大尺寸火山巖水力裂縫起裂與擴展ct掃描裂縫監測方法
2023-10-22 16:18:52
大尺寸火山巖水力裂縫起裂與擴展ct掃描裂縫監測方法
【專利摘要】本發明提供了一種大尺寸火山巖水力裂縫起裂與擴展CT掃描裂縫監測方法，屬於油氣田開發中的火山巖氣藏壓裂領域。所述方法所述方法是在水力壓裂物理模擬壓裂實驗前和實驗後分別對火山巖的巖石樣本進行CT掃描，通過對比實驗前和實驗後所述巖石樣本的變化實現對大尺寸火山巖水力裂縫的監測以及直觀分析水力裂縫的起裂與擴展規律。本發明方法清晰而直觀的反映了壓前壓後不同主應力差、巖石孔隙、天然裂縫發育程度及壓裂液排量與粘度情況下，各個掃描截面裂縫的起裂延伸過程，對研究與火山巖多裂縫、縫洞型油藏特點相適應壓裂壓裂裂縫起裂延伸機理髮揮了重要作用。
【專利說明】大尺寸火山巖水力裂縫起裂與擴展CT掃描裂縫監測方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於油氣田開發中的火山巖氣藏壓裂領域，具體涉及一種大尺寸火山巖水力裂縫起裂與擴展CT掃描裂縫監測方法，該方法既適用用大尺寸巖樣也適用於小尺寸巖樣，但是大尺寸巖樣進行模擬壓力實驗所得的實驗結果更接近於實際，而且大尺寸巖樣所得到的水力裂縫形態也越清晰。
【背景技術】
[0002]目前，在中國石化的一些油氣田中，如東北分公司的松南氣田、西北分公司的塔裡木盆地、勝利油田的東營凹陷和惠民凹陷的濟陽坳陷，中國石化在勝利油田的東營凹陷和惠民凹陷、西北分公司的塔裡木盆地二疊系、江蘇油田的東臺坳陷等地區都發現了火山巖油氣田。這些油氣田大多屬於低滲油氣藏，需要壓裂改造才能投產，但由於對火山巖壓裂裂縫起裂延伸規律認識程度剛處於起步階段，國內外還沒有形成相應的理論和實驗方法，使得這類油藏開發水平低，不能形成一套行之有效地壓裂設計方法，這些技術也是當前世界上研究的熱點和難點問題。
[0003]針對水力壓裂裂縫起裂和延伸的研究，前人也做了大量的理論和實驗的研究，結果表明，井壁應力場的分布、井眼尺寸大小，施工壓力等因素影響裂縫的起裂。但是，前人的起裂模型基本上都是針對均質的砂巖，並且實驗試樣大多採用的是砂巖。
[0004]室內的水力壓裂物理實驗模擬是認識壓裂過程中裂縫擴展的重要手段，但對壓裂過程中和壓裂後裂縫的監測方面還有待深入研究。目前在對壓裂裂縫的監測方面，傳統的方法雖然可行，但都具有一定的局限性。最常規的觀測方法是在壓裂後用鋼鋸、鐵釺等工具將試樣劈開，從而觀測裂縫的形狀。這種方法有兩個缺點:一是在劈裂的過程中，原有的裂縫勢必會遭到破壞，或者在原有的裂縫基礎上產生新的裂縫，極大地影響了實驗結果的準確性。二是在多裂縫的觀測方面，常規的壓裂後的觀測方法是沿著主裂縫劈開試樣，其結果是只能對主裂縫面進行觀測，而其他的裂縫發育均遭到破壞，
【發明內容】
[0005]本發明的目的在於解決上述現有技術中存在的難題，提供一種大尺寸火山巖水力裂縫起裂與擴展CT掃描裂縫監測方法，為巖性複雜的火山巖裂縫起裂與擴展提供有效研究方法，通過CT掃描技術形象直觀的反映火山巖室內水力壓裂物理實驗模擬中裂縫起裂與擴展規律，分析主應力差，巖石孔隙、天然裂縫發育程度及壓裂液排量與粘度對火山巖壓裂裂縫擴展的影響，探索與火山巖多裂縫、縫洞型油藏特點相適應的壓裂裂縫起裂延伸機理，為現場水力壓裂設計提供指導，提高單井產量，對火山巖油氣藏勘探開發也具有指導和借鑑作用。
