具有裂縫的巖石壓裂模擬試樣和制備方法、該模擬試驗(yàn)裝置和方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有裂縫的巖石壓裂模擬試樣和制備方法、該模擬試驗(yàn)裝置和方法，屬于巖石模擬試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域。該試樣包括巖石試樣本體、壓裂液注入管、澆筑材質(zhì)，澆筑材質(zhì)包覆于本體的外部，使得成型后的具有裂縫的巖石壓裂模擬試樣整體呈一長方體，以長方體的一個端面為起始點(diǎn)設(shè)置有一盲孔，盲孔截止于本體，壓裂液注入管固定連接于盲孔壁上，壓裂液注入管的最底端與盲孔最底端之間預(yù)留有容置空間，以盲孔壁為起始點(diǎn)，向本體延伸有多個射孔。還公開了該試樣的制備方法，以及應(yīng)用該試樣的模擬試驗(yàn)裝置，基于該試驗(yàn)裝置的試驗(yàn)方法。其不僅可對頁巖氣儲層巖體進(jìn)行裂縫壓裂物理模擬，也可用于其他致密儲層巖體，適用性強(qiáng)。
【專利說明】
具有裂縫的巖石壓裂模擬試樣和制備方法、該模擬試驗(yàn)裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及巖石模擬試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種具有裂縫的巖石壓裂模擬試樣和制備方法、該模擬試驗(yàn)裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著全球能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整，對環(huán)保的要求越來越高，頁巖氣作為一種高效、優(yōu)質(zhì)的清潔能源，是實(shí)現(xiàn)低碳消費(fèi)的最佳選擇。我國頁巖氣可采儲量36.08 X 101?3，居世界第一；但由于頁巖氣儲集層是由巖化的黏土有機(jī)物質(zhì)和礦物質(zhì)混合而成，盡管有機(jī)質(zhì)能夠產(chǎn)生豐富的頁巖氣但這些紋理清楚的巖石間的空隙太小，滲透率低，比常規(guī)天然氣的開采難度很大。
[0003]為了實(shí)現(xiàn)高效開采，必須通過壓裂改造產(chǎn)生人工裂縫網(wǎng)絡(luò)才能形成工業(yè)產(chǎn)能。即通過水力壓裂在儲層形成一條或者多條主裂縫的同時，通過應(yīng)用分段多簇射孔、低黏壓裂液體、轉(zhuǎn)向材料等手段，實(shí)現(xiàn)對天然裂縫、頁巖層理的溝通。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中，開展的頁巖水力壓裂物理模擬試驗(yàn)，多采用300mmX 300mmX 300mm的立方體試樣，壓裂物理模擬有其局限性，由于試樣尺寸較小，當(dāng)主壓裂形成后，壓裂液很快就會擴(kuò)展到邊界，形成穩(wěn)定的滲流通道，導(dǎo)致無法研究主壓裂縫與頁巖弱層理面的溝通特征，導(dǎo)致難以實(shí)現(xiàn)水力壓裂現(xiàn)場所形成的復(fù)雜縫網(wǎng)結(jié)構(gòu)，為建立真實(shí)的頁巖水力壓裂多裂縫干擾及壓裂擴(kuò)展模型帶來了困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明提供一種具有裂縫的巖石壓裂模擬試樣和制備方法、該模擬試驗(yàn)裝置和方法，當(dāng)水力壓裂主裂縫形成后，能夠避免壓裂液繼續(xù)擴(kuò)展，而是通過尋找其他的弱層理起裂及延伸，能夠形成頁巖水力壓裂的復(fù)雜縫網(wǎng)結(jié)構(gòu)，其不僅能夠?qū)崿F(xiàn)模擬裂縫起裂及干擾特征分析，還能夠用于分析先壓裂縫對后壓裂縫的影響，從而更加適于實(shí)用。
[0006]為了達(dá)到上述第一個目的，本發(fā)明提供的具有裂縫的巖石壓裂模擬試樣的技術(shù)方案如下:
[0007]本發(fā)明提供的具有裂縫的巖石壓裂模擬試樣包括巖石試樣本體、壓裂液注入管、澆筑材質(zhì)，
[0008]所述澆筑材質(zhì)包覆于所述本體的外部，使得成型后的具有裂縫的巖石壓裂模擬試樣整體呈一長方體，以所述長方體的一個端面為起始點(diǎn)設(shè)置有一盲孔，所述盲孔截止于所述本體，
[0009]所述壓裂液注入管固定連接于所述盲孔壁上，
[0010]所述壓裂液注入管的最底端與所述盲孔最底端之間預(yù)留有容置空間，
[0011 ]以所述盲孔壁為起始點(diǎn)，向所述本體延伸有多個射孔。
[0012]本發(fā)明提供的具有裂縫的巖石壓裂模擬試樣還可采用以下技術(shù)措施進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。
