CN116337639A - 一种多层系立体井网压裂模拟实验装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多层系立体井网压裂模拟实验装置及方法，模拟实验装置包括：实验岩样，内部具有分层设置的多个模拟储层；多个水平段模拟井筒，预置于实验岩样内部，多个模拟储层的水平段模拟井筒共同构成立体井网；应力加载装置，模拟储层应力状态；应力监测装置，内置于岩样内部或紧贴于岩样外侧；泵注系统，通过输液管线与各个水平段模拟井筒连通，可对各井筒排量进行高精度调控。本发明通过应力加载装置模拟岩样原始储层应力状态，基于泵注系统模拟立体井网水力压裂过程，当实验岩样被压裂完成，泵注系统停止泵注，应力加载装置卸压，完成压裂模拟实验。

Description

一种多层系立体井网压裂模拟实验装置及方法
技术领域
本发明涉及油气田开发技术领域，具体的涉及一种多层系立体井网压裂模拟实验装置及方法。
背景技术
非常规油气资源的高效开发有效缓解了能源紧缺的压力，在对致密油气藏进行高效开发时，由于储层非均质性强、含油小层多、渗透率和孔隙度低，造成单井产量低，有效开发难度大的问题。为了能够提高单井产量和储层动用量，缓解多层系油气藏层间干扰，改善储层渗透率，科研人员提出了多层系立体井网的开发模式。
因此，针对多层系低渗透的非常规油气资源的开发目前多采用“多层系、立体式、大井丛、工厂化”的思路。多层系立体井网的开发模式可以实现非常规油气储层高效开发和油气资源的纵向动用，为了能够满足压裂增产改造的需求，业内科研工作者进行了许多针对多层系立体井网改造模式下的压裂裂缝扩展规律的研究。其中，运用最多的就是通过数值模拟技术对单层系裂缝扩展规律进行模拟研究，但是，在对多层系立体井网改造模式下的压裂裂缝扩展规律进行数值模拟研究时，无法考虑井间应力干扰对多裂缝扩展的影响，所模拟条件较实际情况过于简化，难以保证模拟所得规律在真实环境下是否适用。
另外，现有物理模拟实验受限于实验场地、实验设备等诸多实验场景条件下的限制，实验岩样的尺寸与实际尺寸相差较大，即使在实验岩样内模拟出多层系立体井网，由于诸多实验条件因素与实际矿场条件差别较大，无法满足相似准则，物理模拟实验所得规律适用于真实环境缺乏可靠性支持。例如，现有申请号为202210227032.X，名称为真三轴立体井网压裂支撑剂运移可视化模拟方法及装置的中国发明专利申请，该专利申请公开了一种真三轴立体井网压裂支撑剂运移可视化模拟方法及装置，模拟方法包括以下步骤：获取立方体透明试样，立方体透明试样设有摄像装备，在立方体透明试样上至少钻取两层盲孔，相邻两层盲孔在垂直于所有盲孔的平面上交错设置。在每个盲孔内下入套管，在套管与盲孔之间形成固井胶环；然后进行割缝，任意两个相邻的套管对应的裂缝在沿盲孔的长度方向上交错设置；通过真三轴水力压裂系统对透明试样进行加压，向每个套管内注入含有支撑剂的压裂液进行压裂，然后通过摄像装备实时观测，采用该方法能够模拟真实地层的应力条件下，考虑多井多裂缝应力干扰，研究立体井网压裂过程中支撑剂的运移与动态分布特征。该专利申请虽然公开了在立方体透明试样上至少钻取两层盲孔进行立体井网仿真，但是由于基于真三轴水力压裂系统，该专利申请可适用的立方体透明试样的尺寸为30cm x30cm x 30cm，立方体透明试样内每个层位的厚度为7.5cm，均与矿场实际环境下具有较大数量级的差别，而且套管、真三轴水力压裂系统、注液泵均与矿场实际使用设备不同，因此，该专利申请所得出的物理模拟实验规律适用于真实环境缺乏可靠性支持。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
为了解决上述问题，本发明基于相似准则，提供一种多层系立体井网压裂模拟实验装置及方法,在满足基础理论的前提下，设计出了更贴近实际情况的矿场级物理模拟实验装置,为多层系立体井网压裂模拟实验出了一种全新的思路与方法。具体地，采用了如下技术方案：
