一種用于水力壓裂實驗的射孔方法和水力壓裂實驗方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種用于水力壓裂實驗的射孔方法和水力壓裂實驗方法，涉及油氣田開發(fā)中的水力壓裂增產(chǎn)技術(shù)，本發(fā)明提出的用于水力壓裂實驗的射孔方法包括：步驟A：根據(jù)水力壓裂實驗方案確定射孔作業(yè)需達到的穿透深度，穿透深度小于等于30cm；步驟B：根據(jù)穿透深度設(shè)計和制造射孔彈，并將射孔彈安裝在射孔槍上；步驟C：利用射孔彈和射孔槍，對水力壓裂實驗用的巖石樣品進行射孔。本發(fā)明能夠?qū)λ毫褜嶒炗玫膸r石樣品進行真實射孔，并保證樣品的完整性以及能夠順利開展后續(xù)的壓裂實驗。
【專利說明】
一種用于水力壓裂實驗的射孔方法和水力壓裂實驗方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及油氣田開發(fā)中的水力壓裂增產(chǎn)技術(shù)，特別涉及一種用于水力壓裂實驗的射孔方法和一種水力壓裂實驗方法。【背景技術(shù)】
[0002]壓裂改造技術(shù)是實現(xiàn)非常規(guī)油氣田經(jīng)濟高效開采的重要技術(shù)手段，自1947年在美國堪薩斯州首次壓裂成功以來，已經(jīng)成為油氣藏改造和增產(chǎn)增效的重要措施。
[0003]水力壓裂就是利用地面高壓栗，通過井筒向油層擠注具有較高粘度的壓裂液。當注入壓裂液的速度超過油層的吸收能力時，則在井底油層上形成很高的壓力，當這種壓力超過井底附近油層巖石的破裂壓力時，油層將被壓開并產(chǎn)生裂縫。這時，繼續(xù)不停地向油層擠注壓裂液，裂縫就會繼續(xù)向油層內(nèi)部擴張。為了保持壓開的裂縫處于張開狀態(tài)，接著向油層擠入帶有支撐劑(通常石英砂)的攜砂液，攜砂液進入裂縫之后，一方面可以使裂縫繼續(xù)向前延伸，另一方面可以支撐已經(jīng)壓開的裂縫，使其不致于閉合。再接著注入頂替液，將井筒的攜砂液全部頂替進入裂縫，用石英砂將裂縫支撐起來。最后，注入的高粘度壓裂液會自動降解排出井筒之外，在油層中留下一條或多條長、寬、高不等的裂縫，使油層與井筒之間建立起一條新的流體通道。壓裂之后，油氣井的產(chǎn)量一般會大幅度增長。
[0004]其中，射孔技術(shù)作為油氣井完井工程的重要環(huán)節(jié)，對水力壓裂裂縫起裂和擴展有重要的影響。射孔是指在完井過程中，采用特殊聚能器材進入井眼預(yù)定層位進行爆炸開孔讓井下地層內(nèi)流體進入孔眼的作業(yè)活動，是打通油流通道的一項重要工藝。射孔直接影響水力壓裂裂縫起裂和擴展。射孔參數(shù)主要包括射孔深度(也稱穿透深度)、孔徑、孔密、相位和排列方式等。關(guān)于射孔參數(shù)對于水力壓裂裂縫起裂和擴展的影響，也已經(jīng)開展了多年的研究和優(yōu)化。
