[發明專利]用于可變巖心尺寸的真三軸水力壓裂物理模擬設備及方法

有效

• 申請號: 202010243090.2
• 申請日: 2020-03-31
• 公開（公告）號: CN111366472B
• 公開（公告）日: 2022-10-21
• 發明（設計）人: 劉姍姍
• 申請（專利權）人: 北京愛新能智科技有限公司
• 主分類號: G01N3/12
• 分類號: G01N3/12
• 代理公司: 北京中企鴻陽知識產權代理事務所(普通合伙) 11487
• 代理人: 龐曉辰

本發明提供應用于用于可變巖心尺寸的真三軸水力壓裂物理模擬設備，包括液壓穩壓源、真三軸模擬試驗架和壓裂液綜合注入控制裝置，真三軸模擬試驗架與液壓穩壓源連接為壓裂實驗提供液壓，真三軸模擬試驗架與壓裂液綜合注入控制裝置連接，控制實驗過程中壓裂液的注入，真三軸模擬實驗架在X、Y、Z方向上分別設有分層施壓且高度可調的圍壓施加裝置，以適用于緊密貼合作用樣品表面模擬不同應力施壓的情況。本發明的有益效果是：可用于針對現場取心的井下巖心開展真三軸水力壓裂實驗，研究真實井下地層的裂縫的起裂和擴展規律。

技術領域

本發明涉及油氣鉆探巖石物理工程技術領域，更具體地說涉及一種用于可變巖心尺寸的真三軸水力壓裂物理模擬設備及方法。

背景技術

近些年來，隨著油氣勘探開發的不斷深入，頁巖氣、致密油、致密氣、煤層氣等非常規油氣資源在現有的經濟技術條件下具有巨大的開發潛力。水力壓裂技術則是非常規油氣資源開發的核心技術之一，廣泛用于儲層的改造，可以大幅提高非常規油氣井的產能。

水力壓裂技術經過50多年的發展，從理論研究到現場實踐都取得了驚人的發展。其中真三軸水力壓裂物理模擬實驗是最直觀的用于研究水力壓裂裂縫起裂和裂縫擴展的方法。但是目前現有真三軸水力壓裂裝置普遍存在一系列問題：(1)多數真三軸水力壓裂裝置的樣品為固定尺寸的立方體巖石樣品，如100mm×100mm×100mm，300mm×300mm×300mm，400mm×400mm×400mm等。因此，常規的真三軸水力壓裂設備無法滿足針對不同尺寸巖心樣品的實驗需求；(2)真三軸儀器所使用的樣品一般為人工制樣樣品(如水泥混砂)或者天然露頭的巖樣。這兩種樣品與井下的真實地層巖石在物理性質和力學性質上都存在諸多差異，得到的實驗結果無法準確反映真實情況；(3)目前的真三軸設備普遍不具備水平應力分層加載功能，導致其無法模擬實際的地應力分布情況；或是設計的加載部件過多、過于復雜，帶來多個加載件的相互干擾問題。

發明內容

本發明克服了現有技術中的不足，提供了一種用于可變巖心尺寸的真三軸水力壓裂物理模擬設備及方法，可用于針對現場取心的井下巖心開展真三軸水力壓裂實驗，研究真實井下地層的裂縫的起裂和擴展規律。

本發明的目的通過下述技術方案予以實現。

應用于用于可變巖心尺寸的真三軸水力壓裂物理模擬設備，包括液壓穩壓源、真三軸模擬試驗架和壓裂液綜合注入控制裝置，所述真三軸模擬試驗架與所述液壓穩壓源連接為壓裂實驗提供液壓，所述真三軸模擬試驗架與所述壓裂液綜合注入控制裝置連接，控制實驗過程中壓裂液的注入，其特征在于：所述真三軸模擬實驗架在X、Y、Z方向上分別設有分層施壓且高度可調的圍壓施加裝置，以適用于緊密貼合作用樣品表面模擬不同應力施壓的情況。

進一步，所述圍壓施加裝置包括分層壓力板、壓力板連接塊、油壓千斤頂、可升降螺旋支座和螺旋支座套筒，所述分層壓力板的一側有樣品貼合，所述分層壓力板的另一側與所述壓力板連接塊相連接，所述油壓千斤頂為所述壓力板連接塊和所述分層壓力板提供壓力，所述可升降螺旋支座的下部設有所述螺旋支座套筒，所述螺旋支座套筒通過滑道可滑動的設置在所述真三軸模擬試驗架上。

進一步，所述分層壓力板由不同材料等厚的金屬板排列組成。

進一步，每塊所述金屬板的材質可以為鑄鐵、碳鋼、鑄鋼和鋁中的兩種任意組合。

進一步，所述分層壓力板上安裝聲發射探頭，所述聲發射探頭貼合在樣品表面。

進一步，所述分層壓力板上設有電加熱棒實現對所述樣品的加熱。

進一步，所述壓裂液綜合注入控制裝置包括壓裂液罐、攜砂液罐和返排液罐，所述壓裂液罐、所述攜砂液罐和所述返排液罐分別通過閥門與注液管線相連，所述注液管線的注液孔與樣品中的井筒連接。

進一步，所述真三軸模擬試驗架的框架包括從上至下依次連接的頂架、立架、平臺和支座，以及設置在所述頂架、所述立架和所述平臺之間的密封箱，所述密封箱內注入硅油。