[發(fā)明專利]六邊形邊界的水力壓裂物理模擬試驗(yàn)裝置及其試驗(yàn)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810050840.7
• 申請(qǐng)日: 2018-01-18
• 公開（公告）號(hào): CN110160877B
• 公開（公告）日: 2022-03-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馮建偉;徐珂;商琳;王志坤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)石油大學(xué)（華東）
• 主分類號(hào): G01N3/12
• 分類號(hào): G01N3/12
• 代理公司: 北京東方盛凡知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11562
• 代理人: 宋平

1.一種六邊形邊界的水力壓裂物理模擬試驗(yàn)裝置,包括釜桶頂蓋、承壓釜桶、安全控制系統(tǒng)和支架系統(tǒng)，其特征在于，所述的承壓釜桶為六邊形設(shè)計(jì)，分為上桶壁(21)、下桶壁(22)，兩部分通過(guò)卡槽式合在一起，中間通過(guò)第一擰緊螺絲(23)擰緊，承壓釜桶的底蓋(24)的開口與安全控制系統(tǒng)相連接；

其中，所述的承壓釜桶的桶壁設(shè)有第一單向液壓活塞(27)共36個(gè)，垂直向上等間距排列，在平面上圍繞桶壁的六個(gè)邊固定，第一單向液壓活塞(27)的控制管線(212）直接穿過(guò)桶壁；頂蓋(11)下部連接6個(gè)第二單向液壓活塞(15)，第二單向液壓活塞（15）的第一壓頭(16)呈等邊三角形形狀，頂蓋與承壓釜桶之間墊有密封膠套，其中，6個(gè)第二單向液壓活塞(15)呈兩排排列，每排3個(gè)；

所述的釜桶頂蓋還包括活塞控制管線(17)和穩(wěn)壓水力壓裂泵(18)，所述的活塞控制管線(17)與第二單向液壓活塞(15)相連接并穿過(guò)頂蓋(11)，連續(xù)注入水管(14)向上穿過(guò)第一固定螺絲(13)與頂蓋(11)的開孔焊接在一起，外接穩(wěn)壓水力壓裂泵(18)，頂蓋(11)和承壓釜桶壁(21)(22)之間通過(guò)6個(gè)第二擰緊螺絲(12)、第一固定螺絲(13)固定密封在一起；

所述的承壓釜桶內(nèi)放置六邊形的實(shí)驗(yàn)巖樣(214)，巖樣周圍用高強(qiáng)度膠囊(213)封閉，巖樣內(nèi)插入模擬井筒(210)，所述的模擬井筒(210)分為金屬井筒和裸眼井段(211)，所述的模擬井筒(210)與連續(xù)注入水管(14)之間通過(guò)密封螺絲擰緊后連接在一起，在頂蓋(11)與實(shí)驗(yàn)巖樣(214)相連接的部位安裝單向閥門(29)；

所述的安全控制系統(tǒng)包括出水口(31)、傳導(dǎo)管線(32)和溫壓測(cè)量計(jì)(33)，依次排列安置在承壓釜桶底蓋(24)上，所述的出水口(31)裝有安全閥門，所述的傳導(dǎo)管線(32)內(nèi)接巖石樣品外圍的探頭，外接聲發(fā)射接收儀；

所述的支架系統(tǒng)包括第二固定螺絲(41)和固定支架(42)，固定支架(42)的高度可通過(guò)圍繞承壓桶等間距排列的6個(gè)第二固定螺絲(41)調(diào)整以保證承壓釜桶的平穩(wěn)放置；

所述穩(wěn)壓水力壓裂泵(18)為一高壓水泵，前端安裝有穩(wěn)壓增壓器，壓裂液中含有示蹤劑黃色熒光粉；

連接管道是高強(qiáng)度壓力管，受壓力大于50MPa；第一單向液壓活塞(27)和第二單向液壓活塞（15）所能提供的壓力大于50MPa；所述的桶壁為高壓釜，受壓力大于100MPa；所述的承壓釜桶的壁、頂蓋、底蓋厚20cm；所述的釜桶內(nèi)部邊與邊之間的垂直距離為30cm。

2.一種水力壓裂物理模擬試驗(yàn)方法，使用權(quán)利要求1所述的六邊形邊界的水力壓裂物理模擬試驗(yàn)裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)，其特征在于，包括以下步驟：

1）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)壓裂測(cè)試、巖石聲發(fā)射測(cè)試、差應(yīng)變測(cè)試、聲速各向異性測(cè)試，獲取最大主應(yīng)力方向及主應(yīng)力值，通過(guò)力的合成分解求取六邊形邊界上的應(yīng)力大小，同時(shí)求取不同深度段的梯度應(yīng)力值，獲取真實(shí)低滲透儲(chǔ)層的壓力和含水性數(shù)據(jù)，并根據(jù)擬獲得的實(shí)驗(yàn)效果，選取壓裂液、濃度及壓裂所需壓力，加入熒光粉；

2）按照相似材料比例系數(shù)配置巖石樣品材料，并壓制成低滲透巖樣，邊界切割成六邊形柱狀體，周圍涂上高強(qiáng)度膠體(213)，封閉制成模擬實(shí)驗(yàn)巖樣(214)，頂部中間設(shè)置好模擬井筒(210)和裸眼段(211)；

3）打開承壓釜桶頂蓋(11)，把實(shí)驗(yàn)巖樣(214)放置在底蓋(24)的卡槽內(nèi)，啟動(dòng)桶內(nèi)36個(gè)第一單向液壓活塞(27)，將第二壓頭(28)對(duì)準(zhǔn)巖樣側(cè)面，根據(jù)測(cè)試分析結(jié)果調(diào)整不同深度的壓力數(shù)據(jù)，以模擬真實(shí)地層的垂向梯度應(yīng)力；

4）將機(jī)油注入承壓釜桶，將連續(xù)水管(14)和模擬井筒(210)擰緊，并安裝單向閥門(29)，封閉頂蓋(11)，立即啟動(dòng)第二單向液壓活塞(15)和第一壓頭(16)，以達(dá)到垂向應(yīng)力條件；

5）啟動(dòng)穩(wěn)壓水力壓裂泵(18)、溫壓測(cè)量計(jì)(33)和外接聲發(fā)射接收儀，當(dāng)達(dá)到實(shí)驗(yàn)方案設(shè)定壓力時(shí)，關(guān)閉壓裂泵(18)，提取聲發(fā)射資料，便于后期研究；

6）按照實(shí)驗(yàn)方案要求靜置直到設(shè)定時(shí)間；

7）打開出水閥門(31)，放空釜桶內(nèi)機(jī)油和壓裂液，取出實(shí)驗(yàn)巖樣(214)，進(jìn)行剖開研究或CT掃描，統(tǒng)計(jì)分析壓裂縫的形態(tài)、產(chǎn)狀及組合規(guī)律。