[0005]國內(nèi)外相繼采用了數(shù)值模擬和物理模擬實驗兩種方式，研究不同射孔參數(shù)對水力壓裂地層破裂壓力和裂縫形態(tài)的影響。其中，數(shù)值模擬研究主要是基于經(jīng)典的力學理論，但缺乏有效的實驗手段予以驗證。近年來國內(nèi)外學者開始利用物理模擬實驗，來考察射孔對裂縫起裂延伸的影響。物理模擬實驗主要是指室內(nèi)水力壓裂實驗，在實驗室中模擬地層條件，對裂縫擴展的實際物理過程進行監(jiān)測，并對形成裂縫進行實際觀察。[〇〇〇6]在目前的室內(nèi)水力壓裂實驗中模擬在油氣井中射孔的方法，主要是采用鋼管、PVC 管等硬性材料預(yù)制在水泥巖樣中來模擬射孔孔眼。由于射孔的孔道是有上述鋼管等硬性材料所形成的，不能真實模擬射孔孔眼與巖樣的接觸情況;同時在實驗時，裂縫需要穿過上述硬性材料，而這些硬性材料和巖石的力學性能存在巨大的差異，極大的影響了裂縫的起裂和擴展，也無法模擬真實射孔爆破效應(yīng)對裂縫起裂的影響，因此，不利于實驗現(xiàn)象的觀測， 其實驗結(jié)果與現(xiàn)場實際也存在較大差異。
[0007]采用射孔槍對澆筑好的水泥巖樣進行真實射孔，可以減少預(yù)制硬性材料對實驗過程和結(jié)果的影響。但目前無法直接將真實射孔應(yīng)用到室內(nèi)水力壓裂實驗的樣品上，因其具有一個不可克服的技術(shù)缺陷:雖然射孔技術(shù)本身非常成熟，但射孔參數(shù)都是現(xiàn)場級別的，使用現(xiàn)場參數(shù)進行射孔時，其射孔深度都在0.5m以上，實驗室中的物理實驗樣品無法抵抗這么強的沖擊力，射孔后樣品容易破碎，最終導(dǎo)致無法進行下一步實驗。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是提供一種能有用于水力壓裂實驗的射孔方法，能夠在樣品中實現(xiàn)真實射孔，并保證樣品的完整性以及能夠順利開展后續(xù)的壓裂實驗。
[0009]本發(fā)明的另一目的是提供一種能夠更真實反映射孔爆破效應(yīng)對于裂縫起裂的影響的水力壓裂實驗方法。
[0010]為達到上述目的，本發(fā)明提出一種用于水力壓裂實驗的射孔方法，其中，所述方法包括:
[0011]步驟A:根據(jù)水力壓裂實驗方案確定射孔作業(yè)需達到的穿透深度，所述穿透深度小于或等于30cm;
[0012]步驟B:根據(jù)所述穿透深度設(shè)計和制造射孔彈，并將所述射孔彈安裝在射孔槍上；
[0013]步驟C:利用所述射孔彈和所述射孔槍，對所述水力壓裂實驗用的巖石樣品進行射孔。
[0014]如上所述的用于水力壓裂實驗的射孔方法，其中，所述射孔彈包括彈殼、藥柱和藥型罩，所述藥柱設(shè)置于所述彈殼內(nèi)并被所述藥型罩壓緊，所述步驟B包括:
[0015]步驟B1:根據(jù)所述穿透深度對所述藥型罩的結(jié)構(gòu)進行數(shù)值模擬；
[0016]步驟B2:進行真實射孔試驗，根據(jù)所述真實射孔試驗的結(jié)果和所述數(shù)值模擬的結(jié)果確定所述藥型罩的最終結(jié)構(gòu)；
[0017]步驟B4:根據(jù)所述最終結(jié)構(gòu)制造所述藥型罩；
[0018]步驟B5:將所述藥柱和所述藥型罩壓裝于所述彈殼內(nèi)，完成所述射孔彈的制造。
[0019]如上所述的用于水力壓裂實驗的射孔方法，其中，所述步驟B4包括:根據(jù)所述最終結(jié)構(gòu)選擇組成所述藥型罩的材料，并保證所述材料的顆粒粒級分布均勻；利用數(shù)控自動旋粉設(shè)備對所述材料的顆粒進行旋粉將其制成粉末件;通過二次壓制工藝將所述粉末件壓制成所述藥型罩。
[0020]如上所述的用于水力壓裂實驗的射孔方法，其中，所述步驟B1具體為:基于流體彈塑變形理論的破甲工程計算和實驗基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，建立基于有限元方法的數(shù)值模擬，對射孔孔眼形態(tài)進行模擬。[0021 ]如上所述的用于水力壓裂實驗的射孔方法，其中，所述方法還包括設(shè)置在步驟C之前的步驟D:
