[發明專利]六邊形邊界的水力壓裂物理模擬試驗裝置及其試驗方法

有效

• 申請號: 201810050840.7
• 申請日: 2018-01-18
• 公開（公告）號: CN110160877B
• 公開（公告）日: 2022-03-22
• 發明（設計）人: 馮建偉;徐珂;商琳;王志坤
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: G01N3/12
• 分類號: G01N3/12
• 代理公司: 北京東方盛凡知識產權代理事務所(普通合伙) 11562
• 代理人: 宋平

本發明公開了一種六邊形邊界的水力壓裂物理模擬試驗裝置及使用該裝置進行水力壓裂物理模擬試驗的方法，六邊形邊界的水力壓裂物理模擬試驗裝置包括六邊形設計的承壓釜桶、釜桶頂蓋、安全控制系統和支架系統，桶蓋和桶壁均設有單向液壓活塞；本發明的試驗裝置及試驗方法能夠使得模擬結果更接近實際工程地質情況，更好地適用于地下深層圍壓條件，對于認知低滲透儲層壓裂縫真實發育規律、指導現場壓裂施工具有很好地促進意義，而且可操作性強，便于技術推廣。

技術領域

本發明涉及石油開發領域，具體地涉及能夠逼近真實地層環境的一種六邊形邊界的水力壓裂物理模擬試驗裝置以及使用該六邊形邊界的裝置進行水力壓裂物理模擬試驗的方法。

背景技術

隨著油氣勘探與開發的不斷深入，低滲透儲層逐漸成為國內外油氣勘探與開發的重要對象，有著分布廣泛、埋藏深度大、儲層變化大、滲透率低、非均質性強、油水關系復雜、儲量難以動用等特點。因此，在進行低滲透油藏開采時，常常需要對儲層進行增產改造。水力壓裂技術是當前有效開發低滲透油氣藏的必不可少且行之有效的增產工藝技術。為了深入掌握油田水力壓裂過程、從機理上認識影響水力壓裂過程的因素，必須進行大量的水力壓裂物理模擬試驗，所以水力壓裂物理模擬試驗的裝置以及試驗的方法至關重要。中國礦業大學、中國石油研究院廊坊分院、中國石油大學(北京)等科研院所均組建有大尺寸真三軸模擬試驗系統，可以對壓裂試件提供壓裂所需的地應力及壓裂過程中的數據監測與記錄工作，但是該模擬裝置仍存在不足，未能全面監測裂縫的延伸過程，如壓裂實驗過程中圍壓的設定很難達到地下實際應力條件，只是停留在簡化條件下施加雙向不等圍壓的層面上，未能體現地下由最大主應力逐漸向最小主應力過渡的特點，所獲得的壓裂縫形態及產狀與實際效果很難吻合。

發明內容

本發明目的是克服上述技術中的不足，提供一種更接近地下實際應力、模擬真實性強、實用性強的水力壓裂物理模擬試驗裝置以及水力壓裂物理模擬試驗方法。

本發明解決技術問題采用如下技術方案：

一種六邊形邊界的水力壓裂物理模擬試驗裝置,包括釜桶頂蓋、承壓釜桶、安全控制系統和支架系統，所述的承壓釜桶為六邊形設計，分為上桶壁、下桶壁，兩部分通過卡槽式合在一起，中間通過擰緊螺絲擰緊，承壓釜桶的底蓋的開口與安全控制系統相連接。

作為本發明水力壓裂物理模擬試驗裝置的一種優選，所述的承壓釜桶的桶壁設有單向液壓活塞共36個，垂直向上等間距排列，在平面上圍繞桶壁的六個邊固定，單向液壓活塞的控制管線直接穿過桶壁；所述的釜桶頂蓋下部連接6個單向液壓活塞，活塞的壓頭呈等邊三角形形狀，頂蓋與承壓釜桶之間墊有密封膠套,其中，6個單向液壓活塞呈兩排排列，每排3個。

作為本發明水力壓裂物理模擬試驗裝置的進一步優選，所述的釜桶頂蓋還包括活塞控制管線和穩壓水力壓裂泵，所述的活塞控制管線與單向活塞相連接并穿過頂蓋，所述的連續注入水管向上穿過固定螺絲與頂蓋的開孔焊接在一起，外接穩壓水力壓裂泵，所述的釜桶頂蓋和承壓釜桶壁之間通過6個擰緊螺絲、固定螺絲固定密封在一起。

作為本發明水力壓裂物理模擬試驗裝置的更進一步優選，所述的承壓釜桶內放置六邊形實驗巖樣，巖樣周圍用高強度膠囊封閉，巖樣內插入模擬井筒，所述的模擬井筒分為金屬井筒和裸眼井段，所述的模擬井筒與連續注入水管之間通過密封螺絲擰緊后連接在一起，在頂蓋與巖樣相連接的部位安裝單向閥門，以保證裸眼段注入液的瞬時起裂壓力。

作為本發明水力壓裂物理模擬試驗裝置的更進一步優選，所述的安全控制系統包括出水口、傳導管線和溫壓測量計，依次排列安置在承壓釜桶底蓋上，所述的出水口裝有安全閥門，用于試驗結束后釋放液體，穩壓測量計可直接實時監測釜桶內機油液壓和溫度，所述的傳導管線內接巖石樣品外圍的探頭，外接聲發射接收儀，以保證壓裂過程中的實施監測。

作為本發明水力壓裂物理模擬試驗裝置的更進一步優選，所述的支架系統包括固定螺絲和固定支架，固定支架的高度可通過圍繞承壓桶等間距排列的6個固定螺絲調整以保證承壓釜桶的平穩放置。