制作封隔层，用于密封压裂段，承受较高的流体压力并保持密封完整性。
Description
技术领域
本发明属于油气井工程技术领域，特别涉及一种多段水力压裂物理模拟试验的试样封 孔技术。
背景技术
致密油气资源(页岩气、页岩油、致密砂岩气等)在我国具有丰富的储量和广阔的开 发前景。该类油气藏的特点是石油和天然气资源赋存在相对于常规储层更加微小的孔隙、 裂缝内，在钻井到达储层后无法自行流动汇入井筒，形成工业油气流，需要进行充分的储 层改造。针对这类致密油气资源，当前相对成熟的储层改造方法是钻水平井并进行多段压 裂，在储层中人为制造更多的裂缝，增加油气流体的渗流通道，从而将微小孔缝中的油气 资源有效采出。
水平井分段多簇压裂的一般过程是将水平井划分为若干段，每段设置若干个射孔簇 (通常为2-5个)，段与段间用封隔器分隔，逐一对每段进行压裂。压裂过程中，在地面将大量携带支撑剂的压裂液注入地层，引发地层破裂，并使得裂缝充分扩展。在理想状态下，每一段的多个射孔簇处形成同步起裂扩展的水力裂缝，各段之间依次压裂，最终整个储层得到充分改造。
为了达到充分的改造效果，水力压裂过程中裂缝的起裂扩展机理、裂缝形态及调控方 法一直是重要的研究内容。由于深部地层中的压裂裂缝扩展无法直接观测，基于微震、测 斜仪等方式的现场监测方法也存在较大误差，室内水力压裂物理模拟试验就成了为数不多 的直接研究水力压裂裂缝扩展的有效方法。
目前，室内水力压裂物理模拟试验已经广泛开展，并得到了许多有价值的研究成果， 有力指导了现场水力压裂优化设计与施工。但是，以往开展的室内试验绝大部分都是单段 压裂物理模拟试验，即试样内部只有一个承压起裂段，仅能在该段内形成水力裂缝的起裂 与扩展。室内多段水力压裂试验(即具有多个起裂段)开展的很少，但很有必要，且具有 更大的研究价值。试验的最大难点之一在于压裂井筒内要设置多个相互独立的压裂段，然 后在多个压裂段内均实现水力裂缝的起裂与扩展。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出一种用于室内多段水力压裂物理试验的封孔方法， 可以根据需要在压裂试样孔眼内制备多个相互独立的压裂段及压裂管道，用于开展多段压 裂物理模拟试验。
本发明采用的技术方案为：一种用于室内多段水力压裂物理试验的封孔方法，包括：
S1、在压裂试样上进行钻孔；
S2、在试样钻孔中制作当前封隔单元的隔挡层；
S3、在当前封隔单元的隔挡层上制作封隔层，从而得到一个独立的封隔单元；
S4、重复步骤S2-S3，得到具有多个独立封隔单元的压裂试样。
每个独立的封隔单元均连接有一根压裂管道。
各压裂管道分别与压裂泵连接。
所述隔挡层包括：上限位薄片、中间隔挡材料和下限位薄片，上、下限位薄片开有孔 眼，所述孔眼内径与压裂管道外径匹配。
下限位薄片底部设置支撑腿，用于形成裸露的压裂段。
通过对上限位薄片进行预压，使得中间隔挡材料受到挤压与孔壁充分粘结。
所述封隔层采用粘接剂制作。
所述粘接剂为环氧树脂。
本发明的有益效果：为了在实验室内开展多段水力压裂物理模拟试验，本发明根据需 要在压裂试样孔眼内制备多个相互独立的压裂段及压裂管道，用于开展多段压裂物理模拟 试验；本发明的封孔方法同时适用于天然岩心和人工制备试样，流程简洁、材料易获取、 压裂段的长度可调、适用范围广。
本发明的封孔方法同时适用于天然岩心和人工制备试样，流程简洁、材料易获取、压 裂段的长度可调、适用范围广；
采用本发明的方法得到的试样，可以实现多段封隔压裂。
附图说明
图1为本发明实施例提出的一种用于室内多段水力压裂物理模拟试验的封孔方法的流 程图。
图2为通过本发明实施例提出的一种用于室内多段水力压裂物理模拟试验的封孔方法 制作得到的多段压裂物理模拟试验样品的示意图。
具体实施方式
为进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及 较佳实施例，对依据本发明提出的一种用于室内多段水力压裂物理模拟试验的封孔方法的 具体实施方式及工作原理进行详细说明。
参见图1，本发明实施例提供的一种用于室内多段水力压裂物理模拟试验的封孔方法， 包括：
1、压裂试样钻孔；其中，钻孔的数量、位置、角度，可根据研究需要自由设置。
2、制作第1个封隔单元的隔挡层；其中，隔挡层由上限位薄片、中间隔挡材料和下限位薄片3部分，上、下限位薄片开有孔眼，用于穿过压裂管道，下限位薄片底部设置支 撑腿，用于形成裸露的压裂段，并保持限位薄片处于水平状态，中部的隔挡材料宜柔软、 易变形，通过适当挤压能够和井壁建立较好的粘结状态，以阻止后续流程中的粘结剂渗入 并堵塞压裂裸眼段。
本领域技术人员应知越靠近钻孔底端的封隔单元的上、下限位薄片开孔个数越少，具 体开孔个数取决于其下方封隔单元的个数，因为需要通过其下方封隔单元的压裂管道；如 图2所示，本实施例包括5个封隔单元，从下网上依次记为第1个封隔单元、第2个封隔单元、第3个封隔单元、第4个封隔单元、第5个封隔单元；如图2所示，第1个封隔单 元的上、下限位薄片开1个孔，第2个封隔单元的上、下限位薄片开2个孔，第3个封隔 单元的上、下限位薄片开3个孔，第4个封隔单元的上、下限位薄片开4个孔，第5个封 隔单元的上、下限位薄片开5个孔。
