[發明專利]一種定制脈沖式沖擊破巖模擬實驗裝置及其實驗方法

有效

• 申請號: 201610967591.9
• 申請日: 2016-10-31
• 公開（公告）號: CN106525686B
• 公開（公告）日: 2019-04-16
• 發明（設計）人: 吳飛鵬;譚鑫宇;楊旭達;張驍陽;劉恒超;劉楊;李悅靜
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08;E21B25/00
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 王緒銀

本發明涉及一種定制脈沖式沖擊破巖模擬實驗裝置及其實驗方法。定制脈沖式沖擊破巖模擬實驗裝置，包括沖擊巖樣夾持模塊和定制脈沖發生模塊；沖擊巖樣夾持模塊設置在定制脈沖發生模塊的下方。本發明所述定制脈沖式沖擊破巖模擬實驗裝置，操作簡單、容易安裝且模擬效果好；可模擬井筒內高能氣體壓裂的動態過程的一種定制脈沖式沖擊破巖模擬實驗裝置及其實驗方法。

技術領域

本發明涉及一種定制脈沖式沖擊破巖模擬實驗裝置及其實驗方法，屬于石油開發實驗裝置的技術領域。

背景技術

隨著我國經濟的不斷發展，以及石油工業的不斷壯大，我國陸上的石油開發已進入深層和低滲透，乃至超低滲透等難以開采的原油開發時期。近期已探明的油氣田，大多數儲層類型豐富多樣、埋藏深度大、開發技術要求高、開發成本較大。對于此類油氣藏，高能氣體壓裂技術具有其他壓裂技術無法比擬的優點：可在瞬間壓開多條裂縫、污染小、不受地層水敏酸敏性質的影響、操作過程簡單、成本較低。因此，在今后的油氣田開發中，高能氣體壓裂技術將具有較廣泛的應用前景。

高能氣體壓裂技術(簡稱為HEGF)又稱為爆燃壓裂技術，它是以爆炸壓裂的技術作為基礎又與爆炸壓裂技術有所區別的一項新技術，經過逐步的發展，該技術在上世紀90年代開始流行起來并逐漸應用于現場。它的基本原理是把火藥或者推進劑通過設備安放在井底點燃使其爆燃，火藥或推進劑燃爆過程中會產生大量的高溫高壓氣體，這些氣體將沿著射孔進入油氣層，在壓開了多條徑向裂縫的同時溝通了天然存在的裂縫。在高能氣體壓裂過程中，會產生酸化作用、熱化學作用等多種作用，這些作用可以清除近井帶由于鉆井、射孔等所造成堵塞和污染帶，從而提高近井帶的滲透率并且達到使油氣田增產的目的。

雖然高能氣體壓裂以及復合壓裂技術在一定范圍內有應用，但由于儲層的情況復雜和必要的測試手段的欠缺等方方面面存在的限制，雖然高能氣體壓裂技術在現場工藝方面發展很快，但是，在相關機理研究方面，尤其在既能有效的在油氣層壓開多條裂縫又不會對套管產生破壞的合理裝藥量的定量計算以及相關工藝參數設計上還比較欠缺，已成為制約該技術大面積現場推廣的關鍵因素。

目前，研究巖石在受到強動載沖擊作用下的破裂壓力，目前主要應用的方法為霍普金森壓桿(SHPB)實驗和通過巖石動態損傷裝置進行實驗，但是前者不能直接模擬圓形孔眼內部的加載破壞，后者實驗的加載速率及其沖擊能量受到支架高度和重力加速度的限制，并且在實驗的過程中由于重物與柱塞的反復運動造成了多次加載沖擊，增加了實驗誤差，由此可見，對于強動載沖擊破巖模擬實驗裝置還需進一步的改進和提高。

由此，本發明將提供一種定制脈沖式沖擊破巖模擬實驗裝置及其實驗方法，可實現10～110kg(間隔為10kg)的重物做距離為0～2.0m的下落運動。通過選擇勁度系數不同的彈簧進行組合，同時調節重物的高度及其質量，實現加載速率及沖擊能量的定量化。在實驗過程中，重物下落撞擊內活動柱塞向中心孔眼內的流體加壓，外活動柱塞在軸向方向向實驗巖樣施加壓力，通過安裝在不同位置的3個壓力傳感器測試實驗巖樣中心孔眼內流體壓力和巖芯圍壓的變化規律，以及計算巖芯滲透率變化時所需的徑向流體壓差，從而探究強動載沖擊過程壓力和巖石在定制脈沖沖擊作用前后的物性變化規律。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種定制脈沖式沖擊破巖模擬實驗裝置。

本發明還提供一種利用上述裝置進行定制脈沖式沖擊破巖模擬實驗的方法。

發明概述：

一種室內模擬高能氣體壓裂過程的實驗系統及其應用方法，具體涉及到定量設計不同的加載速率和沖擊能量，對不同尺寸的模擬巖芯進行沖擊破巖室內模擬實驗，近似模擬地層中的高能氣體壓裂的動態加載過程，并依此分析巖石在動載沖擊作用下的應變量，研究巖石性質、加載參數、應力水平等對巖石沖擊的應變量、破裂壓力、裂縫條數的影響規律，從而對高能氣體壓裂的動態加載過程的研究提供支撐。

術語說明：