一种多层系立体井网压裂模拟实验装置，包括：
实验岩样，内部具有分层设置的多个模拟储层；
水平段模拟井筒，预置于所述实验岩样中，多个水平段模拟井筒共同构成立体井网；
应力加载装置，作用于所述实验岩样的外壁面上，采用液压方式模拟地层原始应力状态；
应力监测装置，预置于岩样内部或紧贴岩样外侧；
泵注系统，通过输液管线与各个水平段模拟井筒连通，为压裂液提供动力；
根据目标储层应力环境设计加压参数，控制应力加载装置对实验岩样施压，通过泵注系统向实验岩样内部的各个水平段模拟井筒泵注压裂液，当实验岩样被压裂完成，泵注系统停止泵注，应力加载装置进行卸压，完成压裂模拟实验。
作为本发明的可选实施方式，所述水平段模拟井筒沿水平X方向延伸设置，所述实验岩样具有垂直于水平X方向的第一外壁面和第二外壁面，所述水平段模拟井筒的第一端被埋置在所述实验岩样的内部且靠近第一外壁面设置，水平段模拟井筒的第一端为封闭端，所述水平段模拟井筒的第二端伸出所述实验岩样的第二外壁面，用于连接输液管线；
所述的应力加载装置分别加载在所述实验岩样的第一外壁面上、与第一外壁面的一侧连接的第三外壁面上和同时与第一外壁面、第二外壁面连接的第四外壁面上。
作为本发明的可选实施方式，所述的应力加载装置根据所需施加压应力的实验岩样外壁面的覆盖面积确定设置数量，所述应力加载装置按照m×n方阵均匀布置在实验岩样外壁面上；
所述实验岩样外壁面内对应设置应力监测装置，至少相邻两个应力加载装置之间设置一个应力监测装置。
作为本发明的可选实施方式，所述的实验岩样包括内部具有多层级模拟储层的岩样基体和紧贴固定于岩样基体各外壁面上的钢板层，所述的应力加载装置作用于所述实验岩样的钢板层外壁面上。
作为本发明的可选实施方式，所述的实验岩样为根据实验参数基于相似准则制备的人工岩样，所述应力监测装置被预置于所述岩样基体内，应力监测装置的检测端与所述钢板层内壁面贴合；
或者，所述的实验岩样为根据实验参数基于矿场现场切割的自然岩样，所述的应力监测装置的压应力感应片被夹持固定在所述钢板层外壁面与应力加载装置的作用端之间。
作为本发明的可选实施方式，所述的泵注系统包括压裂泵车、储液罐和供液阀门，所述的储液罐与压裂泵车通过输液管线连通，所述的压裂泵车与水平段模拟井筒的注液口通过输液管线连通，压裂泵车与各个水平段模拟井筒之间的输液管线上分别设置所述供液阀门；根据实验需求，控制实验岩样不同模拟储层的水平段模拟井筒的供液阀门进液情况。
作为本发明的可选实施方式，所述的实验岩样根据实验参数基于相似准则制备，尺寸为（1m~3m）×（1m~3m）×（0.5m~2m）;
所述水平段模拟井筒的内径基于相似准则设计，根据实验岩样尺寸和模拟实验需求在100mm-200mm之间进行制备；
所述应力加载装置施加的压力可产生0~50MPa的压强。
本发明同时提供一种采用所述多层系立体井网压裂模拟实验装置进行的多层系立体井网压裂模拟实验方法，包括：
基于相似准则和目标储层岩石力学参数，制备实验岩样；
将水平段模拟井筒进行射孔处理后，分别预置于所述实验岩样的各层模拟储层中；
调节安装各应力加载装置、各应力监测装置在所述实验岩样的外壁面上的位置，连接泵注系统；
根据目标储层参数设定各模拟储层对应应力加载装置所需施加的压力，控制应力加载装置对实验岩样施加相应大小的应力，通过泵注系统向实验岩样内部的各个水平段模拟井筒泵注压裂液，当实验岩样被压裂完成，泵注系统停止泵注，应力加载装置卸除对实验岩样所施加的压力，完成压裂模拟实验。
作为本发明的可选实施方式，所述控制应力加载装置对实验岩样施加相应大小的应力之前包括：
控制开启应力加载装置，进行试压，利用应力监测装置对应力加载装置进行校准；