[0022]對壓裂實驗用的巖石樣品進行加工并鉆孔形成井眼，將井筒固定于所述井眼內(nèi)。
[0023]如上所述的用于水力壓裂實驗的射孔方法，其中，所述射孔槍的外徑小于所述井筒的內(nèi)徑，所述射孔槍通過轉(zhuǎn)換接頭與所述井筒的井口連接并固定。
[0024]如上所述的用于水力壓裂實驗的射孔方法，其中，所述井筒的外徑為73mm，所述井筒的固井段深度為530mm。
[0025]如上所述的用于水力壓裂實驗的射孔方法，其中，加工后的所述巖石樣品為六面體塊，其長度、寬度和高度分別為762mm、762mm和914mm。
[0026]如上所述的用于水力壓裂實驗的射孔方法，其中，用所述射孔槍逐次射孔，一次射孔引爆一個所述射孔彈，然后旋轉(zhuǎn)或上提所述射孔槍至下一個射孔位置。
[0027]如上所述的用于水力壓裂實驗的射孔方法，其中，采用平面射孔方式或螺旋射孔方式對所述巖石樣品進行射孔。
[0028]本發(fā)明還提出了一種水力壓裂實驗方法，其中，所述實驗方法包括:
[0029]步驟S100:采用如上所述的射孔方法對實驗用的巖石樣品進行射孔；
[0030]步驟S200:將所述巖石樣品放入應(yīng)力加載框架中，進行模擬水力壓裂實驗；[0031 ] 步驟S300:實驗后對注入壓力曲線進行分析，研究射孔相位、穿透深度和孔密對施工壓力及水力壓裂形態(tài)的影響。[〇〇32]如上所述的水力壓裂實驗方法，其中，通過所述應(yīng)力加載框架對所述巖石樣品實現(xiàn)三向圍壓的獨立加載，最大應(yīng)力為69MPa。[〇〇33]如上所述的水力壓裂實驗方法，其中，壓裂液的最高注入排量為12L/min。[〇〇34]如上所述的水力壓裂實驗方法，其中，井口的最高注入壓力為82MPa。
[0035]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下特點和優(yōu)點:[〇〇36]本發(fā)明提出的用于水力壓裂實驗的射孔方法及水力壓裂實驗方法，通過數(shù)值模擬和現(xiàn)場試驗對射孔彈進行針對性設(shè)計和加工，保證射孔穿透深度在30cm以內(nèi)，實現(xiàn)了能夠?qū)Τ叽缧∮趌m的水力壓裂實驗用的巖石樣品進行真實的射孔，并且能保證巖石樣品的完整性，使得后續(xù)進行的壓裂實驗?zāi)軌蚋鎸嵉哪M真實射孔爆破效應(yīng)對水力壓裂裂縫起裂的影響，保證水力壓裂實驗的結(jié)果更接近現(xiàn)場實際情況，不但可以為壓裂工藝完井設(shè)計及優(yōu)化提供實驗支持，還可以為研發(fā)適合現(xiàn)場需求的射孔工具提供實驗支持?！靖綀D說明】
[0037]在此描述的附圖僅用于解釋目的，而不意圖以任何方式來限制本發(fā)明公開的范圍。另外，圖中的各部件的形狀和比例尺寸等僅為示意性的，用于幫助對本發(fā)明的理解，并不是具體限定本發(fā)明各部件的形狀和比例尺寸。本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明的教導(dǎo)下，可以根據(jù)具體情況選擇各種可能的形狀和比例尺寸來實施本發(fā)明。
