[发明专利]一种渗流力大小及其对地层有效应力影响的测量装置及方法

说明书

本发明涉及油气田开发技术领域，具体涉及一种渗流力大小及其对地层有效应力影响的测量装置及方法，包括下承载台上部固定有压力测试装置，水储集室安装有渗出水排放管，下承载台上部安装有围压加载室，下承载台放置样品，样品的外壁等间距分布有10个测点，样品的上端面和下端面分别放置有上渗透性承压钢片和下渗透性承压钢片，样品放置在透明橡胶套内部，上渗透性承压钢片的上面设置轴压加载装置，轴压加载装置与轴压伺服电机相连，上渗透性承压钢片通过钢管线分别与真空泵和孔压加载系统连接，围压加载室通过钢管线与围压加载系统连接，围压加载室的外壁一侧设置有透明观测窗。本发明可以提高测量的有效性和准确性，使测试计算结果更加精确。

技术领域

本发明涉及油气田开发技术领域，具体涉及一种渗流力大小及其对地层有效应力影响的测量装置及方法。

背景技术

水力压裂技术是非常规油气储层油气开采的重要手段。其核心思想是通过向地层裂缝中注入大排量的高压流体，迅速提高缝内压力，使裂缝沿尖端产生破裂和延伸。然而同时，高压流体也会沿裂缝壁面产生滤失，由作用力与反作用力的原理可知，这部分滤失掉的流体，在较高压力梯度下会在裂缝壁面附近产生随裂缝面距离变化而变化的附加力，改变裂缝性地层原有的有效应力，我们将这种力称为渗流力。

渗流力的概念目前仅被应用于土力学，用来研究流体在土体中渗流时，沿流体流动方向对土颗粒的推动、摩擦和拖曳作用，它们综合形成的作用于土骨架的力。现有关于渗流力的量测装置及方法都是基于土体颗粒的，由于土颗粒松散的结构特征，不需要考虑垂直于流体流动方向的有效应力变化，且不适用于测量坚硬裂缝性地层在高压流体作用下产生的渗流力，使得试验量测和计算方式均不能满足对于裂缝性地层的研究。

在目前的水力压裂试验中，试样中孔隙压力为定值，没有对裂缝壁面附近渗流力大小及渗流力引起的裂缝性地层有效应力进行测量的装置及方法。鉴于现有技术的渗流力测量方法没有将坚硬的裂缝性地层纳入考虑范围，而水力压裂试验又没有对渗流力进行研究，不能真实反映水力压裂时裂缝壁面附近有效应力变化。因此提出一种新的测试装置及方法，用来计算在高注入压力下产生的渗流力大小及其对裂缝性地层有效应力的改变。

发明内容

针对现有技术只是对土体颗粒模型下渗流力进行测量实验的技术现状，本发明的目的旨在提供一种渗流力大小及其对地层有效应力影响的测量装置及方法，适用于裂缝性地层受渗流力作用时。

本发明提供的一种渗流力大小及其对地层有效应力影响的测量装置及方法，测量装置包括：下承载台，下承载台上部固定有压力测试装置，水储集室，水储集室安装有渗出水排放管，下承载台上部安装有围压加载室，并且围压加载室外部安装有非接触式三维形变测量系统，下承载台放置样品，样品的外壁等间距分布有10个测点，样品上端面和下端面分别放置有上渗透性承压钢片和下渗透性承压钢片，样品放置在透明橡胶套内部，上渗透性承压钢片的上面设置轴压加载装置，轴压加载装置与轴压伺服电机相连接，上渗透性承压钢片通过钢管线分别与真空泵和孔压加载系统连接，围压加载室通过钢管线与围压加载系统连接，围压加载室的外壁一侧设置有透明观测窗，轴压伺服电机、围压加载系统、孔压加载系统、真空泵、非接触式三维变形测量系统、流压传感器、压力测试装置均与终端控制系统电连接。

进一步的，渗出水排放管安装有阀门。

进一步的，围压加载室由外壁和端盖构成，端盖安装有排气阀。

进一步的，孔压加载系统、围压加载系统、真空泵连接的钢管线上安装有阀门。

一种渗流力大小及其对地层有效应力影响的测量方法，包括以下步骤：

(1)利用钻井工具取地下岩心，选取结构完整的岩心，并加工成直径50cm、高100cm的圆柱形样品，将样品置于围压加载室，在样品的外壁自上而下等间距标记11个点作为测点，分别给样品的顶部和底部放置与样品半径相等的上渗透性承压钢片和下渗透性承压钢片，然后将样品套入透明橡胶套；