水平井分段壓裂實驗方法及井筒與流程

2023-05-06 00:01:44 1

本發明涉及水平井分段壓裂技術，尤其涉及一種水平井分段壓裂實驗方法及井筒。

背景技術：

水平井分段壓裂是提高低滲透油層開採的關鍵技術之一。通過對水平井不同位置進行多段壓裂施工，能夠在地層中形成多條水力裂縫，增加井筒與地層的接觸面積，從而大大提高油氣井的初始產能。水平井分段壓裂過程中，由於多條水力裂縫之間存在相互幹擾，導致裂縫擴展形態和延伸規律十分複雜。開展水平井分段壓裂模擬實驗，有助於準確認識水平井分段壓裂過程中的裂縫擴展規律以及多條裂縫之間的相互幹擾，為現場分段壓裂施工方案的優化提供理論指導。

目前，水平井分段壓裂模擬實驗多採用將井筒預製在試樣中，通過注液管線向井筒中注入壓裂液來進行分段壓裂模擬實驗。

但是，現有技術中，井筒主要通過澆築等手段預製在試樣中，也就是井筒與試樣為一體式結構，使得進行水平井分段壓裂實驗時往往會破壞井筒，使得每個井筒只能進行一次實驗，大大增加了井筒製作的成本和實驗的周期。

技術實現要素：

本發明提供一種水平井分段壓裂實驗方法及井筒，採用巖樣作為分段壓裂實驗的試樣，與實際生產更接近，同時實現了井筒的重複利用。

本發明提供的水平井分段壓裂實驗方法，包括：

在巖樣上鑽出預設深度的盲孔；

將底部密封的套管固定在所述盲孔內，並在所述套管內切出多個環形凹槽；其中，每個環形凹槽的直徑大於或等於所述盲孔的直徑；

將井筒置入所述套管內；所述井筒包括多個出液口，其中，每個出液口與一個環形凹槽相對；所述每個出液口沿所述井筒軸向方向的兩側分別套設有密封圈；所述每個出液口還與一個注液管線連接；

將各所述注液管線與泵注系統連接，並對所述巖樣施加三向應力；

通過所述泵注系統注入壓裂液至所述注液管線。

進一步的，所述將底部密封的套管固定在所述盲孔內，並在所述套管內切出多個環形凹槽，包括：

將所述套管固定在所述盲孔內，向所述套管與所述盲孔之間的間隙中注入膠液，待膠液固結後在所述套管內切出所述多個環形凹槽。

進一步的，所述膠液為環氧樹脂AB膠。

進一步的，所述井筒與所述套管的尺寸相配合。

進一步的，所述每個出液口與所述一個注液管線通過焊接方式連接，每個注液管線由所述井筒內伸出。

所述每個出液口與所述一個注液管線通過焊接方式連接，每個注液管線由所述井筒內伸出。

本發明提供一種井筒，所述井筒上間隔設置有多個出液口；

每個出液口與一個注液管線連接，所述注液管線由所述井筒內伸出；所述注液管線用於注入壓裂液；

所述每個出液口沿所述井筒的軸向兩側分別設置有密封圈；

所述井筒為獨立結構。

本發明提供一種水平井分段壓裂實驗方法及井筒，包括：在巖樣上鑽出預設深度的盲孔；將底部密封的套管置入該盲孔中，並在該套管內切出多個環形凹槽；其中，每個環形凹槽的直徑大於或等於該盲孔的直徑；將井筒置入該套管內；該井筒包括多個出液口，其中，每個出液口與一個環形凹槽相對；該每個出液口還與一個注液管線連接；將各該注液管線與泵注系統連接，對該巖樣施加三向應力；通過該泵注系統注入壓裂液至該注液管線。本發明提供的水平井分段壓裂方法及井筒，井筒為獨立結構，且與套管之間採用插拔式連接，方便裝卸，避免了分段壓裂過程中對井筒造成的破壞，實現了井筒的重複利用，節約了實驗成本，縮短了實驗周期。