应力加载装置校准完毕后，检查应力加载装置与实验岩样的接触面接触情况是否良好，防止因接触面倾斜造成应力集中的情况出现。
作为本发明的可选实施方式，本发明的多层系立体井网压裂模拟实验方法，包括：根据实验需求，控制实验岩样不同模拟储层的水平段模拟井筒的供液阀门，模拟实验多层系立体井网各层级储层中水平段模拟井筒的压裂液泵注情况。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明的一种多层系立体井网压裂模拟实验装置，基于相似准则，通过制备实验岩样以模拟实际情况下多层系储层环境；为简化实验，实验时将不对裂缝扩展层间干扰规律影响不大的水平井竖直段进行还原模拟，利用预置在实验岩样中的水平段模拟井筒模拟真实储层中的水平井水平段，多个水平段模拟井筒共同组成所需模拟的立体井网；通过应力加载装置对实验岩样施加压力，模拟真实储层中的闭合应力；利用泵注系统向水平段模拟井筒中泵注压裂液以模拟压裂现场实际泵注条件。
本发明的提出一种多层系立体井网压裂模拟实验装置，应力加载装置的加载方式与现有技术存在较大不同，应力加载装置可以设置多个均匀分布在实验岩样的外壁面上，这就使得应力加载装置是可以根据实验岩样的尺寸规格进行设置的，而不需要实验岩样受限于真三轴应力加载系统的尺寸规格，因此，本发明的实验岩样支持更大尺寸，更好的模拟矿场实际场景，更好的模拟矿场地下储层的立体井网，从而满足模拟实验的相似准则，得出更贴近实际情况的压裂实验数据，为现场多层系压裂提供更加真实可靠的理论指导。
因此，本发明的一种多层系立体井网压裂模拟实验装置及方法的优势在于：
（1）物理模拟实验尺度更大，能够在较大尺度实验条件下对多层系立体井网压裂进行模拟实验，更加贴近现场真实储层尺度，所得实验数据更加准确可靠；
（2）压裂泵车、水平段模拟井筒均采用现场实际使用设备和材料，最大程度的还原现场实际压裂环境。
综上可知，本发明的一种多层系立体井网压裂模拟实验装置及方法，可以在矿场级尺度下对多层系立体井网压裂进行模拟实验，得出更贴近实际情况的压裂实验数据，为现场多层系压裂提供更加真实可靠的理论指导。
附图说明：
图1 本发明实施例一种多层系立体井网压裂模拟实验装置的工作原理示意图；
图2 本发明实施例实验岩样上加载应力加载装置的立体结构示意图；
图3 本发明实施例实验岩样上加载应力加载装置的俯视图；
图4 本发明实施例一种多层系立体井网压裂模拟实验方法的流程图。
附图标记说明：1-应力加载装置 2-应力监测装置 3-钢板层 4-供液阀门 5-压裂泵车 6-输液管线 7-水平段模拟井筒 701-第一端 702-第二端 8-模拟储层 9-模拟射孔10-压裂裂缝 11-实验岩样 1101-第一外壁面 1102-第二外壁面 1103-第三外壁面 1104-第四外壁面 12-储液罐。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。
因此，以下对本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的部分实施例。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。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征和技术方案可以相互组合。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，这类术语仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
参见图1所示，本实施例的一种多层系立体井网压裂模拟实验装置，包括：
实验岩样11，内部具有分层设置的多个模拟储层8；
水平段模拟井筒7，预置于所述实验岩样11中，多个水平段模拟井筒7共同构成立体井网；
