[发明专利]井下岩心的水力压裂物理模拟方法

说明书

本发明涉及一种井下岩心的水力压裂物理模拟方法，包括以下步骤：根据不同的完井井型将井下岩心加工成不同岩层倾角的圆柱体；在井下岩心上端面的中心部位开设注射槽；将辅助垫片、井下岩心和模拟井筒按从下到上的顺序依次摆放，并置于试件模具中；向试件模具中浇注配制好的包覆材料，制得井下岩心压裂试件；将井下岩心压裂试件放置在真三轴水力压裂试验机上，开展井下岩心的水力压裂物理模拟试验，试验结束后观察水力压裂扩展情况。该模拟方法使用了新型的真三轴水力压裂试验机，在整个压裂过程中，依次注入前置压裂液、携砂压裂液和替置压裂液，符合实际压裂情况，为形成最佳网络裂缝的泵注程序设计和准确认识水力裂缝垂向扩展形态奠定了基础。

技术领域

本发明属于油气藏开发技术领域，具体涉及一种井下岩心的水力压裂物理模拟方法。

背景技术

由于非常规油气藏具有低孔低渗的地质特征，所以水力压裂技术成为高效开发此类油气藏的重要手段。通过大规模水力压裂作业，可在储层中形成复杂的、具有高导流能力的裂缝形态，进而增大储层油气的泄流体积和减少储层流体的油气运移阻力。

采用物理模拟方法研究水力裂缝的起裂和扩展行为是认识实际储层压裂特征和指导现场施工的重要途径，现有的模拟方法主要有数值模拟和室内实验两种方式。由于真实岩石的非均质性和各向异性显著，如天然裂缝和层理发育的页岩、煤岩等，数值模拟方法的简化数学模型会影响模拟结果精度，造成一定程度的误差，因此作为最直观有效的室内水力压裂物理模拟试验便成为一种不可或缺的研究手段，也是目前科研学者广泛采用的模拟方法。但是室内模拟试验中的岩心试件多采用人造岩心或露头岩石，与井下岩心相比，其力学性质和裂缝特征都具有显著差别，无法准确反映岩石的破裂形态。另外，由于井下岩心在取芯过程中受到钻井液的浸泡后，力学强度低、易破碎，难以采用常规的模拟方法进行试验。

申请公布号为CN104034563A的发明专利公开了一种节理性页岩人造岩心的制备方法，通过不同配比的水泥、石英砂、麦片和碎纸片模拟不同天然裂缝密度的层状页岩，层间界面差异通过涂抹不同配比的润滑油实现。该方法只能模拟随机分布的天然裂缝，而且天然裂缝的胶结强度和力学性质与井下岩心相比存在很大差异。申请公布号为CN105334090A的发明专利公开了一种含煤产层组压裂物模试样的制备方法，物模试件采用不同岩性的露头岩石粘固而成，模拟煤系地层中不同产层组的组合压裂行为。该方法较好地反映了真实岩心的岩石力学特性和裂缝发育特征，但是采用人工胶粘固不同岩心的方式处理岩性分界面，往往无法准确模拟实际储层的层间界面性质。

因此，为了准确认识水力裂缝在实际储层中的扩展形态，为现场水力压裂施工提供基础数据和理论参考，急需开发一种井下岩心的水力压裂物理模拟试验方法。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种井下岩心的水力压裂物理模拟方法，按照先后顺序包括以下步骤：

步骤一：制作模拟井筒、辅助垫片和试件模具，根据不同的完井井型将井下岩心加工成不同岩层倾角的圆柱体；

步骤二：在井下岩心的外侧包覆隔水薄膜，并在井下岩心上端面的中心部位开设注射槽；

步骤三：将辅助垫片、井下岩心和模拟井筒按从下到上的顺序依次摆放，并置于试件模具中；

步骤四：向试件模具中浇注配制好的包覆材料，包覆材料在辅助垫片、井下岩心和模拟井筒的外侧形成包覆层，将试件模具拆卸下来，即可得到井下岩心压裂试件；

步骤五：将井下岩心压裂试件放置在真三轴水力压裂试验机上，开展井下岩心的水力压裂物理模拟试验，试验结束后观察水力压裂的起裂特征和扩展形态。

本发明的目的在于提供一种采用井下岩心模拟常规储层和页岩气、煤层气、致密气等非常规油气藏不同井型的水力压裂方法，该方法可以准确模拟水力裂缝与储层天然裂缝及层理面的交叉作用机理，更加真实地反映水力裂缝的穿层行为与岩层倾角的关系，可为现场水力压裂测试提供基础数据和理论支撑，试验操作简单、方便快捷。