附圖說明

圖1為本發明提供的水平井分段壓裂方法的流程圖；

圖2為本發明提供的巖樣的側面剖視圖；

圖3為本發明提供的套管與巖樣組裝結構的側面剖視圖；

圖4為本發明提供的井筒的側面剖視圖；

圖5為本發明提供的井筒的俯視圖；

圖6為本發明提供的實驗結構的側面剖視圖。

附圖標記說明：

1-巖樣；

2-盲孔；

3-套管；

4-環形凹槽；

401-第一環形凹槽；

402-第二環形凹槽；

403-第三環形凹槽；

5-井筒；

6-出液口；

601-第一出液口；

602-第二出液口；

603-第三出液口；

7-注液管線；

701-第一注液管線；

702-第二注液管線；

703-第三注液管線；

8-密封圈。

具體實施方式

本發明提供一種水平井分段壓裂方法，圖1為本發明提供的水平井分段壓裂方法的流程圖。如圖1所示，該方法可包括：

S101、在巖樣上鑽出預設深度的盲孔。

具體的，該巖樣可以是由野外採集的巖塊或人工巖塊切割製成，其力學性能與實際作業中的地層巖樣相同或相近，使得實驗的參考價值更高，同時，直接採集巖塊與人工製作試樣相比，其製作成本更低、製作周期更短。

舉例來說，圖2為本發明提供的巖樣的側面剖視圖。如圖2所示的巖樣，其內部設有一個盲孔2。

其中，該巖樣例如可以是尺寸為300mm*300mm*300mm的立方體巖樣。

該盲孔2可以是通過鑽機在該立方體巖樣的任意一個端面向該巖樣1內部鑽取，該盲孔2直徑例如可以是26mm，深度例如可以是235mm。

基於上述，需要說明的是，上述巖樣、盲孔的形狀、尺寸、數量以及位置關係等僅為一種實例，本發明提供的巖樣、盲孔等的結構不以此為限，在此不再贅述。

S102、將底部密封的套管固定在該盲孔內，並在該套管內切出多個環形凹槽；其中，每個環形凹槽的直徑大於或等於該盲孔的直徑。

舉例來說，圖3為本發明提供的套管3與巖樣1組裝結構的側面剖視圖。如圖3所示，套管3底部密封，長度小於或等於盲孔2的深度，且，套管3固定在盲孔2內。

套管3固定完成後，需在套管3內壁切割多個環形凹槽4，如圖3所示，環形凹槽4的直徑大於或等於盲孔2的直徑，使得壓裂液由出液口排出後，直接作用於環形凹槽4，並由此產生裂縫。

其中，套管3例如可以是長度為235mm，外徑為25mm，內徑為19mm的圓柱形管。

套管3內側共三條環形凹槽，分別為第一環形凹槽401、第二環形凹槽402以及第三環形凹槽403；其中，第一環形凹槽401距離上述巖樣1端面的軸向長度為200mm，第二環形凹槽402距離端面的軸向長度為150mm，第三環形凹槽403距離端面的軸向長度為100mm；每條環形凹槽的直徑例如可以是30mm，寬度例如可以是4mm。

基於上述，需要說明的是，上述套管、環形凹槽的形狀、尺寸、數量以及位置關係僅為一種實例，本發明提供的套管、環形凹槽等的結構不以此為限，在此不再贅述。

S103、將井筒置入該套管內；該井筒包括多個出液口，其中，每個出液口與一個環形凹槽相對；該每個出液口沿該井筒軸向方向的兩側分別套設有密封圈；該每個出液口還與一個注液管線連接；

舉例來說，圖4為本發明提供的井筒的側面剖視圖。圖5為本發明提供的井筒的俯視圖。如圖4、圖5所示的井筒，井筒5上間隔設置有多個出液口，井筒5外側的一個出液口6沿井筒5的軸向兩側各設置有一個密封圈8，密封圈8用於將一個出液口6與多個出液口中的其他出液口6隔開。且，出液口6兩側密封圈8之間的間距大於環形凹槽4的寬度。

舉例來說，圖6為本發明提供的實驗結構的側面剖視圖。如圖6所示，井筒5置於套管3內，井筒5與套管3緊密配合，且出液口6與環形凹槽4一一對應，使得通入注液管線7的液體經各出液口6排至對應的環形凹槽4中，並直接作用於巖樣1內部。

其中，井筒5與套管3緊密配合，井筒5長度例如可以是230mm，外徑例如可以是18mm、內徑例如可以是14mm。出液口6的數量為三個，分別為第一出液口601、第二出液口602和第三出液口603；且第一出液口601距離上述端面的軸向距離為200mm，第二出液口602距離上述端面的軸向距離為150mm，第三出液口603距離上述端面的軸向距離為100mm；使得第一出液口601與第一環形凹槽401相對，第二出液口602與第二環形凹槽402相對；第三出液口與第三環形凹槽403相對。

