CN208858335U - 一种页岩地层裂缝压裂模拟实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种页岩地层裂缝压裂模拟实验装置，主体是一钢块套筒，紧贴套筒内壁依次为高阻尼套筒、微型环状压力传感器、实验室通用岩心，该岩心在径向方向开有一条平行于中轴线的细长方体的裂缝，其宽度比岩心内径要小，岩心一端顶替钢块套筒一端，该端开有一圆形通孔，通孔直径大于岩心裂缝宽度，另一端口有丝扣，通过中心带有通孔的螺丝连接，并将岩心紧固在套筒内，右通孔处外接有回压阀、柱塞泵、液压泵、泄漏气体检测装置。本实用新型可以了解地层次要裂缝的形态，计算裂缝含气量和传导率。调节控制后期压裂效果和程度，浅析压裂裂缝扩展的复杂性。最后能够较好地选择匹配性更贴合实际的支撑剂、封堵剂的性能，评价增产效果好坏。

Description

一种页岩地层裂缝压裂模拟实验装置

技术领域

本实用新型是一种模拟页岩地层裂缝压裂的实验装置，本实验装置能够模拟页岩地层裂缝经过压裂之后的复杂情况。本实用新型属于石油行业油气田开发模拟领域。

背景技术

目前，在石油行业中用于模拟地层裂缝的实验方法主要有两种：一是将地层岩心通用巴西劈裂法造缝后结合在一起，再用透明胶带固定恢复成含缝的岩心；二是堵漏仪上用带缝的钢板模拟地层裂缝。第一种方法难以确定裂缝宽度，况且结合和恢复岩心的过程费时费力，该宽度是封堵剂的配方调试必须要知道的关键参数；第二种方法能够准确知道裂缝宽度，但钢板缝面是光滑的，无法模拟真实岩心裂缝面的粗糙度，以及岩心中不同位置裂缝的宽度变化，这两点对裂缝封堵剂能否有效卡喉封堵具有决定性作用。因此，采用上述两种方法均不能模拟地下裂缝的真实情况，无法得到满足现场作业的封堵剂及配方，给实验研究工作造成很大的困难。

实用新型内容

本实用新型提供了一种页岩地层裂缝压裂模拟实验装置，解决现有对地层裂缝模拟时，不能详细描述新裂缝的宽度、传导率、空间形状、渗透率等变化情况，继而影响之后一系列增产措施设计的相关问题。利用本实用新型可以有效解决地层压裂造缝过程中，次要裂缝呈现何种几何形态、形成怎样的裂缝网络，调节控制后期压裂效果和程度，浅析压裂裂缝扩展的复杂性。并且在本实用装置中，钢块套筒内壁附有抗压强度大、降低反作用力的高阻尼材料套筒，配套压力分析传感系统，可以准确测算岩心压裂后的含气量。随之将岩心外围各个网络点的检测数据反馈给计算机系统，再结合详细的油藏模型和微地震检测确定裂缝网络尺寸，并考虑支撑裂缝或者未支撑裂缝的传导率，就能够较好地选择匹配性更贴合实际的支撑剂、封堵剂的性能，和评价增产效果的好坏。并且泄漏气体检测装置又和计算机连接，能够第一时间发出警报，可实现在数字化无人井场的广泛使用。

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种页岩地层裂缝压裂模拟实验装置，其不仅可以应用于分析压裂液在岩心内部的造缝情况，还可以调节控制后期压裂效果和程度，浅析压裂裂缝扩展的复杂性，能够较好地选择匹配性更贴合实际的支撑剂、封堵剂的性能。而且具有结构简单、加工方便和分析准确等优点，从而便于推广应用。

所采用压力传感器的型号为1212V3环状压力传感器，该型号传感器能够较好地贴合在高阻尼套筒内侧的凹槽中，使实验装置密封性达到最优。

所采用的回压阀型号为API 6A型回压阀。

所采用的钢块套筒为圆柱体。

所采用的气压阀为AR2000型气压阀。

所采用的压力检测装置中捕获压力的高阻尼套筒，该材料耐高温高压，在压裂过程中，靠近监测点不会有压力损失，可保证数据的准确性。

本实用新型为了确保实验过程中的安全性，对模拟装置安装有回压阀，根据压力分析系统和具体地层特性适当增加或者减少压力。

本实用新型采用的是节能环保压裂增产装置，模拟装置通孔处设有泄漏气体检测装置，并且与计算机系统相连接。检测装置可以第一时间检测出压裂之后生产的页岩气，不让气体窜出地面，污染环境。而且当页岩气累计抵达可生产界限时，计算机系统会提前预测和显示。大大降低人工和精力的投入，安全有效地为页岩气的清洁生产开发提供科学保证和技术指导。

附图说明

下面结合附图对本实用新型所描述的一种页岩地层裂缝压裂模拟的实验装置进行进一步的说明。

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型沿A—A¹剖面的结构示意图。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。

其中，1钢块套筒，2圆柱状岩心，3裂缝，4高阻尼套筒，5微型环状压力传感器，6螺钉， 7左通孔，8压差分析感应系统，9泄漏气体检测装置，10右通孔，11螺丝，12柱塞泵，13回压阀，14液压泵，15气压阀，16计算机系统，17次要裂缝。