[0013]作為優(yōu)選，所述具有裂縫的巖石壓裂模擬試樣還包括粘結(jié)劑，
[0014]所述壓裂液注入管的外徑<所述盲孔的直徑，使得所述壓裂液注入管與所述盲孔壁之間具有環(huán)空；
[0015]所述粘結(jié)劑處于所述環(huán)空中，所述壓裂液注入管通過所述粘結(jié)劑與所述盲孔壁固定連接在一起。
[0016]作為優(yōu)選，所述粘結(jié)劑由環(huán)氧樹脂制成。
[0017]作為優(yōu)選，所述本體為頁巖。
[0018]作為優(yōu)選，所述本體呈300mm X 300mm X 600mm的柱狀，所述本體包覆所述饒筑材質(zhì)后，呈400mm X 400mm X 800mm 的柱狀。
[0019]為了達(dá)到上述第二個目的，本發(fā)明提供的具有裂縫的巖石壓裂模擬試樣的制備方法的技術(shù)方案如下:
[0020]本發(fā)明提供的具有裂縫的巖石壓裂模擬試樣的制備方法包括以下步驟:
[0021 ]選取用于壓裂模擬試驗(yàn)的巖石試樣本體；
[0022]在所述巖石試樣本體外部包覆澆筑材質(zhì)，使得成型后的具有裂縫的巖石壓裂模擬試樣整體呈一長方體；
[0023]以所述長方體的一個端面為起始點(diǎn)，鉆取所述盲孔；
[0024]以所述盲孔壁為起始點(diǎn)，在所述本體上鉆取多個射孔；
[0025]向所述盲孔中填塞易溶解鹽類物質(zhì)，使得所述易溶解鹽類物質(zhì)填滿所述預(yù)留的容置空間的容積，并且，所述易溶解鹽類物質(zhì)的高度高于所有射孔的入口高度；
[0026]在所述易溶解鹽類物質(zhì)上方放置一隔檔件，所述隔檔件將所述盲孔分隔為兩個空間，處于所述隔檔件底部的空間為所述預(yù)留的容置空間，處于所述隔檔件上部的空間為壓裂液注入管裝設(shè)段；
[0027]將所述壓裂液注入管放置于所述壓裂液注入管裝設(shè)段，由于所述壓裂液注入管的外徑 < 所述壓裂液裝設(shè)段的直徑，使得所述壓裂液注入管與所述壓裂液注入管裝設(shè)段之間具有環(huán)空;
[0028]向所述環(huán)空中注入粘結(jié)劑，使得所述壓裂液注入管通過所述粘結(jié)劑與所述盲孔壁固定連接在一起；
[0029]透過所述隔檔件向所述預(yù)留的容置空間內(nèi)注入能夠溶解所述易溶解鹽類物質(zhì)的溶劑，使得所述易溶解鹽類物質(zhì)完全形成溶液；
[0030]將所述溶液從所述預(yù)留的空間內(nèi)抽出，得到所述具有裂縫的巖石壓裂模擬試樣。
[0031]本發(fā)明提供的具有裂縫的巖石壓裂模擬試樣的制備方法還可采用以下技術(shù)措施進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。
[0032]作為優(yōu)選，所述隔檔件由柔性材質(zhì)制成。
[0033]作為優(yōu)選，所述柔性材質(zhì)是橡皮泥。
[0034]作為優(yōu)選，所述易溶解鹽類物質(zhì)選自鉀鹽、鈉鹽、硝酸鹽中的一種或幾種，所述溶劑為水。
[0035]作為優(yōu)選，在所述巖石試樣本體上鉆取所述盲孔的步驟是采用臥式鉆床加工得到的。
[0036]作為優(yōu)選，鉆取所述盲孔時，選用的鉆頭的材質(zhì)是金剛石。
[0037]作為優(yōu)選，將所述溶液從所述預(yù)留的空間內(nèi)抽出后，還包括將所述隔檔件取出的步驟。
[0038]為了達(dá)到上述第三個目的，本發(fā)明提供的具有裂縫的巖石壓裂模擬試驗(yàn)裝置的技術(shù)方案如下:
[0039]本發(fā)明提供的具有裂縫的巖石壓裂模擬試驗(yàn)裝置包括真三軸加載伺服增壓器、第一組加載板、第二組加載板、第三組加載板、探測裝置、本發(fā)明提供的具有裂縫的巖石壓裂模擬試樣，
[0040]所述第一組加載板設(shè)置于所述長方體第一組對應(yīng)的面上，所述第二組加載板設(shè)置于所述長方體第二組對應(yīng)的面上，所述第三組加載板設(shè)置于所述長方體第三組對應(yīng)的面上，其中，加載在所述壓裂液注入管上方的加載板上設(shè)有通孔，以供所述壓裂液注入管對外連通，所述真三軸加載伺服增壓器用于為所述第一組加載板、第二組加載板、第三組加載板提供加載作用力，
[0041 ] 通過所述壓裂液注入管，能夠向所述盲孔中注入壓裂液，
[0042]所述探測裝置用于探測所述射孔的起裂信號。
[0043]本發(fā)明提供的具有裂縫的巖石壓裂模擬試驗(yàn)裝置還可采用以下技術(shù)措施進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。
