CN204804807U - 模拟水力压裂裂缝堵水的实验模型 - Google Patents

Abstract

本实用新型为一种模拟水力压裂裂缝堵水的实验模型，包括一长方体形人工胶结裂缝岩心，人工胶结裂缝岩心中具有长方体形岩心基质，该岩心基质外部密封包裹一层环氧树脂层，该岩心基质内具有裂缝，该裂缝贯通岩心基质的两个相对端面，在被裂缝贯通的两个相对端面上分别固定有与裂缝连通的密封连接装置；在人工胶结裂缝岩心的一侧面上，均匀设置多个测压及取样一体化接头，其一端伸入到人工胶结裂缝岩心中并与裂缝连通；人工胶结裂缝岩心另一侧面上，均匀设置多个第二测压及取样一体化接头，其一端伸入到人工胶结裂缝岩心中并与岩心基质连通。本实用新型结构简单、操作方便，且能够客观模拟水力压裂裂缝堵水过程。

Description

模拟水力压裂裂缝堵水的实验模型

技术领域

本实用新型是关于一种石油工业领域中室内模拟裂缝地层调剖堵水的装置，尤其涉及一种模拟水力压裂裂缝堵水的实验模型。

背景技术

在石油工业领域，对低渗油藏进行水力压裂是提高低渗油藏产量的主要途径。裂缝的形成有助于油气的产出，但不可避免地造成地层水或注入水沿裂缝过早突入油井，造成油井水淹，因而水力裂缝堵水对于油井降水稳产十分重要。在制定堵水方案和堵剂优选过程中，室内实验模拟结果是重要参考依据之一。总体来看，目前石英砂充填填砂管的方式仍然是主要的室内物理模拟手段。授权公告号为CN204186382U的中国实用新型专利公开了一种在填砂管中加装机械裂缝腔的实验装置，裂缝腔中充填玻璃球，裂缝腔外充填石英砂。由于使用的是人工充填石英砂的方法，裂缝腔外基质渗透率较高，可作为模拟高渗裂缝性油藏堵水的实验装置，但达不到模拟水力压裂后裂缝周边岩石基质的低渗透率水平。石英砂充填填砂管的不足之处在于，此方法制作的填砂管岩心接近均质岩心，不能模拟裂缝和基质渗透率之间的巨大差异，故不能客观模拟裂缝堵水的过程，对裂缝堵水方案制定及堵剂优选的指导意义有限。申请号为201210195667.2的中国发明专利公开了一种模拟裂缝性油藏的填砂管组合装置，采用的是在填砂管中排布不同直径的毛细管来模拟不同尺度裂缝的方法。但是，毛细管并不能客观模拟裂缝的形态，故此装置模拟水力压裂裂缝堵水的可靠性不佳。总而言之，目前缺少一种可客观模拟水力压裂裂缝堵水过程的实验模型。

由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种模拟水力压裂裂缝堵水的实验模型，以克服现有技术的缺陷。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种模拟水力压裂裂缝堵水的实验模型，结构简单、操作方便，且能够客观模拟水力压裂裂缝堵水过程，为水力压裂裂缝堵水设计及堵剂优选室内模拟实验提供模型参考。

本实用新型的目的是这样实现的，一种模拟水力压裂裂缝堵水的实验模型，该实验模型包括一长方体形的人工胶结裂缝岩心，所述人工胶结裂缝岩心中具有一长方体形的岩心基质，该岩心基质外部密封包裹有一层环氧树脂层，该岩心基质内具有一裂缝，该裂缝贯通所述岩心基质的两个相对端面，在被所述裂缝贯通的两个相对端面上分别固定有与所述裂缝连通的密封连接装置；在所述人工胶结裂缝岩心的一侧面上，均匀设置多个第一测压及取样一体化接头，所述第一测压及取样一体化接头的一端伸入到所述人工胶结裂缝岩心中并与所述裂缝连通；所述人工胶结裂缝岩心的另一侧面上，均匀设置多个第二测压及取样一体化接头，所述第二测压及取样一体化接头的一端伸入到所述人工胶结裂缝岩心中并与所述岩心基质连通。

