制備內(nèi)含孔裂隙及水平井段的透明巖心的裝置及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是致密氣、頁(yè)巖氣、煤層氣等非常規(guī)油氣儲(chǔ)層及相關(guān)含氣巖體的制備裝置，具體涉及制備內(nèi)含孔裂隙及水平井段的透明巖心的裝置及制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在石油與天然氣工程的油氣儲(chǔ)層內(nèi)多存在孔隙與裂隙，特征是針對(duì)煤層氣、頁(yè)巖氣及致密氣等非常規(guī)油氣儲(chǔ)層內(nèi)，天然孔隙與裂隙介質(zhì)豐富，其對(duì)非常規(guī)油氣儲(chǔ)層改造與壓裂縫網(wǎng)的形成起到了重要的作用。然而，目前對(duì)富含孔裂隙雙重介質(zhì)的儲(chǔ)層而言，特別是不改造不產(chǎn)油氣的非常規(guī)油氣儲(chǔ)層，壓裂是目前油氣開(kāi)采的主要技術(shù)手段。如何能夠準(zhǔn)確地描述富含天然孔裂隙儲(chǔ)層壓裂裂縫的形成與連通規(guī)律，是目前研宄的核心與“瓶頸”問(wèn)題。針對(duì)此方面的研宄，研宄者們?cè)诶碚摵蛿?shù)值模型方面做了大量的工作，并取得了一定的結(jié)果。但是在針對(duì)水平井段的研宄中依然還存在著很多的欠缺，對(duì)水平井段縫網(wǎng)壓裂規(guī)律分析還需要進(jìn)一步的提高。因此，能夠針對(duì)不同儲(chǔ)層特性，進(jìn)行相似特性的研宄并開(kāi)展壓裂試驗(yàn)研宄就具有重要的研宄意義。
[0003]在開(kāi)展相似巖心的壓裂試驗(yàn)的過(guò)程中，不僅需要制作出富含孔裂隙分布的相似巖心，還需要在透明巖心中加裝模擬水平井研宄部分的水平井段模具。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供制備內(nèi)含孔裂隙及水平井段的透明巖心的裝置，這種制備內(nèi)含孔裂隙及水平井段的透明巖心的裝置用于解決現(xiàn)有的水平井壓裂模擬實(shí)驗(yàn)中巖心內(nèi)孔裂隙分布規(guī)律與實(shí)際巖心內(nèi)孔裂隙分布存在很大差異性等問(wèn)題，本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供這種制備內(nèi)含孔裂隙及水平井段的透明巖心的裝置制備巖心方法。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:這種制備內(nèi)含孔裂隙及水平井段的透明巖心的裝置包括巖心制備裝置、巖體內(nèi)充氣裝置、氣體輸送控制系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)、水平井模具嵌入系統(tǒng)、真空抽氣裝置、溫度控制系統(tǒng)，氣體輸送控制系統(tǒng)通過(guò)氣體傳輸管連接巖體內(nèi)充氣裝置，運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)通過(guò)旋轉(zhuǎn)螺桿連接滑動(dòng)光桿，巖體內(nèi)充氣裝置置于巖體成型模具中，真空抽氣裝置連接巖體成型模具，溫度控制系統(tǒng)連接水浴箱；巖心制備裝置包括分級(jí)原材料存儲(chǔ)容器、摻混攪拌裝置、輸送控制器、巖體成型模具、水浴箱，分級(jí)原材料存儲(chǔ)容器包含幾個(gè)盛裝不同原材料的存儲(chǔ)容器，各存儲(chǔ)容器通過(guò)分級(jí)管線匯集到總管線，總管線伸入到摻混攪拌裝置中，每條分管線上設(shè)置流量控制閥，摻混攪拌裝置出口通過(guò)輸送管線連接巖體成型模具，該輸送管線上設(shè)置輸送控制器，巖體成型模具是由四塊透明的高硬度有機(jī)玻璃板組裝而成的密封箱體；巖體內(nèi)充氣裝置由密封盒、氣體分布器、造縫針、滑動(dòng)光桿構