应力加载装置1，作用于所述实验岩样的外壁面上，采用液压方式模拟地层原始应力状态；本实施例的应力加载装置1布置在所述实验岩样11的至少三个相邻外壁面上；
应力监测装置2，预置于岩样内部或紧贴岩样外侧；
泵注系统，通过输液管线6与各个水平段模拟井筒7连通，为压裂液提供动力；
根据目标储层应力环境设计加压参数，控制应力加载装置1对实验岩样11施压，通过泵注系统向实验岩样11内部的各个水平段模拟井筒7泵注压裂液，当实验岩样11被压裂完成，泵注系统停止泵注，应力加载装置1进行卸压，完成压裂模拟实验。
本实施例的一种多层系立体井网压裂模拟实验装置，基于相似准则，通过制备实验岩样11以模拟实际情况下多层系储层环境；为简化实验，实验时将不对裂缝扩展层间干扰规律影响不大的水平井竖直段进行还原模拟，利用预置在实验岩样11中的水平段模拟井筒7模拟真实储层中的水平井水平段，多个水平段模拟井筒7共同组成所需模拟的立体井网；通过应力加载装置1对实验岩样11施加压力，模拟真实储层中的闭合应力；利用泵注系统向水平段模拟井筒7中泵注压裂液以模拟压裂现场实际泵注条件。
本实施例的提出一种多层系立体井网压裂模拟实验装置，应力加载装置1的加载方式与现有技术存在较大不同，应力加载装置1可以设置多个均匀分布在实验岩样11的外壁面上，这就使得应力加载装置1是可以根据实验岩样11的尺寸规格进行设置的，而不需要实验岩样11受限于真三轴应力加载系统的尺寸规格，因此，本实施例的实验岩样11支持更大尺寸，更好的模拟矿场实际场景，更好的模拟矿场地下储层的立体井网，从而满足模拟实验的相似准则，得出更贴近实际情况的压裂实验数据，为现场多层系压裂提供更加真实可靠的理论指导。然而，需要说明的是，受限于应力加载装置1的应力加载范围，实验岩样11的尺寸不能无限大，在一定范围内，基于相似准则，应对多层系尺寸进行合理设定。
参见图1-图3所示，本实施例所述水平段模拟井筒7沿水平X方向延伸设置，所述实验岩样11具有垂直于水平X方向的第一外壁面1101和第二外壁面1102，所述水平段模拟井筒7的第一端701被埋置在所述实验岩样11的内部且靠近第一外壁面1101设置，水平段模拟井筒7的第一端为封闭端，所述水平段模拟井筒7的第二端702伸出所述实验岩样11的第二外壁面1102，用于连接输液管线6。
本实施例所述的应力加载装置1分别加载在所述实验岩样11的第一外壁面1101上、与第一外壁面1101的一侧连接的第三外壁面1103上和同时与第一外壁面1101、第二外壁面1102连接的第四外壁面1104上。本实施例所述的应力加载装置1从三个相邻且互相垂直的第一外壁面1101、第三外壁面1103和第四外壁面1104对实验岩样11施加压力，以模拟真实储层闭合应力。
进一步地，本实施例所述的应力加载装置1根据所需施加压应力的实验岩样11外壁面的覆盖面积确定设置数量，所述应力加载装置1按照m×n方阵均匀布置在实验岩样11外壁面上；所述实验岩样11外壁面内对应设置应力监测装置2，应力监测装置2设置于立方体的实验岩样11上呈对角分布。
本实施例的应力加载装置1可以根据实验岩样11外壁面的覆盖面积确定设置数量，满足模拟压裂实验的应力加载需求，不需要实验岩样11受限于真三轴应力加载系统的尺寸规格，因此，本实施例的实验岩样11支持更大尺寸，更好的模拟矿场实际场景，更好的模拟矿场地下储层的立体井网，从而满足模拟实验的相似准则。可选地，本实施例所述的应力加载装置1为液压千斤顶。
本实施例安装应力监测装置2时，注意安装位置和排布方式，避免数据检测不准确的情况出现。
作为本实施例的可选实施方式，本实施例所述的实验岩样11包括内部具有多层级模拟储层8的岩样基体和紧贴固定于岩样基体各外壁面上的钢板层3，所述的应力加载装置1作用于所述实验岩样11的钢板层3外壁面上。具体地，本实施例的钢板层3是一块高强度钢板，放置在应力加载装置1与岩样基体之间，确保应力均匀加载。