[0038]圖1為本發(fā)明提出的用于水力壓裂實驗的射孔方法的流程圖；[〇〇39]圖2為本發(fā)明提出的水力壓裂實驗方法的流程圖；[〇〇4〇]圖3為本發(fā)明一實施例的流程圖；[0041 ]圖4為本發(fā)明巖石樣品的俯視圖；
[0042]圖5為本發(fā)明巖石樣品射孔后的結(jié)構(gòu)示意圖。[〇〇43] 附圖標記說明:[〇〇44]1-巖石樣品；2-井筒;3-孔眼?！揪唧w實施方式】
[0045]結(jié)合附圖和本發(fā)明【具體實施方式】的描述，能夠更加清楚地了解本發(fā)明的細節(jié)。但是，在此描述的本發(fā)明的【具體實施方式】，僅用于解釋本發(fā)明的目的，而不能以任何方式理解成是對本發(fā)明的限制。在本發(fā)明的教導(dǎo)下，技術(shù)人員可以構(gòu)想基于本發(fā)明的任意可能的變形，這些都應(yīng)被視為屬于本發(fā)明的范圍。
[0046]請參考圖1、圖4和圖5,圖1為本發(fā)明提出的用于水力壓裂實驗的射孔方法的流程圖；圖4為本發(fā)明巖石樣品的俯視圖；圖5為采用本發(fā)明提出的射孔方法進行射孔后的巖石樣品結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，本發(fā)明提出一種用于水力壓裂實驗的射孔方法包括如下步驟:
[0047]步驟A:根據(jù)水力壓裂實驗方案確定射孔作業(yè)需達到的穿透深度，該穿透深度小于等于30cm;[〇〇48]步驟B:根據(jù)穿透深度設(shè)計和制造射孔彈，并將射孔彈安裝在射孔槍上；[〇〇49]步驟C:利用射孔彈和射孔槍，對水力壓裂實驗用的巖石樣品進行射孔。
[0050]本發(fā)明提出的用于水力壓裂實驗的射孔方法，通過對射孔彈進行針對性設(shè)計和加工，保證射孔穿透深度在30cm以內(nèi)，克服了現(xiàn)有射孔方法其中穿透深度過深(穿透深度大于 50cm)導(dǎo)致巖石樣品碎裂，而無法進行后續(xù)試驗的缺陷，保證了射孔后巖石樣品的完整性； 進而本發(fā)明提出的用于水力壓裂實驗的射孔方法實現(xiàn)了能夠?qū)λ毫褜嶒炗玫膸r石樣品進行真實的射孔，使得后續(xù)進行的壓裂實驗?zāi)軌蚋鎸嵉哪M真實射孔爆破效應(yīng)對水力壓裂裂縫起裂的影響，保證水力壓裂實驗的結(jié)果更接近現(xiàn)場實際情況，不但可以為壓裂工藝完井設(shè)計及優(yōu)化提供實驗支持，還可以為研發(fā)適合現(xiàn)場需求的射孔工具提供實驗支持。 其中，完成射孔后的巖石樣品如圖4和圖5所示。
[0051]在本發(fā)明一個可選的例子中，射孔彈包括彈殼、藥柱和藥型罩，藥柱設(shè)置于彈殼內(nèi)并被藥型罩壓緊，步驟B具體包括:[〇〇52]步驟B1:根據(jù)穿透深度對藥型罩的結(jié)構(gòu)進行數(shù)值模擬；[〇〇53]步驟B2:進行真實射孔試驗，根據(jù)真實射孔試驗的結(jié)果和數(shù)值模擬的結(jié)果確定藥型罩的最終結(jié)構(gòu)；
[0054]步驟B4:根據(jù)該最終結(jié)構(gòu)制造藥型罩；[〇〇55]步驟B5:將藥柱和藥型罩壓裝于彈殼內(nèi)，完成射孔彈的制造。
