CN114016987A - 一种应用于水压致裂实验增强ct扫描水力裂缝成像效果的方法 - Google Patents

一种应用于水压致裂实验增强ct扫描水力裂缝成像效果的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种实验室室内水力压裂实验增加裂缝成像效果的方法，尤其是一种水压致裂实验增加CT扫描水力裂缝成像效果的方法，其通过采用凝胶法对已经产生了水力裂缝的试件进行注液凝胶填充，在凝胶的双液中加入增强造影剂可以增强CT扫描后裂缝的显像效果，便于有效的区分水力裂缝和时间内原有的天然裂缝。CT扫描时仅仅选择在做完水力压裂实验后较为成功的试件进行一次扫描,这样可以减少不成功的试件在压裂前的CT扫描操作，大幅度减少了实验工作量，可以节约了大量的人力、时间和实验费用。

Description

一种应用于水压致裂实验增强CT扫描水力裂缝成像效果的 方法
技术领域
本发明涉及一种实验室室内水力压裂实验增加裂缝成像效果的方法，尤其是一种水压致裂实验增加CT扫描水力裂缝成像效果的方法，适用于传统的油气工业、非常规天然气开发的室内实验科学研究领域。
背景技术
研究工作表明，水力压裂技术作为一种高效的增产措施，可以显著提高储层的渗透率，从而提高油气的产能，目前水力压裂技术在能源工业中仍被广泛应用且难以被取代。对水力压裂技术的基础研究普遍采用室内实验、数值模拟、现场物理勘探等方法，其中实验室室内实验是最常见也是可信度最高的方法。
实验室水力压裂实验是研究地层水力压裂裂缝扩展规律必不可少的方法。但也面临着诸多困难。首先是深部岩芯取样困难、加工成足够数量的标准试件难度大。再次，加工工艺复杂，除了精确切割出标准试件的工艺复杂之外，还要钻心、粘接井筒等多个复杂流程，且上述任一个操作程序的失误都会造成试件制备的失败。最后，测试环节还要面临试块加载环节破裂、水压环节由于材料非均质性或原始裂缝存在等因素影响而导致失败等多种因素的干扰，成功率较低。总之水力压裂实验是一个操作复杂、效果不太理想的实验。面临着诸多困难和挑战且实验成本相对很高。
天然的试块内部存在一定量的天然裂隙或者存在一定量的非均质成分，这些天然裂隙和非均质的成分影响了材料的均质性，这使得天然试块材料不能像线弹性材料一样具有相同的物理性质。国内水力压裂实验成本普遍较高，一个试块的单次实验仅测试费往往在5000元左右，一组实验的成本往往高于10万元，且不包括试块采集、运输、制样等费用。试件加工和实验环节技术要求较高，需要大量的时间和精力的投入。在室内实验环节，水力裂缝形成后裂缝在试块内部，尚不能通过肉眼的观察直接看到裂隙的全貌。为了描述裂缝形成过程中的扩展规律，声发射监测和CT扫描是较为常用的两种方法。声发射监测需要水力压裂设备的加载腔中留有声发射探头的专有孔道，且声发射监测的方式通过声发射破裂事件的位置来确定。声发射实验中破裂点非常多，且多数情况下同一时间点声发射时间从不同的多个位置产生，通过这些离散的事件点位置很难较为直观的显示破裂发生的准确位置。
采用CT扫描的方法来观察实验室水力压裂实验后试块内部的水力裂缝是一种较为理想的研究方法。CT扫描为计算机断层扫描技术，将水力压裂后的试块通过切片扫描，再通过软件的三维重构技术将上述切片重新在计算机中生成立体的图像体。通过对上述的三维重构的图像体模型可以看到内部的裂隙、基质(矿物杂质)等成分进行阈值分割，便可以清晰的显现出裂隙的扩展后的形态。
采用CT扫描的方法来观察实验室水力压裂实验后试块内部的水力裂缝是一种较为理想的研究方法。CT扫描为计算机断层扫描技术，将水力压裂后的试块通过切片扫描，再通过软件的三维重构技术将上述切片重新在计算机中生成立体的图像体。通过对上述的三维重构的图像体模型的可以看到内部的裂隙、基质(矿物杂质)等成分进行阈值分割，便可以清晰的显现出水力裂隙扩展后的形态。
