[发明专利]储层压力变化诱发层间滑移的模拟实验装置及其实验方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种模拟并测量大庆油田储层压力不均衡所引起嫩二段底部水平断面相对滑移的实验装置和实验方法，具体涉及储层压力变化诱发层间滑移的模拟实验装置及其实验方法。

背景技术

大庆油田开采过程中，相邻区域间的石油储层存在较大压力差异，使得嫩二段地区底部标准层断面产生大面积相对滑动，导致大量油水井套管发生剪切错断。套管一旦发生破损，不但破坏了原有的井网系统，导致油气减产，而且后续的修井和补钻新井的成本较高，会对油田造成巨大的经济损失。

导致大庆油田在标准层位发生套管损坏主要由于地层滑移，其原因是：油田长期注水开发造成储层压力不均匀，因此相邻区域之间存在压力差异，在压差的作用下，储层发生非均匀变形，储层变形引起储层上部的所有地层发生变形。大庆油田储层以上60~80m位置为嫩二段底部的标准层位，标准层厚度约为10m，其岩石内成分含有多层古生物化石，由于泥岩富含化石导致钙含量的增加，抗剪强度小于其它位置，构成了水平薄弱面。

现在多种测试方法已证实，部分地区标准层位水平弱面已出现大面积破坏，形成大面积水平断面。进而，储层在压差作用下产生纵向非均匀变形，引发水平断面上下地层发生相对滑移，地层滑移产生的作用力直接作用于油水井套管上，当滑移程度超过套管所能承受的强度极限后，套管发生损坏。近五年，大庆油田标准层位套管损坏的井数约占大庆套管损坏总数的一半，约占总钻井数的20%，已经严重影响油田的正常开采。然而目前有关岩层底部变形引起层间水平断面上下岩层相对滑移的规律尚不清楚，层间滑移实验方法与实验设备尚未形成。

大庆油田标准层套管损坏机理与以往的套管损坏机理不同，相关实验设备不能研究大庆油田标准层位由于地层滑移所诱发套管损坏的规律。以往的层间滑移实验设备的力源方向与滑移方向相同，而大庆油田标准层套管损坏的受力方向与滑移方向垂直。因此，研究一种适用于大庆油田标准层套管损坏方面的相关实验方法和设备有着重要的应用价值。

发明内容

本发明的一个目的是提供储层压力变化诱发层间滑移的模拟实验装置，它用于研究大庆油田标准层位由于地层滑移所诱发套管损坏的规律，本发明的另一个目的是提供这种储层压力变化诱发层间滑移的模拟实验装置的实验方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种储层压力变化诱发层间滑移的模拟实验装置包括机架、上部施压组件、下部施压组件，上部施压组件、下部施压组件均安装在机架内，机架的底座上具有左、右两个侧壁，机架的两个侧壁分别设置有液压杆，上部施压组件和下部施压组件分别与两侧的液压杆连接，上部施压组件的压头与下部施压组件的压头对应设置；上部施压组件和下部施压组件均由多台压力器并排安装构成，且二者的压力器数量相同，压力器包括第一支架、油缸、第二支架、压头，第一支架的两端分别固定安装导向杆，导向杆下端固定压头，油缸安装在第一支架上，位于两个导向杆的中间，油缸的活塞杆从第一支架伸出，第二支架上端与活塞杆连接，第二支架下端与压头连接，第二支架的两端分别安装压力传感器。

上述方案中液压杆通过计算机控制，实现对液压杆的控制。

上述方案中压头由金属板和橡胶块固定在一起形成，两个导向杆、第二支架均与金属板固定连接，橡胶块的厚度为10cm，橡胶块能够保证压力器施加的压力均匀。

上述方案中第一支架的两端具有支臂，导向杆通过支臂安装在第一支架上。

上述方案中上部施压组件和下部施压组件各设置有10台压力器。

上述储层压力变化诱发层间滑移的模拟实验装置进行加压变形实验的方法：

一、实验样品的选择：

选择两个与研究套管损坏层位岩石相似的模拟材料，确定好实验样品的几何尺寸，把选用的上层实验样品和下层实验样品上、下叠放在一起；

二、安装辅助设备滑移量测量器：

把与本发明配合使用的滑移量测量器和测点连接起来，滑移量测量器的第一转轴和上层实验样品的前面底端相连，滑移量测量器的第二转轴与下层实验样品的前面顶端相连，滑移量测量器并排安放多个；

三、实验样品加压变形实验：

通过计算机控制机架两侧液压杆的伸长量，调整上部施压组件和下部施压组件间的距离，叠放好的上层实验样品和下层实验样品，通过上部施压组件的压头和下部施压组件的压头压紧，完成实验样品的固定工作；

四、对实验样品进行施压变形，测量层间的相对滑移量：