[0056]由上述步驟可知，本發(fā)明提出的射孔方法，通過對射孔彈的結(jié)構(gòu)進行數(shù)值模擬確定初步方案，然后采用室內(nèi)水泥靶件進行真實射孔試驗。將射孔孔眼形態(tài)模擬所的到的模擬結(jié)果，與水泥靶件射孔所得的孔眼的真實形態(tài)進行對比，通過數(shù)值模擬結(jié)合和現(xiàn)場試驗孔眼參數(shù)的對比結(jié)果，對數(shù)值模擬參數(shù)進行優(yōu)化調(diào)整，使其模擬結(jié)果更接近實際。在數(shù)值模擬方法成熟的基礎(chǔ)上，根據(jù)不同的設(shè)計要求，數(shù)值模擬出不同的射孔彈參數(shù)，從而達到對射孔彈結(jié)構(gòu)的優(yōu)化調(diào)整，保證了射孔彈的結(jié)構(gòu)能夠滿足水力壓裂實驗方案所設(shè)計的射孔參數(shù)的要求，確保了射孔精度。[〇〇57]在一個可選的例子中，步驟B4包括:根據(jù)最終結(jié)構(gòu)選擇組成藥型罩的材料，并保證上述材料的顆粒粒級分布均勻，利用數(shù)控自動旋粉設(shè)備對所選的材料進行旋粉將其制成粉末件，通過二次壓制工藝將該粉末件壓制成藥型罩。其中，選擇密度高于8.5g/cm3的金屬材料為藥型罩的主體材料，作為射流能量載體;選擇成型性好的熔點低于500度的低熔點材料為輔助材料，保持藥型罩射流拉伸延續(xù)性和穩(wěn)定性。并且，通過研究組成藥型罩的材料的顆粒的粒度級配，篩選材料粒度范圍，控制粒級分布均勻性，以提高藥型罩的整體密度。通過二次壓制工藝，提高了藥型罩的密度均勻性和穩(wěn)定性，克服了粉末件在壓制后產(chǎn)生反彈，進而減低藥型罩的密度的均勻性及尺寸的進度，最終影響后續(xù)壓藥工藝和射孔彈性能的缺陷。[〇〇58]在一個可選的例子中，步驟B1具體為:基于流體彈塑變形理論的破甲工程計算和實驗基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，建立基于有限元方法的數(shù)值模擬，對射孔孔眼形態(tài)進行模擬。其中，流體彈塑變形理論的破甲工程計算即在破甲狀態(tài)下有爆炸中心向外依次對巖石介質(zhì)流體狀態(tài)、塑形狀態(tài)和彈性狀態(tài)下進行的變形理論表征。將射孔孔眼形態(tài)模擬所的到的模擬結(jié)果，與室內(nèi)水泥靶件射孔所得的孔眼的真實形態(tài)進行對比，通過數(shù)值模擬結(jié)合和現(xiàn)場試驗孔眼參數(shù)的對比結(jié)果，對數(shù)值模擬參數(shù)進行優(yōu)化調(diào)整，使其模擬結(jié)果更接近實際。在數(shù)值模擬方法成熟的基礎(chǔ)上，根據(jù)不同的設(shè)計要求，數(shù)值模擬出不同的射孔彈參數(shù)，從而達到對射孔彈結(jié)構(gòu)的優(yōu)化調(diào)整，從而保證射孔精度。
[0059]在本發(fā)明一個可選的例子中，該用于水力壓裂實驗的射孔方法還包括步驟D，步驟 D包括:對壓裂實驗用的巖石樣品進行加工并鉆孔形成井眼，將井筒固定于該井眼內(nèi)。一般在巖石樣品的中心部位鉆有井眼，在井眼中下入井筒，并將該井筒固定。其中，步驟D設(shè)置在步驟C之前，即步驟D可以為步驟C之前的任意一步;具體的，步驟D可以設(shè)置在步驟A之前，或者步驟D可以設(shè)置在步驟A和步驟B之間，步驟D還可以設(shè)置在步驟B和步驟C之間。
[0060]在一個可選的例子中，井筒的外徑為73mm，井筒的固井段深度為530mm。這樣，由于固井段的長度足夠大，防止了射孔對井筒的沖擊和破壞，保證了后續(xù)壓裂實驗的順利進行。
