[发明专利]一种硬脆性泥页岩裂缝开启模拟装置

说明书

本发明公开了一种硬脆性泥页岩裂缝开启模拟装置，包括岩心柱试样装载容器、岩心柱试样周向加压装置和岩心柱试样上方施压装置。本发明提供的一种硬脆性泥页岩裂缝开启模拟装置，在对岩心柱施加侧向围压的作用下，模拟流体压裂硬脆性泥页岩的过程，使岩心柱内部裂缝开启，可用以测量钻井过程中硬脆性泥岩内裂缝开启的速度，为研究不同压力和不同流体作用下的硬脆性泥页岩裂缝开启速度和规律提供指导，对于确定钻井过程井漏速度和选择堵漏材料粒径以及实现钻井过程中高效堵漏具有重要意义。

技术领域

本发明涉及油气钻探领域，具体涉及一种硬脆性泥页岩裂缝开启模拟装置。

背景技术

在油气钻井工程中，井壁不稳定(又称井壁失稳、井塌)是经常遇到的井下复杂情况。随着油气钻探领域不断拓展，钻遇地层日趋复杂，井壁稳定性问题更加突出。值得注意的是，由于泥页岩地层中黏土矿物的水化作用，使泥页岩地层井壁稳定性问题更加复杂，并且更为常见。油气井钻遇地层中约75％为泥页岩地层，约90％井壁不稳定复杂情况发生在泥页岩地层，特别是复杂深层硬脆性泥页岩地层。硬脆性泥页岩地层在应力和流体作用下剥落、掉块导致扩径，或因钻井液密度过高压裂地层导致泥页岩地层内部裂缝开启、钻井液严重井漏等。

针对软泥岩膨胀的模拟，已有大量方法和检测仪器设备，例如常温泥页岩膨胀量测定仪和高温高压泥页岩膨胀量测定仪等仪器设备，但关于硬脆性泥页岩裂缝开启与闭合模拟方法的报道较少。现有的方法是直接将岩心浸泡在烧杯中观察裂缝扩展过程，但这种方法没有考虑地层围压、流体和压裂作业等影响，所得的裂缝开启速度是不合理的，总而言之，现有的用于模拟硬脆性泥页岩裂缝开启的装置，无法有效研究不同压力和不同流体作用下的硬脆性泥页岩裂缝开启速度和规律，进而导致钻井过程井漏速度难以确定和选择堵漏材料粒径缺乏有效指导。

发明内容

本发明的目的在于提供一种硬脆性泥页岩裂缝开启模拟装置，用以解决现有用于模拟硬脆性泥页岩裂缝开启的装置无法有效研究不同压力和不同流体作用下的硬脆性泥页岩裂缝开启速度和规律的问题。

本发明提供一种硬脆性泥页岩裂缝开启模拟装置，包括岩心柱试样装载容器、岩心柱试样周向加压装置和岩心柱试样上方施压装置，所述岩心柱试样装载容器包括筒体、上盖和底座，所述上盖和所述底座分别设置于所述筒体的顶端和底端；所述筒体为两端开口的透明套筒，所述筒体内的中上部设置有一圈凸台，所述凸台将所述筒体内部空间分为上空腔和下空腔；所述岩心柱试样周向加压装置包括岩心柱套、若干个弹簧列、若干个压帽列，所述岩心柱套为中空圆柱体，所述岩心柱套的顶端设置有环形凸缘；所述岩心柱套的下端为透明的，若干个所述弹簧列周向设置于所述岩心柱套和所述下空腔对应的筒体的筒壁之间，若干个所述压帽列分别设置于若干个所述弹簧列上；当所述岩心柱套的下端周向包裹岩心柱试样并装载于筒体的下空腔时，所述岩心柱套的环形凸缘抵触于所述筒体的凸台；所述岩心柱试样上方施压装置包括活塞加压装置和/或气阀加压装置，设置于所述筒体的上空腔及上盖上，用于从岩心柱试样的上方对岩心柱试样施加压力作用。

优选地，所述岩心柱套包括左套部和右套部，所述左套部和所述右套部对接形成所述岩心柱套；所述弹簧列和所述压帽列的个数均为两个，每个所述弹簧列包括若干个复位弹簧，两个所述弹簧列分别设置于左套部与筒体之间的间隙以及右套部与筒体之间的间隙；每个所述压帽列包括若干个压帽，两个压帽列分别设置于两个所述弹簧列上，且位于同侧的复位弹簧与压帽一一对应。

优选地，所述左套部和所述右套部均设置有若干个弹簧孔眼，所述下空腔对应的筒体的筒壁两侧分别设置有若干个压帽孔，同一侧的若干个弹簧孔眼与若干个压帽孔一一对应且对应的弹簧孔眼与压帽孔相互连通；所述弹簧列的每个复位弹簧分别设置于弹簧孔眼和压帽孔之间，且所述压帽列的若干个压帽分别设置于同侧的若干个压帽孔上，复位弹簧的两端分别抵触弹簧孔眼和压帽；当压帽在压帽孔内旋紧过程中，两侧弹簧列的复位弹簧受压，同时向左套部和右套部施压，左套部和右套部紧密贴于岩心柱试样，将岩心柱试样包裹得更为严实。

优选地，所述上盖设置有压力表，所述压力表与所述下空腔连通。