[發明專利]一種水力壓裂效果研究模擬器

無效

• 申請號: 201210060717.6
• 申請日: 2012-03-09
• 公開（公告）號: CN102606125A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發明（設計）人: 周德勝;郭向東;陳明強;詹靜;聶玲;陳鵬;宋鵬舉
• 申請（專利權）人: 西安石油大學
• 主分類號: E21B43/267
• 分類號: E21B43/267
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 弋才富

技術領域

本發明涉及石油天然氣工業領域的油氣藏水力壓裂開發生產，特別涉及一種水力壓裂效果研究模擬器。

技術背景

水力壓裂是通過水力憋壓作用在地下含油氣巖石中造出幾十到幾百米長的人工裂縫。水力壓裂裂縫不但成為溝通井筒與油氣藏的橋梁，還大大增加了油氣井與油氣藏的接觸面積，提高了油氣流入油氣井的能力。目前，水力壓裂是國際國內開發低滲透油氣藏和非常規油氣藏的必要手段，也是提高各種油氣藏單井產量和采收率的有效技術。

水力壓裂裂縫通過大大增加油氣井與油氣產層的接觸面積、改變油氣流入井筒的徑向流動方式為流動能力大大增強的線性流入裂縫方式，從而大幅提高油氣產量和采收率。為使水力壓裂后壓裂出的裂縫保持張開，裂縫中要充填高導流能力的支撐劑。支撐劑需用高粘度的壓裂液攜帶進入裂縫并鋪置于裂縫中。作為溝通油氣井井筒與油氣產層的橋梁，鋪置有支撐劑的裂縫的導流能力必須遠遠大于油氣層的導流能力。

除壓開裂縫的幾何尺寸(長、寬和高)外，水力壓裂效果主要取決于三個方面：地層傷害、實際裂縫導流能力和生產時石油和天然氣對污染地帶和裂縫內部的清洗和作用。壓裂時，攜帶支撐劑的壓裂液會濾失入地層中、與地層礦物發生物理化學作用、造成油氣進入裂縫困難，形成對產層的傷害(污染)。實際裂縫導流能力受支撐劑裂縫內鋪置情況、支撐劑嵌入巖石、壓裂液殘渣、支撐劑破碎和巖削剝落等因素影響。生產時石油和天然氣通過污染地帶流入裂縫中，然后通過裂縫流入油氣井井筒中，在這一過程中油或氣及其攜帶物會造成對污染地層和裂縫的清洗、沖堵和填堵作用。遺憾的是，目前尚無模擬此過程的研究裝置。

由于現場水力壓裂實際壓后效果常遠低于估計，實驗室研究顯得至關重要。盡管水力壓裂幾乎已成為目前國內外石油與天然氣開發的必要手段，但由于壓裂時巨大的裂縫開啟壓力和地層溫度、幾十米以上的裂縫長度和幾米的地層厚度、以及壓裂時大量的壓裂液與支撐劑，實驗室全尺寸水力模擬無法實現。

迄今，國際上對水力壓裂效果的實驗研究把壓裂液濾失、壓裂液與地層配伍及對地層傷害(污染)、石油或天然氣流經污染地帶、以及裂縫支撐劑導流能力分割開來分別研究。

對壓裂液濾失研究常用專用的動態或靜態壓裂液濾失儀進行，壓裂液與地層配伍、對地層傷害和石油或天然氣流經污染地帶常借助于巖芯流動實驗完成。

對裂縫導流能力的研究國際上現采用美國石油學會(API)于1989年制定的API?RP-61標準。該標準基本模擬了壓裂填砂裂縫情況，其核心為把支撐劑鋪置于導流室內，上下用金屬板夾持，在加壓情況下測試2％KCL水通過時的壓差。2006年國際標準化組織(ISO)發表了ISO?13503-5標準。該標準與API?RP-61基本相同，僅把金屬板換成了巖芯板和把夾持壓力維持時間從15分鐘換成了50小時。實驗液體依然用含2％KCL的清水。

上述分割開來實驗的主要缺點是巖芯形狀為圓柱形而非夾持裂縫的形狀，同時也常采用不同巖芯分別進行實驗。此外，目前尚無能模擬石油或天然氣及其攜帶物流經污染地帶進入裂縫中，然后通過裂縫流入油氣井井筒這一過程中對污染地層和裂縫的清洗、沖堵和填堵等作用的研究裝置。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺陷，本發明的目的在于提供一種水力壓裂效果研究模擬器，能同時模擬水力壓裂中壓裂裂縫、地層巖石、壓裂液濾失、壓裂液對支撐裂縫和地層污染、石油或天然氣及其攜帶物流經污染地帶和支撐裂縫，用于分析研究水力壓裂效果，包括分析研究支撐裂縫導流能力、壓裂液濾失、壓裂液對地層傷害、壓裂液對支撐裂縫傷害，尤其是石油或天然氣通過傷害巖石及支撐裂縫的能力分析和對傷害地層和支撐裂縫的清洗、沖堵及填堵等作用。

為達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的：