[0061]在一個可選的例子中，射孔槍的外徑小于井筒的內(nèi)徑。這樣，射孔槍能夠垂直下入井筒內(nèi)，實現(xiàn)對井筒和巖石樣品的真實射孔。并且，射孔槍通過轉(zhuǎn)換接頭與井筒的井口連接并固定。
[0062]在本發(fā)明一個可選的例子中，加工后的巖石樣品為六面體塊，其長度、寬度和高度分別為762mm、762mm和914mm。加工后的巖石樣品的體積小于lm3,便于在室內(nèi)即可進行水力壓裂實驗。
[0063]在本發(fā)明一個可選的例子中，采用平面射孔方式或螺旋射孔方式對所述巖石樣品進行射孔。
[0064]在本發(fā)明一個可選的例子中，采用射孔槍逐次射孔，一次射孔引爆一個射孔彈，然后旋轉(zhuǎn)或上提射孔槍至下一個射孔位置，即可實現(xiàn)平面射孔或螺旋式射孔。
[0065]本發(fā)明還提出了一種水力壓裂實驗方法，其中，如圖2所示，該實驗方法包括:
[0066]步驟S100:采用如上所述的射孔方法對實驗用的巖石樣品進行射孔；[〇〇67]步驟S200:將所述巖石樣品放入應(yīng)力加載框架中，進行模擬水力壓裂實驗；
[0068]步驟S300:實驗后對注入壓力曲線進行分析，研究射孔相位、穿透深度和孔密等對施工壓力及水力壓裂形態(tài)的影響。
[0069]本實驗提出的水力壓裂實驗方法，是在真實射孔的前提下針對大尺寸的巖石樣品開展水力壓裂物理模擬實驗，通過實驗結(jié)果分析評價射孔工藝對于水力壓裂裂縫起裂延伸的影響，能夠為研發(fā)適合現(xiàn)場需求的射孔工具，以及為壓裂工藝完井設(shè)計和優(yōu)化提供實驗支持和指導(dǎo)。
[0070]在本發(fā)明一個可選的例子中，通過應(yīng)力加載框架對巖石樣品實現(xiàn)三向圍壓的獨立加載，最大應(yīng)力為69MPa。其中，應(yīng)力加載框為全三維大尺寸實驗框架，能夠通過三個方向同時向巖石表面加載圍壓，模擬地應(yīng)力場條件。通過向巖石樣品中心處的井口注入壓裂液，直至裂縫起裂并穩(wěn)定延伸，實驗過程中可以實時地記錄栗注壓力曲線及栗注液量。
[0071]在本發(fā)明一個可選的例子中，壓裂液的最高注入排量為12L/min。
[0072]在本發(fā)明一個可選的例子中，井口的最高注入壓力為82MPa，最高圍壓為69MPa。
[0073]在本發(fā)明的一個可選的例子中，在步驟S300中，通過不同的射孔參數(shù)結(jié)合壓裂實驗采集到的壓力數(shù)據(jù)，可以直接考察射孔相位，穿透深度和射孔密度等對施工壓力及水力裂縫形態(tài)的影響。
[0074]在本發(fā)明一個可選的例子中，如圖3所示，水力壓裂實驗的方法的具體過程為:
[0075]a)通過數(shù)值模擬和現(xiàn)場試驗對射孔槍結(jié)構(gòu)和射孔彈進行針對性設(shè)計，滿足水力壓裂實驗方案設(shè)計的射孔參數(shù)的要求。具體實施時，對射孔槍結(jié)構(gòu)設(shè)計必須與井筒外徑尺寸 73mm相匹配，以保證射孔器材下入井筒的要求。射孔彈設(shè)計是根據(jù)“流體-彈塑性理論的破甲工程計算”方法，首先對射孔彈設(shè)計結(jié)構(gòu)進行數(shù)值模擬確定初步方案，基于流體彈塑形變形理論和實驗基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，建立基于有限元方法的數(shù)值模擬，對射孔孔眼形態(tài)進行模擬。