本发明中的上、下限位薄片可以选择刚度较好、不易变形、且方便打孔的金属材质。
制作第1个封隔单元的封隔层，形成第1个封隔单元；其中，向井筒内注入粘结剂，注入的粘结剂体积可根据孔眼尺寸、压裂管道尺寸和数量、封隔长度计算得到相对精确的数值，粘结剂固化后形成封隔层，裸眼压裂段、隔挡层、封隔层3部分共同组成第1个封 隔单元。
粘结剂体积＝(孔眼截面积-压裂管道截面积×压裂管道数量)×封隔长度
其中，本实施例的孔眼截面和压裂管道截面都是圆形，可用圆的面积公式计算得到。
重复以上两个步骤，直至制作完成全部封隔单元。
最终得到具有多个独立封隔单元及相应压裂管道的压裂试样。
实施例
在本实施例中，将采用本发明提出的封孔方法制备用于室内多段水力压裂物理模拟试 验的样品。所用的压裂样品为页岩气储层对应的地表露头页岩。通过压裂试样钻孔、设置 多个封隔单元的方法制备多段水力压裂物理模拟试验的样品。具体制作过程如下：
(1)压裂试样钻孔。选取大块页岩露头，经切割打磨后，制成300×300×300mm的立方 体试样；选取其中一个平面，在该平面的中心位置钻一个直径25mm、深度280mm的 中心孔。
(2)制作第1个封隔单元的格挡层。格挡层由上限位薄片(直径24mm、厚度1mm)、 下限位薄片(直径24mm、厚度1mm、带4个支撑腿)和中间填充面团共3部分组成。 压裂管道1(直径3mm)穿过上、下限位薄片中的预留孔及面团，其下端深入到压裂 段中部(压裂段总长度20mm)，上部伸出钻孔孔眼。将组合后的上限位薄片、面团、 下限位薄片和压裂管道1整体下入钻孔内，并对上限位薄片进行一定程度的预压，使 得中部的面团受到挤压并与孔壁充分粘结。整个格挡层的厚度为10mm。格挡层的作 用有2个：一方面，通过下限位薄片的支撑腿，形成裸露的压裂段；另一方面，通过 面团与孔壁的挤压与粘结，阻止后续的环氧树脂流体渗入到孔底，堵塞压裂段。
本实施例中的带4个支撑腿的下限位薄片，这4个等长度的支撑腿均匀对称分布，确 保平稳支撑下限位薄片。
(3)制作环氧树脂封隔层。将拌和均匀的环氧树脂胶水注入到钻孔孔眼中，形成的环 氧树脂封隔层的厚度为20mm，经过计算，扣除压裂管道1所占的空间，本次所需环 氧树脂约9.7mL。静置24小时，环氧树脂充分固化并与井壁岩石充分粘结。封隔层的 作用是密封第1个压裂段，承受较高的流体压力并保持密封完整性。这样由压裂段、 格挡层和封隔层3部分组成的第1个封隔单元就制作完成。
(4)重复步骤(2)、(3)，直至制作完成全部5个封隔单元，在这里，前4个封隔单元的长度相同，均为50mm，第5个封隔单元长度为80mm,封隔层的长度有所增加，确 保封隔层到达试样顶面。
封隔单元的长度根据具体情况确定，主要受试样尺寸和封隔段数的限制。
这样就得到了具有5个独立压裂封隔单元及相应压裂管道的压裂试样，5个压裂管道分 别与压裂泵连接，可用于开展多级压裂室内物理模拟试验。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的 原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。对于本领域的 技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任 何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。
Claims (8)
1.一种用于室内多段水力压裂物理试验的封孔方法，其特征在于，包括：
S1、在压裂试样上进行钻孔；
S2、在试样钻孔中制作当前封隔单元的隔挡层；
S3、在当前封隔单元的隔挡层上制作封隔层，从而得到一个独立的封隔单元；
S4、重复步骤S2-S3，得到具有多个独立封隔单元的压裂试样。
2.根据权利要求1所述的一种用于室内多段水力压裂物理试验的封孔方法，其特征在于，每个独立的封隔单元各连接有一根压裂管道。
3.根据权利要求2所述的一种用于室内多段水力压裂物理试验的封孔方法，其特征在于，各压裂管道分别与压裂泵连接。
4.根据权利要求1所述的一种用于室内多段水力压裂物理试验的封孔方法，其特征在于，所述隔挡层包括：上限位薄片、中间隔挡材料和下限位薄片，上、下限位薄片开有孔眼，所述孔眼内径与压裂管道外径匹配。
5.根据权利要求4所述的一种用于室内多段水力压裂物理试验的封孔方法，其特征在于，下限位薄片底部设置支撑腿，用于形成裸露的压裂段。
6.根据权利要求4所述的一种用于室内多段水力压裂物理试验的封孔方法，其特征在于，通过对上限位薄片进行预压，使得中间隔挡材料受到挤压与孔壁充分粘结。
7.根据权利要求4所述的一种用于室内多段水力压裂物理试验的封孔方法，其特征在于，所述封隔层采用粘接剂制作。
8.根据权利要求7所述的一种用于室内多段水力压裂物理试验的封孔方法，其特征在于，所述粘接剂为环氧树脂。
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