[发明专利]一种孔隙压力饱和下的超临界二氧化碳岩心压裂实验方法

说明书

技术领域

本发明属于油气层开发及岩土工程领域，具体而言，涉及一种孔隙压力饱和下的超临界二氧化碳岩心压裂实验方法。

背景技术

在油气开采作业中，由于页岩气储层的低孔、低渗特性，开发页岩气必须进行储层压裂和增渗。目前成功开采页岩气的美国主要采用水力压裂技术，但该技术需要消耗大量的水资源，且对地下水污染严重；同时中国页岩黏土含量普遍较高，页岩遇水易膨胀的特性也会影响储层改造效果。另外，中国目前已探明的页岩气储量大多分布在水资源比较缺乏的盆地、山区，在这些区域进行页岩气开发也面临水资源方面的挑战。

其中，当二氧化碳的温度和压力分别处于31.10℃和7.38MPa以上时，二氧化碳将达到超临界状态。由于超临界二氧化碳具有类似气体的扩散性及液体的密度和溶解力，同时兼具低粘度、低表面张力等特性，具有超强的流动、渗透和传递性能，可以代替清水作为压裂液。然而，由于超临界二氧化碳压裂页岩的理论和实验方面的研究都还很少，特别是缺乏相应的实验装置来模拟超临界二氧化碳压裂页岩过程中储层渗透率、应力、应变的变化规律，限制了二氧化碳在页岩气开采中的应用范围。

有鉴于此，本发明人根据从事本领域和相关领域的生产设计经验，研制出一种孔隙压力饱和下的超临界二氧化碳岩心压裂实验方法，以期解决现有技术存在的问题。

发明内容

本发明的目的是在于提供一种孔隙压力饱和下的超临界二氧化碳岩心压裂实验方法，能够在模拟地层高温、高应力状态以及含孔隙压力条件下，实现超临界二氧化碳压裂的相关研究，为后续应用创造条件。

为此，本发明提出一种孔隙压力饱和下的超临界二氧化碳岩心压裂实验方法，所述超临界二氧化碳岩心压裂实验方法以下步骤：

a)将岩石材料加工成预定尺寸的试件，在所述试件一端钻出凹槽并安装模拟井筒，并将模拟井筒的外端插接于左堵头的加注通道内，之后，将所述试件放置于密封胶套内，所述密封胶套的两端套设于所述左堵头及右堵头上；

b)将夹持套管套设于所述左堵头、密封胶套及所述右堵头上，其两端对应通过左端套及右端套与所述左堵头、右堵头相密接，其与所述密封胶套之间形成一环腔，所述右堵头能相对所述右端套移动；

c)通过所述夹持套管侧壁上的注液孔向所述环腔中注满液压油，并将油温维持在设定的温度值，使液压油对试件施加的围压处于设定的围压值；

d)所述右堵头向所述试件移动并逐渐压紧试件，以对所述试件施加轴向压力，直至该轴向压力达到设定值，之后，向所述右堵头的加注通道内注入氮气，使氮气进入所述试件，直至氮气压力达到设定压力值且稳定不变；

e)向所述左堵头的加注通道内注入超临界二氧化碳流体，使超临界二氧化碳流体进入所述模拟井筒，并由所述模拟井筒的内端进入试件，以对所述试件进行压裂作业；

f)压裂作业结束后，通过所述右堵头上的加注通道排气以释放所述试件内部的氮气，通过所述夹持套管的注液孔进行排液，并撤除所述右堵头施加的轴向压力，从而撤除试件的围压与轴向压力，取出所述试件，观察试件内形成的裂缝。

如上所述的孔隙压力饱和下的超临界二氧化碳岩心压裂实验方法，其中，所述右端套的两端与所述右堵头的外侧面相密贴，两者之间形成有一环腔，所述右堵头的外侧面形成有一与所述右端套的内壁相接触的活塞环，以将所述环腔分隔为一左腔室及一右腔室，所述右端套的外侧面与所述夹持套管的内壁密封连接，其侧壁上开设有与所述右腔室相连通的加注孔。

如上所述的孔隙压力饱和下的超临界二氧化碳岩心压裂实验方法，其中，所述右端套的内端端口形成有一与所述右堵头的外侧面相密贴的环部，其外端端口通过内接一右端塞与所述右堵头相密贴。

如上所述的孔隙压力饱和下的超临界二氧化碳岩心压裂实验方法，其中，所述左堵头的加注通道、所述右堵头的加注通道、所述注液孔及所述加注孔分别安装有一管线转换头，各所述管线转接头处分别插接有一注液管线。

如上所述的孔隙压力饱和下的超临界二氧化碳岩心压裂实验方法，其中，所述试件为圆柱形岩石，其直径为38mm，其长度为直径的2～2.5倍，所述试件一端的凹槽直径为所述模拟井筒直径的1.5倍，其深度为试件长度的一半。