[0006]本發明是通過以下技術方案實現的:
[0007]—種大尺寸火山巖水力裂縫起裂與擴展CT掃描裂縫監測方法，所述方法是在水力壓裂物理模擬壓裂實驗前和實驗後分別對火山巖的巖石樣本進行CT掃描，通過對比實驗前和實驗後所述巖石樣本的變化實現對大尺寸火山巖水力裂縫的監測以及直觀分析水力裂縫的起裂與擴展規律。
[0008]所述方法包以下步驟:
[0009](I)對火山巖的巖石樣本進行CT掃描獲得實驗前巖石樣本截面的的CT圖像；
[0010](2)對所述巖石樣本進行水力壓裂物理模擬壓裂實驗，實驗結束後得到壓裂後的巖石樣本;
[0011](3)對所述壓裂後的巖石樣本進行CT掃描獲得實驗後巖石樣本截面的CT圖像；
[0012](4)通過對所述實驗前巖石樣本截面的CT圖像和所述實驗後巖石樣本截面的CT圖像進行對比獲得對比結果；
[0013](5)分析火山巖裂縫擴展機理:利用所述對比結果分析主應力差、巖石孔隙、天然裂縫發育程度、壓裂液排量和粘度對火山巖壓裂裂縫擴展的影響。
[0014]所述步驟(I)和步驟(3)中進行CT掃描採用的是同一種CT掃描設備，選取的是同樣的掃描網格密度。所述掃描網格密度是由CT掃描儀的解析度和實驗巖樣的特性決定的。
[0015]所述步驟(I)和步驟(3)中進行CT掃描是對巖石樣本進行自下而上的掃描。
[0016]所述步驟(5)中的利用所述對比結果分析主應力差對火山巖壓裂裂縫擴展的影響是這樣實現的:
[0017]在所述步驟(2)中進行水力壓裂物理模擬壓裂實驗時，改變作用在所述巖石樣本上的水平應力差，則能夠利用步驟(4)得到的所述對比結果分析主應力差對火山巖壓裂裂縫擴展的影響。
[0018]所述步驟(5)中的利用所述對比結果分析巖石孔隙、天然裂縫發育程度對火山巖壓裂裂縫擴展的影響是這樣實現的:
[0019]在所述步驟(2)中進行水力壓裂物理模擬壓裂實驗時，採用不同巖相的巖石樣本，則能夠利用步驟(4)得到的所述對比結果分析巖石孔隙、天然裂縫發育程度對火山巖壓裂裂縫擴展的影響。
[0020]所述步驟(5)中的利用所述對比結果分析壓裂液排量和粘度對火山巖壓裂裂縫擴展的影響是這樣實現的:
[0021]在所述步驟(2)中進行室內模擬壓裂實驗時，改變壓裂液的排量和粘度參數，則能夠利用步驟(4)得到的所述對比結果分析壓裂液排量和粘度對火山巖壓裂裂縫擴展的影響。
[0022]與現有技術相比，本發明的有益效果是:
[0023]①利用CT掃描儀對裂縫進行監測，能夠直觀地觀測到裂縫的擴展形態，而不用將巖樣劈開，破壞裂縫。
[0024]②通過CT掃描可以對大尺寸巖樣的壓前壓後情況進行對比，觀察火山巖裂縫起裂擴展規律。
[0025]③該方法操作簡單，思路清晰，且提高了火山巖壓裂實驗的準確性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026]圖1是本發明大尺寸火山巖水力裂縫起裂與擴展CT掃描裂縫監測方法的步驟框圖。
[0027]圖2-1是本發明實施例中的巖樣壓裂後CT掃描外部裂縫數據處理圖。
[0028]圖2-2是本發明實施例中的巖樣壓裂後CT掃描內部裂縫數據處理圖。
【具體實施方式】
[0029]下面結合附圖對本發明作進一步詳細描述:
[0030]本發明利用CT掃描儀對裂縫進行監測，能夠直觀地觀測到裂縫的擴展形態。
