[發明專利]一種可實現深層頁巖多尺度水壓裂縫動態監測的實驗方法

有效

• 申請號: 202011214745.X
• 申請日: 2020-11-04
• 公開（公告）號: CN112343571B
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發明（設計）人: 常鑫;郭武豪;畢振輝;郭印同;周俊;張曉宇;李奎東;肖佳林
• 申請（專利權）人: 中國科學院武漢巖土力學研究所
• 主分類號: E21B43/26
• 分類號: E21B43/26;E21B47/00;E21B47/06;E21B47/14
• 代理公司: 成都虹盛匯泉專利代理有限公司 51268
• 代理人: 周永宏

本發明公開一種可實現深層頁巖多尺度水壓裂縫動態監測的實驗方法，應用于頁巖水力壓裂開發技術領域，本發明的方法具體包括深層頁巖水力壓裂過程中多尺度裂縫開啟次序、裂縫擴展方向及裂縫擴展高度監測，本發明的方法可以實現在模擬深部地層三向應力條件下，通過確定試樣參數(水泥石配方、層理數量、天然裂縫數量等)及水力壓裂參數(泵壓排量、射孔布置等)進行室內水力壓裂模擬，獲得水力壓裂過程中多尺度裂縫開啟次序、裂縫擴展走向、裂縫擴展高度的監測數據，并與泵壓曲線、試樣剖切特征、電鏡掃描特征同步對比分析，為深層頁巖水力壓裂優化設計提供技術支持。

技術領域

本發明屬于頁巖水力壓裂開發技術領域，特別涉及一種室內深層頁巖水力壓裂實驗技術。

背景技術

我國頁巖氣有利區的技術可采資源量高達21.8萬億m³，目前探明率僅4.79％，資源潛力巨大。涪陵、威遠、長寧等區塊已經實現了深度小于3500m的中淺層頁巖氣的商業開發，但深層(深度大于3500m)頁巖氣資源量仍然巨大，目前在丁山、南川、永川和焦石外圍區塊深層頁巖的勘探開發工作已逐步開展。深層頁巖壓裂，主要借鑒中淺層的模式及參數，最終主要形成了單一的裂縫形態，即主裂縫占據主導，分支縫及其它微裂隙等多尺度裂縫占比很小或幾乎沒有形成。隨著地層深度的增加，三向應力增加，各種高角度天然裂縫及水平層理縫/紋理縫的原始縫寬窄，破裂難度大幅度增加，開發難度也大幅度增加，因此要實現壓裂形成多尺度裂縫，研究多尺度裂縫開啟次序、擴展裂縫走向及裂縫擴展高度，具有重要意義，可以對深層頁巖壓裂技術改造、優化壓裂施工參數、支撐劑選型配比、壓后反排等提供解決方案。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提出一種實現室內深層頁巖多尺度裂縫動態全過程的實驗方法。

本發明采用的技術方案為：一種實現室內深層頁巖多尺度裂縫動態全過程的實驗方法，包括：

S1、制備試樣；

S2、在試樣中布置電阻應變片；

S3、對經步驟S2處理后的試樣進行水力壓裂試驗，得到泵壓數據、聲發射數據和應變數據；

S4、對得到的泵壓數據、聲發射數據和應變數據進行整理，剔除無效數據后，繪制時間-應變曲線圖、時間-泵壓、時間-聲發射累計計數曲線圖；

S5、以時間為主線，觀察泵壓—時間曲線圖，當曲線產生一個波動時，定位泵壓曲線波動區域的時間段，同時觀察所有電阻應變片的應變數據圖，找到該時間段內應變數據變化的電阻應變片，確定水力裂縫位置；

步驟S5還包括：分析該電阻應變片的變化程度，若變化為正，表明該電阻應變片位置受到拉應力，若變化為負，表明該電阻應變片位置受到壓應力；將該電阻應變片的位置與聲發射三維定位圖進行對比，確定水力裂縫位置，判斷起裂位置是人工預制裂縫或是試樣起裂。

S6、通過重復步驟S5得到的不同時間下水力裂縫的位置，得到水力裂縫的擴展路徑；

S7、根據步驟S6得到的水力裂縫的擴展路徑及時間上的先后次序與井筒位置及預制人工裂縫的位置進行對比分析，得到水力裂縫的主縫及多尺度裂縫的開啟次序；

S8、對步驟S5、S6中得到的應變數據變化的電阻應變片的應變數據保持觀察，直至其數據穩定或電阻應變片受到破壞無數據，從而確定其水力裂縫縫寬；

步驟S8具體為：若該電阻應變片受到拉應力且周邊電阻應變片無同樣變化，則該應變程度為其水力裂縫縫寬；若該電阻應變片受到壓應力且周邊電阻應變片與其變化相同，則二者應變相加則為其水力裂縫縫寬；若該電阻應變片受到拉應力且周邊電阻應變片變化相反，則二者應變相減則為其水力裂縫縫寬。

S9、確定裂縫高度。