在本实用新型的一较佳实施方式中，密封连接装置包括一密封板和一密封接头，所述密封板具有一底板，该底板一侧的中心处设有一向外伸出的螺纹管，所述螺纹管连通到该底板另一侧并与另一侧板面齐平；所述密封接头与该螺纹管螺纹连接，所述密封接头上设有第一开关阀；该底板另一侧与所述岩心基质的端面相贴，所述螺纹管与所述裂缝连通，所述底板固定在所述环氧树脂层中。

在本实用新型的一较佳实施方式中，裂缝沿一直线从所述岩心基质的一端面贯通到另一端面，所述第一测压及取样一体化接头密封插设在所述人工胶结裂缝岩心的顶面，并沿所述裂缝延伸的方向均匀布置；所述第二测压及取样一体化接头密封插设在所述人工胶结裂缝岩心的侧面，并沿所述裂缝延伸的方向均匀布置。

在本实用新型的一较佳实施方式中，第一测压及取样一体化接头具有三个端口，其中一个端口为进口端，另外两个端口分别为第一出口端和第二出口端，且该第一测压及取样一体化接头设有能将所述进口端与所述第一出口端、第二出口端之间开闭的第二开关阀；所述进口端与所述裂缝连通；所述第二测压及取样一体化接头与所述第一测压及取样一体化接头结构相同，所述第二测压及取样一体化接头的进口端与所述岩心基质连通。

在本实用新型的一较佳实施方式中，裂缝中均匀填充有支撑剂。

在本实用新型的一较佳实施方式中，支撑剂为陶粒支撑剂。

在本实用新型的一较佳实施方式中，人工胶结裂缝岩心的尺寸为长40cm、宽4.5cm、高4.5cm；所述岩心基质的气测渗透率为20毫达西；所述裂缝的尺寸为缝长40cm、缝宽0.1cm、缝高3cm。

由上所述，本实用新型的实验模型可客观模拟水力压裂裂缝堵水过程，模拟过程中可测试裂缝及岩心基质沿程的堵剂流动压力；堵剂成胶后，可测试裂缝及岩心基质沿程的堵剂封堵压力，测试过程可同时取样，进而对堵剂性能进行评价。

附图说明

以下附图仅旨在于对本实用新型做示意性说明和解释，并不限定本实用新型的范围。其中：

图1：为本实用新型实验模型的立体结构示意图。

图2：为本实用新型实验模型的顶视结构示意图。

图3：为图2中A-A剖面的结构示意图。

图4：为本实用新型实验模型中密封板的立体结构示意图。

图5：为本实用新型实验模型中密封板的剖面结构示意图。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型的具体实施方式。

本实用新型提供一种模拟水力压裂裂缝堵水的实验模型，包括长方体形的人工胶结裂缝岩心，人工胶结裂缝岩心的内部为长方体形的岩心基质，岩心基质外包裹有一层环氧树脂层，该岩心基质内具有一裂缝，该裂缝贯通岩心基质的两个相对端面，在被裂缝贯通的两个相对端面上分别密封固定有与裂缝连通的密封连接装置。该裂缝除了在相对的两个端面贯通外，在其它侧面均没有与外界连通，根据实验需要该裂缝可以采用不同的尺寸。密封连接装置的作用是向裂缝中注入需要的堵剂溶液或者模拟地层水。在人工胶结裂缝岩心的一侧面上(除了两个端面以外的其它任一个侧面上)，均匀设置多个第一测压及取样一体化接头，第一测压及取样一体化接头的一端伸入到人工胶结裂缝岩心中并与裂缝连通。人工胶结裂缝岩心的另一侧面上，均匀设置多个第二测压及取样一体化接头，第二测压及取样一体化接头的一端伸入到人工胶结裂缝岩心中并与岩心基质连通(不与裂缝连通)。该裂缝可以采用剖面为长方形的平面形裂缝，即裂缝沿一直线从岩心基质的一端面贯通到另一端面，第一测压及取样一体化接头插设在人工胶结裂缝岩心的顶面(位于上部的一个侧面)，并沿裂缝延伸的方向均匀布置；第二测压及取样一体化接头插设在人工胶结裂缝岩心的侧面(位于前侧或后侧的一个侧面)，并沿裂缝延伸的方向均匀布置。第一测压及取样一体化接头的作用是测试裂缝沿程的堵剂流动压力，并可以通过第一测压及取样一体化接头接取裂缝沿程的堵剂液样。第二测压及取样一体化接头的作用是测试岩心基质(裂缝之外部分)内沿程的堵剂流动压力，并可接取岩心基质内的堵剂液样。该第一测压及取样一体化接头与第二测压及取样一体化接头的结构是相同的，均密封插设在人工胶结裂缝岩心上。

