[發明專利]一種新的真三軸壓裂滲流試驗裝置與方法

在審

• 申請號: 202010188888.1
• 申請日: 2020-03-17
• 公開（公告）號: CN111272576A
• 公開（公告）日: 2020-06-12
• 發明（設計）人: 梁衛國;姜玉龍;李文達;武鵬飛
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: G01N3/18
• 分類號: G01N3/18;G01N3/12;G01N3/02;G01N15/08
• 代理公司: 太原市科瑞達專利代理有限公司 14101
• 代理人: 王思俊

本發明公開了一種新的真三軸壓裂滲流試驗裝置與方法，屬于巖石力學及油氣藏開采領域，其特征主要由模型系統（1）、水力壓裂系統（2）、三軸應力加載及控制系統（3）、壓力測量系統（4）、溫控系統（5）、滲流?增壓系統（6）、管閥件系統（7）、數據采集處理系統（8）、聲發射系統（9）、操作臺（10）及復合相態流體監測系統（11）等部分組成。該實驗裝置可模擬原位條件下不同壓裂介質壓裂含孔隙壓力多孔巖石的真三軸壓裂過程，可考慮地層流體與壓裂介質相互作用影響，并能模擬含天然氣儲層壓裂過程，解決現有設備只能壓裂零孔隙壓力多孔巖石的問題。此外，此壓裂滲流設備通過分別計量不同方向的流量并結合上下游壓力差實現各向異性滲透率測量，進而對比壓裂前后滲透率值確定不同壓裂介質的各向異性壓裂效果。

技術領域

本發明一種新的真三軸壓裂滲流試驗裝置與方法，屬于巖石力學與油氣藏開發領域，主要適用于原位條件下不同壓裂介質真三軸壓裂含孔隙壓力多孔巖石并測量各向異性滲透率的研究，重點揭示不同壓裂介質的含孔隙壓力多孔巖石的裂縫起裂擴展規律、各向異性壓裂效果特征，實現壓裂介質與地層流體相互作用下的壓裂試驗模擬。

背景技術

我國非常規油氣資源十分豐富，但由于其低滲特性儲層需要壓裂才能實現經濟開采。除了已廣泛應用的水力壓裂技術，無水（干法）壓裂技術（液態CO₂，液氮，超臨界CO₂（ScCO₂），LPG）也備受關注。此外，隨著油氣儲層埋藏深度的增加，孔隙（地層）壓力逐漸增加，其壓裂過程不能忽略地層原始孔隙壓力對地層壓裂效果的影響。此外，不同壓裂介質可能與地層孔隙流體發生作用進而影響其壓裂效果，例如ScCO₂會與地層水結合生成碳酸溶蝕地層。

目前隨著油氣資源的開采技術的不斷革新與發展，在壓裂裝置與方法近年來取得了需要重要的研究成果，涉及的壓裂滲流的裝置與方法的專利也已經取得了重要的突破，但其專利基本只對零孔隙壓力巖石試件開展壓裂試驗，針對含孔隙壓力巖石的真三軸壓裂滲流裝置與方法方面的專利極為缺少。針對壓裂滲流裝置與方法的專利能夠獲得如現有的公開號為：成都理工大學的“一種保持巖石應力實現不同方向滲流的真三軸夾持裝置（CN108362622 A）”屬于油氣實驗技術領域，該試驗裝置通過測量同一方向巖石試件兩壁面的流量與壓力差，實現真三軸地應力條件下的各向異性滲透率測量。本發明裝置與上述發明不同之處在于本裝置通過井眼注入流體后同時測量巖石試件不同方向流量確定滲透率的各向異性。中國石油大學（北京）的“一種超臨界二氧化碳壓裂模擬試驗裝置（CN106404549 A）”可開展飽和孔隙壓力條件下的ScCO₂壓裂試驗，裝置無密封膠套，孔隙壓力加載的實現方式是圍壓腔流體通過應力加載面縫隙向巖石時間加孔隙壓力，且不能實現滲透率的測量。本發明裝置與之相比含有三維密封膠套，并通過多孔槽板的應力加載面實現孔隙壓力加載，且能測量各向異性滲透率。東北大學的“一種模擬頁巖氣壓壓裂過程的實驗裝置及實驗方法（CN201410235314.X）”，中國科學院武漢巖土力學研究所的“一種可實現水壓致裂試驗的真三軸壓力裝置（CN201210084189.8）”，太原理工大學的“一種煤巖高溫高壓真三軸壓裂滲流試驗裝置與試驗方法（CN104655495B）”均是針對零孔隙壓力多孔巖石，且未加密封膠套實現真正的壓裂前后的滲透率評價。

綜上，急需研發一種不同壓裂介質真三軸壓裂含孔隙壓力多孔巖石壓裂及滲流測量裝置與試驗方法，進而探究不同壓裂介質與地層流體相互作用下的多孔巖石裂縫起裂擴展規律，評價壓裂前后的各向異性滲透率的變化，綜合評估不同施工參數下的壓裂介質的壓裂效果。

發明內容

本發明一種新的真三軸壓裂滲流試驗裝置與方法，解決現有裝置不能壓裂含孔隙壓力多孔巖石試件的弊端，且真正實現原位條件下壓裂前后各向異性滲透率測量。

為了解決上述技術問題，本發明通過以下方式實現：