[發明專利]一種模擬水平井爆燃壓裂的實驗裝置及其實驗方法

有效

• 申請號: 201710201960.8
• 申請日: 2017-03-29
• 公開（公告）號: CN106950125B
• 公開（公告）日: 2019-10-08
• 發明（設計）人: 吳飛鵬;譚鑫宇;楊旭達;張驍陽;李旭;劉恒超;蒲春生
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: G01N3/30
• 分類號: G01N3/30
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 顏洪嶺

本發明涉及一種模擬水平井爆燃壓裂的實驗裝置及其實驗方法，該實驗裝置包括巖樣夾持裝置、擺錘沖擊裝置和控制分析裝置；巖樣夾持裝置包括一缸體，在缸體內可放置不同特性的巖心，在缸體上設有井眼內壓進壓口、圍壓進壓口、圍壓泄壓口、出氣口和滲流通道出口，擺錘沖擊裝置包括擺錘、電動機、滾輪，電動機帶動滾輪轉動，滾輪推動擺錘撞擊缸體一端的活動柱塞，給缸體內的巖心加載沖擊力，并通過圍壓進壓口加載圍壓，通過井眼內壓進壓口加載內壓。本發明實驗裝置，可用于探究水平井筒內爆燃沖擊對于不同巖性、不同長度的巖心破壞響應，同時可實現精確的實驗控制操作并能夠進行有效的數據分析和統計，實驗效果良好，作用明顯。

技術領域

本發明涉及一種模擬水平井爆燃壓裂的實驗裝置及其實驗方法，屬于油氣井開發技術領域。

背景技術

隨著我國油氣勘探開發事業的發展，我國油氣開發事業已逐步將重點轉移到低滲透油藏上。低滲透油藏在我國分布廣泛、儲量豐富，但由于儲層類型多、滲透性差等原因，大部分低滲透油藏難以動用。對于此類油藏，在水平井內進行爆燃壓裂，與其他壓裂方式相比，具有較大的優點：作用時間短、有助于溝通人造裂縫與近井帶的天然裂縫、操作限制少、污染小、施工成本較低。綜上所述，水平井爆燃壓裂技術在今后的低滲透油藏開發中前景廣闊。

爆燃壓裂技術又稱為高能氣體壓裂技術(HEGF)，國外自上個世紀60年代便開展了對此項技術的研究，我國從1985年開始了此項技術的研究，該技術發展迅速并開始逐步應用于現場。它的基本作用機理如下：當火藥或推進劑在井下爆燃后會在毫秒級的時間內產生較大的峰值壓力，由于這一過程產生了較高的加壓速率，在地層中會產生徑向的多條裂縫，能夠在有效地穿透污染帶的同時溝通天然裂縫，提高油藏的滲透能力。在這一過程中，由于火藥或推進劑的燃燒放出一定的熱量、以及燃燒產生的氣體遇水形成酸液，可以清除堵塞并提升產量。

對于低滲透油藏，水平井增大了儲層的生產面積，提升了油藏的生產效率，有效的動用了不方便鉆井地區的儲層資源。目前對于水平井進行儲層改造主要運用水力壓裂的方法，相關理論及實驗研究日趨完善。但是，針對我國的實際情況，水力壓裂適用度并不太高，這主要是由于：一是水力壓裂作業所需水量巨大，但我國水資源有限；二是水力壓裂存在較大的污染隱患，容易對當地人民群眾的生產生活產生較大的威脅。

雖然爆燃壓裂技術在直井方面的研究及應用較為廣泛，但對于水平井儲層改造方面涉獵較少，在我國，有關于這一技術的研究更少之又少。水平井自身獨特的結構決定了水平井爆燃壓裂技術不同于直井，這一技術要滿足施工過程簡單、對近井帶無污染、生成的裂縫能夠長期不閉合等多個條件，但有關研究比較滯后，制約了這一技術在油田的應用。

目前，對于巖石在受到瞬間沖擊后相關應變量的研究主要通過霍普金森壓桿(SHPB)實驗和相關的垂直損傷裝置實現，但是，前者無法實現在巖心孔眼內部加壓，而后者則是在豎直方向上對巖心進行沖擊，無法實現對巖心的水平沖擊。

由此，本發明將提供一種室內模擬水平井爆燃壓裂實驗裝置及其實驗方法，可通過選擇勁度系數不同的拉伸彈簧、扭轉彈簧、及不同型號的擺錘頭進行組合，以及改變擺錘的旋轉角度從而改變水平沖擊的相關參數。實驗過程中，擺錘在受到拉伸彈簧、扭轉彈簧、及自身重力的作用繞滾輪軸轉動撞擊活動柱塞，活動柱塞向模擬井眼內的流體加壓，從而模擬水平井爆燃壓裂過程；通過不同位置的壓力傳感器記錄實驗過程中巖心內壓及圍壓的變化，并通過回壓閥等裝置收集并記錄巖石在受到水平沖擊作用前后滲流出的液體的流量及壓力的變化，從而探究巖石在受到水平沖擊作用前后的相關的物性變化規律。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種容易操作、實施安全且模擬效果較好的模擬水平井爆燃壓裂的實驗裝置。

本發明還提供上述模擬水平井爆燃壓裂的實驗裝置的實驗操作方法。

本發明的技術方案如下：

一種模擬水平井爆燃壓裂的實驗裝置，包括巖樣夾持裝置、擺錘沖擊裝置和控制分析裝置；