[發明專利]水力加砂壓裂實驗系統及實驗方法

在審

• 申請號: 202010765804.6
• 申請日: 2020-08-03
• 公開（公告）號: CN114062144A
• 公開（公告）日: 2022-02-18
• 發明（設計）人: 吳郁;張登文;謝唯一;陶野;張洋;王璇;張光波;王佳;曲鳳嬌
• 申請（專利權）人: 中國石油天然氣股份有限公司
• 主分類號: G01N3/12
• 分類號: G01N3/12;G01N3/02
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 王濤;任默聞

1.一種水力加砂壓裂實驗系統，其特征在于，所述系統包含：原始儲層及地應力場模擬裝置、水力加砂壓裂模擬裝置和水力壓裂裂縫監測裝置；

所述原始儲層及地應力場模擬裝置用于通過對實驗試件加載預設應力，予以模擬實驗試件三軸受力狀態；

所述水力加砂壓裂模擬裝置用于通過注入預設壓力及流量的壓裂液對所述實驗試件進行水力壓裂；

所述水力壓裂裂縫監測裝置用于通過多個磁場強度探針傳感器監測擠入所述實驗試件在所述原始儲層及地應力場模擬裝置和所述水力加砂壓裂模擬裝置作用下內部的磁性流體的磁場強度，并通過對所述磁性流體進行三維磁性目標定位獲得實驗試件內部裂縫的起裂和擴展演化參數。

2.根據權利要求1所述的水力加砂壓裂實驗系統，其特征在于，所述水力加砂壓裂模擬裝置包含低壓供液模塊和高壓供液模塊；

所述低壓供液模塊包含配液罐、供液泵、混砂裝置和低壓管匯；

所述配液罐用于為所述供液泵提供壓裂液；

所述供液泵設置于所述配液罐上，且所述供液泵的壓裂液輸出端通過低壓管匯的匯流管道與所述混砂裝置的壓裂液進口端連通，用于將所述配液罐內壓裂液泵注至所述混砂裝置進行壓裂混砂液制備；

所述高壓供液模塊包含泵注裝置和高壓管匯；

所述高壓管匯設于實驗試件端面的壓裂井筒內，所述泵注裝置與所述混砂裝置、所述高壓管匯依次連接，用于將所述混砂裝置內的壓裂混砂液泵注至實驗試件進行水力加砂壓裂。

3.根據權利要求2所述的水力加砂壓裂實驗系統，其特征在于，所述泵注裝置為高壓柱塞泵，流量范圍為0～1.0m3/min，壓力范圍為0～60MPa。

4.根據權利要求1所述的水力加砂壓裂實驗系統，其特征在于，所述原始儲層及地應力場模擬裝置包含壓裂實驗腔和液壓加載控制模塊；

所述壓裂實驗腔內設有加載框架，所述加載框架上設有液壓式多維應力加載組件，所述多維應力加載組件通過相連接的伺服油源所提供的液壓油對所述壓裂實驗腔內放置的實驗試件加載預設應力；

所述液壓加載控制模塊與所述伺服油源相連，用于控制所述伺服油源向所述多維應力加載組件提供液壓油。

5.根據權利要求4所述的水力加砂壓裂實驗系統，其特征在于，所述多維應力加載組件包括設于加載框架上的均布置加載器陣列，所述均布置加載器陣列的數量為3個，分別對應垂直于實驗試件左右側面、下上端面和后前面設置。

6.根據權利要求4所述的水力加砂壓裂實驗系統，其特征在于，所述水力壓裂裂縫監測裝置包含數據采集處理模塊和多個磁場強度探針傳感器；

所述磁場強度探針傳感器設置于所述加載框架的外表面，且所述磁場強度探針傳感器的軸線均與實驗試件端面的壓裂井筒垂直，用于監測擠入所述實驗試件內部的磁性物質的磁場強度；

所述數據采集處理模塊與所述磁場強度探針傳感器相連，用于根據所述磁場強度探針傳感器監測獲得的磁場強度，通過對所述磁性物質進行三維磁性目標定位獲得實驗試件內部裂縫的起裂和擴展演化參數。

7.根據權利要求1所述的水力加砂壓裂實驗系統，其特征在于，所述系統還包含壓裂液排出裝置，所述壓裂液排出裝置用于回收所述原始儲層及地應力場模擬裝置和所述水力加砂壓裂模擬裝置排出的壓裂液。

8.根據權利要求1至7任一項所述的水力加砂壓裂實驗系統，其特征在于，所述實驗試件尺寸為3000mm×800mm×800mm或800mm×800mm×800mm。