具体实施方式

结合说明书附图，对本实用新型的功能的实现方式进行说明。

如图1所示，本实用新型包括钢块套筒1，钢块套筒作为主体装置，其内径比实验室常用标准岩心大4mm，定为内径29mm。

根据本压裂实验装置，利用半径小于1mm的钢丝锯沿圆柱状岩心2径向预制与中心轴线平行的裂缝3。限定深度为3～5mm，以保证初始裂纹长度处于稳定扩张区。圆柱状岩心2两端车平、圆周两面车圆，并水平置于钢块套筒1之中，以备实验使用。

在钢块套筒1内壁和圆柱状岩心2外表面之间，加有厚度为2mm的高阻尼套筒4，高阻尼套筒4紧贴在钢块套筒1内壁，而且高阻尼套筒4内壁也遍布镶嵌有微型环状压力传感器5。高阻尼套筒4可以降低压裂时岩心细小碎屑颗粒和钢块套筒1内壁的瞬时作用力，使微型环状压力传感器5准确测出该点压力值，并及时反馈给压差分析感应系统8，而且微型环状压力传感器5也紧贴在钢块套筒1内壁。

本实用新型钢块套筒1一端的端口内具有丝扣，该丝扣与中心具有右通孔10的螺丝 11相连，通过螺丝11上的螺钉6将圆柱状岩心2紧固在钢块套筒内1内，钢块套筒1的另一端有一左通孔7，该孔的直径大于岩心裂缝3的宽度，可开启和关闭，方便清理和清洗本实用型装置。

在本实用新型带丝扣的一端，通过右通孔10，外接装有压裂液的柱塞泵12、回压阀13、液压泵14、气压阀15组成的泵液压系统。压裂液泵入岩心裂缝3，液压泵14加压到一定程度时，微型环状压力传感器5就会检测出压力数值，有数值变化的监测点即是新的次要裂缝17的延伸点。通过压差分析感应系统8的初步处理，可计算出岩心各个次要裂缝17的含气量和传导率的大小，浅析压裂裂缝扩展的复杂性。

在本实用新型带丝扣的一端，连接一套泄漏气体检测装置9，该装置另一端连接有计算机系统16。在造缝压裂实验完成之后的页岩气生产过程当中，泄漏气体检测装置9可以在第一时间检测出压裂之后生产的页岩气，不让气体窜出地面，污染环境。而且当页岩气累计抵达可生产界限时，计算机系统16会提前预测和显示。

在本实用新型装置使用过程中，可以近似很好地模拟地层压裂情况，根据反馈给计算机系统16的数据，可以人为宏观控制造缝压裂效果，结合单轴抗压强度实验数据，评价出该页岩地层的断裂韧性，并形成良好的支撑剂、封堵剂铺置剖面。最后结合详细的油藏模型和微地震检测确定裂缝网络尺寸，并考虑支撑裂缝或者未支撑裂缝的传导率，就能够较好地选择匹配性更贴合实际的支撑剂、封堵剂的性能。

以上所述是本实用新型可以进行的室内实验优选的类型，但是，本实用新型的应用范围并不限于上述的方式，在不脱离本实用新型的具体原理的具体前提下，还能进行进一步改进，均是本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种页岩地层裂缝压裂模拟实验装置，其特征在于：本实验装置主体部件钢块套筒(1)内壁紧密连接高阻尼套筒(4)和微型环状压力传感器(5)，圆柱状岩心(2)一端牢牢顶替在钢块套筒(1)内界面，另一端通过无缝丝扣和螺丝(6)夹持在钢块套筒(1)里面，由柱塞泵(12)、回压阀(13)、液压泵(14)、气压阀(15)组成的泵液压系统和泄漏气体检测装置(9)连接在有丝扣的钢块套筒(1)一端，压裂过程中，次要裂缝(17)从岩心中心裂缝(3)扩展。

2.根据权利要求1所述的页岩地层裂缝压裂模拟实验装置，其特征在于：所述圆柱状岩心(2)紧贴高阻尼套筒(4)和微型环状压力传感器(5)，同时，高阻尼套筒(4)和微型环状压力传感器(5)又紧贴钢块套筒(1)内壁。

3.根据权利要求1所述的页岩地层裂缝压裂模拟实验装置，其特征在于：所述高阻尼套筒(4)具有很好的耐高温和抗高压特性，在压裂过程中，靠近压裂监测点不会有压力损失，降低压裂时岩心细小碎屑颗粒和钢块套筒(1)内壁的瞬时作用力和反作用力，可保证数据的准确性。

4.根据权利要求1所述的页岩地层裂缝压裂模拟实验装置，其特征在于：该模拟实验装置安装有回压阀(13)，根据压差分析感应系统(8)适当增加或者减少压力，保证压裂过程平衡有序进行。

5.根据权利要求1所述的页岩地层裂缝压裂模拟实验装置，其特征在于：泄漏气体检测装置(9)又和计算机系统(16)连接，能够第一时间发出警报，实现有效及时检测。