[0044]作為優(yōu)選，所述探測裝置包括聲發(fā)射儀和聲發(fā)射探頭，所述聲發(fā)射探頭用于實(shí)時探測所述射孔的起裂信號，并將探測到的起裂信號實(shí)時發(fā)送至所述聲發(fā)射儀，所述聲發(fā)射儀用于對所述起裂信號進(jìn)行分析。
[0045]作為優(yōu)選，所述具有裂縫的巖石壓裂模擬試驗(yàn)裝置還包括放大器，所述放大器用于對所述聲發(fā)射探頭探測得到實(shí)時信號進(jìn)行放大后再由所述聲發(fā)射儀接收后進(jìn)行分析。
[0046]作為優(yōu)選，所述具有裂縫的巖石壓裂模擬試驗(yàn)裝置還包括第一控制組件，所述第一控制組件用于根據(jù)從所述真三軸加載伺服增壓器接收到的壓力、排量及反饋參數(shù)控制所述真三軸加載伺服增壓器的伺服控制參數(shù)及供液參數(shù)。
[0047]作為優(yōu)選，所述具有裂縫的巖石壓裂模擬試驗(yàn)裝置還包括第二控制組件，所述第二控制組件用于控制所述壓裂液的注入量。
[0048]為了達(dá)到上述第四個目的，本發(fā)明提供的具有裂縫的巖石壓裂模擬試驗(yàn)方法的技術(shù)方案如下:
[0049]本發(fā)明提供的具有裂縫的巖石壓裂模擬試驗(yàn)方法基于本發(fā)明提供的具有裂縫的巖石壓裂模擬試驗(yàn)裝置而實(shí)現(xiàn)，所述具有裂縫的巖石壓裂模擬試驗(yàn)方法包括以下步驟:
[0050]組裝本發(fā)明提供的具有裂縫的巖石壓裂模擬試驗(yàn)裝置；
[0051 ] 通過所述壓裂液注入管向所述盲孔中通入壓裂液；
[0052]在向所述盲孔中通入壓裂液的過程中，采集所述射孔的壓裂信號；通過對所述射孔的壓裂信號進(jìn)行分析，得到分析結(jié)果。
[0053]通過本發(fā)明提供的制備方法制備得到的具有裂縫的巖石壓裂模擬試樣包括巖石試樣本體、壓裂液注入管、澆筑材質(zhì)，澆筑材質(zhì)包覆于本體的外部，使得成型后的具有裂縫的巖石壓裂模擬試樣整體呈一長方體，以長方體的一個端面為起始點(diǎn)設(shè)置有一盲孔，盲孔截止于本體，壓裂液注入管固定連接于盲孔壁上，壓裂液注入管的最底端與盲孔最底端之間預(yù)留有容置空間，以盲孔壁為起始點(diǎn)，向本體延伸有多個射孔?；诰哂辛芽p的巖石壓裂模擬試驗(yàn)裝置，進(jìn)行具有裂縫的巖石壓裂模擬試驗(yàn)時，當(dāng)水力壓裂主裂縫形成后，壓裂液達(dá)到試樣邊界，但由于采用了環(huán)氧樹脂及澆筑材質(zhì)包覆，液體無法繼續(xù)擴(kuò)展，當(dāng)栗注壓裂液持續(xù)增加后，壓裂液勢必尋找其他的弱層理起裂及延伸，從而形成頁巖水力壓裂的復(fù)雜縫網(wǎng)結(jié)構(gòu)，其不僅可實(shí)現(xiàn)模擬水平井雙簇或多簇射孔下多裂縫起裂及干擾特征分析，還可實(shí)現(xiàn)先壓裂縫對后壓裂縫影響分析的需要，不僅可對頁巖氣儲層巖體進(jìn)行多裂縫壓裂物理模擬，也可用于其他致密儲層巖體，適用性強(qiáng)。
【附圖說明】
[0054]通過閱讀下文優(yōu)選實(shí)施方式的詳細(xì)描述，各種其他的優(yōu)點(diǎn)和益處對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將變得清楚明了。附圖僅用于示出優(yōu)選實(shí)施方式的目的，而并不認(rèn)為是對本發(fā)明的限制。而且在整個附圖中，用相同的參考符號表示相同的部件。在附圖中:
[0055]附圖1為本發(fā)明實(shí)施例一提供的具有裂縫的巖石壓裂模擬試樣的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0056]附圖2為本發(fā)明實(shí)施例二提供的具有裂縫的巖石壓裂模擬試樣的制備方法的步驟流程圖；
[0057]附圖3為本發(fā)明實(shí)施例三提供的具有裂縫的巖石壓裂模擬試驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0058]附圖4為本發(fā)明實(shí)施例四提供的具有裂縫的巖石壓裂模擬試驗(yàn)方法的步驟流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0059]本發(fā)明為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種具有裂縫的巖石壓裂模擬試樣和制備方法、該模擬試驗(yàn)裝置和方法，當(dāng)水力壓裂主裂縫形成后，能夠避免壓裂液繼續(xù)擴(kuò)展，而是通過尋找其他的弱層理起裂及延伸，能夠形成貝巖水力壓裂的復(fù)雜縫網(wǎng)結(jié)構(gòu)，其不僅能夠?qū)崿F(xiàn)模擬裂縫起裂及干擾特征分析，還能夠用于分析先壓裂縫對后壓裂縫的影響，從而更加適于實(shí)用。
