[发明专利]一种耐高温高压地热井压裂模拟试验井筒及应用

说明书

本发明提供了一种耐高温高压地热井压裂模拟试验井筒及应用，属于地热井压裂模拟试验领域。该耐高温高压地热井压裂模拟试验井筒安装在岩样的模拟井口处，其包括：井筒体和密封圈；所述井筒体从上至下包括依次连接成一体的三个部分:连接部、压紧部和密封部；在所述连接部、压紧部和密封部的中心均开有中心通孔，三者的中心通孔的直径相同，且依次连通形成井筒体的中心通孔；所述密封圈安装在所述井筒体的密封部上。本发明的模拟试验井筒固结良好，在250度的高温下未发生压裂液渗漏现象，能够成功憋起40MPa的泵压，并最终将岩样压开一条垂直于最小主应力方向的裂缝。

技术领域

本发明属于地热井压裂模拟试验领域，具体涉及一种耐高温高压地热井压裂模拟试验井筒及应用。

背景技术

水力压裂是油气井增产的一项重要技术措施。随着地热井的开发，水力压裂技术逐渐成为地热井开发中必不可少的技术手段。压裂过程起始于高压流体诱发的孔壁破裂，但压裂的最终效果更主要地取决于此后裂缝的扩展过程。这一过程的物理背景是极其复杂的，它是关于岩石力学和流体力学的一个复杂耦合问题。由于对水力压裂产生的微震信号认识的局限性，压裂所产生的裂缝实际形态难于直接观察，人们往往只能借助于建立在种种假设和简化条件基础上的数值模型进行间接分析。但这些简化模型不能正确的反映地层压裂裂缝的扩展规律。压裂模拟试验是认识裂缝扩展机制的重要手段，通过模拟地层条件下的压裂试验，可以对裂缝扩展的实际物理过程进行监测，并且对形成的裂缝进行直接观察。前人对大尺寸真三轴压裂模拟试验装置进行了广泛的研究，在地热井的压裂试验中，模拟试验井筒作为压裂液的注入装置，要能够承受地热井压裂试验对高温高压的要求，模拟试验井筒对压裂试验的成功与否有着至关重要的作用。因此，对于地热井的压裂试验，模拟试验井筒的设计成为关键。

模拟常温条件下的水力压裂时，采用传统的井筒固结方法，利用环氧树脂胶水将模拟试验井筒固定到所钻的模拟井口中，并静置两天，等待环氧树脂完全固化进行实验。但是根据实验测试，在进行150度以上的高温模拟压裂实验时，该种井筒固结方法无法满足实验要求。造成该井筒固结方式失效，其原因主要是由于岩石和固化后的环氧树脂胶水的热膨胀系数不匹配，岩石升温后，胶水和岩石间的胶结面受到破坏，从而无法满足井口密封要求。

前人多数研究集中在常温条件下压裂试验的井筒装置研究，在应对高温高压地热井压裂试验时，往往由于传统的利用环氧树脂胶水固结井筒的方法在高温环境下极易造成井筒固结失效，而导致试验失败。

具体的，中国专利公开文献CN107893652公开了一种干热岩增强型地热系统的水力压裂模拟实验装置及方法，该装置由于密封胶无法在较长时间保持好的密封效果，因此实验只能在岩石试件加热到一定温度后，进行钻孔插入模拟试验井筒，由于加热温度达到200度，在这个温度下钻孔会受到影响，所以很难保证井筒完全垂直；中国专利公开文献CN105628506公开了一种岩石压裂模拟试样和制备方法、该模拟试验装置和方法，属于较低温度下的实验，所用的密封物质粘结剂无法满足高温环境；中国文献“煤层气井真三轴压裂实验”(科技导报2015，33(1))公开了一种实验系统，同样属于较低温度下实验，所用环氧树脂无法满足长时间高温环境下密封。

目前国内外干热岩的储藏温度在180℃-250℃之间，青海共和盆地干热岩在3700米处花岗岩温度是环境是236℃。目前在高温下裂缝起裂与扩展规律不清楚，只有在真实的200℃左右的温度下进行室内压裂实验，才能掌握上述规律，为现场压裂设计与实施提供参考和依据。

而现有的压裂模拟试验井筒，无论是用环氧树脂或者其他密封物质粘接剂进行密封的均无法在150℃高温下完成长时间密封，在高温下实验时，所采用的环氧树脂胶水固结无法保持好的密封性，多次尝试发现均出现密封失效导致钻井液溢出情况。因此，之前很多干热岩压裂的室内实验都是在常温25℃或者在低温120℃下完成的，无法满足大于200度的高温要求。

发明内容