一種模擬射孔完井下水力壓裂的實(shí)驗(yàn)裝置的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種模擬射孔完井下水力壓裂的實(shí)驗(yàn)裝置，包括徑向加壓裝置、軸向加壓裝置、壓裂裝置和特制巖心，徑向加壓裝置包括筒體、耐壓橡膠塊、密封環(huán)、左壓蓋、右壓蓋和徑向液壓泵，軸向加壓裝置包括頂桿、活塞、左堵頭和軸向液壓泵，壓裂裝置包括右堵頭、壓力記錄儀、壓裂泵、壓裂液池和加藥罐，特制巖心包括弧形鋼片、鋼管和鉆孔巖樣。本實(shí)用新型原理可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，采用真實(shí)深層地下致密巖心，能同時(shí)施加三向不同應(yīng)力，巖樣內(nèi)部孔道結(jié)構(gòu)與排列方式符合射孔完井井筒的形態(tài)，能模擬射孔完井下水力壓裂時(shí)的真實(shí)情況，實(shí)驗(yàn)結(jié)果適應(yīng)性好。
【專利說(shuō)明】
一種模擬射孔完井下水力壓裂的實(shí)驗(yàn)裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及水力壓裂實(shí)驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種模擬射孔完井下水力壓裂的實(shí)驗(yàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國(guó)油氣開發(fā)的不斷深入，深層致密儲(chǔ)層越來(lái)愈多，水力壓裂是目前提高致密儲(chǔ)層油氣產(chǎn)量和采收率的重要措施，現(xiàn)今我國(guó)的各大油氣田均廣泛運(yùn)用射孔完井并進(jìn)行水力壓裂投產(chǎn)與增產(chǎn)。水力壓裂的基本原理是利用地面高壓栗，通過(guò)井筒向地層擠注壓裂液，當(dāng)注入壓裂液的速度超過(guò)地層的吸收能力而形成高壓時(shí)，將地層壓開并形成高導(dǎo)流能力的人造裂縫，改善井底滲流條件。而實(shí)驗(yàn)室內(nèi)水力壓裂實(shí)驗(yàn)是了解水力壓裂機(jī)理與過(guò)程，認(rèn)識(shí)壓裂過(guò)程中壓力與裂縫形態(tài)變化的重要手段。
[0003]目前國(guó)內(nèi)有學(xué)者對(duì)真三軸水力壓裂實(shí)驗(yàn)裝置及方法進(jìn)行了研究，是將方形巖樣置于三向不同應(yīng)力下進(jìn)行水力壓裂實(shí)驗(yàn)(CN104655495A “一種煤巖高溫高壓真三軸壓裂滲流試驗(yàn)裝置與試驗(yàn)方法”)，但存在以下缺點(diǎn):
[0004](i)巖樣尺寸大，只能采用人造巖樣、地面露頭巖樣或淺層煤樣，與真實(shí)深層致密巖心物性差距大，從而造成實(shí)驗(yàn)結(jié)果不可靠。
[0005](2)巖樣為正方體或長(zhǎng)方體形，加工時(shí)必須保證各相對(duì)平面絕對(duì)平行，否者會(huì)導(dǎo)致加載時(shí)受力不均，實(shí)際操作加工非常困難。
[0006](3)巖樣內(nèi)部為單一鉆孔，只能模擬裸眼完井，而現(xiàn)在絕大多數(shù)油氣井都采用射孔完井，射孔完井下水力壓裂的裂縫形態(tài)與分布、破裂壓力大小都與裸眼完井完全不同。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0007]本實(shí)用新型的目的在于提供一種模擬射孔完井下水力壓裂的實(shí)驗(yàn)裝置，該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，原理可靠，操作簡(jiǎn)便，能有效模擬射孔完井下水力壓裂時(shí)的真實(shí)情況，克服了現(xiàn)有技術(shù)的缺陷和不足。