[0060]為更進(jìn)一步闡述本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功效，以下結(jié)合附圖及較佳實(shí)施例，對依據(jù)本發(fā)明提出的具有裂縫的巖石壓裂模擬試樣和制備方法、該模擬試驗(yàn)裝置和方法，其【具體實(shí)施方式】、結(jié)構(gòu)、特征及其功效，詳細(xì)說明如后。在下述說明中，不同的“一實(shí)施例”或“實(shí)施例”指的不一定是同一實(shí)施例。此外，一或多個實(shí)施例中的特定特征、結(jié)構(gòu)、或特點(diǎn)可由任何合適形式組合。
[0061]本文中術(shù)語“和/或”，僅僅是一種描述關(guān)聯(lián)對象的關(guān)聯(lián)關(guān)系，表示可以存在三種關(guān)系，例如，A和/SB，具體的理解為:可以同時包含有A與B，可以單獨(dú)存在A，也可以單獨(dú)存在B，能夠具備上述三種任一種情況。
[0062]實(shí)施例一
[0063]參見附圖1，本發(fā)明實(shí)施例一提供的具有裂縫的巖石壓裂模擬試樣包括巖石試樣本體2、壓裂液注入管6、澆筑材質(zhì)I。澆筑材質(zhì)I包覆于本體2的外部，使得成型后的具有裂縫的巖石壓裂模擬試樣整體呈一長方體，以長方體的一個端面為起始點(diǎn)設(shè)置有一盲孔3，盲孔3截止于本體2，壓裂液注入管6固定連接于盲孔3壁上，壓裂液注入管6的最底端與盲孔3最底端之間預(yù)留有容置空間，以盲孔3壁為起始點(diǎn)，向本體2延伸有多個射孔4a-4b。
[0064]其中，具有裂縫的巖石壓裂模擬試樣還包括粘結(jié)劑，壓裂液注入管6的外徑<盲孔3的直徑，使得壓裂液注入管6與盲孔3壁之間具有環(huán)空;粘結(jié)劑處于環(huán)空中，壓裂液注入管6通過粘結(jié)劑與盲孔3壁固定連接在一起。
[0065]其中，粘結(jié)劑由環(huán)氧樹脂制成。通過粘結(jié)劑6，可以使得壓裂液注入管5通過其周向固定至盲孔2壁上，同時，該粘結(jié)劑6還作為密封材質(zhì)能夠避免壓裂液進(jìn)入該環(huán)空中。其中，本體為頁巖。其中，本體2呈300mm X 300mm X 600mm的柱狀，本體2包覆澆筑材質(zhì)I后，呈400mmX 400mm X 800mm 的柱狀。
[0066]實(shí)施例二
[0067]參見附圖2，本發(fā)明實(shí)施例二提供的具有裂縫的巖石壓裂模擬試樣的制備方法包括以下步驟:
[0068]步驟201:選取用于壓裂模擬試驗(yàn)的巖石試樣本體；
[0069]步驟202:在巖石試樣本體外部包覆澆筑材質(zhì)，使得成型后的具有裂縫的巖石壓裂模擬試樣整體呈一長方體；
[0070]步驟203:以長方體的一個端面為起始點(diǎn)，鉆取盲孔；
[0071 ]步驟204:以盲孔壁為起始點(diǎn)，在本體上鉆取多個射孔；
[0072]步驟205:向盲孔中填塞易溶解鹽類物質(zhì)，使得易溶解鹽類物質(zhì)填滿預(yù)留的容置空間的容積，并且，易溶解鹽類物質(zhì)的尚度尚于所有射孔的入口尚度；
[0073]步驟206:在易溶解鹽類物質(zhì)上方放置一隔檔件，隔檔件將盲孔分隔為兩個空間，處于隔檔件底部的空間為預(yù)留的容置空間，處于隔檔件上部的空間為壓裂液注入管裝設(shè)段；
[0074]步驟207:將壓裂液注入管放置于壓裂液注入管裝設(shè)段，由于壓裂液注入管的外徑<壓裂液裝設(shè)段的直徑，使得壓裂液注入管與壓裂液注入管裝設(shè)段之間具有環(huán)空；
[0075]步驟208:向環(huán)空中注入粘結(jié)劑，使得壓裂液注入管通過粘結(jié)劑與盲孔壁固定連接在一起；
[0076]步驟209:透過隔檔件向預(yù)留的容置空間內(nèi)注入能夠溶解易溶解鹽類物質(zhì)的溶劑，使得易溶解鹽類物質(zhì)完全形成溶液；
[0077]步驟211:將溶液從預(yù)留的空間內(nèi)抽出，得到具有裂縫的巖石壓裂模擬試樣。
[0078]本實(shí)施例中，之所以選取易溶解鹽類物質(zhì)先占據(jù)盲孔3中預(yù)留的容置空間，是因?yàn)?，在這種情況下，當(dāng)向其中注入該易溶解鹽類物質(zhì)的溶劑之后，可以使得該易溶解鹽類物質(zhì)充分溶解形成溶液，從而便于將其從該預(yù)留的容置空間中抽出，避免造成對壓裂液應(yīng)用效果的影響。
[0079]本實(shí)施例中，向容置空間注入溶劑，和，從容置空間抽取溶液的步驟都是通過針筒注射器實(shí)現(xiàn)。
