[發明專利]在水力壓裂模擬試件中制備預置裂縫的方法

無效

• 申請號: 201110136850.0
• 申請日: 2011-05-24
• 公開（公告）號: CN102289980A
• 公開（公告）日: 2011-12-21
• 發明（設計）人: 張廣清;范鐵剛
• 申請（專利權）人: 中國石油大學(北京)
• 主分類號: G09B25/02
• 分類號: G09B25/02
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 趙燕力

技術領域

本發明是關于大尺寸真三軸水力壓裂實驗室物理模擬實驗中使用的水力壓裂模擬試件，尤其涉及一種在水力壓裂模擬試件中制備預置裂縫的方法。

背景技術

水力壓裂作為油氣增產的主要措施已被廣泛應用于現代石油工程中，對低滲油氣藏的生產起了重要的作用；同時在地熱資源、核廢料的儲存等其他領域也得到了重要應用。

水力壓裂是一種在深部地層條件下的流固耦合的復雜工程現象。隨著世界石油行業的不斷發展，對水力壓裂的技術性能也提出新的要求。為了提高水力壓裂的成功性、提高壓裂作業的性價比、優化作業、解決在理論上尚不完善的壓裂液與巖體耦合機理、水力裂縫造縫及延伸規律研究等等，常利用數值模擬和現場試驗的方法來研究確定總體壓裂方案，并進行系統性能分析。

借助于建立在種種假設和簡化條件基礎上的數值模型進行間接分析水力壓裂的數值模擬研究，其受限于所涉及的各相關學科的具體發展水平，尤其是受到流固耦合機理研究水平的限制；另外，數值模型的正確性、計算方法的精度、穩定性、收斂性和參數選擇的制約，也使得結果帶有一定的近似性。現場試驗是在實物對象上的實驗技術，其優點是可以嚴格控制實驗對象的主要參數完全符合外界條件和自然條件的限制，做到結果準確；在復雜的實驗過程中突出主要矛盾，便于把握、發現現象的內在聯系；但是深部地層的水力壓裂是一個十分復雜的物理過程，除一些特殊情況之外，水力壓裂所產生的裂縫實際形態難于直接觀察，而且尚無有效的測試方法，且這種實驗往往費用高，時間周期長；同時，由于地層條件、施工條件復雜多變，導致針對一口井得出的現場壓裂實驗的結論往往不能直接應用于其他井，即其研究結果的通用性差；綜合大量現場應用情況來看，不宜進行原場水力壓裂實驗。

而模擬實驗可以把在實驗中獲得的數據，定量地轉換到原型上去，從而使我們獲得有關原型的特性和需要的數據；同時模擬實驗可以定性地觀察或拍攝模型中所進行的壓裂過程，以作為改進原型工作特性的依據；使用適當縮小的模型進行室內壓裂物理模擬實驗，制造容易、裝拆調試方便，可降低成本、縮短試驗周期；模擬實驗可對不能或難以獲取的對象進行實驗，并可以避開在數學上難以表達清楚的物理關系。通過實驗直接得到所需要的結果，所得結果直觀、可信，又比較準確。應當注意的是這樣就必須考慮到模型和原型之間的相似性；在縮小的模型上進行實驗研究，是否可信、是否能夠充分反映原型的特性是非常重要的。

在模擬實驗設計中，實驗所采用的試件選取是一個十分重要的問題。由于水力壓裂的施工對象為位于地下幾千米深處的地層巖石，因此，實際巖芯獲取困難且費用十分昂貴，并且很多時候限于鉆井技術，取出的巖芯在尺寸上偏小，很難滿足大尺寸(30cm×30cm×30cm)壓裂實驗的尺寸要求，因此，人工試件就成為一個比較理想的選擇。

在以往的模擬實驗中，常將模擬試件制作為均質連續的整個塊體，沒有考慮實際巖石中的弱面、天然裂縫等不連續面，即使有所考慮，也只是簡單的在試件中添加一兩條人工裂縫。而眾所周知，對于某些地層，巖石的裂縫發育程度較高，縱橫交錯，十分復雜，要模擬這樣的地層，就要對試件的制備方法進行改進，以制作出與實際地層相似的模擬試件。

由此，本發明人憑借多年從事相關行業的經驗與實踐，提出一種在水力壓裂模擬試件中制備預置裂縫的方法，以克服現有技術的缺陷。

發明內容

本發明的目的在于提供一種在水力壓裂模擬試件中制備預置裂縫的方法，該方法可以在模擬試件中設置任意數量和任意形狀的預置裂縫，使模擬試件與實際地層的情況更為相似，以提高模擬實驗的準確性。

本發明的另一目的在于提供一種在水力壓裂模擬試件中制備預置裂縫的方法，該方法可對模擬試件中預置裂縫系統的特征參數進行人為控制，以提高模擬試件的相似度、可控度。

本發明的目的是這樣實現的，一種在水力壓裂模擬試件中制備預置裂縫的方法，該模擬試件是由多個內部組塊拼接構成的；該方法包括下列步驟：

A)根據所要模擬地層的裂縫形態特征，確定組成模擬試件中各個內部組塊的尺寸、形狀和相互位置；依據各內部組塊的尺寸和形狀制作內部組塊模具；選擇澆鑄材料澆鑄內部組塊；

B)將各個內部組塊按相互位置拼裝組合，各內部組塊之間的接觸面形成所述的預置裂縫；在拼裝后的組合體外圍澆鑄包裹層；由此，構成一個內部含有多個預置裂縫的模擬試件。