CN205477573U - 一种模拟射孔完井下水力压裂的实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种模拟射孔完井下水力压裂的实验装置，包括径向加压装置、轴向加压装置、压裂装置和特制岩心，径向加压装置包括筒体、耐压橡胶块、密封环、左压盖、右压盖和径向液压泵，轴向加压装置包括顶杆、活塞、左堵头和轴向液压泵，压裂装置包括右堵头、压力记录仪、压裂泵、压裂液池和加药罐，特制岩心包括弧形钢片、钢管和钻孔岩样。本实用新型原理可靠，结构简单，采用真实深层地下致密岩心，能同时施加三向不同应力，岩样内部孔道结构与排列方式符合射孔完井井筒的形态，能模拟射孔完井下水力压裂时的真实情况，实验结果适应性好。

Description

一种模拟射孔完井下水力压裂的实验装置

技术领域

本实用新型涉及水力压裂实验技术领域，尤其涉及一种模拟射孔完井下水力压裂的实验装置。

背景技术

随着我国油气开发的不断深入，深层致密储层越来愈多，水力压裂是目前提高致密储层油气产量和采收率的重要措施，现今我国的各大油气田均广泛运用射孔完井并进行水力压裂投产与增产。水力压裂的基本原理是利用地面高压泵，通过井筒向地层挤注压裂液，当注入压裂液的速度超过地层的吸收能力而形成高压时，将地层压开并形成高导流能力的人造裂缝，改善井底渗流条件。而实验室内水力压裂实验是了解水力压裂机理与过程，认识压裂过程中压力与裂缝形态变化的重要手段。

目前国内有学者对真三轴水力压裂实验装置及方法进行了研究，是将方形岩样置于三向不同应力下进行水力压裂实验(CN104655495A“一种煤岩高温高压真三轴压裂渗流试验装置与试验方法”)，但存在以下缺点：

(1)岩样尺寸大，只能采用人造岩样、地面露头岩样或浅层煤样，与真实深层致密岩心物性差距大，从而造成实验结果不可靠。

(2)岩样为正方体或长方体形，加工时必须保证各相对平面绝对平行，否者会导致加载时受力不均，实际操作加工非常困难。

(3)岩样内部为单一钻孔，只能模拟裸眼完井，而现在绝大多数油气井都采用射孔完井，射孔完井下水力压裂的裂缝形态与分布、破裂压力大小都与裸眼完井完全不同。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种模拟射孔完井下水力压裂的实验装置，该装置结构简单，原理可靠，操作简便，能有效模拟射孔完井下水力压裂时的真实情况，克服了现有技术的缺陷和不足。

为达到以上技术目的，本实用新型提供以下技术方案。

一种模拟射孔完井下水力压裂的实验装置，主要包括径向加压装置、轴向加压装置、压裂装置和特制岩心。

所述径向加压装置包括筒体、耐压橡胶块、密封环、左压盖、右压盖和径向液压泵，4个耐压橡胶块与筒体之间有4个分隔的弧状空腔，相对的2个空腔用管线相互连通并连接到液压泵上，所述左压盖和右压盖通过螺纹连到筒体上，并通过密封环将弧状空腔密封。

所述轴向加压装置包括顶杆、活塞、左堵头和轴向液压泵，活塞与堵头之间有柱状空腔并连接到轴向液压泵上。

所述压裂装置包括右堵头、压力记录仪、压裂泵、压裂液池和加药罐，所述右堵头中心有孔道，所述加药罐中装有荧光示踪悬浮微粒，所述压裂泵可以设定排量。

所述左、右堵头与左、右压盖之间通过卡槽锁定连接。

所述特制岩心包括弧形钢片、钢管和钻孔岩样，所述环形钢片与岩样外壁之间、钢管与岩样内孔之间用环氧树脂密封。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：