[0080]同時，由于該易溶解鹽類物質(zhì)一般呈粉末狀，在不放置該隔檔件的情況下，在該易溶解鹽類物質(zhì)上方直接插入壓裂液注入管6時，該壓裂液注入管6有可能至少有一部分被埋入到該可溶解鹽類物質(zhì)中，造成壓裂液注入管6的最底端與盲孔3的最底端之間的距離小于預(yù)設(shè)值，致使預(yù)留的容置空間的體積達(dá)不到試驗(yàn)要求，對試驗(yàn)結(jié)果造成影響。再者，在這種情況下，形成于該預(yù)留的容置空間內(nèi)的易溶解鹽類物質(zhì)通常飽和度較高，也能夠避免其進(jìn)一步溶解處于該預(yù)留的容置空間處的盲孔3壁。
[0081]本實(shí)施例中，向環(huán)空中注入的粘結(jié)劑為環(huán)氧樹脂后，此時，還需要靜置48h以上，使得環(huán)氧樹脂在環(huán)空中達(dá)到較高的粘結(jié)強(qiáng)度和密封強(qiáng)度。
[0082]其中，隔檔件由柔性材質(zhì)制成。在這種情況下，在進(jìn)行過巖石壓裂模擬試驗(yàn)時，該柔性材質(zhì)會被壓裂液推到該預(yù)留的容置空間內(nèi)，而無需將其取出。本實(shí)施例中，柔性材質(zhì)是橡皮泥。
[0083]其中，易溶解鹽類物質(zhì)選自鉀鹽、鈉鹽、硝酸鹽中的一種或幾種，溶劑為水。由于鉀鹽、鈉鹽、硝酸鹽在水中的溶解度很高，且材料易得，因此，在這種情況下，可以降低試驗(yàn)成本。
[0084]其中，作為一種具體的實(shí)現(xiàn)，以巖石試樣一個端面為起始點(diǎn)，在巖石試樣本體上鉆取盲孔的步驟是采用臥式鉆床加工得到的。本實(shí)施例中，以巖石試樣一個端面為起始點(diǎn)，在巖石試樣本體上鉆取盲孔時，選用的鉆頭的材質(zhì)是金剛石。金剛石是目前已知材質(zhì)中硬度最大的材質(zhì)，應(yīng)用其在巖石試樣本體上鉆取盲孔時，巖石的硬度一定是小于該鉆頭的硬度的，能夠避免鉆頭出現(xiàn)彎折的現(xiàn)象發(fā)生。
[0085]其中，在步驟209與步驟211之間，還包括步驟210:還包括將隔檔件取出的步驟。該步驟為可選步驟，也可以不進(jìn)行本步驟操作，即使不進(jìn)行本步驟操作，由于隔檔件本身的體積小于該預(yù)留的容置空間的容積，其被壓裂液推到該容置空間中之后，并不會對該壓裂液對該巖石壓裂模擬試樣試驗(yàn)結(jié)果造成不利的影響。
[0086]此外，本實(shí)施例中，在巖石試樣本體2外部包覆澆筑材質(zhì)I時，是通過將本體2放置于一400mm X 400mm X 800mm的柱狀模具中，在饒筑完成后，于設(shè)定的溫度、濕度條件下養(yǎng)護(hù)28天，使得澆筑的水泥強(qiáng)度達(dá)到最高后，再拆除該模具實(shí)現(xiàn)的，其中，巖石試樣本體2最好是置于該模具的中心位置。
[0087]本實(shí)施例中，射孔包括兩簇，分別為4a和4b，他們之間的間隔為200mm，每簇射孔分別包括12個射孔，射孔的直徑為2mm，深度為I Omm。
[0088]實(shí)施例三
[0089]參見附圖3，本發(fā)明實(shí)施例三提供的具有裂縫的巖石壓裂模擬試驗(yàn)裝置包括真三軸加載伺服增壓器、第一組加載板18a、18b(其中，18b未示出)，第二組加載板19a、19b，第三組加載板20a、20b，探測裝置、本發(fā)明提供的具有裂縫的巖石壓裂模擬試樣。第一組加載板18a、18b(其中，18b未示出)設(shè)置于長方體第一組對應(yīng)的面上，第二組加載板19a、19b設(shè)置于長方體第二組對應(yīng)的面上，第三組加載板20a、20b設(shè)置于長方體第三組對應(yīng)的面上，其中，加載在壓裂液注入管6上方的加載板18a上設(shè)有通孔16，以供壓裂液注入管6對外連通，真三軸加載伺服增壓器用于為第一組加載板18a、18b(其中，18b未示出)，第二組加載板19a、19b，第三組加載板20a、20b提供加載作用力。通過壓裂液注入管6，能夠向盲孔3中注入壓裂液。探測裝置用于探測射孔4a-4b的起裂信號。
[0090]其中，探測裝置包括聲發(fā)射儀和聲發(fā)射探頭21，聲發(fā)射探頭21用于實(shí)時探測射孔4a_4b的起裂信號，并將探測到的起裂信號實(shí)時發(fā)送至聲發(fā)射儀，聲發(fā)射儀用于對起裂信號進(jìn)行分析。
[0091]其中，具有裂縫的巖石壓裂模擬試驗(yàn)裝置還包括放大器17，放大器17用于對聲發(fā)射探頭21探測得到實(shí)時信號進(jìn)行放大后再由聲發(fā)射儀接收后進(jìn)行分析。
[0092]其中，具有裂縫的巖石壓裂模擬試驗(yàn)裝置還包括第一控制組件13，第一控制組件13用于根據(jù)從真三軸加載伺服增壓器接收到的壓力24、排量25及反饋28參數(shù)控制真三軸加載伺服增壓器的伺服控制26參數(shù)及供液27參數(shù)。