注液管線7的數量為三條，分別為第一注液管線701、第二注液管線702和第三注液管線703，且長度例如可以均為2000mm。其中，第一注液管線701與第一出液口401連接，第二注液管線702與第二出液口402連接，第三注液管線703與第三出液口403連接。

基於上述，需要說明的是，上述井筒、出液口、密封圈等的形狀、尺寸、數量以及位置關係僅為一種實例，本發明提供的井筒、出液口、密封圈等的結構不以此為限，在此不再贅述。

S104、將各該注液管線與泵注系統連接，並對該巖樣施加三向應力。

具體的，對巖樣1施加三向應力，可以是通過大尺寸真三軸實驗裝置對試樣三個互相垂直面上施加各自獨立的三個主應力。

使用時，首先將巖樣1放置於大尺寸真三軸實驗裝置上，將各注液管線7與大尺寸真三軸實驗裝置的泵注系統連接。隨後啟動大尺寸真三軸實驗裝置，將巖樣1推入實驗裝置內進行加壓。

對巖樣1施加恆定的三向應力，該三向應力可以是預設值。

S105、通過該泵注系統注入壓裂液至該注液管線。

具體的，在一種實例中，向注液管線7注入壓裂液可以是按照預設的注液次序、注液排量、注液壓力、注液持續時間泵入壓裂液，當壓裂液滲出頁巖表面可確定待頁巖內部裂縫到達預設位置時，可結束實驗。

在另一種實例中，向注液管線7注入壓裂液可以是按照預設的注液次序、注液排量、注液壓力、注液持續時間泵入壓裂液，觀察大尺寸真三軸實驗裝置檢測到的實驗數據，如壓力曲線，若根據壓力曲線確定頁巖內出現裂縫或者頁巖內部裂縫到達預設位置時，可結束實驗。

實驗完成後，對巖樣1卸載三向應力，將巖樣1從大尺寸真三軸實驗裝置上取下，隨後將巖樣1剖開，並取出井筒5，通過CT(電子計算機斷層掃描Computed Tomography，簡稱CT)和巖樣剖分觀察各段壓裂裂縫的擴展形態。

通過上述水平井分段壓裂模擬實驗，有助於準確認識水平井分段壓裂過程中的裂縫擴展規律以及多條裂縫之間的互相干擾，為現場分段壓裂施工方案的優化提供了理論指導。

本發明提供一種水平井分段壓裂方法，包括：在巖樣上鑽出預設深度的盲孔；將底部密封的套管置入盲孔中，並在套管內切出多個環形凹槽；其中，每個環形凹槽的直徑大於或等於盲孔的直徑；將井筒置入套管內；井筒包括多個出液口，其中，每個出液口與一個環形凹槽相對；且，每個出液口通過密封圈與多個出液口中的其他出液口隔開，每個出液口還與一個注液管線連接；先將各注液管線與泵注系統連接，接著對巖樣施加三向應力；通過泵注系統注入壓裂液至注液管線。本發明提供的水平井分段壓裂方法及井筒，井筒為獨立結構，且與套管之間採用插拔式連接，方便裝卸，避免了分段壓裂過程中對井筒和注液管線造成的破壞，實驗結束後可將井筒和注液管線取出，實現了井筒和注液管線的重複利用，節省了實驗成本。

可選的，上述步驟S102中，將底部密封的套管3固定在盲孔2內，並在套管3內切出多個環形凹槽4，包括：

將套管3固定在盲孔2內，向套管3與盲孔2之間的間隙中注入膠液，待膠液固結後在套管3內切出多個環形凹槽4。

具體的，向套管3與盲孔2之間的間隙中注入膠液，將套管3固定在盲孔2內，為密封圈的密封提供一個光滑的內部，同時保證壓裂液向其中一凹槽流動時不會沿著套管與盲孔之間的縫隙流向其他凹槽保證了各壓裂段之間的絕對封隔，從而保證實驗結果的真實有效。

