[發明專利]一種滲流力大小及其對地層有效應力影響的測量裝置及方法

有效

• 申請號: 201811039530.1
• 申請日: 2018-09-06
• 公開（公告）號: CN109239310B
• 公開（公告）日: 2021-05-04
• 發明（設計）人: 周德勝;鄭鵬;李欣儒;劉婭菲;馬先林;李萌;楊靜雯
• 申請（專利權）人: 西安石油大學
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24;G01N1/08;G01L5/00;G01B21/32
• 代理公司: 深圳市韋恩肯知識產權代理有限公司 44375
• 代理人: 黃昌平

本發明涉及油氣田開發技術領域，具體涉及一種滲流力大小及其對地層有效應力影響的測量裝置及方法，包括下承載臺上部固定有壓力測試裝置，水儲集室安裝有滲出水排放管，下承載臺上部安裝有圍壓加載室，下承載臺放置樣品，樣品的外壁等間距分布有10個測點，樣品的上端面和下端面分別放置有上滲透性承壓鋼片和下滲透性承壓鋼片，樣品放置在透明橡膠套內部，上滲透性承壓鋼片的上面設置軸壓加載裝置，軸壓加載裝置與軸壓伺服電機相連，上滲透性承壓鋼片通過鋼管線分別與真空泵和孔壓加載系統連接，圍壓加載室通過鋼管線與圍壓加載系統連接，圍壓加載室的外壁一側設置有透明觀測窗。本發明可以提高測量的有效性和準確性，使測試計算結果更加精確。

技術領域

本發明涉及油氣田開發技術領域，具體涉及一種滲流力大小及其對地層有效應力影響的測量裝置及方法。

背景技術

水力壓裂技術是非常規油氣儲層油氣開采的重要手段。其核心思想是通過向地層裂縫中注入大排量的高壓流體，迅速提高縫內壓力，使裂縫沿尖端產生破裂和延伸。然而同時，高壓流體也會沿裂縫壁面產生濾失，由作用力與反作用力的原理可知，這部分濾失掉的流體，在較高壓力梯度下會在裂縫壁面附近產生隨裂縫面距離變化而變化的附加力，改變裂縫性地層原有的有效應力，我們將這種力稱為滲流力。

滲流力的概念目前僅被應用于土力學，用來研究流體在土體中滲流時，沿流體流動方向對土顆粒的推動、摩擦和拖曳作用，它們綜合形成的作用于土骨架的力。現有關于滲流力的量測裝置及方法都是基于土體顆粒的，由于土顆粒松散的結構特征，不需要考慮垂直于流體流動方向的有效應力變化，且不適用于測量堅硬裂縫性地層在高壓流體作用下產生的滲流力，使得試驗量測和計算方式均不能滿足對于裂縫性地層的研究。

在目前的水力壓裂試驗中，試樣中孔隙壓力為定值，沒有對裂縫壁面附近滲流力大小及滲流力引起的裂縫性地層有效應力進行測量的裝置及方法。鑒于現有技術的滲流力測量方法沒有將堅硬的裂縫性地層納入考慮范圍，而水力壓裂試驗又沒有對滲流力進行研究，不能真實反映水力壓裂時裂縫壁面附近有效應力變化。因此提出一種新的測試裝置及方法，用來計算在高注入壓力下產生的滲流力大小及其對裂縫性地層有效應力的改變。

發明內容

針對現有技術只是對土體顆粒模型下滲流力進行測量實驗的技術現狀，本發明的目的旨在提供一種滲流力大小及其對地層有效應力影響的測量裝置及方法，適用于裂縫性地層受滲流力作用時。

本發明提供的一種滲流力大小及其對地層有效應力影響的測量裝置及方法，測量裝置包括：下承載臺，下承載臺上部固定有壓力測試裝置，水儲集室，水儲集室安裝有滲出水排放管，下承載臺上部安裝有圍壓加載室，并且圍壓加載室外部安裝有非接觸式三維形變測量系統，下承載臺放置樣品，樣品的外壁等間距分布有10個測點，樣品上端面和下端面分別放置有上滲透性承壓鋼片和下滲透性承壓鋼片，樣品放置在透明橡膠套內部，上滲透性承壓鋼片的上面設置軸壓加載裝置，軸壓加載裝置與軸壓伺服電機相連接，上滲透性承壓鋼片通過鋼管線分別與真空泵和孔壓加載系統連接，圍壓加載室通過鋼管線與圍壓加載系統連接，圍壓加載室的外壁一側設置有透明觀測窗，軸壓伺服電機、圍壓加載系統、孔壓加載系統、真空泵、非接觸式三維變形測量系統、流壓傳感器、壓力測試裝置均與終端控制系統電連接。

進一步的，滲出水排放管安裝有閥門。

進一步的，圍壓加載室由外壁和端蓋構成，端蓋安裝有排氣閥。

進一步的，孔壓加載系統、圍壓加載系統、真空泵連接的鋼管線上安裝有閥門。

一種滲流力大小及其對地層有效應力影響的測量方法，包括以下步驟：

(1)利用鉆井工具取地下巖心，選取結構完整的巖心，并加工成直徑50cm、高100cm的圓柱形樣品，將樣品置于圍壓加載室，在樣品的外壁自上而下等間距標記11個點作為測點，分別給樣品的頂部和底部放置與樣品半徑相等的上滲透性承壓鋼片和下滲透性承壓鋼片，然后將樣品套入透明橡膠套；