[0093]其中，具有裂縫的巖石壓裂模擬試驗(yàn)裝置還包括第二控制組件11，第二控制組件11用于控制壓裂液的注入量。其中，標(biāo)號22表示伺服控制，標(biāo)號23表示排量壓力，標(biāo)號14表示第一閥門，標(biāo)號15表示第二閥門，通過伺服控制22、排量壓力23及第一閥門14、第二閥門15，能夠控制壓裂液的注入量和流速，從而控制壓裂液的注入量。
[0094]實(shí)施例四
[0095]參見附圖4，本發(fā)明實(shí)施例四提供的具有裂縫的巖石壓裂模擬試驗(yàn)方法基于本發(fā)明提供的具有裂縫的巖石壓裂模擬試驗(yàn)裝置而實(shí)現(xiàn)，具有裂縫的巖石壓裂模擬試驗(yàn)方法包括以下步驟:
[0096]步驟401:組裝本發(fā)明實(shí)施例三提供的具有裂縫的巖石壓裂模擬試驗(yàn)裝置；
[0097]步驟402:通過壓裂液注入管向盲孔中通入壓裂液；
[0098]步驟403:在向盲孔中通入壓裂液的過程中，采集射孔的壓裂信號;通過對射孔的壓裂信號進(jìn)行分析，得到分析結(jié)果。
[0099]通過本發(fā)明提供的制備方法制備得到的具有裂縫的巖石壓裂模擬試樣包括巖石試樣本體2、壓裂液注入管6、澆筑材質(zhì)I，澆筑材質(zhì)I包覆于本體2的外部，使得成型后的具有裂縫的巖石壓裂模擬試樣整體呈一長方體，以長方體的一個端面為起始點(diǎn)設(shè)置有一盲孔3，盲孔3截止于本體2，壓裂液注入管6固定連接于盲孔3壁上，壓裂液注入管6的最底端與盲孔3最底端之間預(yù)留有容置空間，以盲孔3壁為起始點(diǎn)，向本體2延伸有多個射孔4a-4b?；诰哂辛芽p的巖石壓裂模擬試驗(yàn)裝置，進(jìn)行具有裂縫的巖石壓裂模擬試驗(yàn)時，當(dāng)水力壓裂主裂縫形成后，壓裂液達(dá)到試樣邊界，但由于采用了環(huán)氧樹脂及澆筑材質(zhì)包覆，液體無法繼續(xù)擴(kuò)展，當(dāng)栗注壓裂液持續(xù)增加后，壓裂液勢必尋找其他的弱層理起裂及延伸，從而形成頁巖水力壓裂的復(fù)雜縫網(wǎng)結(jié)構(gòu)，其不僅可實(shí)現(xiàn)模擬水平井雙簇或多簇射孔下多裂縫起裂及干擾特征分析，還可實(shí)現(xiàn)先壓裂縫對后壓裂縫影響分析的需要，不僅可對頁巖氣儲層巖體進(jìn)行多裂縫壓裂物理模擬，也可用于其他致密儲層巖體，適用性強(qiáng)。
[0100]實(shí)施例五
[0101]本發(fā)明實(shí)施例五所提供的用于頁巖水力壓裂多裂縫干擾物理模擬試驗(yàn)方法，包括:
[0102]步驟(I):根據(jù)對應(yīng)頁巖目標(biāo)儲層地質(zhì)特征，選定頁巖儲層對應(yīng)的露頭點(diǎn)，采用大型挖機(jī)開挖，獲得大塊新鮮的頁巖試樣；
[0103]步驟(2):采用大型石材切割機(jī)，將大塊新鮮頁巖切割為尺寸為300mmX300mmX600mm的立方體試樣，同時保證頁巖層理沉積面平行于300mmX 600mm的平面，用于水力壓裂多裂縫擴(kuò)展物理模擬；
[0104]步驟(3):采用高強(qiáng)度環(huán)氧樹脂，將300mmX600mm的四個端面進(jìn)行表層封固，并保證整個端面緊密粘合，不留空隙，靜置48小時，備用；
[0105]步驟(4):將高強(qiáng)度水泥、石英砂進(jìn)行1:1配比，在攪拌器內(nèi)攪拌均勻，然后加入適量的水，形成可用的砂楽，在400mm X 400mm X 800mm的長方體磨具內(nèi)，在底部撲入厚度為I OOmm的水泥砂楽，初凝后放入300mm X 300mm X 600mm的頁巖立方體試樣，保證試樣居中放置;然后繼續(xù)加入水泥砂楽，將整個試樣包裹，形成400mm X 400mm X 800mm的立方體試樣；
[0106]步驟(5):帶有磨具的400mmX400mmX 800mm立方體試樣靜置24小時后，拆除磨具，將這個試樣推入到養(yǎng)護(hù)室內(nèi)，設(shè)定恒定的溫度、濕度，養(yǎng)護(hù)28天，使水泥達(dá)到最高強(qiáng)度；[0?07] 步驟(6):采用外徑為22mm的金剛石鉆頭，在400mmX 400mm的端面中心位置鉆模擬井筒，井筒方向平行頁巖層理面，保證與現(xiàn)場水力壓裂井眼軸線與層理面近似平行的工況，鉆模擬井筒的深度為600mm，即包裹體內(nèi)部頁巖試樣井筒深度為400mm，外徑為24mm?25mm;
[0108]步驟(7):采用微鉆頭在井筒內(nèi)部按照設(shè)定的深度位置鉆模擬射孔，兩簇射孔間距為200mm，一簇位于大試樣井筒深度600mm處，一簇位于井筒深度400mm處，一簇內(nèi)鉆12個射孔，射孔直徑為2mm，射孔深度為I Omm，相位角為60度；
[0109]步驟(8):在井筒射孔段，采用細(xì)粒食鹽通過輕微攪動充填到到井筒及射孔孔眼內(nèi)，在食鹽細(xì)粒上部，采用橡皮泥作為隔層，放置密封井筒的環(huán)氧樹脂進(jìn)入到射孔段井筒及孔眼內(nèi)；