具体地，本实施例所述的实验岩样11为根据实验参数基于相似准则制备的人工岩样，所述应力监测装置2被预置于所述岩样基体内，应力监测装置2的检测端与所述钢板层3内壁面贴合。人工岩样的制备可根据实际储层参数进行分层浇筑，一定范围内可对人工岩样进行合理的尺寸调节。埋置在人工岩样中的应力监测装置2排布于应力加载装置1施加压力所对应的岩样基体外壁内。
或者，所述的实验岩样11为根据实验参数基于矿场现场切割的自然岩样，所述的应力监测装置2的压应力感应片被夹持固定在所述钢板层3外壁面与应力加载装置1的作用端之间。
参见图1所示，本实施例的一种多层系立体井网压裂模拟实验装置中，所述的泵注系统包括压裂泵车5、储液罐12和供液阀门4，所述的储液罐12与压裂泵车5通过输液管线6连通，所述的压裂泵车5与水平段模拟井筒7的注液口通过输液管线6连通，压裂泵车5与各个水平段模拟井筒7之间的输液管线上分别设置所述供液阀门4；根据实验需求，控制实验岩样11不同模拟储层的水平段模拟井筒7的供液阀门4进液情况。
本实施例利用压裂泵车5向水平段模拟井筒7中泵注压裂液以模拟压裂现场实际泵注条件，最大程度的还原了现场实际压裂环境，所得实验数据更符合实际压裂情况。
本实施例的每一层级水平段模拟井筒7连接的输液管线上设有供液阀门4，根据实验需求，可控制不同模拟储层的不同水平段模拟井筒7的进液情况。
优选地，本实施例的水平段模拟井筒7所用材质与石油工程现场实际使用套管材质相似，以便压裂模拟实验对现场实际压裂进行最大程度的还原。采用射孔枪在水平段模拟井筒7的筒壁上发射形成模拟射孔9，将开设有模拟射孔9的水平段模拟井筒7埋置于实验岩样11的模拟储层内，通过压裂泵车5向水平段模拟井筒7中泵注压裂液，压裂液在模拟射孔9附近的模拟储层中形成压裂裂缝10。
作为本实施例的可选实施方式，本实施例所述的实验岩样11根据实验参数基于相似准则制备，尺寸为（1m~3m）×（1m~3m）×（0.5m~2m）;
所述水平段模拟井筒7的内径基于相似准则设计，根据实验岩样11尺寸和模拟实验需求在100mm-200mm之间进行制备；
所述应力加载装置1施加的压力可产生0~50MPa的压强。
具体地，本实施例的实验岩样11尺寸为2m×2m×1m，所述水平段模拟井筒7的内径基于相似准则，根据岩样尺寸和实验需求可在100mm-200mm之间进行制备，所述应力加载装置1可施加0~50MPa的压力。
本实施例提供了一种多层系立体井网压裂模拟实验装置的优势在于：
（1）物理模拟实验尺度更大，能够在较大尺度实验条件下对多层系立体井网压裂进行模拟实验，更加贴近现场真实储层尺度，所得实验数据更加准确可靠；
（2）压裂泵车、水平段模拟井筒均采用现场实际使用设备和材料，最大程度的还原现场实际压裂环境。
因此，本实施例的一种多层系立体井网压裂模拟实验装置，可以在矿场级尺度下对多层系立体井网压裂进行模拟实验，得出更贴近实际情况的压裂实验数据，为现场多层系压裂提供更加真实可靠的理论指导。
参见图4所示，本实施例同时提供一种采用所述多层系立体井网压裂模拟实验装置进行的多层系立体井网压裂模拟实验方法，包括：
基于相似准则和目标储层岩石力学参数，制备实验岩样11；
将水平段模拟井筒7进行射孔处理后，分别预置于所述实验岩样11的各层模拟储层8中；
调节安装各应力加载装置1、各应力监测装置2在所述实验岩样11的外壁面上的位置，连接泵注系统；
根据目标储层参数设定各模拟储层对应应力加载装置1所需施加的压力，控制应力加载装置1对实验岩样11施加相应大小的应力，通过泵注系统向实验岩样11内部的各个水平段模拟井筒7泵注压裂液，当实验岩样11被压裂完成，泵注系统停止泵注，应力加载装置1卸除对实验岩样11所施加的压力，完成压裂模拟实验。
