多尺度真三軸水平井水力壓裂承壓缸及使用方法與流程
2023-12-12 23:44:57 2
本發明屬於油氣藏開採技術研究領域，具體涉及一種多尺度真三軸水平井水力壓裂承壓缸及使用方法。
背景技術：
中國陸地煤層氣、頁巖氣、緻密油氣等非常規油氣藏分布廣泛，但這些油氣藏儲集層具有極低的孔隙度和滲透率，商業開採需大規模水力壓裂改造。在水力壓裂過程中，形成天然裂縫(沉積層理)與人工裂縫相互交錯的裂縫網絡，是提高初始產量和最終採收率的關鍵。國內外科研院所也正在積極尋求建立微觀結構與宏觀裂縫力學特性的關聯關係，以及表徵多裂縫間相互作用的力學機理。
影響壓後裂縫網絡形態的因素很多，除受施工因素和工藝技術影響外，最主要與儲層的地質條件，如水平地應力差、巖石脆性、尤其是儲層的結構有關。由於裂縫系統的觀測和評價非常困難複雜，且目前儲層壓裂裂縫擴展的結構控制機理尚不明確，因而需要一種全新的、易操控的試驗裝置，在兼顧儲層地應力條件、巖石力學性質和結構形態的基礎上，對儲層的可壓性進行評價。
目前已有的真三軸水力壓裂承壓缸只能進行單一尺寸巖樣，豎直井水力壓裂試驗，無法實現在真三軸受力條件下，變尺寸巖樣，水平井水力壓裂試驗。並且已有的真三軸水力壓裂承壓缸配置操控複雜，儀器設備不但需要佔據較大空間，裝卸也非常困難，這在空間、經費、人力、物力上都構成較大的消耗。
本發明為一種多尺度真三軸水平井水力壓裂承壓缸及使用方法。該裝置製造、操控簡單，佔地面積小，測量精度高，滿足三向應力要求，實現了不同結構控制下，多尺度巖樣水平井水力壓裂裂縫擴展路徑、延伸變化方式及規律的研究目的。
技術實現要素：
本發明目的是提供了一種能夠在真三軸受力條件下對不同結構及尺寸巖樣進行水平井水力壓裂模擬試驗的承壓缸及使用方法，解決多尺度試樣水平井水力壓裂裂縫擴展路徑、延伸變化方式及規律的研究問題。
本發明的技術解決方案，其特徵是多尺度真三軸水平井水力壓裂承壓缸由承壓缸本體(1)，可伸縮拉杆(2)和滑輪底座(3)組成，承壓缸本體(1)與滑輪底座(3)通過內嵌底座的 卡槽(4)連接，可伸縮拉杆(2)與滑輪底座(3)通過螺栓(5)連接，承壓缸本體(1)側壁開有通道孔(6)、(7)、(8)、(9)，用於試驗巖樣(10)中預埋的水平井筒(11)穿出，通過壓裂管(20)連接水壓致裂控制系統(12)，鋼製承壓板(13)置於試驗巖樣(10)三側臨空面，與圍壓加載系統(14)緊密接觸。承壓缸本體(1)是由兩塊L形鋼板、兩塊矩形鋼板、兩塊正方形鋼板焊接而成，整缸剛度≥30MN/mm，一側開口作為操作口(21)，用於放置不同尺寸巖樣。通道孔(6)、(9)分別布置於兩塊L形鋼板上，通道孔(7)、(8)分別布置於側壁正方形鋼板上，通道孔直徑d≤50mm，大於井筒頭(15)外徑，通道孔中心位置關係由承壓缸本體(1)各邊及試驗巖樣(10)橫截面邊長所確定。四個通道孔分別對應四種不同尺寸巖樣，當試驗巖樣(10)橫截面邊長為a1時，通道孔(6)中心位置距AB邊BF邊均為a1/2，當試驗巖樣(10)橫截面邊長為a2時，通道孔(7)中心位置距BC邊、BF邊為a2/2，當試驗巖樣(10)橫截面邊長為a3時，通道孔(8)中心位置距BC邊、CE邊為a3/2，當試驗巖樣(10)橫截面邊長為a4時，通道孔(9)中心位置距CD邊、CE邊為a4/2。水平井筒(11)由井筒頭(15)、井身(16)及井身上的射孔孔眼(17)構成，井身(16)為高強度鋼管，長度及外徑根據試驗巖樣尺寸確定。水平井筒射孔段位於試驗巖樣中心位置，從而使水力裂縫在試驗巖樣中部起裂，達到充分擴展的目的。射孔孔眼(17)布置方式為螺旋形，採用棉紗充填，以防止預埋時阻塞孔眼。當試驗巖樣為人造巖樣時，待人造巖樣澆築成型10min後，插入水平井筒(11)於設定位置，當試驗巖樣為原狀巖樣時，切割原狀樣為設計尺寸，採用金剛石鑽頭鑽進預製井眼(18)，採用高強度黏結劑(19)將水平井筒(11)封固於預製井眼(18)的設定位置。鋼製承壓板(13)，尺寸與試驗巖樣(10)橫截面尺寸一致。
附圖說明
圖1為本發明多尺度真三軸水平井水力壓裂承壓缸及使用方法示意圖。
圖2為本發明承壓缸俯視圖。
圖3為本發明承壓缸立體圖。
圖4為本發明承壓缸通道口位置示意圖。
圖5為人造樣模擬井筒示意圖。
圖6為原狀樣模擬井筒示意圖。
圖中：1-承壓缸本體，2-可伸縮拉杆，3-滑輪底座，4-卡槽，5-螺栓，6-通道孔，7-通道孔，8-通道孔，9-通道孔，10-試驗巖樣，11-水平井筒，12-水壓致裂控制系統，13-鋼製承壓板，14-圍壓加載系統，15-井筒頭，16-井身，17-射孔孔眼，18-預製井眼，19-高強度黏結劑，20-壓裂管，21-操作口。
具體實施方式：
1)將預埋有水平井筒(11)的試驗巖樣(10)放置於承壓缸(1)內，將水平井筒穿過對應的通道孔，使試驗巖樣(10)三個面與承壓缸(1)內壁緊密貼合。
2)將鋼製承壓板(13)放置於試驗巖樣(10)三側臨空面，連接圍壓加載系統(14)，向試驗巖樣施加設定的水平應力和垂向應力。
3)將井筒頭(15)通過壓裂管(20)與水壓致裂控制系統(12)相連，設定注入流量和流速，啟動水壓致裂控制系統(12)，同時監測水壓致裂系統的泵壓。
4)試驗結束後，觀察巖樣破壞特徵與裂縫擴展方式，並拍照。
5)分析壓裂數據，巖樣破壞特徵及裂縫擴展參數。