采用CT扫描的方法观察水力裂缝的缺点在于的岩石试块内部的天然裂缝和水力裂缝在扫描后不易区分，试块在水力压裂前后各进行一次扫描的办法可以解决上述问题，但是CT扫描成本较高，对单个试块进行两次扫描的成本太高不适合在大批量的实验研究中使用。采用凝胶法对水力裂缝进行凝胶填充，在凝胶的双液中加入增强造影剂可以增强CT扫描后的效果，有益于区分水力裂缝和天然裂缝，同时还能一次性扫描不需要提前扫描一次，这样节约了大量的人力、时间和实验费用。凝胶材料中加入了一定量的荧光剂可以通过紫外线灯的照射有效的观察表面裂缝的形态。同时凝胶材料在水力裂缝内能保留较长的时间，能有效的保存荧光剂和增强造影剂在试块中稳定的保留，便于实验研究，而普通的压裂液在流出试块或者蒸发后不能有效的再显示水力裂缝形态。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
为了提高实验室水压致裂裂缝观察的效果，并节约人力和测试成本，本发明结合实验室实验研究，提供了一种应用于水压致裂实验增强CT扫描水力裂缝成像效果的方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供一种应用于水压致裂实验增强CT扫描水力裂缝成像效果的方法，包括以下步骤：
第一步，加工试块，按照实验要求将采集到的岩石试件按照标准进行切割、打磨成标准水力压裂的试件，并钻取合适深度和粗细的钻孔以便和金属井筒相连接；
第二步，采用特种胶水将井筒粘接到试块上并停留24小时，确定井筒与试块粘接牢固；
第三步，将装入试块腔中并操作计算机控制系统均匀加载三轴应力，施加三轴应力时，使用多步加载模式来避免由三维应力的不平衡加载引起的样品机械剪切破坏；首先，三向应力同时加载到水平最小主应力的值，并保持稳定；然后垂直应力和最大水平应力缓慢增加到垂直应力的值；最后最大水平应力缓慢增加到设计值，完成三轴应力加载并保持稳定30分钟后再进行高压水力压裂的施工操作；
第四步，通过高压泵注系统向试块中注入高压水进行水力致裂实验，并实时监控水压曲线；待水力压裂曲线泵注压力陡降至较低压力并不能再上升时且试块腔中有压裂液体流出时代表压裂结束，停止压裂实验；
第五步，卸载试块的三轴应力，使得试块的裂缝处于适度的张开状态；
第六步，通过双液注浆泵向该压裂后的试块的井筒内缓慢注入含自制复合增强CT造影剂混合液,使得该混合液通过井筒流入已压裂的裂缝内并发生凝胶反应并停留在试块内部；
第七步，将内部含有凝胶的压裂试块进行CT扫描，并将每一块的CT图像均导入到AVIZO成像软件中进行三维成像，并通过阈值分割法区分出基质部分、原有裂隙和水力裂缝的立体形态关系开展科学研究。
优选地，所述的标准水力压裂的试件，采用的制样方法为线切割法。
优选地，所述的特种胶水为双液型环氧树脂水晶滴胶。
优选地，所述的自制复合增强CT造影剂混合液由A、B两组组分混合而成；其中，A组分为水玻璃水溶液、荧光剂、CT增强造影剂的混合溶液；B组分为碳酸氢氨和悬浮剂的水溶液。
优选地，所述的A组分中水玻璃水溶液中的水玻璃为工业级，水玻璃模数2.6-2.8之间，其中水玻璃质量含量为6％-10％。
优选地，所述的A组分中荧光剂采用LUYOR-6200型荧光剂，用量为每1000ml水玻璃水溶液中加入3-10ml。
优选地，所述的A组分中CT增强造影剂为碘普罗胺注射液300或者碘普罗胺注射液370，用量为每1000ml水玻璃水溶液中加入100ml。
优选地，所述的B组分中碳酸氢氨水溶液中碳酸氢氨的质量比为1％-3％。