然后采用水泥靶件進行真實射孔試驗，通過數(shù)值模擬結(jié)合和現(xiàn)場試驗孔眼參數(shù)的對比結(jié)果，對數(shù)值模擬參數(shù)進行優(yōu)化調(diào)整，使其模擬結(jié)果更接近實際。在數(shù)值模擬方法成熟的基礎(chǔ)上，根據(jù)不同的設(shè)計要求，數(shù)值模擬出不同的射孔彈參數(shù)，從而達到對射孔彈的優(yōu)化調(diào)整，從而保證射孔精度。
[0076]b)對壓裂實驗用巖石樣品進行加工成六面體塊，并固井;加工巖石樣品時，巖石樣品需要嚴格按照壓裂實驗的要求加工成六面體塊，長寬高分別是762_X762_X914mm。巖石樣品中心部位鉆有井眼，下入的井筒尺寸需要與射孔槍相匹配，同時固井段長度足夠大， 防止射孔對井筒的沖擊破壞，一般為500mm。
[0077]c)利用特定的射孔器材(射孔器材為設(shè)計制造好的射孔槍和射孔彈)，根據(jù)射孔方案對巖石樣品進行射孔作業(yè);對所述巖樣按照射孔方案，進行真實射孔實驗。采用射孔槍進行射孔，可實現(xiàn)平面射孔和螺旋射孔2種方式。具體方法是采用射孔槍逐次射孔，1次引爆1 個射孔彈，然后旋轉(zhuǎn)或上提射孔槍至下一個射孔位置，即可實現(xiàn)平面或螺旋式射孔。[〇〇78] d)將實驗樣品放入應(yīng)力加載框架中，完成模擬壓裂實驗;具體實施時，對巖石樣品進行水力壓裂物理模擬實驗，具體實驗過程是，將大尺度巖石樣品放置在全三維大尺寸實驗框架中，通過三個方向同時向巖石表面加載圍壓，模擬地應(yīng)力場條件。通過向巖石中心處的井口注入壓裂液，直至裂縫起裂并穩(wěn)定延伸，實驗過程中可以實時記錄栗注壓力曲線及栗注液量。一般地，井口最高注入壓力為82MPa，圍壓最高可加載為69MPa。
[0079]e)實驗后對注入壓力曲線進行分析，研究射孔相位、穿透深度和孔密等對施工壓力及水力裂縫形態(tài)的影響。具體實施時，通過設(shè)計不同的射孔參數(shù)并結(jié)合壓裂實驗采集到的壓力數(shù)據(jù)，可以直觀考察射孔相位、穿透深度和孔密等對施工壓力及水力裂縫形態(tài)的影響。
[0080]針對上述各實施方式的詳細解釋，其目的僅在于對本發(fā)明進行解釋，以便于能夠更好地理解本發(fā)明，但是，這些描述不能以任何理由解釋成是對本發(fā)明的限制，特別是，在不同的實施方式中描述的各個特征也可以相互任意組合，從而組成其他實施方式，除了有明確相反的描述，這些特征應(yīng)被理解為能夠應(yīng)用于任何一個實施方式中，而并不僅局限于所描述的實施方式。
【主權(quán)項】
1.一種用于水力壓裂實驗的射孔方法，其特征在于，所述方法包括:步驟A:根據(jù)水力壓裂實驗方案確定射孔作業(yè)需達到的穿透深度，所述穿透深度小于或 等于30cm;步驟B:根據(jù)所述穿透深度設(shè)計和制造射孔彈，并將所述射孔彈安裝在射孔槍上；步驟C:利用所述射孔彈和所述射孔槍，對所述水力壓裂實驗用的巖石樣品進行射孔。2.如權(quán)利要求1所述的用于水力壓裂實驗的射孔方法，其特征在于，所述射孔彈包括彈 殼、藥柱和藥型罩，所述藥柱設(shè)置于所述彈殼內(nèi)并被所述藥型罩壓緊，所述步驟B包括:步驟B1:根據(jù)所述穿透深度對所述藥型罩的結(jié)構(gòu)進行數(shù)值模擬；步驟B2:進行真實射孔試驗，根據(jù)所述真實射孔試驗的結(jié)果和所述數(shù)值模擬的結(jié)果確 定所述藥型罩的最終結(jié)構(gòu)；步驟B4:根據(jù)所述最終結(jié)構(gòu)制造所述藥型罩；步驟B5:將所述藥柱和所述藥型罩壓裝于所述彈殼內(nèi)，完成所述射孔彈的制造。