[发明专利]基于3D打印技术的径向井分支干扰应力场表征方法及应用

说明书

本发明提供了一种基于3D打印技术的径向井分支干扰应力场表征方法及应用。该方法为：布局径向分支孔眼，生成3D打印机识别图形文件，确定光弹性材料的用量；利用3D打印机，制成多分支径向井物理模型；按照设定的变温速率，加载试验载荷并冻结物理模型受载应力场；采用细线切割方式，将应力冻结后的物理模型切割成薄片；使用光弹仪照射薄片，生成干涉条纹图样；利用解调软件，表征物理模型内部应力场。本发明采用3D打印机制造出精细的物理模型，实现真实描述径向多分支分布；采用光弹性材料与光弹仪，真实显现出物理模型的内部应力场；将径向井分支干扰应力场可视化，为揭示径向井压裂技术中裂缝起裂与裂缝扩展机理提供关键的实验手段。

技术领域

本发明属于石油与天然气开采技术领域，具体涉及一种基于3D打印技术的径向井分支干扰应力场表征方法及应用。

背景技术

2017年，我国油气对外依存度达到历史新高的67.4％，加快我国能源技术革命刻不容缓。煤层气、页岩气等非常规油气藏成为我国油气生产的重要领域上。相对于常规油气藏，这些油气藏的经济开发需实施有效的改造，与常规大规模水力压裂相比，径向井压裂技术具有巨大的优势。一方面，径向井是一种直径为30-50mm，长达100m的径向孔眼，相当于人为在地层中增加了一条高到流能力的通道；另一方面，径向井压裂技术是先在储层段的不同水平处辐射出多个不同方位角的径向孔眼，之后再利用水力能量将地层压裂开，这就能在储层中产生一层多段、一段多孔的复杂裂缝，极大地增加了储层改造体积，从而能提高页岩气、煤层气井的单井产量。

径向井多分支间的应力干扰特性参数是认识径向井压裂技术中裂缝起裂与裂缝扩展机理、优化径向井分支孔眼布局的关键。而准确描述井下复杂地层条件下的认径向井多分支间的应力干扰特性是目前亟待解决的问题。

发明内容

为了准确描述井下复杂地层条件下的认径向井多分支间的应力干扰特性，本发明的目的在于提供一种基于3D打印技术的径向井分支干扰应力场表征方法，将应力冻结与应力-光学定律结合，光弹性透明材料为物体内部应力场可视化提供了关键的手段；同时3D打印技术则为多分支径向井物理模型塑造提供了快捷、精确的途径。本发明的目的还在于提供一种基于3D打印技术的径向井分支干扰应力场表征装置；本发明的目的还在于提供3D打印技术在径向井分支干扰应力场表征中的应用。

本发明的目的通过以下技术手段得以实现：

一方面，本发明提供一种基于3D打印技术的径向井分支干扰应力场表征方法，其包括以下步骤：

步骤一，布局径向分支孔眼，生成3D打印机识别图形文件，确定光弹性材料的用量；

步骤二，利用3D打印机，制成多分支径向井物理模型；

步骤三，按照设定的变温速率，加载试验载荷并冻结物理模型受载应力场；

步骤四，采用细线切割方式，将应力冻结后的物理模型切割成薄片；

步骤五，使用光弹仪照射薄片，生成干涉条纹图样；

步骤六，利用解调软件，表征物理模型内部应力场。

上述的方法中，优选地，步骤一包括以下步骤：

依据设定的径向井分支孔眼布局，使用三维画图软件生成3D打印机识别的图形文件，计算图形文件体积，体积乘以光弹性材料的密度，从而确光弹性材料的用量。

上述的方法中，优选地，步骤二包括以下步骤：

以光弹性材料为原材料，利用精度达微米级别的3D打印机，按照逐层喷涂的方式制造出含有多个分支孔眼的径向井物理模型。

上述的方法中，优选地，所述光弹性材料包括光弹性环氧树脂。光弹性环氧树脂无色透明、具有灵敏的应力双折射效应、较高的光学比例极限、较小的光学蠕变，同时含有应力冻结特性，且易于实现3D打印，市售获得。