优选地，所述的B组分中悬浮剂为钠基膨润土的水溶液，用量为每100gB组分水溶液中含钠基膨润土3g-5g。
采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：
本发明通过采用凝胶法对已经产生了水力裂缝的试件进行注液凝胶填充，在凝胶的双液中加入增强造影剂可以增强CT扫描后裂缝的显像效果，便于有效的区分水力裂缝和时间内原有的天然裂缝。CT扫描时仅仅选择在做完水力压裂实验后较为成功的试件进行一次扫描,这样可以减少不成功的试件在压裂前的CT扫描操作，大幅度减少了实验工作量，可以节约了大量的人力、时间和实验费用。凝胶材料中加入了一定量的荧光剂又可以通过紫外线灯的照射有效的观察表面裂缝的形态。同时通过凝胶材料的使用可以保证荧光剂和增强造影剂在试块的水力裂缝中稳定的保存较长的时间，而普通的压裂液在流出试块或者蒸发后其内部的显像剂难以有效的再显示水力裂缝形态。
具体实施方式
为了简便，本文仅明确地公开了一些数值范围。然而，任意下限可以与任何上限组合形成未明确记载的范围；以及任意下限可以与其它下限组合形成未明确记载的范围，同样任意上限可以与任意其它上限组合形成未明确记载的范围。此外，尽管未明确记载，但是范围端点间的每个点或单个数值都包含在该范围内。因而，每个点或单个数值可以作为自身的下限或上限与任意其它点或单个数值组合或与其它下限或上限组合形成未明确记载的范围。
本发明提供一种应用于水压致裂实验增强CT扫描水力裂缝成像效果的方法，包括以下步骤：
第一步，加工试块，按照实验要求将采集到的岩石试件按照标准进行切割、打磨成标准水力压裂的试件，并钻取合适深度和粗细的钻孔以便和金属井筒相连接；
第二步，采用特种胶水将井筒粘接到试块上并停留24小时，确定井筒与试块粘接牢固；
第三步，将装入试块腔中并操作计算机控制系统均匀加载三轴应力，施加三轴应力时，使用多步加载模式来避免由三维应力的不平衡加载引起的样品机械剪切破坏；首先，三向应力同时加载到水平最小主应力的值，并保持稳定；然后垂直应力和最大水平应力缓慢增加到垂直应力的值；最后最大水平应力缓慢增加到设计值，完成三轴应力加载并保持稳定30分钟后再进行高压水力压裂的施工操作；
第四步，通过高压泵注系统向试块中注入高压水进行水力致裂实验，并实时监控水压曲线；待水力压裂曲线泵注压力陡降至较低压力并不能再上升时且试块腔中有压裂液体流出时代表压裂结束，停止压裂实验；
第五步，卸载试块的三轴应力，使得试块的裂缝处于适度的张开状态；
第六步，通过双液注浆泵向该压裂后的试块的井筒内缓慢注入含自制复合增强CT造影剂混合液,使得该混合液通过井筒流入已压裂的裂缝内并发生凝胶反应并停留在试块内部；
第七步，将内部含有凝胶的压裂试块进行CT扫描，并将每一块的CT图像均导入到AVIZO成像软件中进行三维成像，并通过阈值分割法区分出基质部分、原有裂隙和水力裂缝的立体形态关系开展科学研究。
优选地，所述的标准水力压裂的试件，采用的制样方法为线切割法。
优选地，所述的特种胶水为双液型环氧树脂水晶滴胶。
优选地，所述的自制复合增强CT造影剂混合液由A、B两组组分混合而成；其中，A组分为水玻璃水溶液、荧光剂、CT增强造影剂的混合溶液；B组分为碳酸氢氨和悬浮剂的水溶液。
优选地，所述的A组分中水玻璃水溶液中的水玻璃为工业级，水玻璃模数2.6-2.8之间，其中水玻璃质量含量为6％-10％。
优选地，所述的A组分中荧光剂采用LUYOR-6200型荧光剂，用量为每1000ml水玻璃水溶液中加入3-10ml。
优选地，所述的A组分中CT增强造影剂为碘普罗胺注射液300或者碘普罗胺注射液370，用量为每1000ml水玻璃水溶液中加入100ml。
优选地，所述的B组分中碳酸氢氨水溶液中碳酸氢氨的质量比为1％-3％。