[0008]為達(dá)到以上技術(shù)目的，本實(shí)用新型提供以下技術(shù)方案。
[0009]—種模擬射孔完井下水力壓裂的實(shí)驗(yàn)裝置，主要包括徑向加壓裝置、軸向加壓裝置、壓裂裝置和特制巖心。
[0010]所述徑向加壓裝置包括筒體、耐壓橡膠塊、密封環(huán)、左壓蓋、右壓蓋和徑向液壓栗，4個(gè)耐壓橡膠塊與筒體之間有4個(gè)分隔的弧狀空腔，相對(duì)的2個(gè)空腔用管線相互連通并連接到液壓栗上，所述左壓蓋和右壓蓋通過(guò)螺紋連到筒體上，并通過(guò)密封環(huán)將弧狀空腔密封。
[0011]所述軸向加壓裝置包括頂桿、活塞、左堵頭和軸向液壓栗，活塞與堵頭之間有柱狀空腔并連接到軸向液壓栗上。
[0012]所述壓裂裝置包括右堵頭、壓力記錄儀、壓裂栗、壓裂液池和加藥罐，所述右堵頭中心有孔道，所述加藥罐中裝有熒光示蹤懸浮微粒，所述壓裂栗可以設(shè)定排量。
[0013]所述左、右堵頭與左、右壓蓋之間通過(guò)卡槽鎖定連接。
[0014]所述特制巖心包括弧形鋼片、鋼管和鉆孔巖樣，所述環(huán)形鋼片與巖樣外壁之間、鋼管與巖樣內(nèi)孔之間用環(huán)氧樹脂密封。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果如下:
[0016](I)實(shí)驗(yàn)巖樣采用真實(shí)深層地下致密巖心，且為圓柱體狀，加工制作容易，能同時(shí)施加三向不同應(yīng)力，應(yīng)力狀態(tài)符合井下真實(shí)情況；
[0017](2)巖樣內(nèi)部孔道結(jié)構(gòu)與排列方式符合射孔完井井筒的形態(tài)，同時(shí)采用相似準(zhǔn)則模擬孔道大小，能夠很好模擬射孔完井下的水力壓裂行為；
[0018](3)巖樣外部包圍的弧形鋼片既可以保證巖樣受力均勻，又可以保護(hù)耐壓橡膠塊免受壓裂液高壓的沖擊，提高其使用壽命；
[0019](4)壓裂實(shí)驗(yàn)后的巖樣裂縫中充填熒光示蹤微粒，裂縫分布與形態(tài)易于觀察；
[0020](5)本實(shí)用新型原理可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，方法切實(shí)可行，能有效模擬射孔完井下水力壓裂時(shí)的真實(shí)情況，實(shí)驗(yàn)結(jié)果適應(yīng)性好。
【附圖說(shuō)明】
[0021 ]圖1是模擬射孔完井下水力壓裂的實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖2是模擬射孔完井下水力壓裂的實(shí)驗(yàn)裝置的中部A-A剖視圖。
[0023]圖中，1-筒體，2-耐壓橡膠塊，3-密封環(huán)，4-左壓蓋，5-左堵頭，6_活塞，7_右壓蓋，8-右堵頭，9-卡槽，10-弧形鋼片，11-巖樣，12-弧狀空腔，13-柱狀空腔，14-鋼管，15-頂桿，16a_l號(hào)徑向液壓栗，16b_2號(hào)徑向液壓栗，17-壓裂栗，18-壓裂液池，19-加藥罐，20a_l號(hào)徑壓表，20b_2號(hào)徑壓表，21-軸壓表，22-壓力記錄儀，23-軸向液壓栗。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0025]參見圖1、圖2。
