[發明專利]一種模擬頁巖儲層水平井體積壓裂的裝置及方法

有效

• 申請號: 201210038460.4
• 申請日: 2012-02-20
• 公開（公告）號: CN102590456A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 溫慶志;羅明良;胡藍霄;劉廣忠;于姣姣;齊寧
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: G01N33/00
• 分類號: G01N33/00
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 呂利敏

技術領域

本發明涉及一種模擬頁巖儲層水平井體積壓裂的裝置及方法，屬于非常規油氣資源開發技術領域。

背景技術

頁巖油氣屬于非常規油氣資源，由于頁巖儲層滲透率低(納米達西級)，油氣滲流阻力大，通常無自然產能，需要采取壓裂措施才能有效開采。而現場壓裂試驗施工難度大，井下情況復雜，且同一層位無法重復進行多次試驗，因此通過需要室內對壓裂過程模擬研究。CN201724868U(CN201020283533.2)提供一種水力壓裂破裂過程模擬的室內裝置，是室內模擬地層條件下巖石在液體壓力下破裂過程的測試裝置。這種水力壓裂破裂過程模擬的室內裝置包括方形的承壓體(1)，承壓體(1)內部是承壓腔，承壓體(1)上蓋用高強度螺釘擰緊，可以打開和密封，三個正交的加載機構的壓力板(2)均伸入到承壓腔中，承壓體(1)的一側連接外承壓體(14)，外承壓體(14)內部是外承壓室，承壓腔與外承壓室相通，承壓腔與外承壓室之間安裝導軌(13)，試樣小車(12)在導軌(13)上，試樣小車上安裝有壓力板(2)和固定承壓柱(6)，壓力板(2)和固定承壓柱(6)上有連通的注液通道(5)，注液通道(5)與承壓腔相通。

頁巖儲層的開采以水平井為主，攜砂液一般選用滑溜水、線性膠或清水，采用大排量、大規模的方式對水平井進行分段壓裂，少則分3-5段，多則10-20段，甚至更多，液量從幾千方到幾萬方，在頁巖儲層中形成裂縫網絡(縫網)，增大儲層的改造體積，為頁巖油氣提供滲流通道，提高頁巖井的產能。由于頁巖儲層水平井壓裂施工規模大、而且裂縫在幾千米的地下，無法觀察到裂縫的起裂和延伸，無法準確得到裂縫網絡的密度和儲層改造體積等數據，也無法分析頁巖儲層中油氣的滲流規律、裂縫網絡對產能影響，因此，需要應用實驗的方法來模擬頁巖儲層水平井體積壓裂。而當前國內外關于頁巖壓裂主要是立足于理論研究，缺少相關的模擬裝置和方法。存在的主要問題有：1、缺少能夠模擬頁巖儲層物性、模擬地下條件的實驗裝置，實驗介質主要采用石英砂或巖石露頭，和頁巖儲層有較大的差異；2、缺少能夠模擬水平井分段壓裂的裝置，特別是能夠模擬二十段以上的模擬裝置；3、無發測定裂縫網絡的密度和頁巖儲層壓裂的體積；4、不能模擬水平井射孔孔徑、密度和相位對裂縫起裂、延伸和壓裂井產能的影響。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提出了一種模擬頁巖儲層水平井體積壓裂的裝置。

本發明還提供利用該裝置模擬頁巖儲層水平井體積壓裂的方法。

術語解釋：

相似性準則：流體力學領域公知原理，參見袁恩熙《工程流體力學[M]》，石油工業出版社，105-109。

射孔相位角：相鄰兩射孔彈之間的空間夾角，是射孔工藝設計的關鍵參數。

本發明的技術方案如下：

一種模擬頁巖儲層水平井體積壓裂的裝置，包括模擬儲層腔體、數據采集控制面板、計算機、在模擬儲層腔體內設置的水平井筒，所述的數據采集控制面板與計算機相連；所述模擬儲層腔體包括上蓋和矩形腔，所述上蓋通過螺栓密封設置在矩形腔上；

在模擬儲層腔體的一側壁上貫通設置有若干個進液孔，所述進液孔在模擬儲層腔體的一側壁上呈同一水平直線設置，所述水平井筒穿過其中一個進液孔設置在模擬儲層腔體內，其余進液孔封堵備用；水平井筒筒壁上分段間隔設有射孔孔眼，水平井筒一端為進液口，水平井筒的另一端封閉；在模擬儲層腔體內壁上設置有多條供給源管，所述多條供給源管均與模擬儲層腔體外壁上設置的供給源進液口相連，在供給源進液口處設置有閥門，在供給源管上設置均勻設置有孔眼；

在模擬儲層腔體內填充有介質(該介質是模擬頁巖儲層的巖層)；在模擬儲層腔體內上、中、下分布三層壓力傳感器，每層均勻分布30～40只壓力傳感器；每只壓力傳感器均通過電纜25與數據采集控制面板相連；

本發明還包括儲液罐和氣罐，在儲液罐外設加熱套，加熱套上設有溫度傳感器，所述溫度傳感器與數據采集控制面板連接，所述儲液罐的出料口通過柱塞泵與管線相連，在所述管線上設置有流量計和壓力表，所述流量計和壓力表分別與數據采集控制面板連接；所述氣罐的出氣口與氣體管道相連，在氣體管道上設置有氣體流量計，所述氣體流量計與數據采集控制面板連接；

根據本發明，當模擬頁巖儲層壓裂縫擴展時，供給源進液口處的閥門關閉設置，所述儲液罐通過管線與水平井筒的進液口相連通。