作为本实施方式的一个具体实施例，如图1、图2和图3所示，模拟水力压裂裂缝堵水的实验模型包括人工胶结裂缝岩心1，人工胶结裂缝岩心1为长方体形，图1中左右两个面为相对的两个端面，上面为顶面，前面和后面为侧面，其尺寸为长40cm、宽4.5cm、高4.5cm，其内部具有一长方体形的天然或人工岩心基质，岩心基质的气测渗透率为20毫达西，岩心基质的各个面与人工胶结裂缝岩心1的面对应。该岩心基质内形成裂缝11，裂缝11沿图2中的A-A剖面均匀贯穿人工胶结裂缝岩心1的两端，其尺寸为缝长40cm、缝宽0.1cm、缝高3cm，即该裂缝11的剖面为长方形，并且该剖面与岩心基质的侧面平行，裂缝11的上端和下端都位于岩心基质内，左端和右端分别贯通岩心基质的两个端面。岩心基质外包裹一层环氧树脂层，该环氧树脂层对整个实验模型起到密封的作用。密封连接装置包括一密封板4和一密封接头3，如图4、图5所示，密封板4具有一底板41，底板41可以为硬质塑料板，在硬质塑料板外还可以贴覆一层橡胶覆膜43。该底板41一侧的中心处设有一向外伸出的螺纹管42，螺纹管42连通到该底板41另一侧并与另一侧齐平，螺纹管42向外伸出的部分具有外螺纹。密封接头3通过内螺纹与该螺纹管42螺纹连接，密封接头3可以与注入管线连接，密封接头3上设有第一开关阀。该密封板4中底板41的另一侧(即平整的一侧)与岩心基质的端面相贴且螺纹管42与裂缝11连通，底板41密封固定在环氧树脂层中，即当密封板4的底板41与岩心基质的端面贴紧后，通过浇灌环氧树脂将该底板41包裹并密封固定在环氧树脂层中。第一测压及取样一体化接头21设有三个，沿裂缝11的延伸方向均匀插设在人工胶结裂缝岩心1的顶面；第二测压及取样一体化接头22也设有三个，沿裂缝11的延伸方向均匀插设在人工胶结裂缝岩心1的侧面。第一测压及取样一体化接头21具有三个端口，其中一个端口为进口端，另外两个端口分别为第一出口端和第二出口端，且该第一测压及取样一体化接头21设有能将进口端与第一出口端、第二出口端之间开闭的第二开关阀，当第二开关阀关闭时，进口端与两个出口端之间断开，当第二开关阀打开时，进口端与两个出口端之间连通。进口端与裂缝11连通，其中一个出口端与压力测量装置连接，另一个出口端可以进行取样。第二测压及取样一体化接头22与第一测压及取样一体化接头21结构相同，第二测压及取样一体化接头22的进口端与岩心基质连通。测压及取样一体化接头21、22实质上为带有阀门的三通结构。

进一步，裂缝11中均匀填充20～40目陶粒支撑剂(如果模拟天然裂缝时裂缝内部无需填充支撑剂，模拟人工裂缝时裂缝内部需要填充支撑剂)，本实施例中模拟人工裂缝，故填充陶粒支撑剂。支撑剂的铺砂浓度(专业术语，指单位面积裂缝内所含支撑剂的质量)为5.0kg/m²。