(1)实验岩样采用真实深层地下致密岩心，且为圆柱体状，加工制作容易，能同时施加三向不同应力，应力状态符合井下真实情况；

(2)岩样内部孔道结构与排列方式符合射孔完井井筒的形态，同时采用相似准则模拟孔道大小，能够很好模拟射孔完井下的水力压裂行为；

(3)岩样外部包围的弧形钢片既可以保证岩样受力均匀，又可以保护耐压橡胶块免受压裂液高压的冲击，提高其使用寿命；

(4)压裂实验后的岩样裂缝中充填荧光示踪微粒，裂缝分布与形态易于观察；

(5)本实用新型原理可靠，结构简单，方法切实可行，能有效模拟射孔完井下水力压裂时的真实情况，实验结果适应性好。

附图说明

图1是模拟射孔完井下水力压裂的实验装置的结构示意图。

图2是模拟射孔完井下水力压裂的实验装置的中部A-A剖视图。

图中，1-筒体，2-耐压橡胶块，3-密封环，4-左压盖，5-左堵头，6-活塞，7-右压盖，8-右堵头，9-卡槽，10-弧形钢片，11-岩样，12-弧状空腔，13-柱状空腔，14-钢管，15-顶杆，16a-1号径向液压泵，16b-2号径向液压泵，17-压裂泵，18-压裂液池，19-加药罐，20a-1号径压表，20b-2号径压表，21-轴压表，22-压力记录仪，23-轴向液压泵。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

参见图1、图2。

一种模拟射孔完井下水力压裂的实验装置，由径向加压装置、轴向加压装置、压裂装置和特制岩心组成。

所述径向加压装置包括筒体1、耐压橡胶块2、左压盖4、右压盖7、1号径向液压泵16a和2号径向液压泵16b，筒体1与4个耐压橡胶块2之间有4个分隔的弧状空腔12，相对的2个弧状空腔12相互连通并分别通过1号径压表20a和2号径压表20b连接1号径向液压泵16a和2号径向液压泵16b，所述左压盖4和右压盖7通过密封环3将弧状空腔12密封。

所述轴向加压装置包括顶杆15、活塞6、左堵头5和轴向液压泵23，活塞6与左堵头5之间有柱状空腔13，通过轴压表21连接轴向液压泵23。

所述压裂装置包括右堵头8、压力记录仪22、压裂泵17、压裂液池18和加药罐19，所述右堵头8中心有孔道，所述加药19中装有荧光示踪悬浮微粒，所述压裂泵17可以设定排量。

所述筒体1左端通过螺纹连接左压盖4，右端通过螺纹连接右压盖7，左压盖4、右压盖7通过卡槽9分别锁定连接左堵头5、右堵头8。

所述筒体1中有特制岩心，所述特制岩心包括岩样11、钢管14、弧形钢片10，所述岩样11为直径63.5mm、长度120mm的圆柱形岩样，岩样中有直径10-15mm、深100mm的轴向孔道，钢管14插入轴向孔道底部，在岩样上部、中部、下部沿径向分别有1-2mm的径向孔道，岩样的径向孔道与轴向孔道连通，各径向孔道之间相位角为120°，在岩样外包裹有四块内径与岩样外径相同的弧形钢片10，钢管14与岩样内壁之间、弧形钢片10与岩样外壁之间用环氧树脂密封；钢管14用于模拟井筒，通过压力记录仪22依次连接压裂泵17、压裂液池18和加药罐19。

假设一口油井真实井筒井眼尺寸150mm，套管外径125mm，射孔孔径15mm，射孔相位角120°，地层最大水平主应力25MPa、最小水平主应力20MPa，上覆地层应力30MPa，按照1:10几何相似模拟射孔完井井筒，计算得到室内模拟实验井眼直径为15mm，钢管直径12.5mm，射孔直径1.5mm。

利用上述装置模拟射孔完井下水力压裂的方法，主要包括以下步骤：

(1)在井下钻井取出的岩心上钻取一块直径63.5mm，长度120mm的圆柱形岩样11，岩样11两端平整；

(2)沿圆柱形岩样11中心钻一条直径15mm，深100mm的轴向孔道，然后将外径12.5mm，壁厚1mm的钢管14插入孔道底部并用环氧树脂粘结在孔道中，模拟水泥固井；