[0026]一種模擬射孔完井下水力壓裂的實(shí)驗(yàn)裝置，由徑向加壓裝置、軸向加壓裝置、壓裂裝置和特制巖心組成。
[0027]所述徑向加壓裝置包括筒體1、耐壓橡膠塊2、左壓蓋4、右壓蓋7、I號(hào)徑向液壓栗16a和2號(hào)徑向液壓栗16b，筒體I與4個(gè)耐壓橡膠塊2之間有4個(gè)分隔的弧狀空腔12，相對(duì)的2個(gè)弧狀空腔12相互連通并分別通過(guò)I號(hào)徑壓表20a和2號(hào)徑壓表20b連接I號(hào)徑向液壓栗16a和2號(hào)徑向液壓栗16b，所述左壓蓋4和右壓蓋7通過(guò)密封環(huán)3將弧狀空腔12密封。
[0028]所述軸向加壓裝置包括頂桿15、活塞6、左堵頭5和軸向液壓栗23，活塞6與左堵頭5之間有柱狀空腔13，通過(guò)軸壓表21連接軸向液壓栗23。
[0029]所述壓裂裝置包括右堵頭8、壓力記錄儀22、壓裂栗17、壓裂液池18和加藥罐19，所述右堵頭8中心有孔道，所述加藥19中裝有熒光示蹤懸浮微粒，所述壓裂栗17可以設(shè)定排量。
[0030]所述筒體I左端通過(guò)螺紋連接左壓蓋4，右端通過(guò)螺紋連接右壓蓋7，左壓蓋4、右壓蓋7通過(guò)卡槽9分別鎖定連接左堵頭5、右堵頭8。
[0031]所述筒體I中有特制巖心，所述特制巖心包括巖樣11、鋼管14、弧形鋼片10，所述巖樣11為直徑63.5_、長(zhǎng)度120mm的圓柱形巖樣，巖樣中有直徑10_15mm、深10mm的軸向孔道，鋼管14插入軸向孔道底部，在巖樣上部、中部、下部沿徑向分別有l(wèi)-2mm的徑向孔道，巖樣的徑向孔道與軸向孔道連通，各徑向孔道之間相位角為120°，在巖樣外包裹有四塊內(nèi)徑與巖樣外徑相同的弧形鋼片10，鋼管14與巖樣內(nèi)壁之間、弧形鋼片10與巖樣外壁之間用環(huán)氧樹脂密封;鋼管14用于模擬井筒，通過(guò)壓力記錄儀22依次連接壓裂栗17、壓裂液池18和加藥罐19。
[0032]假設(shè)一□油井真實(shí)井筒井眼尺寸150mm，套管外徑125mm，射孔孔徑15mm，射孔相位角120°，地層最大水平主應(yīng)力2510^、最小水平主應(yīng)力2010^，上覆地層應(yīng)力3010^，按照1:10幾何相似模擬射孔完井井筒，計(jì)算得到室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)井眼直徑為15mm，鋼管直徑12.5mm，射孔直徑1.5mm。
[0033]利用上述裝置模擬射孔完井下水力壓裂的方法，主要包括以下步驟:
[0034](I)在井下鉆井取出的巖心上鉆取一塊直徑63.5mm，長(zhǎng)度120mm的圓柱形巖樣11，巖樣11兩端平整；
[0035](2)沿圓柱形巖樣11中心鉆一條直徑15mm，深10mm的軸向孔道，然后將外徑12.5_，壁厚Imm的鋼管14插入孔道底部并用環(huán)氧樹脂粘結(jié)在孔道中，模擬水泥固井；
[0036](3)分別在巖樣11側(cè)面上部、中部、下部沿巖樣徑向各鉆一個(gè)1.5mm的孔道，鉆穿鋼管14至巖樣中心孔道為止，各孔道之間相位角為120°，模擬射孔孔眼；
[0037](4)將四塊內(nèi)徑與巖樣外徑相同的弧形鋼片10包裹在巖樣11外面，鋼片10與巖樣11外壁之間用環(huán)氧樹脂密封，巖樣制備完畢；
[0038](5)將制備好的巖樣放入筒體I中，裝好左堵頭5、右堵頭8并通過(guò)卡槽9鎖定；
