[發(fā)明專利]一種基于應(yīng)力路徑的水力壓裂試驗(yàn)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710578514.9
• 申請(qǐng)日: 2017-07-17
• 公開（公告）號(hào): CN107589020B
• 公開（公告）日: 2018-07-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王洪建;趙菲;陳世仲;黃志全;董金玉;于懷昌;袁廣祥;姚亞明;吳琦
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華北水利水電大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N3/12
• 分類號(hào): G01N3/12
• 代理公司: 鄭州中原專利事務(wù)所有限公司 41109
• 代理人: 王曉麗

本發(fā)明的基于應(yīng)力路徑的水力壓裂試驗(yàn)方法能夠模擬頁巖不同結(jié)構(gòu)面傾角、不同三向應(yīng)力狀態(tài)及不同的擾動(dòng)荷載下的水力壓裂過程，壓裂試件及整體試驗(yàn)過程與原位壓裂頁巖儲(chǔ)層具有典型相似性。根據(jù)不用應(yīng)力路徑的試驗(yàn)設(shè)計(jì)，在依據(jù)地質(zhì)深度設(shè)定的不同級(jí)別的荷載應(yīng)力狀態(tài)下做單向增壓降壓、雙向增壓降壓擾動(dòng)壓裂試驗(yàn)。本發(fā)明真三軸狀態(tài)擾動(dòng)荷載作用下的頁巖壓裂過程和破裂特征，為了解和掌握附加應(yīng)力場(chǎng)影響下頁巖體積壓裂效果研究奠定了基礎(chǔ)，同時(shí)能為現(xiàn)場(chǎng)多級(jí)多井壓裂提供理論與技術(shù)支持。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及頁巖儲(chǔ)層改造中的水力壓裂增產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于應(yīng)力路徑的水力壓裂試驗(yàn)方法。

背景技術(shù)

隨著我國頁巖氣勘探開采力度逐漸加大，頁巖儲(chǔ)層的大規(guī)模體積壓裂作為影響產(chǎn)能的核心科學(xué)技術(shù)，越來越多的得到重視。我國海陸相沉積頁巖及頁巖儲(chǔ)層基質(zhì)滲透率極低，頁巖物性差異大，而且脆度比北美頁巖低，這樣就制約著壓裂作業(yè)頁巖儲(chǔ)層立體縫網(wǎng)的形成，不能有效的形成頁巖氣流通道，達(dá)不到工業(yè)化開采的目的。

針對(duì)以上問題，采用新的工藝和壓裂手段勢(shì)在必行。水平井分段多簇、多井同步或者脈沖法體積壓裂是實(shí)現(xiàn)頁巖儲(chǔ)層有效改造的新型工藝。這些尚處于起步階段的體積壓裂新方法，在儲(chǔ)層壓裂過程中會(huì)對(duì)附近頁巖體產(chǎn)生壓力擾動(dòng)，改變儲(chǔ)層所處的地應(yīng)力環(huán)境，目的是實(shí)現(xiàn)和控制壓裂裂縫的形成和轉(zhuǎn)向，達(dá)到有效立體縫網(wǎng)的形成。在新的壓裂工藝上，大量學(xué)者通過對(duì)壓裂儲(chǔ)層應(yīng)力場(chǎng)的疊加效應(yīng)、水力壓裂裂縫網(wǎng)絡(luò)的密度及表面積、裂縫轉(zhuǎn)向形成網(wǎng)狀裂縫的力學(xué)條件等方面的研究，均指出擾動(dòng)荷載作用對(duì)儲(chǔ)層有效體積改造提高產(chǎn)能的重要性。

但是，真實(shí)頁巖儲(chǔ)層受到構(gòu)造應(yīng)力、流體壓力、重力、熱應(yīng)力等應(yīng)力場(chǎng)的疊加作用，應(yīng)力狀況復(fù)雜多變，在多井或多級(jí)壓裂改造中，各段之間可能產(chǎn)生應(yīng)力陰影導(dǎo)致應(yīng)力抵消，將在一定程度上阻止裂縫的延伸，減少壓開儲(chǔ)層的體積。這種情況在儲(chǔ)層壓裂改造過程應(yīng)盡量避免，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)壓裂儲(chǔ)層的地應(yīng)力變化情況，適時(shí)調(diào)整流體注射壓力，合理設(shè)計(jì)多級(jí)及多井壓裂實(shí)施方案。利用室內(nèi)模擬試驗(yàn)研究這種復(fù)雜的應(yīng)力場(chǎng)對(duì)頁巖儲(chǔ)層壓裂改造效果的影響，可用于指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)壓裂，但是目前尚沒有針對(duì)這種復(fù)雜的應(yīng)力場(chǎng)對(duì)頁巖壓裂改造的室內(nèi)模擬試驗(yàn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，目前尚沒有針對(duì)復(fù)雜應(yīng)力場(chǎng)對(duì)頁巖壓裂改造的室內(nèi)模擬試驗(yàn)。

本發(fā)明的目的是提供一種基于應(yīng)力路徑的水力壓裂試驗(yàn)方法，結(jié)合頁巖儲(chǔ)層原始地應(yīng)力狀態(tài)并室內(nèi)模擬地應(yīng)力環(huán)境，為現(xiàn)場(chǎng)多級(jí)多井壓裂提供理論與技術(shù)支持，提高儲(chǔ)層壓裂改造效果。

一種基于應(yīng)力路徑的水力壓裂試驗(yàn)方法包括：

將天然巖石塊切割成預(yù)設(shè)尺寸的立方體巖石塊，在立方體巖石塊外面包裹材料與天然巖石相似的混凝土，制作成壓裂試件；

在所述壓裂試件中心鉆出預(yù)設(shè)直徑和深度的圓孔作為井筒，在所述井筒內(nèi)安裝壓裂液注射管并密封固定，注射管底部與圓孔底部之間留有預(yù)設(shè)距離；

根據(jù)巖體所處的原始地應(yīng)力狀態(tài)，設(shè)定真三軸狀態(tài)三向載荷，對(duì)所述壓裂試件進(jìn)行真三軸狀態(tài)三向荷載作用下水力壓裂試驗(yàn)。

所述真三軸狀態(tài)三向荷載作用下水力壓裂試驗(yàn)包括真三軸狀態(tài)三向恒定荷載作用下水力壓裂試驗(yàn)，所述真三軸狀態(tài)三向恒定荷載作用下水力壓裂試驗(yàn)包括：

根據(jù)巖體所處的原始地應(yīng)力狀態(tài)，設(shè)定真三軸狀態(tài)三向載荷：第一水平載荷、第二水平載荷、以及垂向載荷的最大值；

對(duì)所述壓裂試件施加真三軸狀態(tài)三向載荷的最大值并保持不變，同時(shí)用壓裂液注射管以預(yù)設(shè)速率向井筒內(nèi)注入壓裂液，直至試件破裂；

記錄試驗(yàn)過程數(shù)據(jù)，包括試件起裂時(shí)井筒中的注射壓力P_i、試件被壓裂破壞時(shí)的注射壓力P_f，以及試驗(yàn)開始至試件起裂所需的時(shí)間T_i和試驗(yàn)開始至試件破裂所需的時(shí)間T_f。