[發明專利]檢測模擬實際工況水力噴射壓裂孔內壓力分布的實驗裝置

有效

• 申請號: 201210203777.9
• 申請日: 2012-06-15
• 公開（公告）號: CN102889077A
• 公開（公告）日: 2013-01-23
• 發明（設計）人: 黃中偉;李根生;牛繼磊;田守嶒;趙振鋒;付鋼旦;李憲文
• 申請（專利權）人: 中國石油大學(北京)
• 主分類號: E21B47/06
• 分類號: E21B47/06;E21B43/26
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 董惠石

技術領域

本發明是關于一種實驗裝置，尤其是一種檢測模擬水力噴射壓裂孔內壓力分布的實驗裝置，通過該實驗裝置可以真實地模擬高速射流噴射時地層孔眼內的壓力分布情況，得到可靠的實驗數據。

背景技術

1947年，在美國KANSAS西南部的HUGOTON氣田的一口垂直井中首次實施了水力壓裂增產技術，經過了近半個世紀的發展，特別是上世紀80年代末以來，在壓裂設計、壓裂液和添加劑、支撐劑、壓裂設備和監測儀器以及裂縫監測等方面都獲得了迅速的發展，使水力壓裂技術在縫高控制技術、高滲層防砂壓裂、重復壓裂、深穿透壓裂以及大砂量多級壓裂等方面都出現了新的突破。現在水力壓裂技術作為油水井增產增注的主要措施，已廣泛應用于低滲透油氣田的開發中。

近年來，國內外的專家學者雖在壓裂液、支撐劑、壓裂工藝等方面取得了長足進展，但水力壓裂的基本工藝并未發生根本變化，即：地面籠統加壓，在井下地層形成裂縫，裂縫起裂位置及方向難以控制。特別在壓裂裸眼水平井時，大的井壁暴露面積會造成大量壓裂液漏失，井下有天然裂縫時這種情況更為嚴重；同時，由于壓裂液的活塞效應，壓裂裸眼水平井時往往只在井眼端部開裂，很大程度上降低了壓裂效果。因此，直井分層壓裂和水平井段分段壓裂是目前壓裂增產技術的發展方向。目前，現場常用的分層(段)壓裂方法主要有：限流法壓裂、暫堵劑分層壓裂、機械封隔器分層壓裂、填砂分層壓裂等。限流法壓裂要求的射孔密度較低，將會妨礙射孔對有效井筒半徑的擴大；作業期間，在射孔通道和裂縫入口處可能出現過大的壓力降，并會影響攜砂壓裂液在層間的分布；限流法進行射孔提供的裂縫入口面積較小，在返排和生產期間，易使支撐劑返出。在裸眼水平井壓裂時，最簡單的隔離方法是使用暫堵劑，暫堵劑可以用巖鹽、苯甲酸片或樟腦丸等。但這種方法最大的問題是難以控制沿井筒的裂縫起裂點之間的距離；另一個重要的問題是在暫堵階段對裂縫在近井地帶的支撐劑的充填無法控制。在套管井可以實施封隔器分層或分段壓裂工藝，但是，施工完一個層位后，封隔器常常發生砂卡，導致井下事故。填砂分層壓裂的問題是施工周期過長。

近年來，我國高壓水射流技術不斷發展，在切割、破巖、鉆孔等方面都取得了長足進步。如中國專利公開號CN100999989A中，公開了一種高壓水射流深穿透射孔及輔助壓裂方法及其裝置，該申請即為本案申請人的先申請，上述申請的基本原理是在一定粘度的流體中加入一定比例的磨料(常用石英砂)，從而形成磨料射流，由地面泵車加壓至30-40MPa，通過油管輸送到井下的射孔裝置及噴嘴(該裝置可以根據需要確定層位和方位)，在地層射出深度為0.78-1.09米、直徑20mm左右的清潔孔道；或者移動管柱及噴嘴，在井下實現割縫。該技術的優點主要有：穿透深度大于常規射孔；不會造成象常規射孔那樣的油層壓實傷害；開孔的孔徑較大；可以根據分層和地應力的要求，有選擇的定向射孔和割縫。該技術已在現場應用了10多口井，施工效果良好。

中國專利申請第200510072121.8號，公開了一種“水平井壓裂方法”，該方法主要的缺陷在于：在水平井段無法控制裂縫起裂位置、不能實現分段壓裂。此外，通過階梯降排量分析孔眼摩阻、由此判斷進液孔數，這在現場施工中難以操作，從而導致投入的暫堵劑數量不準，不能有效封堵已經壓開的裂縫；再者，封堵劑的工作可靠性也會嚴重影響對已壓開裂縫的封堵效果。

中國專利第200710179500.6號，闡述了一種磨料射流井下射孔、割縫分層壓裂的方法，該方法是集磨料射孔、水力封隔和壓裂一體化的新技術，不用下入機械式封隔器，即可依次實現壓裂多個層段。

目前公知的技術中對水力噴射壓裂方法、井下工具結構等方面研究較為充分，但對水力噴射壓裂機理研究的實驗裝置方面，尚未見到報道。

有鑒于上述公知技術存在的缺陷，本發明人根據多年從事本領域和相關領域的生產設計經驗，研制出本發明的檢測模擬實際工況水力噴射壓裂孔內壓力分布的實驗裝置，通過模擬高速射流噴射時地層孔眼內的壓力分布情況，得到可靠的實驗數據。

發明內容

本發明的目的是提供一種檢測模擬實際工況水力噴射壓裂孔內壓力分布的實驗裝置，以檢測到模擬射孔孔眼內壓力隨軸向位置的變化情況，為水力噴射壓裂機理研究提供可靠的實驗數據，為現場施工工藝設計提供理論和實驗基礎。