[0110]步驟(9):采用外徑為20mm，內(nèi)徑為15mm的鋼管作為模擬套管，模擬套管的長度為400m，套管下端部開口，壓裂段采用裸眼完井，下入模擬套管，采用高強(qiáng)度環(huán)氧樹脂將套管與井筒圍巖密封，并保證其強(qiáng)度在水壓時不會發(fā)生竄液；
[0111]步驟(10):采用直徑為5mm的鋼釬，通過套管插入到井筒內(nèi)橡皮泥隔層位置，刺穿固化的橡皮泥，然后利用加長注射用針筒向井筒內(nèi)注入清水，采用清水將井筒模擬射孔段充填的食鹽溶解后抽出，形成有效壓裂段，完成頁巖水力壓裂多裂縫模擬試樣準(zhǔn)備工作；
[0112]步驟(11):將制備獲得的壓裂試樣放置到大型真三軸加載室，然后將套管另一端預(yù)制螺紋，通過高壓軟管接頭與水力壓裂栗出液高壓軟管相連接，啟動伺服控制水力壓裂栗，向高壓軟管與套管連接的空間栗入壓裂液，設(shè)定0.5MPa的水壓，測試各連接位置的密封性；
[0113]步驟(12):完成水力壓裂真三軸加載板的安裝，按照設(shè)定的三向應(yīng)力條件(垂向應(yīng)力20MPa、水平最大應(yīng)力為18MPa、水平最小應(yīng)力為16MPa)，啟動真三軸模型試驗(yàn)機(jī)施加三向應(yīng)力到設(shè)定值，然后啟動伺服栗壓控制系統(tǒng)按照排量0.5ml/s栗入壓裂液，同時采用聲發(fā)射三維空間定位裂縫起裂及擴(kuò)展信息，進(jìn)行水力壓裂試驗(yàn)；
[0114]步驟(13):由伺服栗壓控制系統(tǒng)觀測水力栗壓曲線，當(dāng)栗壓經(jīng)過幾次快速升高-跌落-升高-跌落后，長時間維持在低壓力水平，停止試驗(yàn)，獲得壓裂后的各種參數(shù)，用來分析多裂縫起裂的先后次序及相互干擾特征，實(shí)現(xiàn)頁巖儲層水力壓裂多裂縫起裂物理模擬。
[0115]盡管已描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員一旦得知了基本創(chuàng)造性概念，則可對這些實(shí)施例作出另外的變更和修改。所以，所附權(quán)利要求意欲解釋為包括優(yōu)選實(shí)施例以及落入本發(fā)明范圍的所有變更和修改。
[0116]顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進(jìn)行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種具有裂縫的巖石壓裂模擬試樣，其特征在于，包括巖石試樣本體、壓裂液注入管、饒筑材質(zhì)， 所述澆筑材質(zhì)包覆于所述本體的外部，使得成型后的具有裂縫的巖石壓裂模擬試樣整體呈一長方體，以所述長方體的一個端面為起始點(diǎn)設(shè)置有一盲孔，所述盲孔截止于所述本體， 所述壓裂液注入管固定連接于所述盲孔壁上， 所述壓裂液注入管的最底端與所述盲孔最底端之間預(yù)留有容置空間， 以所述盲孔壁為起始點(diǎn)，向所述本體延伸有多個射孔； 作為優(yōu)選，所述具有裂縫的巖石壓裂模擬試樣還包括粘結(jié)劑， 所述壓裂液注入管的外徑 <所述盲孔的直徑，使得所述壓裂液注入管與所述盲孔壁之間具有環(huán)空； 所述粘結(jié)劑處于所述環(huán)空中，所述壓裂液注入管通過所述粘結(jié)劑與所述盲孔壁固定連接在一起； 作為優(yōu)選，所述粘結(jié)劑由環(huán)氧樹脂制成； 作為優(yōu)選，所述本體為頁巖； 作為優(yōu)選，所述本體呈300mm X 300mm X 600mm的柱狀， 所述本體包覆所述饒筑材質(zhì)后，呈400mm X 400mm X 800mm的柱狀。2.權(quán)利要求1所述的具有裂縫的巖石壓裂模擬試樣的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 選取用于壓裂模擬試驗(yàn)的巖石試樣本體； 在所述巖石試樣本體外部包覆澆筑材質(zhì)，使得成型后的具有裂縫的巖石壓裂模擬試樣整體呈一長方體； 以所述長方體的一個端面為起始點(diǎn)，鉆取所述盲孔； 以所述盲孔壁為起始點(diǎn)，在所述本體上鉆取多個射孔； 向所述盲孔中填塞易溶解鹽類物質(zhì)，使得所述易溶解鹽類物質(zhì)填滿所述預(yù)留的容置空間的容積，并且，所述易溶解鹽類物質(zhì)的高度高于所有射孔的入口高度； 在所述易溶解鹽類物質(zhì)上方放置一隔檔件，所述隔檔件將所述盲孔分隔為兩個空間，處于所述隔檔件底部的空間為所述預(yù)留的容置空間，處于所述隔檔件上部的空間為壓裂液注入管裝設(shè)段； 將所述壓裂液注入管放置于所述壓裂液注入管裝設(shè)段，由于所述壓裂液注入管的外徑<所述壓裂液裝設(shè)段的直徑，使得所述壓裂液注入管與所述壓裂液注入管裝設(shè)段之間具有環(huán)空； 向所述環(huán)空中注入粘結(jié)劑，使得所述壓裂液注入管通過所述粘結(jié)劑與所述盲孔壁固定連接在一起； 透過所述隔檔件向所述預(yù)留的容置空間內(nèi)注入能夠溶解所述易溶解鹽類物質(zhì)的溶劑，使得所述易溶解鹽類物質(zhì)完全形成溶液； 將所述溶液從所述預(yù)留的空間內(nèi)抽出，得到所述具有裂縫的巖石壓裂模擬試樣。