可選的，該膠液為環氧樹脂AB膠。

具體的，套管3可以是聚乙烯材質，可通過環氧樹脂AB膠將套管3固定在盲孔2內。使用時，可直接將配置好的環氧樹脂AB膠灌注在套管3與盲孔2之間的縫隙中，待膠液固結後，在預設的套管深度上分別切割出多個環形凹槽，若切割環形凹槽導致模擬套管內壁粗糙，可適當對套管內壁進行打磨。

本發明上述實施例通過環氧樹脂AB膠將套管3固定在盲孔2內，保證了分段壓裂實驗結果的真實有效。

進一步的，井筒5與套管3的尺寸相配合。

具體的，套管3內徑例如可以是19mm，井筒5外徑例如可以是18mm，將井筒5置入套管3內，使得套管3與井筒5上設置的密封圈8能夠緊密接觸，進行某一段的壓裂實驗時，避免了壓裂液從井筒5與套管3的縫隙中流到其他環形凹槽處。

同時，井筒5與套管3採用分離設置的方式，只需在分段壓裂實驗結束時，取出井筒5，即可實現井筒5與注液管線7的重複利用，節約了成本，且簡化了實驗操作。

本發明上述實施例通過設置與套管3尺寸相配合的井筒5，在分段壓裂實驗時，避免了壓裂液在各環形凹槽之間產生串流對實驗結果的影響，同時，井筒5與套管3分離設置的方式，實現了井筒5的重複利用，節約了實驗成本，簡化了實驗操作，從而提高了實驗效率。

可選的，每個出液口6與一個注液管線7通過焊接方式連接，每個注液管線7由井筒5內伸出。

具體的，通過焊接的方式連接出液口6與注液管線7，使得連接更緊密，通入注液管線7的壓裂液能直接通過出液口6排出，從而避免了分段壓裂實驗時，壓強過大造成的壓裂液洩露。

基於上述，需要說明的是，上述焊接的連接方式僅為一種實例，本發明提供的出液口與注液管線的連接方式不以此為限，在此不再贅述。

本發明提供一種井筒5，井筒5上間隔設置有多個出液口；

每個出液口6與一個注液管線7連接，注液管線7由井筒5內伸出，注液管線7用於注入壓裂液；

每個出液口6沿井筒5的軸向兩側分別設置有密封圈8。

井筒5為獨立結構。

具體的，多個出液口間隔設置，且每個出液口均通過套設在井筒5外壁的密封圈8與其他出液口6隔開，實驗時與套管3配合使用，實現了對井筒5的分段，而每個出液口6分別與不同的注液管線7連接，實現了分離注液的功能。

可選的，密封圈8可以是O型密封圈。使用時，密封圈8分別套在井筒5外側的每個出液口6的兩側，用於將各出液口6分隔，使得經出液口6排出的壓裂液只能進入對應的環形凹槽4內，避免了壓裂液串流至其他環形凹槽4，實現了水平井的分段壓裂，使得實驗結果更加準確。

本發明上述實施例通過設置密封圈8作為分隔裝置，實現了水平井的分段壓裂，同時能進一步密封井筒5與套管3之間的縫隙，避免壓裂液從該縫隙內通過，保證了分段壓裂實驗結果的真實有效。

使用時，將各注液管線7與大尺寸真三軸實驗裝置的泵注系統連接。通過控制泵注系統的閥門，可控制注液管線7的注液次序，通過改變注液次序，觀察大尺寸真三軸實驗裝置測出的巖樣內部的壓力曲線，可得出水平井分段壓裂過程中的裂縫擴展規律以及多條裂縫之間的互相干擾情況，從而為現場分段壓裂施工方案的優化提供了理論指導。

本發明提供一種井筒，井筒上間隔設置有多個出液口；每個出液口與一個注液管線連接，注液管線由井筒內伸出，注液管線用於將壓裂液導出出液口；一個出液口沿井筒外側的軸向兩側各設置有一個密封圈，密封圈用於將一個出液口通過密封圈與多個出液口中的其他出液口隔開。本發明提供的井筒通過採用多條注液管線和多個注液口分離設置實現了不同壓裂段的分離注液，通過水平井分段壓裂模擬實驗，有助於準確認識水平井分段壓裂過程中的裂縫擴展規律以及多條裂縫之間的互相干擾，為現場分段壓裂施工方案的優化提供了理論指導。同時井筒結構簡單，加工方便，並可以重複利用，節約了成本，簡化了實驗操作，提高了效率。

最後應說明的是：以上各實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述各實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的範圍。