[發明專利]一種硬脆性泥頁巖裂縫開啟模擬方法

有效

• 申請號: 202110228401.2
• 申請日: 2021-03-02
• 公開（公告）號: CN113029793B
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發明（設計）人: 馮永存;馬成云;鄧金根;李曉蓉
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（北京）
• 主分類號: G01N3/12
• 分類號: G01N3/12;G01N3/04;G01N1/28
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 謝斌

本發明公開了一種硬脆性泥頁巖裂縫開啟模擬方法，包括巖心柱試樣制作、包裹巖心柱試樣、裝載巖心柱試樣等步驟，再從巖心柱試樣的上方對巖心柱試樣施壓，并利用高速攝像機從筒體側面記錄巖心柱試樣的裂縫開啟的過程。本發明提供的一種硬脆性泥頁巖裂縫開啟模擬方法，在對巖心柱施加側向圍壓的作用下，模擬流體壓裂硬脆性泥頁巖的過程，使巖心柱內部裂縫開啟，為研究不同壓力和不同流體作用下的硬脆性泥頁巖裂縫開啟速度和規律提供指導，對于確定鉆井過程井漏速度和選擇堵漏材料粒徑以及實現鉆井過程中高效堵漏具有重要意義。

技術領域

本發明涉及油氣鉆探領域，具體涉及一種硬脆性泥頁巖裂縫開啟模擬方法。

背景技術

在油氣鉆井工程中，井壁不穩定(又稱井壁失穩、井塌)是經常遇到的井下復雜情況。隨著油氣鉆探領域不斷拓展，鉆遇地層日趨復雜，井壁穩定性問題更加突出。值得注意的是，由于泥頁巖地層中黏土礦物的水化作用，使泥頁巖地層井壁穩定性問題更加復雜，并且更為常見。油氣井鉆遇地層中約75％為泥頁巖地層，約90％井壁不穩定復雜情況發生在泥頁巖地層，特別是復雜深層硬脆性泥頁巖地層。硬脆性泥頁巖地層在應力和流體作用下剝落、掉塊導致擴徑，或因鉆井液密度過高壓裂地層導致泥頁巖地層內部裂縫開啟、鉆井液嚴重井漏等。

針對軟泥巖膨脹的模擬，已有大量方法和檢測儀器設備，例如常溫泥頁巖膨脹量測定儀和高溫高壓泥頁巖膨脹量測定儀等儀器設備，但關于硬脆性泥頁巖裂縫開啟與閉合模擬方法的報道較少。現有的方法是直接將巖心浸泡在燒杯中觀察裂縫擴展過程，但這種方法沒有考慮地層圍壓、流體和壓裂作業等影響，所得的裂縫開啟速度是不合理的，總而言之，現有的用于模擬硬脆性泥頁巖裂縫開啟的裝置，無法有效研究不同壓力和不同流體作用下的硬脆性泥頁巖裂縫開啟速度和規律，進而導致鉆井過程井漏速度難以確定和選擇堵漏材料粒徑缺乏有效指導。

發明內容

本發明的目的在于提供一種硬脆性泥頁巖裂縫開啟模擬方法，用以解決現有用于模擬硬脆性泥頁巖裂縫開啟的裝置無法有效研究不同壓力和不同流體作用下的硬脆性泥頁巖裂縫開啟速度和規律的問題。

本發明提供一種硬脆性泥頁巖裂縫開啟模擬方法，該方法包括以下步驟：

巖心柱試樣制作；

包裹巖心柱試樣：巖心柱套和巖心柱試樣的接觸面上涂抹透明硅膠，通過透明硅膠將巖心柱套固定包裹在巖心柱試樣周圍，并巖心柱套上端的環形凹槽內嵌設第一密封圈；

裝載巖心柱試樣：將包裹有巖心柱試樣的巖心柱套裝載于筒體的下空腔，直至述巖心柱套的環形凸緣抵觸于所述筒體的凸臺的下表面；

安裝底座：將底座旋轉裝入透明筒體下端，并對巖心柱試樣和巖心柱套施加作用力，使巖心柱套上端的第一密封圈變形密封；

安裝巖心柱試樣周向加壓裝置：將若干個若干個彈簧列周向設置于所述巖心柱套和所述下空腔對應的筒體的筒壁之間，若干個所述壓帽列分別設置于若干個所述彈簧列上；

裝載測試流體：從筒體上方的上空腔加入測試流體；

安裝巖心柱試樣上方施壓裝置；

安裝壓力表：將壓力表安裝于上蓋上，且壓力表與下空腔連通，直至壓力表的壓力感應端延伸至筒體的測試流體內；

從巖心柱試樣的上方對巖心柱試樣施壓，并利用高速攝像機從筒體側面記錄巖心柱試樣的裂縫開啟的過程。

優選地，所述安裝巖心柱試樣上方施壓裝置包括以下步驟：

將活塞裝入上空腔，且所述活塞側壁與所述筒體的筒壁抵觸；

將上蓋旋擰在筒體上端；

旋轉桿先穿過所述上蓋的中部，再與所述活塞螺紋固定連接；

所述從巖心柱試樣的上方對巖心柱試樣施壓具體包括以下步驟：