[发明专利]基于真三轴实验的密切割水力压裂造缝模拟系统及方法

说明书

本发明涉及一种基于真三轴实验的密切割水力压裂造缝模拟系统及方法，密切割水力压裂造缝模拟系统包括真三轴应力加载子系统、人工岩心以及人工井筒，人工井筒浇筑在人工岩心内，并在人工井筒内注入有包含至少两种不同粒径和密度暂堵剂的压裂液，且人工井筒上开设有对称布置的割缝，对称两割缝处卡入有铜片并拼合连接构成圆形结构，用于模拟人工井筒上的射孔，真三轴应力加载子系统包括应力加载液压源和分布在人工岩心三个主应力方向的应力加载板。方法包括制备人工井筒、人工岩心以及为人工岩心加载三向应力并进行密切割压裂实验。本发明通过在人工井筒上布置铜片来模拟射孔，并配合暂堵剂，能够在实验室内有效实现多簇高效起裂的压裂效果。

技术领域

本发明涉及非常规致密油气开采水力压裂技术领域，具体涉及一种基于真三轴实验的密切割水力压裂造缝模拟系统及方法。

背景技术

我国页岩气、页岩油、致密砂岩气和煤层气等非常规致密油气资源丰富，非常规油气是实现我国油气增储上产的重要接替领域。致密油气储层通常具有地层的孔隙度小、渗透率低以及储集空间连通性差等特征，因此采用常规钻井和完井方式的自然产能低，水力压裂技术就成为提高非常规致密油气产能的重要的手段。水力压裂技术即通过地面压裂车组、地面管线和井筒形成流动通道，地面压裂车将压裂液通过管线泵注到井筒中去，当井筒中的流体压力大于地层岩石破裂压力后，地层中形成裂缝，压裂液被注入到地层中促使裂缝延伸，后续还随着压裂液一起将一定数量和粒径的支撑剂泵入到已经形成的地层裂缝中，形成支撑裂缝，以此使得裂缝在压裂施工后仍然能保持一定的导流能力。通过压裂施工形成的裂缝越多、裂缝的形态越复杂、压裂改造的有效波及体积越大，往往压后的产能也越高。因此，随着技术的发展，从单段单簇到多段多簇，压裂井段的段间距和簇间距均越来越小，即目前所谓的密切割压裂技术。该技术目标是通过缩小压裂段间距的同时增大射孔簇数，从而期望得到更多的水力压裂裂缝，形成压后复杂裂缝网络，以此提高产量。

虽然缩小段间距、增大射孔簇数会一定程度上促进更多的裂缝生成，在井眼周围形成更为复杂的裂缝网络。但是由于水力裂缝之间存在压裂缝的应力干扰，裂缝可能发生偏转，从而使得多裂缝聚合或止裂，因此压裂段间距并不是越小越好，压裂簇数也不是越多越好。目前，密切割压裂尚处于工程探索阶段，该工艺的机理、压裂施工过程多缝起裂特征、压后裂缝的扩展规律以及压后裂缝效果评估等均不明确。由此可见，开展密切割水力压裂室内实验对于认识该工艺的有效性和规律性具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于真三轴实验的密切割水力压裂造缝模拟系统及方法，以解决现有技术中由于密切割水力压裂技术缺少室内实验模拟分析而导致该技术不能有效实现多簇高效起裂的压裂效果的问题。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

本发明提供一种基于真三轴实验的密切割水力压裂造缝模拟系统，包括真三轴应力加载子系统，所述密切割水力压裂造缝模拟系统还包括人工岩心以及人工井筒；

所述人工井筒的一端为开口的注入端，所述人工井筒的另一端为封闭端，在所述人工井筒内注入有包含至少两种不同粒径和密度暂堵剂的压裂液，并在所述人工井筒靠近封闭端的筒体上开设有对称布置的割缝，所述割缝处卡入有半圆形的铜片，且对称两所述割缝处的所述铜片拼合连接构成圆形结构并用于模拟所述人工井筒上的射孔，所述铜片与所述割缝之间形成有供所述暂堵剂通过的缝隙；

所述真三轴应力加载子系统包括应力加载液压源和分布在所述人工岩心三个主应力方向的应力加载板，三块所述应力加载板分别通过液压高压管线与所述应力加载液压源相连接，所述人工井筒浇筑在所述人工岩心内。

进一步地，所述铜片上具有与所述割缝卡接的凹槽，所述凹槽为两侧呈圆弧边且中部呈直边的“C”型结构，对称两所述割缝处的所述铜片拼合构成中间具有不规则孔的圆形结构，所述凹槽的槽口距中部直边的垂直距离等于所述割缝的深度，且所述凹槽圆弧边的内壁与所述人工井筒的外壁形成接触配合。