[實用新型]一種模擬SAGD過程中水力壓裂作用機理的實驗裝置

有效

• 申請號: 201520717888.0
• 申請日: 2015-09-17
• 公開（公告）號: CN205154123U
• 公開（公告）日: 2016-04-13
• 發明（設計）人: 張廣清;趙波
• 申請（專利權）人: 中國石油大學(北京)
• 主分類號: E21B43/26
• 分類號: E21B43/26;E21B43/24;E21B49/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于巖石力學水力壓裂研究領域，具體涉及一種模擬SAGD過程中水力壓裂作用 機理的實驗裝置。

背景技術

中國及世界范圍內均具有豐富的稠油油藏資源，SAGD技術是當前稠油資源開發的重要 方式，然而隨著許多油田進入開發中后期，不斷出現高含水、低滲透、超稠油等開發難題， 油田產油量遞減嚴重，傳統的稠油熱采技術亟須創新升級。另一方面，水力壓裂是開發低滲 油氣藏主要的增產增注方式之一，對于提高油田采收率效果顯著。因此將兩種油氣資源開采 技術結合到一起，對于稠油油田增產意義重大，這就對SAGD技術與壓裂技術相結合的實驗 室研究，提出了新需求和新挑戰。

目前由于壓裂實驗設備的限制，大多數實驗室所開展的水力壓裂實驗均為常規水力壓裂 實驗，即僅考慮地應力條件對水力壓裂效果的影響，而忽略了高溫的影響。即使考慮溫度的 影響，通常也只是采用對實驗巖樣整體加熱的方式來開展實驗，這與SAGD過程中，注氣井 對地層的局部加熱作用存在較大差異。因此為了更加真實得模擬和探究SAGD過程中水力壓 裂的作用機理，發明該實驗裝置并提出了相應的實驗方法。

發明內容

為了解決上述現有實驗研究中存在的問題，本發明提供了一種模擬SAGD過程中水力壓 裂作用機理的實驗裝置，即模擬高溫高壓條件下的SAGD水力壓裂過程。

為此本發明所采用的技術方案是：

一種模擬SAGD過程中水力壓裂作用機理的實驗裝置，包括真三軸應力加載裝置、蒸汽 加熱裝置、壓裂裝置和聲發射監測裝置。真三軸應力加載裝置，所述真三軸應力加載裝置主 要包括千斤頂和圍壓筒，千斤頂之間形成了長方體形狀的壓力室，用于放置呈長方體形狀的 實驗巖樣。蒸汽加熱裝置，所述蒸汽加熱裝置包括溫度傳感器、蒸汽熱源以及預制于實驗巖 樣內部的熱蒸汽循環管線。壓裂裝置，所述壓裂裝置包括雙腔恒速注入泵、預制于實驗巖樣 內部的井筒以及連接井筒與雙腔恒速注入泵的壓裂液注入管線。聲發射監測裝置，所述聲發 射監測裝置包括聲發射儀、多個聲發射探頭，聲發射探頭通過數據線與聲發射儀連接，所有 聲發射探頭都埋設在事先預留的，位于實驗巖樣表面的凹槽里。該實驗裝置可以對實驗巖樣 施加三個方向的應力，并通過預制在實驗巖樣中的熱蒸汽循環管線，對實驗巖樣進行局部加 熱，從而真實模擬SAGD過程中，儲層所處的高溫高壓耦合應力狀態。同時通過預制在實驗 巖樣中的井筒，向實驗巖樣內注入壓裂液，以模擬和探究上述耦合應力狀態下的水力壓裂作 用機理，為水力壓裂現場施工方案設計和熱流固耦合理論研究提供有力的實驗支撐。

如上所述的一種模擬SAGD過程中水力壓裂作用機理的實驗裝置，其中所述蒸汽熱源可 以提供不同的加熱速率。

如上所述的一種模擬SAGD過程中水力壓裂作用機理的實驗裝置，其中所述熱蒸氣循環 管線在實驗巖樣中的位置，有多種布置方式，根據實驗目的的不同，選擇合理的熱蒸汽循環 管線布置方式。

如上所述的一種模擬SAGD過程中水力壓裂作用機理的實驗裝置，其中所述井筒的長度 不得超過實驗巖樣長度的一半。

如上所述的一種模擬SAGD過程中水力壓裂作用機理的實驗裝置，其中所述聲發射探頭 個數不得少于4個。

如上所述的一種模擬SAGD過程中水力壓裂作用機理的實驗裝置，其中所述實驗巖樣的 外形尺寸為300mm×300mm×600mm，井筒的外直徑為20mm，熱蒸汽循環管線外直徑為 10mm。

本發明所述一種模擬SAGD過程中水力壓裂作用機理的實驗裝置的工作方式是：

首先，針對不同的研究目的，確定蒸汽熱源的加熱速率，確定壓力室施加三向應力的大 小，確定熱蒸汽循環管線的布置方式，確定雙腔恒速注入泵的注入速率；然后采用真三軸應 力加載裝置，通過施加不同大小的三向應力，模擬實際地層的地應力狀態；采用蒸汽加熱裝 置，模擬SAGD過程中的注氣井，對實驗巖樣進行局部加熱，并通過溫度傳感器實時監測實 驗巖樣溫度，直至目標溫度；采用壓裂裝置來模擬水平井壓裂，通過雙腔恒速注入泵，以及 預制在實驗巖樣內部的井筒，以恒定速率向實驗巖樣內注入壓裂液，并實時采集井筒內壓裂 液的壓力；同時采用聲發射監測裝置，通過布置在實驗巖樣表面的多個聲發射探頭，接收由 于裂縫的起裂及擴展而產生的聲發射信號，并通過聲發射儀內置的軟件程序，對接收到的聲 發射信號進行定位處理，從而確定實驗巖樣內部裂縫的起裂位置以及整個裂縫面的空間位置。