(gòu)成，氣體分布器設(shè)置在密封盒的中心，氣體分布器的分氣管位于密封盒內(nèi)，造縫針陣盤(pán)安裝于密封盒的下端，造縫針陣盤(pán)的底面設(shè)置有密封隔層，造縫針呈陣列狀布置在造縫針陣盤(pán)下面，分氣管分別與造縫針連接，氣體分布器連接氣體傳輸管，滑動(dòng)光桿與密封盒固定連接，滑動(dòng)光桿的內(nèi)部設(shè)置有旋轉(zhuǎn)固定桿，旋轉(zhuǎn)固定桿的下端設(shè)置有外螺紋，旋轉(zhuǎn)固定桿由造縫控制系統(tǒng)控制；造縫控制系統(tǒng)通過(guò)控制線分別與造縫針陣盤(pán)、造縫針連接；制備可視化巖心的原材料由環(huán)氧樹(shù)脂及固化劑組成；水平井模具嵌入系統(tǒng)包括水平井筒模具安放槽、伸縮式模具固定裝置、滑動(dòng)型閘門(mén)、水平井筒模具，滑動(dòng)型閘門(mén)安裝在巖體成型模具的側(cè)壁處，水平井筒模具安放槽設(shè)置于巖體成型模具的側(cè)面并將滑動(dòng)型閘門(mén)封閉在內(nèi)，水平井筒模具為空心直角形彎曲圓管，水平井筒模具的水平段的末端封死，豎直段上端有與固定桿配合的內(nèi)螺紋，水平段四周分布不同相位的圓形孔眼，圓形孔眼用錫箔紙密封；伸縮式模具固定裝置卡固在水平井筒模具的豎直段處，水平井筒模具通過(guò)伸縮式模具固定裝置移動(dòng)到相應(yīng)位置；固定桿下端外螺紋與水平井筒模具垂直段上端內(nèi)螺紋絲扣連接，并通過(guò)造縫控制系統(tǒng)控制固定桿，調(diào)整水平井筒不同方位，實(shí)現(xiàn)水平段井筒的任意方位布置。
[0006]上述方案中滑動(dòng)型閘門(mén)由滑動(dòng)型閘門(mén)控制面板控制其側(cè)向移動(dòng)；伸縮式模具固定裝置由伸縮桿控制面板控制，可進(jìn)行外推、收縮、夾緊、松開(kāi)四種操作，在制作巖心的過(guò)程中控制水平井筒模具與造縫針陣盤(pán)中心結(jié)合。
[0007]上述方案中氣體輸送控制系統(tǒng)由氣體存儲(chǔ)罐、氣體輸入泵、流量控制儀、壓力控制儀、速度控制閥通過(guò)相應(yīng)管線連接組成，氣體控制操作系統(tǒng)安裝在計(jì)算機(jī)中，計(jì)算機(jī)分別連接流量控制儀、壓力控制儀、速度控制閥，通過(guò)氣體流量控制，控制孔裂隙長(zhǎng)度。
[0008]上述方案中的摻混攪拌裝置包括原料混合容器、攪拌器、控制儀，攪拌器通過(guò)傳動(dòng)裝置連接原料攪拌機(jī)組。
[0009]上述方案中的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)由旋轉(zhuǎn)螺桿、變速箱、傳動(dòng)電機(jī)、運(yùn)動(dòng)控制臺(tái)、運(yùn)動(dòng)操作系統(tǒng)連接組成。
[0010]上述方案中的溫度控制系統(tǒng)由溫度傳感器、溫度控制器、水浴箱、溫度加熱與冷卻裝置連接構(gòu)成。
[0011]上述制備內(nèi)含孔裂隙及水平井段的透明巖心的裝置制備巖心方法:
第一步:分析巖心內(nèi)部孔裂隙的結(jié)構(gòu)，通過(guò)天然巖心模擬或者計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬，在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行巖心三維建模，并劃分網(wǎng)格；模擬結(jié)果輸出到造縫控制系統(tǒng)、氣體控制系統(tǒng)、巖心材料混合控制系統(tǒng)；
第二步:選擇環(huán)氧樹(shù)脂及固化劑，按照實(shí)驗(yàn)配比對(duì)原材料進(jìn)行配比封裝；
第三步:通過(guò)材料摻混攪拌裝置將原材料按照配比要求進(jìn)行攪拌，并通過(guò)相應(yīng)管線將配制的摻混后的原材料送入巖體成型模具中；