使用时，将实验模型水平固定在实验台上，关闭测压及取样一体化接头21、22的第二开关阀，并关闭作为注入口的密封接头3的第一开关阀，只打开作为输出口的密封接头3的第一开关阀，将打开的该密封接头3连接抽真空泵进行抽真空，然后将作为注入口的密封接头3连接实验用水源，打开该密封接头3的第一开关阀，使水进入该实验模型中达到饱和。然后，由作为注入口的密封接头3处注入堵剂溶液。通过测压及取样一体化接头21、22测试裂缝11沿程及岩心基质沿程的堵剂流动压力，并通过测压及取样一体化接头21、22接取裂缝11沿程及岩心基质沿程的堵剂液样。每次只从一个测压及取样一体化接头21、22处取样。注入两个裂缝体积容量的堵剂溶液后关闭测压及取样一体化接头21、22及密封接头3以密封模型。待堵剂溶液反应完毕后，沿与注入堵剂溶液相反的方向，即由另一个密封接头3处注入实验用水，通过测压及取样一体化接头21、22测试裂缝11沿程及岩心基质沿程的压力，并同时接取液样。每次只从一个测压及取样一体化接头21、22处取样。

本实用新型实现了模拟水力裂缝堵水过程，并可通过压力测试及取样分析对堵剂的性能进行客观评价。此外，本实用新型中岩心及裂缝参数可在制作岩心时调整，因而可进行不同条件水力裂缝中的堵剂封堵模拟实验。

以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，并非用以限定本实用新型的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。

Claims (7)

1.一种模拟水力压裂裂缝堵水的实验模型，其特征在于，该实验模型包括一长方体形的人工胶结裂缝岩心，所述人工胶结裂缝岩心中具有一长方体形的岩心基质，该岩心基质外部密封包裹有一层环氧树脂层，该岩心基质内具有一裂缝，该裂缝贯通所述岩心基质的两个相对端面，在被所述裂缝贯通的两个相对端面上分别固定有与所述裂缝连通的密封连接装置；在所述人工胶结裂缝岩心的一侧面上，均匀设置多个第一测压及取样一体化接头，所述第一测压及取样一体化接头的一端伸入到所述人工胶结裂缝岩心中并与所述裂缝连通；所述人工胶结裂缝岩心的另一侧面上，均匀设置多个第二测压及取样一体化接头，所述第二测压及取样一体化接头的一端伸入到所述人工胶结裂缝岩心中并与所述岩心基质连通。

2.如权利要求1所述的模拟水力压裂裂缝堵水的实验模型，其特征在于，所述密封连接装置包括一密封板和一密封接头，所述密封板具有一底板，该底板一侧的中心处设有一向外伸出的螺纹管，所述螺纹管连通到该底板另一侧并与另一侧板面齐平；所述密封接头与该螺纹管螺纹连接，所述密封接头上设有第一开关阀；该底板另一侧与所述岩心基质的端面相贴，所述螺纹管与所述裂缝连通，所述底板密封固定在所述环氧树脂层中。

3.如权利要求2所述的模拟水力压裂裂缝堵水的实验模型，其特征在于，所述裂缝沿一直线从所述岩心基质的一端面贯通到另一端面，所述第一测压及取样一体化接头密封插设在所述人工胶结裂缝岩心的顶面，并沿所述裂缝延伸的方向均匀布置；所述第二测压及取样一体化接头密封插设在所述人工胶结裂缝岩心的侧面，并沿所述裂缝延伸的方向均匀布置。

4.如权利要求3所述的模拟水力压裂裂缝堵水的实验模型，其特征在于，所述第一测压及取样一体化接头具有三个端口，其中一个端口为进口端，另外两个端口分别为第一出口端和第二出口端，且该第一测压及取样一体化接头设有能将所述进口端与所述第一出口端、第二出口端之间开闭的第二开关阀；所述进口端与所述裂缝连通；所述第二测压及取样一体化接头与所述第一测压及取样一体化接头结构相同，所述第二测压及取样一体化接头的进口端与所述岩心基质连通。

5.如权利要求4所述的模拟水力压裂裂缝堵水的实验模型，其特征在于，所述裂缝中均匀填充有支撑剂。

6.如权利要求5所述的模拟水力压裂裂缝堵水的实验模型，其特征在于，所述支撑剂为陶粒支撑剂。

7.如权利要求6所述的模拟水力压裂裂缝堵水的实验模型，其特征在于，所述人工胶结裂缝岩心的尺寸为长40cm、宽4.5cm、高4.5cm；所述岩心基质的气测渗透率为20毫达西；所述裂缝的尺寸为缝长40cm、缝宽0.1cm、缝高3cm。