[发明专利]一种模拟射孔完井下水力压裂的实验装置及方法

权利要求书

1.一种模拟射孔完井下水力压裂的实验装置，由径向加压装置、轴向加压装置、压裂装置和特制岩心组成，其特征在于，所述径向加压装置包括筒体(1)、耐压橡胶块(2)、左压盖(4)、右压盖(7)、1号径向液压泵(16a)和2号径向液压泵(16b)，筒体(1)与4个耐压橡胶块(2)之间有4个分隔的弧状空腔(12)，相对的2个弧状空腔相互连通并分别连接1号径向液压泵(16a)和2号径向液压泵(16b)，左压盖(4)和右压盖(7)通过密封环(3)将弧状空腔(12)密封；所述轴向加压装置包括顶杆(15)、活塞(6)、左堵头(5)和轴向液压泵(23)，活塞(6)与左堵头(5)之间有柱状空腔(13)连接轴向液压泵(23)；所述压裂装置包括右堵头(8)、压力记录仪(22)、压裂泵(17)、压裂液池(18)和加药罐(19)，所述右堵头(8)中心有孔道，所述加药(19)中装有荧光示踪悬浮微粒；所述筒体(1)的左压盖(4)、右压盖(7)通过卡槽(9)分别锁定连接左堵头(5)、右堵头(8)，所述筒体(1)中有特制岩心；所述特制岩心包括岩样(11)、钢管(14)、弧形钢片(10)，岩样中有轴向孔道，钢管插入轴向孔道底部，在岩样上部、中部、下部分别有径向孔道，各径向孔道之间相位角为120°，岩样的径向孔道与轴向孔道连通，在岩样外包裹有内径与岩样外径相同的弧形钢片，钢管通过压力记录仪(22)依次连接压裂泵(17)、压裂液池(18)和加药罐(19)。

2.如权利要求1所述的一种模拟射孔完井下水力压裂的实验装置，其特征在于，所述特制岩心包括岩样(11)、钢管(14)、弧形钢片(10)，所述岩样(11)为直径63.5mm、长度120mm的圆柱形岩样，岩样中有直径10-15mm、深100mm的轴向孔道，钢管(14)插入轴向孔道底部，在岩样上部、中部、下部沿径向分别有1-2mm的径向孔道，岩样的径向孔道与轴向孔道连通，各径向孔道之间相位角为120°，在岩样外包裹有四块内径与岩样外径相同的弧形钢片(10)，钢管与岩样内壁之间、弧形钢片与岩样外壁之间用环氧树脂密封。

3.利用权利要求1或2所述的装置模拟射孔完井下水力压裂的实验方法，主要包括以下步骤：

(1)在深层钻井取出的致密岩心上钻取一块直径63.5mm，长度120mm的圆柱形岩样，岩样两端平整；

(2)沿圆柱形岩样中心钻一条直径10-15mm，深100mm的轴向孔道，然后将模拟井筒用的钢管插入轴向孔道底部，并用环氧树脂粘结在轴向孔道中；

(3)分别在岩样侧面上部、中部、下部沿径向钻一个1-2mm的径向孔道，钻穿至岩样轴向孔道为止，各径向孔道之间相位角为120°；

(4)将四块内径与岩样外径相同的弧形钢片包裹在岩样外面，钢片与岩样外壁之间用环氧树脂密封；

(5)将制备好的岩样放入筒体中，装好左、右压盖和左、右堵头，并通过卡槽锁定；

(6)通过两个径向液压泵分别向岩样施加两个不同的径向应力，然后通过轴向液压泵对岩样施加一个轴向应力；

(7)通过加药罐向压裂液中加入一定量的荧光示踪悬浮微粒，然后利用压裂泵通过钢管向岩样内逐步加压，通过压力记录仪观察压力曲线，当压力出现拐点突然下降时岩样破裂，关停压裂泵并泄压；

(8)卸掉岩样径向和轴向压力，取出岩样，去掉岩样外钢片，擦净岩样表面，观察岩样内裂缝形态，根据压力记录曲线，对压裂结果进行评价。