[0031]本發明大尺寸火山巖水力裂縫起裂與擴展CT掃描裂縫監測方法的步驟如圖1所示，包括以下步驟:
[0032](I)水力壓裂物理模擬壓裂實驗前選取合適的CT掃描網格密度，掃描網格密度是由CT掃描儀的解析度和實驗巖石樣本的特性決定的，對已製備好的大尺寸巖石樣本(即圖1中的火山巖實驗巖樣)進行CT掃描,大尺寸巖石樣本的尺寸範圍在200mm3-300mm3之間，具體採用什麼尺寸由巖石樣本的特性參數決定，如巖石樣本密度、均質程度；所採用的CT掃描設備是高能量的大型工業CT儀，其型號為BIR800-450/225，掃描方式是對巖石樣本自下而上進行的，獲得實驗前巖石樣本截面的CT圖像，監測巖石樣本內的孔隙、天然裂縫發育程度；
[0033](2)對巖石樣本進行室內的水力壓裂物理模擬壓裂實驗，具體的實驗過程是將巖石樣本放置在大尺寸真三軸實驗系統中，在巖石樣本上施加三向模擬壓力後通過模擬井筒向巖石樣本內泵注壓裂液直至巖石樣本破裂，並且在實驗過程中記錄泵注的壓力曲線；
[0034](3)待室內模擬壓裂實驗結束後，將壓裂後的巖石樣本放進(I)中所採用的CT掃描設備，選取與步驟(I)中相同的CT掃描網格密度，對巖石樣本再次進行CT掃描獲得實驗後巖石樣本截面的CT圖像，監測巖石樣本內的水力裂縫的擴展形態；
[0035](4)通過對比實驗前和實驗後的CT圖像可以獲得實驗巖石樣本內的水力裂縫擴展情況，便於下一步對火山巖水力裂縫的分析與認識；
[0036](4)分析分析火山巖裂縫擴展機理:包括主應力差、巖石孔隙、天然裂縫發育程度及壓裂液排量與粘度對火山巖壓裂裂縫擴展的影響:
[0037]分析主應力差對裂縫擴展的影響是在保持其他參數不變的情況下，通過改變作用在巖石樣本上的水平應力差進行室內模擬壓裂實驗來實現的；
[0038]分析巖石孔隙、天然裂縫發育程度得對壓裂裂縫的擴展影響，是在其他參數相同時採用不同巖相的巖石樣本進行室內模擬壓裂實驗，分析實驗後的裂縫擴展形態；
[0039]分析壓裂液排量和粘度對火山巖壓裂裂縫擴展的影響，其他參數保持不變通過改變壓裂液的排量和粘度參數進行水力室內模擬壓裂實驗，實驗後分析裂縫的擴展情況獲得的；
[0040]探索與火山巖多裂縫、縫洞型油藏特點相適應壓裂裂縫起裂延伸機理，結合上述的主應力差、巖石孔隙、天然裂縫發育程度及壓裂液排量與粘度對火山巖壓裂裂縫擴展的分析結果，認識火山巖多裂縫、縫洞型油藏壓裂裂縫起裂延伸規律。
[0041]利用該發明方法進行的某地區火山巖大尺寸室內實驗，得到如圖2-1和圖2-2所示的結果，從圖2-1和圖2-2中可以明顯看出壓裂後形成了兩條近似沿著最大主應力方向主裂縫，裂縫為垂直縫並貫穿整個試件，由於火山巖巖樣內部非均質性較強，形成裂縫面較為扭曲。所以，建立這種大尺寸火山巖巖樣CT掃描及壓裂模擬試驗方法能直觀、有效地分析巖樣內部裂縫起裂擴展規律，真實地反映裂縫形態和空間展布。
[0042]利用本發明方法清晰而直觀的反映了壓前壓後不同主應力差、巖石孔隙、天然裂縫發育程度及壓裂液排量與粘度情況下，各個掃描截面裂縫的起裂延伸過程，對研究與火山巖多裂縫、縫洞型油藏特點相適應壓裂壓裂裂縫起裂延伸機理髮揮了重要作用。