[0039](6)通過(guò)I號(hào)徑向液壓栗16a、2號(hào)徑向液壓栗16b和軸向液壓栗23分別向巖樣11施加兩個(gè)不同的徑向應(yīng)力和一個(gè)軸向應(yīng)力，壓力值分別等于最大水平主應(yīng)力25MPa、最小水平主應(yīng)力20MPa、上覆地層應(yīng)力30MPa ；
[0040](7)通過(guò)加藥罐19向壓裂液池18中加入一定量的熒光示蹤懸浮微粒，然后利用壓裂栗17通過(guò)鋼管14向巖樣11內(nèi)逐步加壓，通過(guò)壓力記錄儀22觀察壓力曲線，當(dāng)壓力出現(xiàn)拐點(diǎn)突然下降時(shí)巖樣11破裂，關(guān)停壓裂栗17并泄壓；
[°041 ] (8)卸掉巖樣11徑向和軸向壓力，取出巖樣11，去掉巖樣11外鋼片，擦凈巖樣11表面，用紫外熒光燈照射并觀察巖樣內(nèi)裂縫形態(tài)，根據(jù)壓力記錄曲線對(duì)壓裂結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種模擬射孔完井下水力壓裂的實(shí)驗(yàn)裝置，由徑向加壓裝置、軸向加壓裝置、壓裂裝置和特制巖心組成，其特征在于，所述徑向加壓裝置包括筒體(I)、耐壓橡膠塊(2)、左壓蓋(4)、右壓蓋(7)、1號(hào)徑向液壓栗(16a)和2號(hào)徑向液壓栗(16b)，筒體(I)與4個(gè)耐壓橡膠塊(2)之間有4個(gè)分隔的弧狀空腔(12)，相對(duì)的2個(gè)弧狀空腔相互連通并分別連接I號(hào)徑向液壓栗(16a)和2號(hào)徑向液壓栗(16b)，左壓蓋(4)和右壓蓋(7)通過(guò)密封環(huán)(3)將弧狀空腔(12)密封;所述軸向加壓裝置包括頂桿(15)、活塞(6)、左堵頭(5)和軸向液壓栗(23)，活塞(6)與左堵頭(5)之間有柱狀空腔(13)連接軸向液壓栗(23);所述壓裂裝置包括右堵頭(8)、壓力記錄儀(22)、壓裂栗(17)、壓裂液池(18)和加藥罐(19)，所述右堵頭(8)中心有孔道，所述加藥罐(19)中裝有熒光示蹤懸浮微粒;所述筒體(I)的左壓蓋(4)、右壓蓋(7)通過(guò)卡槽(9)分別鎖定連接左堵頭(5)、右堵頭(8)，所述筒體(I)中有特制巖心;所述特制巖心包括巖樣(11)、鋼管(14)、弧形鋼片(10)，巖樣中有軸向孔道，鋼管插入軸向孔道底部，在巖樣上部、中部、下部分別有徑向孔道，各徑向孔道之間相位角為120°，巖樣的徑向孔道與軸向孔道連通，在巖樣外包裹有內(nèi)徑與巖樣外徑相同的弧形鋼片，鋼管通過(guò)壓力記錄儀(22)依次連接壓裂栗(17)、壓裂液池(18)和加藥罐(19)。2.如權(quán)利要求1所述的一種模擬射孔完井下水力壓裂的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述特制巖心包括巖樣(11)、鋼管(14)、弧形鋼片(10)，所述巖樣(II)為直徑63.5mm、長(zhǎng)度120mm的圓柱形巖樣，巖樣中有直徑10-15mm、深10mm的軸向孔道，鋼管(14)插入軸向孔道底部，在巖樣上部、中部、下部沿徑向分別有1-2_的徑向孔道，巖樣的徑向孔道與軸向孔道連通，各徑向孔道之間相位角為120°，在巖樣外包裹有四塊內(nèi)徑與巖樣外徑相同的弧形鋼片(10)，鋼管與巖樣內(nèi)壁之間、弧形鋼片與巖樣外壁之間用環(huán)氧樹脂密封。
【文檔編號(hào)】E21B43/26GK205477573SQ201620308153
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年4月14日
【發(fā)明人】周文武, 李勇明, 廖毅, 孔烈
【申請(qǐng)人】西南石油大學(xué)