[發(fā)明專利]水力加砂壓裂實驗系統(tǒng)及實驗方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010765804.6
• 申請日: 2020-08-03
• 公開（公告）號: CN114062144A
• 公開（公告）日: 2022-02-18
• 發(fā)明（設(shè)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(quán)）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(chǎn)權(quán)代理有限公司 11127
• 代理人: 王濤;任默聞

本發(fā)明提供了一種水力加砂壓裂實驗系統(tǒng)及實驗方法，所述系統(tǒng)包含：原始儲層及地應(yīng)力場模擬裝置、水力加砂壓裂模擬裝置和水力壓裂裂縫監(jiān)測裝置；所述原始儲層及地應(yīng)力場模擬裝置用于通過對實驗試件加載預(yù)設(shè)應(yīng)力，予以模擬實驗試件三軸受力狀態(tài)；所述水力加砂壓裂模擬裝置用于通過注入預(yù)設(shè)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(jiān)測裝置用于通過多個磁場強度探針傳感器監(jiān)測擠入所述實驗試件內(nèi)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(nèi)部裂縫的起裂和擴展演化參數(shù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及地質(zhì)勘探領(lǐng)域，尤指一種水力加砂壓裂實驗系統(tǒng)及實驗方法。

背景技術(shù)

煤層氣儲層具有“低孔隙度、低滲透率、低含氣飽和度、低驅(qū)動能量”等地質(zhì)特征，孔隙度一般為4％～8％，滲透率普遍在0.01×10^-15～5.0×10^-15m²，煤層含氣量在 2.87～24.63m³/t，平均為13.78m³/t，自然產(chǎn)能低，經(jīng)濟性差，不易開采。因此煤層氣商業(yè)開發(fā)必須水力加砂壓裂改造形成具有高導(dǎo)流能力的人工裂縫。地下含煤層氣的高煤階煤層埋藏深度在417.93m～1527.49m，地應(yīng)力高達30MPa左右，且?guī)r體應(yīng)力處于真三軸狀態(tài)，靜水壓力高達10MPa。目前國內(nèi)“直井+水力攜砂壓裂”的開發(fā)模式是低滲透煤體瓦斯開采、突出煤體消突的有效技術(shù)途徑。為準確評估壓裂水力壓裂效果和優(yōu)化壓裂設(shè)計參數(shù)，水力壓裂裂縫監(jiān)測極為重要。裂縫監(jiān)測技術(shù)可以獲得水力裂縫延在地下的伸狀況，幾何形態(tài)、尺寸、方位等諸多參數(shù)信息。目前礦場應(yīng)用的裂縫監(jiān)測方法主要有井溫測井、地面井下測斜儀和微地震監(jiān)測等。其中微地震監(jiān)測是應(yīng)用最為廣泛的方法，但也存在不夠準確、不能測量支撐劑和流體的分布、易受干擾、反演計算量大等不足。因此室內(nèi)實驗研究真三軸受力條件下煤巖水力加砂壓裂裂縫擴展條件、裂縫延伸影響規(guī)律、支撐劑運移沉降規(guī)律、損傷演化機理實驗裝置極為必要，現(xiàn)有技術(shù)中在這方面研究鮮見報道。

目前國內(nèi)外現(xiàn)有技術(shù)應(yīng)用水力壓裂實驗裝置只能研究不同地應(yīng)力條件下巖石的水力壓裂過程中裂縫起裂壓力、巖石變形，壓裂后裂縫擴展方向及裂縫形態(tài)、數(shù)量等，不能模擬不同地應(yīng)力條件下的水力加砂壓裂，難以滿足水力加砂壓裂參數(shù)精準控制和支撐劑運移情況實時監(jiān)測的實驗研究需求，無法有效地為現(xiàn)場水力加砂壓裂工藝設(shè)計、儲層改造技術(shù)研究提供理論支撐。因此實現(xiàn)真三軸地應(yīng)力條件下原巖水力加砂壓裂的物理模擬實驗及裂縫實時監(jiān)測就顯得十分重要，通過大量實驗找出影響不同煤體結(jié)構(gòu)煤層煤層氣單井產(chǎn)氣量的主控因素，制定最佳技術(shù)對策指導(dǎo)實際生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于提供一種水力加砂壓裂實驗系統(tǒng)及實驗方法，予以解決模擬大尺寸真三軸原巖試件水力加砂壓裂過程難度大，同步實時監(jiān)測實驗試件水力壓裂裂縫起裂及支撐裂縫的延伸變化規(guī)律困難等問題，實時監(jiān)測裂縫的形成、擴展演化過程及支撐裂縫形態(tài)分布規(guī)律，為現(xiàn)場壓裂設(shè)計參數(shù)優(yōu)化提供參考。

為達上述目的，本發(fā)明所提供的水力加砂壓裂實驗系統(tǒng)，具體包含：原始儲層及地應(yīng)力場模擬裝置、水力加砂壓裂模擬裝置和水力壓裂裂縫監(jiān)測裝置；所述原始儲層及地應(yīng)力場模擬裝置用于通過對實驗試件加載預(yù)設(shè)應(yīng)力，予以模擬實驗試件三軸受力狀態(tài)；所述水力加砂壓裂模擬裝置用于通過注入預(yù)設(shè)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(jiān)測裝置用于通過多個磁場強度探針傳感器監(jiān)測擠入所述實驗試件內(nèi)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(nèi)部裂縫的起裂和擴展演化參數(shù)。