[发明专利]一种水平井分段压裂室内模拟试验装置及其操作方法

说明书

本发明公开了一种水平井分段压裂室内模拟试验装置及其操作方法，它解决了现有水力压裂试验存在的操作复杂、灵活性差、精度不高的问题；结构简单且操作方便，能有效降低试验成本，提高试验效率，为水平井分段压裂裂缝扩展机理研究提供试验条件。其技术方案为：包括：三轴加载单元、压裂控制单元和液压加载单元，三轴加载单元，包括试验架和安装于试验架内侧用于提供三向轴压的加载缸；压裂控制单元，包括井筒套管、注液丝杆、承压板和连接座；井筒套管两端分别与一个注液丝杆采用螺纹方式连接，所述注液丝杆穿过承压板，并与连接座相连，形成注液通道；液压加载单元，用于向模拟水平井内泵入压裂液。

技术领域

本发明涉及水力压裂理论与技术研究领域，尤其涉及一种水平井分段压裂室内模拟试验装置及其操作方法。

背景技术

水平井分段压裂是一种广泛应用于页岩气开发的水力压裂技术，其基本原理是通过调节分段方式、优化射孔参数等，逐段实施水力压裂，在储层中产生错综复杂的裂缝网络，进而达到页岩气增产的目的。以往研究与实践表明，分段压裂方式、地层应力场分布特征和射孔间距等因素直接影响水力压裂的总体效果。

在实际工程中，由于页岩储层埋深较大且应力场分布极为复杂，通常难以对压裂效果进行直接评价。因此，国内外学者大多采用室内试验方法开展水力压裂的理论、控制技术及评价方法研究。试验装置是开展试验研究的必要前提。然而，发明人发现，现有试验装置主要用于常规水力压裂试验，而水平井分段压裂的真三轴模拟试验装置较为少见。同时，现有装置常采用多个注液管控制井筒的分段压裂，其操作复杂，射孔间距与数量的调整极为困难，在研究多射孔工况时，井筒尺寸通常较大，进而影响试验精度。此外，现有装置的压裂方式单一且灵活性较差，在单个井筒内无法实现多段单簇裂缝与多段多簇裂缝的依次压裂、交错压裂及同步压裂等多种压裂方式，难以为水平井分段压裂机理与技术研究提供强力支撑。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种水平井分段压裂室内模拟试验装置及其操作方法，用于水平井分段压裂的裂缝扩展机理研究，可实现水平井多段单簇裂缝与多段多簇裂缝的依次压裂、交错压裂及同步压裂等多种压裂方式，具有较强的灵活性；本发明结构简单，操作方便，能有效降低试验成本，提升试验效率，为水平井分段压裂裂缝扩展机理与控制技术研究提供试验条件。

本发明的实施例采用下述技术方案：

一种水平井分段压裂室内模拟试验装置，包括：

三轴加载单元，包括试验架和安装于试验架内侧用于提供三向轴压的加载缸；

压裂控制单元，包括井筒套管、注液丝杆、承压板和连接座；在试件内部钻孔形成孔道，以模拟水平井；所述井筒套管固定于孔道内侧，井筒套管两端分别与一个注液丝杆连接；所述注液丝杆穿过承压板，并与连接座相连，形成注液通道；

液压加载单元，用于向模拟水平井内泵入压裂液。

作为进一步的限定，安装于试验架顶部和底部的加载缸通过连接座对承压板施加垂向压力，安装于试验架侧面的加载缸与承压板直接接触，以施加侧向压力。

作为进一步的限定，所述连接座内部设有孔道，且外侧设有高压泵接口，所述高压泵接口连接液压加载单元。

作为进一步的限定，所述液压加载单元包括高压泵和注液管，高压泵通过注液管与连接座相连。

作为进一步的限定，所述井筒套管沿竖直方向设置，且井筒套管间隔开设若干个射孔。

作为进一步的限定，所述井筒套管与注液丝杆采用螺纹方式连接。所述注液丝杆内部中空，外表面设有螺纹。

作为进一步的限定，所述井筒套管通过高强粘结胶与孔道内壁固定。

作为进一步的限定，所述压裂液掺入有色颜料。

一种水平井分段压裂室内模拟试验装置的操作方法，包括：