[發(fā)明專利]一種模擬洞穴型油藏開(kāi)發(fā)過(guò)程中應(yīng)力致塌的試驗(yàn)裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811278987.8
• 申請(qǐng)日: 2018-10-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109441440B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-04-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王海文;張津豪;劉一凡;繆媛媛;曹萌萌
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)石油大學(xué)（華東）
• 主分類號(hào): E21B49/00
• 分類號(hào): E21B49/00
• 代理公司: 北京中濟(jì)緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 趙園園

1.一種模擬洞穴型油藏開(kāi)發(fā)過(guò)程中應(yīng)力致塌的試驗(yàn)方法，其特征在于，所述試驗(yàn)方法利用試驗(yàn)裝置，所述的試驗(yàn)裝置包括3D碳酸鹽巖巖心、巖心箱體、電磁閥、圍巖層、夾持底座、注油泵、注水泵、抽汲裝置、儲(chǔ)液箱、井筒管路、壓力表、手動(dòng)閥和緩沖閥；

其中：3D碳酸鹽巖巖心通過(guò)3D打印技術(shù)獲得，原材料為強(qiáng)膠結(jié)的碳酸鹽巖顆粒，圍巖層采用弱膠結(jié)的不規(guī)則碳酸鹽巖顆粒；3D碳酸鹽巖巖心有三個(gè)洞穴，1號(hào)洞穴和3號(hào)洞穴外接有壓力表，1號(hào)洞穴與2號(hào)洞穴和3號(hào)洞穴通過(guò)裂縫連接，在裂縫處裝有電磁閥，2號(hào)洞穴與3號(hào)洞穴為上下層，通過(guò)2號(hào)井筒連接，井筒也裝有電磁閥；洞穴內(nèi)充有固體填充物和油水混合液體，固體填充物的組成為弱膠結(jié)不規(guī)則形狀碳酸鹽巖碎屑，油水混合液體通過(guò)注液泵注入；巖心箱體為正方體，設(shè)置一整面為觀察面，材料選用高強(qiáng)度有機(jī)玻璃，其余部分材料選用高強(qiáng)度鋼材，巖心箱體的上方空間為水壓部分，通過(guò)注水泵向其注水，箱體底端利用夾持底座固定；流體管路和井筒均選用高強(qiáng)度有機(jī)透明玻璃管，1號(hào)井筒和3號(hào)井筒與1號(hào)洞穴連通，2號(hào)井筒與2號(hào)洞穴和3號(hào)洞穴連通；1號(hào)井筒與抽汲裝置相連接，管路上依次裝有壓力表、緩沖閥和手動(dòng)閥，2號(hào)井筒和3號(hào)井筒與注水泵和抽汲裝置均連接，管路上依次裝有壓力表、緩沖閥和手動(dòng)閥；試驗(yàn)裝置中的所有注油泵、注水泵和抽汲裝置均與儲(chǔ)液槽連接；

所述試驗(yàn)方法方法包括：

(1)理論關(guān)系單元：在油氣生產(chǎn)過(guò)程中，洞穴坍塌的本質(zhì)原因是上覆巖層壓力和洞穴內(nèi)部壓力之差到達(dá)脆弱圍巖層的破裂臨界壓力，圍巖的力學(xué)穩(wěn)定性被打破；

(2)設(shè)計(jì)單元：用于根據(jù)巖石在應(yīng)力載荷下的受力狀態(tài)描述和臨界塌陷的力學(xué)參數(shù)評(píng)價(jià)，設(shè)計(jì)不同性質(zhì)與樣式的圍巖脆弱層，針對(duì)其影響因素進(jìn)行分析并設(shè)計(jì)試驗(yàn)裝置及流程；

(3)試驗(yàn)裝置：用來(lái)對(duì)洞穴模型進(jìn)行抽液注液，來(lái)模擬油氣生產(chǎn)過(guò)程的采油和注水注氣生產(chǎn)作業(yè)，同時(shí)改變生產(chǎn)制度來(lái)調(diào)節(jié)洞穴內(nèi)部壓力，模擬洞穴發(fā)生坍塌；

(4)結(jié)論評(píng)價(jià)單元：結(jié)合模擬不同的生產(chǎn)制度下洞穴坍塌過(guò)程，確定洞穴脆弱層最先產(chǎn)生新裂縫的地帶，計(jì)算洞穴塌陷臨界壓力，并對(duì)其坍塌程度進(jìn)行刻畫(huà)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的試驗(yàn)方法，其特征在于，所述理論關(guān)系單元還包括：洞穴坍塌臨界壓力、上覆巖層壓力和洞穴內(nèi)部壓力存在數(shù)學(xué)關(guān)系：P_臨界＝P_上覆-P_內(nèi)部，其中P_臨界為洞穴坍塌臨界壓力，P_上覆為上覆巖層壓力，P_內(nèi)部為洞穴內(nèi)部壓力；上覆巖層壓力P_上覆的取值，由設(shè)定的洞穴埋藏深度，通過(guò)壓強(qiáng)公式來(lái)模擬，應(yīng)用到的數(shù)學(xué)公式為：

P＝ρgH；

其中，ρ為上覆巖層平均密度，g為重力加速度，H為洞穴埋藏深度。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的試驗(yàn)方法，其特征還在于，所述設(shè)計(jì)單元包括：對(duì)圍巖層的巖性性質(zhì)進(jìn)行不同于其他處巖石巖性的設(shè)計(jì)，用于遵循實(shí)際中的圍巖層存在許多微裂隙、巖石力學(xué)強(qiáng)度較小、易破碎的原則；設(shè)計(jì)單拱型和雙拱形圍巖蓋層模式，用于根據(jù)巖石力學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定性的分析來(lái)研究圍巖層的形態(tài)構(gòu)造對(duì)洞穴塌陷的影響；在圍巖層中制造裂縫，用于研究裂縫對(duì)圍巖層破裂的影響。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的試驗(yàn)方法，其特征還在于，所述結(jié)論評(píng)價(jià)單元包括：確定圍巖層初始破裂位置，用于對(duì)圍巖層的強(qiáng)度最弱處的定位，判斷洞穴發(fā)生塌陷時(shí)的破裂形式；計(jì)算塌陷臨界壓力，用于確定圍巖層發(fā)生破壞而導(dǎo)致洞穴坍塌時(shí)，上覆巖層壓力與洞內(nèi)液體壓力的壓力差；描述洞穴坍塌程度，用于對(duì)油氣生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)力致塌現(xiàn)象進(jìn)行刻畫(huà)，以及洞穴坍塌造成的后果進(jìn)行定性分析。