[发明专利]在水力压裂模拟试件中制备预置裂缝的方法

说明书

技术领域

本发明是关于大尺寸真三轴水力压裂实验室物理模拟实验中使用的水力压裂模拟试件，尤其涉及一种在水力压裂模拟试件中制备预置裂缝的方法。

背景技术

水力压裂作为油气增产的主要措施已被广泛应用于现代石油工程中，对低渗油气藏的生产起了重要的作用；同时在地热资源、核废料的储存等其他领域也得到了重要应用。

水力压裂是一种在深部地层条件下的流固耦合的复杂工程现象。随着世界石油行业的不断发展，对水力压裂的技术性能也提出新的要求。为了提高水力压裂的成功性、提高压裂作业的性价比、优化作业、解决在理论上尚不完善的压裂液与岩体耦合机理、水力裂缝造缝及延伸规律研究等等，常利用数值模拟和现场试验的方法来研究确定总体压裂方案，并进行系统性能分析。

借助于建立在种种假设和简化条件基础上的数值模型进行间接分析水力压裂的数值模拟研究，其受限于所涉及的各相关学科的具体发展水平，尤其是受到流固耦合机理研究水平的限制；另外，数值模型的正确性、计算方法的精度、稳定性、收敛性和参数选择的制约，也使得结果带有一定的近似性。现场试验是在实物对象上的实验技术，其优点是可以严格控制实验对象的主要参数完全符合外界条件和自然条件的限制，做到结果准确；在复杂的实验过程中突出主要矛盾，便于把握、发现现象的内在联系；但是深部地层的水力压裂是一个十分复杂的物理过程，除一些特殊情况之外，水力压裂所产生的裂缝实际形态难于直接观察，而且尚无有效的测试方法，且这种实验往往费用高，时间周期长；同时，由于地层条件、施工条件复杂多变，导致针对一口井得出的现场压裂实验的结论往往不能直接应用于其他井，即其研究结果的通用性差；综合大量现场应用情况来看，不宜进行原场水力压裂实验。

而模拟实验可以把在实验中获得的数据，定量地转换到原型上去，从而使我们获得有关原型的特性和需要的数据；同时模拟实验可以定性地观察或拍摄模型中所进行的压裂过程，以作为改进原型工作特性的依据；使用适当缩小的模型进行室内压裂物理模拟实验，制造容易、装拆调试方便，可降低成本、缩短试验周期；模拟实验可对不能或难以获取的对象进行实验，并可以避开在数学上难以表达清楚的物理关系。通过实验直接得到所需要的结果，所得结果直观、可信，又比较准确。应当注意的是这样就必须考虑到模型和原型之间的相似性；在缩小的模型上进行实验研究，是否可信、是否能够充分反映原型的特性是非常重要的。

在模拟实验设计中，实验所采用的试件选取是一个十分重要的问题。由于水力压裂的施工对象为位于地下几千米深处的地层岩石，因此，实际岩芯获取困难且费用十分昂贵，并且很多时候限于钻井技术，取出的岩芯在尺寸上偏小，很难满足大尺寸(30cm×30cm×30cm)压裂实验的尺寸要求，因此，人工试件就成为一个比较理想的选择。

在以往的模拟实验中，常将模拟试件制作为均质连续的整个块体，没有考虑实际岩石中的弱面、天然裂缝等不连续面，即使有所考虑，也只是简单的在试件中添加一两条人工裂缝。而众所周知，对于某些地层，岩石的裂缝发育程度较高，纵横交错，十分复杂，要模拟这样的地层，就要对试件的制备方法进行改进，以制作出与实际地层相似的模拟试件。

由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种在水力压裂模拟试件中制备预置裂缝的方法，以克服现有技术的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在水力压裂模拟试件中制备预置裂缝的方法，该方法可以在模拟试件中设置任意数量和任意形状的预置裂缝，使模拟试件与实际地层的情况更为相似，以提高模拟实验的准确性。

本发明的另一目的在于提供一种在水力压裂模拟试件中制备预置裂缝的方法，该方法可对模拟试件中预置裂缝系统的特征参数进行人为控制，以提高模拟试件的相似度、可控度。

本发明的目的是这样实现的，一种在水力压裂模拟试件中制备预置裂缝的方法，该模拟试件是由多个内部组块拼接构成的；该方法包括下列步骤：

A)根据所要模拟地层的裂缝形态特征，确定组成模拟试件中各个内部组块的尺寸、形状和相互位置；依据各内部组块的尺寸和形状制作内部组块模具；选择浇铸材料浇铸内部组块；

B)将各个内部组块按相互位置拼装组合，各内部组块之间的接触面形成所述的预置裂缝；在拼装后的组合体外围浇铸包裹层；由此，构成一个内部含有多个预置裂缝的模拟试件。