(3)分别在岩样11侧面上部、中部、下部沿岩样径向各钻一个1.5mm的孔道，钻穿钢管14至岩样中心孔道为止，各孔道之间相位角为120°，模拟射孔孔眼；

(4)将四块内径与岩样外径相同的弧形钢片10包裹在岩样11外面，钢片10与岩样11外壁之间用环氧树脂密封，岩样制备完毕；

(5)将制备好的岩样放入筒体1中，装好左堵头5、右堵头8并通过卡槽9锁定；

(6)通过1号径向液压泵16a、2号径向液压泵16b和轴向液压泵23分别向岩样11施加两个不同的径向应力和一个轴向应力，压力值分别等于最大水平主应力25MPa、最小水平主应力20MPa、上覆地层应力30MPa；

(7)通过加药罐19向压裂液池18中加入一定量的荧光示踪悬浮微粒，然后利用压裂泵17通过钢管14向岩样11内逐步加压，通过压力记录仪22观察压力曲线，当压力出现拐点突然下降时岩样11破裂，关停压裂泵17并泄压；

(8)卸掉岩样11径向和轴向压力，取出岩样11，去掉岩样11外钢片，擦净岩样11表面，用紫外荧光灯照射并观察岩样内裂缝形态，根据压力记录曲线对压裂结果进行评价。

Claims (2)

1.一种模拟射孔完井下水力压裂的实验装置，由径向加压装置、轴向加压装置、压裂装置和特制岩心组成，其特征在于，所述径向加压装置包括筒体(1)、耐压橡胶块(2)、左压盖(4)、右压盖(7)、1号径向液压泵(16a)和2号径向液压泵(16b)，筒体(1)与4个耐压橡胶块(2)之间有4个分隔的弧状空腔(12)，相对的2个弧状空腔相互连通并分别连接1号径向液压泵(16a)和2号径向液压泵(16b)，左压盖(4)和右压盖(7)通过密封环(3)将弧状空腔(12)密封；所述轴向加压装置包括顶杆(15)、活塞(6)、左堵头(5)和轴向液压泵(23)，活塞(6)与左堵头(5)之间有柱状空腔(13)连接轴向液压泵(23)；所述压裂装置包括右堵头(8)、压力记录仪(22)、压裂泵(17)、压裂液池(18)和加药罐(19)，所述右堵头(8)中心有孔道，所述加药罐(19)中装有荧光示踪悬浮微粒；所述筒体(1)的左压盖(4)、右压盖(7)通过卡槽(9)分别锁定连接左堵头(5)、右堵头(8)，所述筒体(1)中有特制岩心；所述特制岩心包括岩样(11)、钢管(14)、弧形钢片(10)，岩样中有轴向孔道，钢管插入轴向孔道底部，在岩样上部、中部、下部分别有径向孔道，各径向孔道之间相位角为120°，岩样的径向孔道与轴向孔道连通，在岩样外包裹有内径与岩样外径相同的弧形钢片，钢管通过压力记录仪(22)依次连接压裂泵(17)、压裂液池(18)和加药罐(19)。

2.如权利要求1所述的一种模拟射孔完井下水力压裂的实验装置，其特征在于，所述特制岩心包括岩样(11)、钢管(14)、弧形钢片(10)，所述岩样(11)为直径63.5mm、长度120mm的圆柱形岩样，岩样中有直径10-15mm、深100mm的轴向孔道，钢管(14)插入轴向孔道底部，在岩样上部、中部、下部沿径向分别有1-2mm的径向孔道，岩样的径向孔道与轴向孔道连通，各径向孔道之间相位角为120°，在岩样外包裹有四块内径与岩样外径相同的弧形钢片(10)，钢管与岩样内壁之间、弧形钢片与岩样外壁之间用环氧树脂密封。