第四步:根據(jù)模擬數(shù)據(jù)，依據(jù)模擬數(shù)據(jù)選擇適合造縫針，造縫針陣盤(pán)；
第五步:運(yùn)行設(shè)備開(kāi)始制作試驗(yàn)巖心，運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)控制巖體內(nèi)充氣裝置使造縫針下行，氣體充氣造縫針插入到透明巖體中，氣體輸送控制系統(tǒng)實(shí)施有色氣體輸送對(duì)巖體內(nèi)進(jìn)行充入有色氣體，充氣結(jié)束后快速將造縫針拔出，在巖體內(nèi)形成含氣孔裂隙結(jié)構(gòu)，通過(guò)氣孔裂隙內(nèi)的有色氣體可反映出孔裂隙結(jié)構(gòu)，巖心制備到水平井筒模具安放槽底部后自動(dòng)暫停;
第六步:打開(kāi)滑動(dòng)型閘門(mén)，控制水平井筒模具進(jìn)入巖體成型模具，對(duì)齊后旋動(dòng)固定桿，固定水平井筒模具，松開(kāi)后收回伸縮式模具固定裝置，閉合滑動(dòng)型閘門(mén)，繼續(xù)啟動(dòng)設(shè)備，由計(jì)算機(jī)完成透明巖心的制作，并由檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)；
第七步:通過(guò)真空抽氣裝置對(duì)巖體成型模具內(nèi)進(jìn)行抽真空，確保透明巖體在形成過(guò)程中不受外界的影響； 第八步:通過(guò)溫度控制系統(tǒng)對(duì)巖體成型模具進(jìn)行加熱或冷卻，實(shí)現(xiàn)透明巖體的快速凝固，形成具有孔裂隙特征及水平井段的含氣透明巖體。
[0012]本發(fā)明具有以下有益效果:
1、本發(fā)明解決了目前缺少可視化試驗(yàn)巖心的問(wèn)題，對(duì)后續(xù)壓裂試驗(yàn)及相關(guān)試驗(yàn)研宄對(duì)可視化試件的制備提供了條件，同時(shí)本發(fā)明還解決了無(wú)法直觀研宄水平井在儲(chǔ)層中壓裂裂縫演化規(guī)律的問(wèn)題。
[0013]2、本發(fā)明提供了一套制備內(nèi)含不同孔隙特征可水平井壓裂的巖心裝置，在較真實(shí)的模擬地層巖石中存在的天然裂縫與孔隙的同時(shí)，通過(guò)水平井筒模具實(shí)現(xiàn)觀察研宄水平井壓裂裂縫演化規(guī)律。
[0014]3、本發(fā)明通過(guò)充入有色氣體形成含氣孔裂隙結(jié)構(gòu)，并選擇環(huán)氧樹(shù)脂及固化劑為原材料制備環(huán)氧樹(shù)脂及固化劑，有色的孔裂隙結(jié)構(gòu)可以清楚地反映出來(lái)。
[0015]4、本發(fā)明可通過(guò)調(diào)整原材料配比與組成制作不同硬度、脆性、力學(xué)參數(shù)與物性參數(shù)等多重組合特征的環(huán)氧樹(shù)脂及固化劑。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是本發(fā)明裝置總體結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明中水平井模具嵌入系統(tǒng)主視圖；
圖3是本發(fā)明中水平井模具嵌入系統(tǒng)側(cè)視圖；
圖4是本發(fā)明中水平井筒模具示意圖；
圖5是本發(fā)明中造縫針陣盤(pán)中軸連接示意圖；
圖6是本發(fā)明中巖體內(nèi)充氣裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
圖7是本發(fā)明中巖體成型模具結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖中:1_原料存儲(chǔ)容器；2_原料攪拌機(jī)組；3_原料混合容器；4_攪拌器；5-輸送控制器；6_造縫控制系統(tǒng)；7_巖體成型模具；8_水浴箱；9_有機(jī)玻璃板；10-密封