3.如權(quán)利要求2所述的用于水力壓裂實驗的射孔方法，其特征在于，所述步驟B4包括: 根據(jù)所述最終結(jié)構(gòu)選擇組成所述藥型罩的材料，并保證所述材料的顆粒粒級分布均勻;利 用數(shù)控自動旋粉設(shè)備對所述材料的顆粒進行旋粉將其制成粉末件;通過二次壓制工藝將所 述粉末件壓制成所述藥型罩。4.如權(quán)利要求2所述的用于水力壓裂實驗的射孔方法，其特征在于，所述步驟B1包括: 基于流體彈塑變形理論的破甲工程計算和實驗基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，建立基于有限元方法的數(shù)值模 擬，對射孔孔眼形態(tài)進行模擬。5.如權(quán)利要求1所述的用于水力壓裂實驗的射孔方法，其特征在于，所述方法還包括設(shè) 置在步驟C之前的步驟D:對壓裂實驗用的巖石樣品進行加工并鉆孔形成井眼，將井筒固定 于所述井眼內(nèi)。6.如權(quán)利要求5所述的用于水力壓裂實驗的射孔方法，其特征在于，所述射孔槍的外徑 小于所述井筒的內(nèi)徑，所述射孔槍通過轉(zhuǎn)換接頭與所述井筒的井口連接并固定。7.如權(quán)利要求5或6所述的用于水力壓裂實驗的射孔方法，其特征在于，所述井筒的外 徑為73mm，所述井筒的固井段深度為530mm。8.如權(quán)利要求5所述的用于水力壓裂實驗的射孔方法，其特征在于，加工后的所述巖石 樣品為六面體塊，其長度、寬度和高度分別為762mm、762mm和914mm。9.如權(quán)利要求1所述的用于水力壓裂實驗的射孔方法，其特征在于，用所述射孔槍逐次 射孔，一次射孔引爆一個所述射孔彈，然后旋轉(zhuǎn)或上提所述射孔槍至下一個射孔位置。10.如權(quán)利要求1所述的用于水力壓裂實驗的射孔方法，其特征在于，采用平面射孔方 式或螺旋射孔方式對所述巖石樣品進行射孔。11.一種水力壓裂實驗方法，其特征在于，所述實驗方法包括:步驟S100:采用如權(quán)利要求1至10中任意一項所述的射孔方法對實驗用的巖石樣品進 行射孔；步驟S200:將所述巖石樣品放入應(yīng)力加載框架中，進行模擬水力壓裂實驗；步驟S300:實驗后對注入壓力曲線進行分析，研究射孔相位、穿透深度和孔密對施工壓 力及水力壓裂形態(tài)的影響。12.如權(quán)利要求11所述的水力壓裂實驗方法，其特征在于，通過所述應(yīng)力加載框架對所述巖石樣品實現(xiàn)三向圍壓的獨立加載，最大應(yīng)力為69MPa。13.如權(quán)利要求11所述的水力壓裂實驗方法，其特征在于，壓裂液的最高注入排量為 12L/min〇14.如權(quán)利要求11所述的水力壓裂實驗方法，其特征在于，井口的最高注入壓力為 82MPa〇
【文檔編號】E21B43/26GK105952422SQ201610397732
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年6月7日
【發(fā)明人】付海峰, 梁天成, 翁定為, 劉云志, 嚴玉忠, 鄭偉, 盧擁軍, 管保山
【申請人】中國石油天然氣股份有限公司