本实施例的一种多层系立体井网压裂模拟实验方法，可以在矿场级尺度下对多层系立体井网压裂进行模拟实验，得出更贴近实际情况的压裂实验数据，为现场多层系压裂提供更加真实可靠的理论指导。
本实施例的多层系立体井网压裂模拟实验方法中，所述控制应力加载装置1对实验岩样11施加相应大小的应力之前包括：
控制开启应力加载装置1，进行试压，利用应力监测装置2对应力加载装置1进行校准；
应力加载装置1校准完毕后，检查应力加载装置1与实验岩样11的接触面接触情况是否良好，防止因接触面倾斜造成应力集中的情况出现。
本实施例的多层系立体井网压裂模拟实验方法，通过压裂泵车5的压力示数变化判断实验岩样是否已被压裂完成：
当所述压裂泵车5的压力示数在预设时间间隔内的降低幅度超过预设阈值时，则判定实验岩样已被压裂完成。
本实施例的多层系立体井网压裂模拟实验方法，包括：根据实验需求，控制实验岩样11不同模拟储层8的水平段模拟井筒7的供液阀门4，模拟实验多层系立体井网各层级储层中水平段模拟井筒的压裂液泵注情况。
本实施例的多层系立体井网压裂模拟实验方法的具体实例，包括以下步骤：
（1）对室外实验场地进行布置，根据实验参数基于相似准则，制备2m×2m×1m的超大型多层系人工实验岩样11，并将进行射孔处理的直径为100mm、长度为2.1m的水平段模拟井筒7预置在超大型多层系人工实验岩样11中，其中水平段模拟井筒7有1.8m埋置在超大型多层系人工实验岩样11中，另外0.3m裸漏在实验岩样11外侧，并被加工为注液接口；
（2）将超大型人工实验岩样11吊装至应力加载装置1中，调节到合适位置，紧固相应连接处螺栓；
（3）安装应力监测装置2对超大型人工实验岩样11内部应力情况进行实时监测；
（4）通过输液管线6连接储液罐12与压裂泵车5，再利用输液管线6连接压裂泵车5与水平段模拟井筒7的注液口，连接完毕，检查接口密封性；
（5）打开应力加载装置1，进行试压，利用应力监测装置2对应力加载装置1进行校准；
（6）应力加载装置1校准完毕后，检查应力加载装置1与超大人工实验岩样11接触面接触情况是否良好，防止因接触面倾斜造成应力集中的情况出现；
（7）根据储层参数设定应力加载装置1所需施加的压力，对超大人工实验岩样11施加相应大小的应力；
（8）打开压裂泵车5供液阀门，通过水平段模拟井筒7注液口向超大型人工实验岩样11中泵注压裂液，通过压裂泵车5压力示数变化及应力监测装置2检测数据判断超大人工实验岩样11是否已被压裂；
（9）判断实验岩样11已被压裂后，关闭压裂泵车5和供液阀门4，重新设定应力加载装置1参数，卸除对实验岩样11所施加的压力；
（10）将已进行压裂模拟实验的超大型人工实验岩样11从应力加载装置1吊出，放置在合适位置，完成压裂模拟实验。
以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但本发明不局限于上述具体实施方式，因此任何对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种多层系立体井网压裂模拟实验装置，其特征在于，包括：
实验岩样，内部具有分层设置的多个模拟储层；
水平段模拟井筒，预置于所述实验岩样中，多个水平段模拟井筒共同构成立体井网；
应力加载装置，作用于所述实验岩样的外壁面上，采用液压方式模拟地层原始应力状态；
应力监测装置，预置于岩样内部或紧贴岩样外侧；
泵注系统，通过输液管线与各个水平段模拟井筒连通，为压裂液提供动力；
根据目标储层应力环境设计加压参数，控制应力加载装置对实验岩样施压，通过泵注系统向实验岩样内部的各个水平段模拟井筒泵注压裂液，当实验岩样被压裂完成，泵注系统停止泵注，应力加载装置进行卸压，完成压裂模拟实验。