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有裂縫的巖石壓裂模擬試樣的制備方法，其特征在于，所述隔檔件由柔性材質(zhì)制成。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有裂縫的巖石壓裂模擬試樣的制備方法，其特征在于，所述柔性材質(zhì)是橡皮泥。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有裂縫的巖石壓裂模擬試樣的制備方法，其特征在于，所述易溶解鹽類物質(zhì)選自鉀鹽、鈉鹽、硝酸鹽中的一種或幾種，所述溶劑為水。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有裂縫的巖石壓裂模擬試樣的制備方法，其特征在于，在所述巖石試樣本體上鉆取所述盲孔的步驟是采用臥式鉆床加工得到的。7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有裂縫的巖石壓裂模擬試樣的制備方法，其特征在于，鉆取所述盲孔時，選用的鉆頭的材質(zhì)是金剛石。8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有裂縫的巖石壓裂模擬試樣的制備方法，其特征在于，將所述溶液從所述預(yù)留的空間內(nèi)抽出后，還包括將所述隔檔件取出的步驟。9.一種具有裂縫的巖石壓裂模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于，包括真三軸加載伺服增壓器、第一組加載板、第二組加載板、第三組加載板、探測裝置、權(quán)利要求1所述的具有裂縫的巖石壓裂模擬試樣， 所述第一組加載板設(shè)置于所述長方體第一組對應(yīng)的面上，所述第二組加載板設(shè)置于所述長方體第二組對應(yīng)的面上，所述第三組加載板設(shè)置于所述長方體第三組對應(yīng)的面上，其中，加載在所述壓裂液注入管上方的加載板上設(shè)有通孔，以供所述壓裂液注入管對外連通，所述真三軸加載伺服增壓器用于為所述第一組加載板、第二組加載板、第三組加載板提供加載作用力， 通過所述壓裂液注入管，能夠向所述盲孔中注入壓裂液， 所述探測裝置用于探測所述射孔的起裂信號； 作為優(yōu)選，其特征在于，所述探測裝置包括聲發(fā)射儀和聲發(fā)射探頭，所述聲發(fā)射探頭用于實(shí)時探測所述射孔的起裂信號，并將探測到的起裂信號實(shí)時發(fā)送至所述聲發(fā)射儀，所述聲發(fā)射儀用于對所述起裂信號進(jìn)行分析； 作為優(yōu)選，所述具有裂縫的巖石壓裂模擬試驗(yàn)裝置還包括放大器，所述放大器用于對所述聲發(fā)射探頭探測得到實(shí)時信號進(jìn)行放大后再由所述聲發(fā)射儀接收后進(jìn)行分析； 作為優(yōu)選，所述具有裂縫的巖石壓裂模擬試樣還包括第一控制組件，所述第一控制組件用于根據(jù)從所述真三軸加載伺服增壓器接收到的壓力、排量及反饋參數(shù)控制所述真三軸加載伺服增壓器的伺服控制參數(shù)及供液參數(shù)； 作為優(yōu)選，所述具有裂縫的巖石壓裂模擬試驗(yàn)裝置還包括第二控制組件，所述第二控制組件用于控制所述壓裂液的注入量。10.—種具有裂縫的巖石壓裂模擬試驗(yàn)方法，其特征在于，基于權(quán)利要求9所述的具有裂縫的巖石壓裂模擬試驗(yàn)裝置而實(shí)現(xiàn)，所述具有裂縫的巖石壓裂模擬試驗(yàn)方法包括以下步驟: 組裝權(quán)利要求9所述的具有裂縫的巖石壓裂模擬試驗(yàn)裝置； 通過所述壓裂液注入管向所述盲孔中通入壓裂液； 在向所述盲孔中通入壓裂液的過程中，采集所述射孔的壓裂信號；通過對所述射孔的壓裂信號進(jìn)行分析，得到分析結(jié)果。
【文檔編號】G01N1/28GK105890998SQ201610257183
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年4月22日
【發(fā)明人】郭印同, 楊春和, 曾義金, 王磊, 徐峰, 汪虎
【申請人】中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所