优选地，所述的B组分中悬浮剂为钠基膨润土的水溶液，用量为每100gB组分水溶液中含钠基膨润土3g-5g。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种应用于水压致裂实验增强CT扫描水力裂缝成像效果的方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，加工试块，按照实验要求将采集到的岩石试件按照标准进行切割、打磨成标准水力压裂的试件，并钻取合适深度和粗细的钻孔以便和金属井筒相连接；
第二步，采用特种胶水将井筒粘接到试块上并停留24小时，确定井筒与试块粘接牢固；
第三步，将装入试块腔中并操作计算机控制系统均匀加载三轴应力，施加三轴应力时，使用多步加载模式来避免由三维应力的不平衡加载引起的样品机械剪切破坏；首先，三向应力同时加载到水平最小主应力的值，并保持稳定；然后垂直应力和最大水平应力缓慢增加到垂直应力的值；最后最大水平应力缓慢增加到设计值，完成三轴应力加载并保持稳定30分钟后再进行高压水力压裂的施工操作；
第四步，通过高压泵注系统向试块中注入高压水进行水力致裂实验，并实时监控水压曲线；待水力压裂曲线泵注压力陡降至较低压力并不能再上升时且试块腔中有压裂液体流出时代表压裂结束，停止压裂实验；
第五步，卸载试块的三轴应力，使得试块的裂缝处于适度的张开状态；
第六步，通过双液注浆泵向该压裂后的试块的井筒内缓慢注入含自制复合增强CT造影剂混合液,使得该混合液通过井筒流入已压裂的裂缝内并发生凝胶反应并停留在试块内部；
第七步，将内部含有凝胶的压裂试块进行CT扫描，并将每一块的CT图像均导入到AVIZO成像软件中进行三维成像，并通过阈值分割法区分出基质部分、原有裂隙和水力裂缝的立体形态关系开展科学研究。
2.根据权利要求1所述的应用于水压致裂实验增加CT扫描水力裂缝成像效果的方法，其特征在于，所述的标准水力压裂的试件，采用的制样方法为线切割法。
3.根据权利要求1所述的应用于水压致裂实验增加CT扫描水力裂缝成像效果的方法，其特征在于，所述的特种胶水为双液型环氧树脂水晶滴胶。
4.根据权利要求1所述的应用于水压致裂实验增加CT扫描水力裂缝成像效果的方法，其特征在于，所述的自制复合增强CT造影剂混合液由A、B两组组分混合而成；其中，A组分为水玻璃水溶液、荧光剂、CT增强造影剂的混合溶液；B组分为碳酸氢氨和悬浮剂的水溶液。
5.根据权利要求4所述的应用于水压致裂实验增加CT扫描水力裂缝成像效果的方法，其特征在于，所述的A组分中水玻璃水溶液中的水玻璃为工业级，水玻璃模数2.6-2.8之间，其中水玻璃质量含量为6％-10％。
6.根据权利要求4所述的应用于水压致裂实验增加CT扫描水力裂缝成像效果的方法，其特征在于，所述的A组分中荧光剂采用LUYOR-6200型荧光剂，用量为每1000ml水玻璃水溶液中加入3-10ml。
7.根据权利要求4所述的应用于水压致裂实验增加CT扫描水力裂缝成像效果的方法，其特征在于，所述的A组分中CT增强造影剂为碘普罗胺注射液300或者碘普罗胺注射液370，用量为每1000ml水玻璃水溶液中加入100ml。
8.根据权利要求4所述的应用于水压致裂实验增加CT扫描水力裂缝成像效果的方法，其特征在于，所述的B组分中碳酸氢氨水溶液中碳酸氢氨的质量比为1％-3％。
9.根据权利要求4所述的应用于水压致裂实验增加CT扫描水力裂缝成像效果的方法，其特征在于，所述的B组分中悬浮剂为钠基膨润土的水溶液，用量为每100gB组分水溶液中含钠基膨润土3g-5g。
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