[发明专利]一种不同流态二氧化碳注入条件下的大尺度压裂实验系统及方法

说明书

本发明公开了一种不同流态二氧化碳注入条件下的大尺度压裂实验系统及方法。本发明提供了一种不同流态二氧化碳注入条件下的大尺度压裂实验系统，包括二氧化碳气源供给单元、柱塞泵注单元、三轴应力加载单元和主管线；主管线的一端连接二氧化碳气源供给单元，主管线的另一端连接三轴应力加载单元；其中，主管线上设有支管线，二氧化碳气源供给单元和三轴应力加载单元均通过支管线连接柱塞泵注单元；柱塞泵注单元包括柱塞泵和中间容器单元；中间容器单元包括第一中间容器、第二中间容器和第三中间容器；第一中间容器装配有第一控温设备；第二中间容器装配有第二控温设备。本发明的系统实现了不同二氧化碳相态的泵注，还能观察压后二氧化碳裂缝形态。

技术领域

本发明涉及油气田开发中的水力压裂物理模拟实验技术领域。更具体地，涉及一种不同流态二氧化碳注入条件下的大尺度压裂实验系统及方法。

背景技术

传统的水基压裂液存在破胶不完全，返排不彻底，在地层中滞留量大等问题，对地层伤害严重。因此二氧化碳压裂技术得到了关注和研究，其具有低伤害、易返排等优势，目前已经在各种不同储层得到了广泛的应用，特别是水敏性储层。

另一方面，由于储层地质条件的复杂性和二氧化碳不同相态下造缝机理认识的不明确，仍然制约着该工艺技术的有效实施。因此对不同相态下的二氧化碳压裂裂缝起裂和延伸机理的认识势在必行。

近年来通过开展室内水力压裂物理模拟实验对裂缝起裂延伸机理问题进行深入的研究成为业内研究的热点。针对不同压裂工艺的物模实验技术也得到不断改进和创新。例如，申请号为201710589324.7的专利提供了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。申请号为201610105722.2的专利提供了一种三轴应力下超临界二氧化碳致裂页岩实验试件制作方法，具体涉及一种能够模拟储层温度、压力条件下不同工艺参数对超临界二氧化碳致裂页岩效果影响的压裂实验试件制作方法，但存在共同的问题是：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，样品尺寸很小，由于尺度效应无法实现对裂缝稳定扩展的模拟；对样品施加的围压只是拟三维，不是全三维；该专利只是针对单一超临界二氧化碳流体注入模拟方法，而压裂效果即裂缝形态的描述方法并未提及。申请号为201510287459.9的专利提供了一种超临界二氧化碳岩石压裂试验系统，能够实现岩石样品在地应力条件下被超临界二氧化碳致裂的实验模拟，同时还可进行二氧化碳携砂功能的模拟；但存在的问题是：样品仍然是圆柱体，因此施加的围压只是拟三维，不是全三维；高压柱塞泵直接与气源连接，随着气瓶压力的降低存在气化现象，则需要对二氧化碳进行液化增压，降低了实验效率，且二氧化碳对泵存在一定程度腐蚀，不利于设备安全；此外该专利也未提及压后对裂缝形态观察的方法。申请为201610972423.9的专利提供了一种一种超临界二氧化碳压裂模拟实验装置，虽然进行的是全三维应力加载，也对二氧化碳提前进行了液化处理，但由于加热系统位于试样加载框架内，不能实现多种不同相态流体的实施切换泵注，且压后裂缝形态采用直观观察法，不能实现对二氧化碳造缝的准确描述。

综上所述，前人申请的专利虽然都能够实现对超临界二氧化碳的泵注压裂实验，但均存在样品尺寸较小，拟三轴加载不能真正实现模拟裂缝稳定扩展的目的，或者存在二氧化碳相态转换效率低、不能进行多种相态交替泵注的问题。此外最大的问题即二氧化碳致裂裂缝形态观察仍然未得到有效解决，一般物模实验对裂缝形态的观察主要由两种手段，小尺度样品(30cm以内)可以采用CT扫描的方式，或者对压裂液进行染色处理。然而目前市面上也很难找到与二氧化碳溶剂互溶的染色剂，因此传统观察裂缝形态的方式均不适用于二氧化碳泵注压裂大尺度岩石的观察。

因此，本发明提供了一种不同流态二氧化碳注入条件下的大尺度压裂实验系统及方法，以解决上述问题。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种不同流态二氧化碳注入条件下的大尺度压裂实验系统。