2. 根据权利要求1所述的一种多层系立体井网压裂模拟实验装置，其特征在于， 所述水平段模拟井筒沿水平X方向延伸设置，所述实验岩样具有垂直于水平X方向的第一外壁面和第二外壁面，所述水平段模拟井筒的第一端被埋置在所述实验岩样的内部且靠近第一外壁面设置，水平段模拟井筒的第一端为封闭端，所述水平段模拟井筒的第二端伸出所述实验岩样的第二外壁面，用于连接输液管线；
所述的应力加载装置分别加载在所述实验岩样的第一外壁面上、与第一外壁面的一侧连接的第三外壁面上和同时与第一外壁面、第二外壁面连接的第四外壁面上。
3.根据权利要求1所述的一种多层系立体井网压裂模拟实验装置，其特征在于，所述的应力加载装置根据所需施加压应力的实验岩样外壁面的覆盖面积确定设置数量，所述应力加载装置按照m×n方阵均匀布置在实验岩样外壁面上；
所述实验岩样外壁面内对应设置应力监测装置，至少相邻两个应力加载装置之间设置一个应力监测装置。
4.根据权利要求3所述的一种多层系立体井网压裂模拟实验装置，其特征在于，所述的实验岩样包括内部具有多层级模拟储层的岩样基体和紧贴固定于岩样基体各外壁面上的钢板层，所述的应力加载装置作用于所述实验岩样的钢板层外壁面上。
5.根据权利要求4所述的一种多层系立体井网压裂模拟实验装置，其特征在于，所述的实验岩样为根据实验参数基于相似准则制备的人工岩样，所述应力监测装置被预置于所述岩样基体内，应力监测装置的检测端与所述钢板层内壁面贴合；
或者，所述的实验岩样为根据实验参数基于矿场现场切割的自然岩样，所述的应力监测装置的压应力感应片被夹持固定在所述钢板层外壁面与应力加载装置的作用端之间。
6.根据权利要求1所述的一种多层系立体井网压裂模拟实验装置，其特征在于，所述的泵注系统包括压裂泵车、储液罐和供液阀门，所述的储液罐与压裂泵车通过输液管线连通，所述的压裂泵车与水平段模拟井筒的注液口通过输液管线连通，压裂泵车与各个水平段模拟井筒之间的输液管线上分别设置所述供液阀门；根据实验需求，控制实验岩样不同模拟储层的水平段模拟井筒的供液阀门进液情况。
7.根据权利要求1所述的一种多层系立体井网压裂模拟实验装置，其特征在于，所述的实验岩样根据实验参数基于相似准则制备，尺寸为（1m~3m）×（1m~3m）×（0.5m~2m）;
所述水平段模拟井筒的内径基于相似准则设计，根据实验岩样尺寸和模拟实验需求在100mm-200mm之间进行制备；
所述应力加载装置施加的压力可产生0~50MPa的压强。
8.一种采用如权利要求1-7任意一项所述多层系立体井网压裂模拟实验装置进行的多层系立体井网压裂模拟实验方法，其特征在于，包括：
基于相似准则和目标储层岩石力学参数，制备实验岩样；
将水平段模拟井筒进行射孔处理后，分别预置于所述实验岩样的各层模拟储层中；
调节安装各应力加载装置、各应力监测装置在所述实验岩样的外壁面上的位置，连接泵注系统；
根据目标储层参数设定各模拟储层对应应力加载装置所需施加的压力，控制应力加载装置对实验岩样施加相应大小的应力，通过泵注系统向实验岩样内部的各个水平段模拟井筒泵注压裂液，当实验岩样被压裂完成，泵注系统停止泵注，应力加载装置卸除对实验岩样所施加的压力，完成压裂模拟实验。
9.根据权利要求8所述的多层系立体井网压裂模拟实验方法，其特征在于，所述控制应力加载装置对实验岩样施加相应大小的应力之前包括：
控制开启应力加载装置，进行试压，利用应力监测装置对应力加载装置进行校准；
应力加载装置校准完毕后，检查应力加载装置与实验岩样的接触面接触情况是否良好，防止因接触面倾斜造成应力集中的情况出现。
10.根据权利要求8所述的多层系立体井网压裂模拟实验方法，其特征在于，包括：根据实验需求，控制实验岩样不同模拟储层的水平段模拟井筒的供液阀门，模拟实验多层系立体井网各层级储层中水平段模拟井筒的压裂液泵注情况。
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