[0043]上述技術方案只是本發明的一種實施方式，對於本領域內的技術人員而言，在本發明公開了應用方法和原理的基礎上，很容易做出各種類型的改進或變形，而不僅限於本發明上述【具體實施方式】所描述的方法，因此前面描述的方式只是優選的，而並不具有限制性的意義。
【權利要求】
1.一種大尺寸火山巖水力裂縫起裂與擴展CT掃描裂縫監測方法，其特徵在於:所述方法是在水力壓裂物理模擬壓裂實驗前和實驗後分別對火山巖的巖石樣本進行CT掃描，通過對比實驗前和實驗後所述巖石樣本的變化實現對大尺寸火山巖水力裂縫的監測以及直觀分析水力裂縫的起裂與擴展規律。
2.根據權利要求1所述的大尺寸火山巖水力裂縫起裂與擴展CT掃描裂縫監測方法，其特徵在於:所述方法包以下步驟: (1)對火山巖的巖石樣本進行CT掃描獲得實驗前巖石樣本截面的的CT圖像； (2)對所述巖石樣本進行水力壓裂物理模擬壓裂實驗，實驗結束後得到壓裂後的巖石樣本； (3)對所述壓裂後的巖石樣本進行CT掃描獲得實驗後巖石樣本截面的CT圖像； (4)通過對所述實驗前巖石樣本截面的CT圖像和所述實驗後巖石樣本截面的CT圖像進行對比獲得對比結果； (5)分析火山巖裂縫擴展機理:利用所述對比結果分析主應力差、巖石孔隙、天然裂縫發育程度、壓裂液排量和粘度對火山巖壓裂裂縫擴展的影響。
3.根據權利要求2所述的大尺寸火山巖水力裂縫起裂與擴展CT掃描裂縫監測方法，其特徵在於:所述步驟(I)和步驟(3)中進行CT掃描採用的是同一種CT掃描設備，選取的是同樣的掃描網格密度。
4.根據權利要求3所述的大尺寸火山巖水力裂縫起裂與擴展CT掃描裂縫監測方法，其特徵在於:所述步驟(I)和步驟(3)中進行CT掃描是對巖石樣本進行自下而上的掃描。
5.根據權利要求4所述的大尺寸火山巖水力裂縫起裂與擴展CT掃描裂縫監測方法，其特徵在於:所述步驟(5)中的利用所述對比結果分析主應力差對火山巖壓裂裂縫擴展的影響是這樣實現的: 在所述步驟(2)中進行水力壓裂物理模擬壓裂實驗時，改變作用在所述巖石樣本上的水平應力差，則能夠利用步驟(4)得到的所述對比結果分析主應力差對火山巖壓裂裂縫擴展的影響。
6.根據權利要求4所述的大尺寸火山巖水力裂縫起裂與擴展CT掃描裂縫監測方法，其特徵在於:所述步驟(5)中的利用所述對比結果分析巖石孔隙、天然裂縫發育程度對火山巖壓裂裂縫擴展的影響是這樣實現的: 在所述步驟(2)中進行水力壓裂物理模擬壓裂實驗時，採用不同巖相的巖石樣本，則能夠利用步驟(4)得到的所述對比結果分析巖石孔隙、天然裂縫發育程度對火山巖壓裂裂縫擴展的影響。
7.根據權利要求4所述的大尺寸火山巖水力裂縫起裂與擴展CT掃描裂縫監測方法，其特徵在於:所述步驟(5)中的利用所述對比結果分析壓裂液排量和粘度對火山巖壓裂裂縫擴展的影響是這樣實現的: 在所述步驟(2)中進行室內模擬壓裂實驗時，改變壓裂液的排量和粘度參數，則能夠利用步驟(4)得到的所述對比結果分析壓裂液排量和粘度對火山巖壓裂裂縫擴展的影響。
【文檔編號】E21B47/002GK103573251SQ201210277374
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2012年8月6日 優先權日:2012年8月6日
【發明者】李宗田, 蘇建政, 孫志宇, 林鑫, 黃志文, 賀甲元, 孟祥龍 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司石油勘探開發研究院