[发明专利]一种可视化模拟泥页岩微裂缝封堵能力测试系统及其测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及石油勘探开发实验设备领域，更具体地说，涉及一种泥页岩微裂缝封堵能力的可视化模拟评价装置及使用方法，可用于石油工程井壁稳定技术研究，能够可视化模拟评价井下静态条件下钻井液封堵剂对泥页岩微裂缝的封堵能力。

背景技术

井壁稳定问题是石油钻井过程中的一个世界性难题，严重影响正常作业，且每年都造成大量的经济损失，统计数据表明，90%以上的井壁失稳问题发生在泥页岩地层，其中具有微裂缝的硬脆性泥页岩地层约占三分之二，该地层的井壁失稳是现场生产中常见和比较棘手的问题。

现场及室内大量研究发现，钻井液及其滤液沿微裂缝的渗流使泥页岩地层强度逐步降低是引起井下复杂的根本原因。在钻井过程中选择使用合适的钻井液封堵剂，能封堵、胶结泥页岩地层的微裂缝，防止其开启，降低泥页岩的渗透性，明显地减少压力穿透作用造成的泥页岩井壁附近压力的增加，进而提高井壁稳定性，避免井塌。加强对微裂缝的封堵，防止钻井液渗入裂缝性泥页岩是保证井壁稳定的关键措施。然而，对于高含蒙脱石的软泥页岩的水化膨胀引起的井壁坍塌问题，用常规实验方法能很好地在室内得到评价，但对于微裂缝发育的泥页岩引起的井壁失稳，一直未能找到很好的评价方法。

目前，实验室中用于间接或直接模拟地层裂缝，进行钻井液封堵剂和钻井液体系配方封堵效果评价实验的方法主要为：

42型或71型高温高压滤失仪经填砂后的高温高压砂床失水仪，是用一定数目和质量的砂子，替代滤纸，通过测量滤失量来评价封堵效果，在一定程度上能反映出钻井液封堵剂及钻井液体系配方对砂岩孔隙的封堵效果，但对硬脆性泥页岩微裂缝的模拟是间接的，无法确定裂缝宽度，且人为因素影响大，重复性差，测量滤失量大小作为衡量指标的评价方法是间接且非可视直观的。

劈裂岩样人造裂缝模拟法，是将地层岩石采用巴西劈裂法造缝后，再用胶带等材料固定在一起形成含有裂缝的人造岩样；割裂钢块模拟裂缝法，是把钢块上割裂出尺寸不同的割缝来模拟岩石裂缝，将人造裂缝岩样或模拟裂缝钢块放入堵漏实验仪进行封堵效果评价实验；劈裂岩样结合钢块套筒法，是将圆柱状地层岩样劈裂成两块，同时放入大于其直径的钢套内，两块之间具有裂缝，直接进行封堵效果评价实验；这三种模拟法模拟的裂缝宽度一般在100微米以上，而硬脆性泥页岩的微裂缝在几十微米以下，且劈裂岩样人造裂缝模拟法无法确定裂缝宽度，割裂钢块模拟裂缝法虽能准确知道裂缝宽度，但钢板缝面是光滑的，无法模拟真实岩石裂缝面的粗糙度，劈裂岩样结合钢块套筒法模拟裂缝宽度可由钢套内径减去岩样直径得到，受岩样规整度影响，裂缝宽度存在误差，且难以制成和钢套内壁结合密实的岩样外壁，在无施加围压胶套保护下，评价实验时会有实验液体从钢套内壁和岩样外壁之间流过，导致结果存在误差；钢片叠加岩心模拟法，是依据裂缝间流体的流动可以等效流体在平行板间的流动，直接用钢片叠加或填片等进行裂缝模拟，如王建华等在“硬脆性泥页岩井壁稳定评价新方法”（《石油钻采工艺》2006.02）中介绍的钢片叠加成3种岩心模拟1-50μm微裂缝的方法：1号岩心为钢柱切成6片叠加而成,模拟30-50μm微裂缝;2号岩心为6片钢片叠加后，由A、B胶封固而成，模拟10-20μm微裂缝；3号岩心由钢岩心切成2半，两块分别磨掉1mm后，中间夹15-20层纸而成，模拟1-10μm微裂缝。该方法对裂缝的模拟达到微米级，较接近实际泥页岩微裂缝，但裂缝宽度也只是一个范围，不利于封堵机理研究、封堵剂研发和钻井液配方优化等，同样存在无法模拟缝面粗糙度，以及3号岩心夹纸实验过程中会吸水变化等问题。

尽管以上方法都是对地层岩石裂缝的模拟，对提高封堵剂和钻井液封堵能力有一定的指导作用，但以测量滤失量、承压大小或滤失速率作为封堵效果评价指标，同样是间接且非可视直观的，重复性相对差，无法从直观和微观角度来深入分析研究封堵剂的封堵机理、评价优选适配的封堵剂和钻井液体系配方等。

发明内容

针对现有技术中的问题，本发明提供一种能够既更真实模拟泥页岩微裂缝又能实现对封堵效果可视化评价实验研究的可视化模拟泥页岩微裂缝封堵能力评价实验装置及方法，以便进一步结合可视化成像分析技术和封堵剂粒度分布测量结果，对各种钻井液封堵剂的封堵机理、效果进行快捷、直观和系统的深入研究。可用于更好地研发和优选钻井液封堵剂和钻井液体系配方，为解决裂缝性泥页岩地层的井壁失稳问题提供技术方案。

本发明的目的之一是提供一种可视化模拟泥页岩微裂缝封堵能力评价系统，包括岩样和测试单元；所述待测岩样为钢化玻璃。