一種小型水力壓裂三軸評價測試加壓裝置及其方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及水力壓裂測試技術領域，具體涉及是一種模擬在不同水平壓力差下針 對不同流體和巖石進行近井地帶地層裂縫起裂和延伸模擬小型水力壓裂評價測試裝置及 其方法。
【背景技術】
[0002] 水力壓裂技術經(jīng)過了近半個世紀的發(fā)展，特別是自80年代末以來，在壓裂設計、 壓裂液和添加劑、支撐劑、壓裂設備和監(jiān)測儀器以及裂縫檢測等方面都獲得了迅速的發(fā)展， 使水力壓裂技術在縫高控制技術、高滲層防砂壓裂、重復壓裂、深穿透壓裂以及大砂量多級 壓裂等方面都出現(xiàn)了新的突破。現(xiàn)在水力壓裂技術作為油水井增產(chǎn)增注的主要措施，已廣 泛應用于低滲透油氣田的開發(fā)中，通過水力壓裂改善了井底附近的滲流條件，提高了油井 產(chǎn)能，在美國有30%的原油產(chǎn)量是通過壓裂獲得的。國內(nèi)低滲油田的產(chǎn)量和通過水力壓裂 改造獲得的產(chǎn)量也在逐漸增加，特別是現(xiàn)在正處石油工業(yè)不景氣的時代，對水力壓裂技術 的廣泛應用和深入認真的研究可望給石油工業(yè)注入新的活力和生機，水力壓裂技術的最 優(yōu)實施和關鍵性技術的突破，將給石油工業(yè)帶來不可估量的前景。
[0003] 壓裂產(chǎn)生的高導流能力裂縫可以極大提高地層滲透率從而提高油井產(chǎn)量，水力壓 裂的關鍵問題之一就是如何確定地下水利裂縫的幾何尺寸、方位以及位置。發(fā)展和研究裂 縫的檢測技術是目前水力壓裂技術的一個薄弱環(huán)節(jié)，國內(nèi)外采用的檢測方法雖然取得了一 定成效但是還有很大的局限性還需要進一步研究。
[0004]目前國內(nèi)的研究裂縫起裂以及延伸的儀器均為大型真三軸水力壓裂模擬實驗儀 器，如中國石油大學(北京）巖石力學實驗室，中國石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院等，雖然采 用大尺寸真三軸模擬試驗系統(tǒng)可以模擬儲層地應力條件下的水力壓裂裂縫擴展機理模擬 實驗，實驗試樣為300mm X 300mm X 300mm天然巖樣或人造巖樣。但是實驗巖樣過大，而真 實儲層鉆井取心一般為l〇cm圓柱，試樣尺寸不能滿足大型真三軸水力壓裂模擬的要求。因 此，實驗取心主要來自巖石露頭或者水泥澆筑，不能反應地層條件下真實巖心的沉積狀態(tài)。 同時，由于巖石試樣較大，實驗過程復雜、費時費力。因此有必要設計一種小型壓裂實驗裝 置，解決對真實儲層條件下的巖心水力壓裂裂縫起裂與延伸無法模擬的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了克服上述現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種小型水力壓裂三軸評 價測試加壓裝置及其方法，即在地層條件下，對全直徑巖心來模擬栗注方式、水平應力差對 裂縫起裂和延伸的影響，通過研究，可以觀察到不同水平應力差裂縫的起裂以及延伸情況， 通過聲發(fā)射裝置監(jiān)測裂縫的起裂與擴展，從而確定影響裂縫起裂以及延伸因素，為壓裂施 工方案設計提供借鑒。
[0006] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是： 一種小型水力壓裂三軸評價測試加壓裝置，包括殼體，殼體兩側面及下面通過通孔分 別連接X軸方向加卸載機構、Y軸方向加卸載機構、Z軸方向加卸載機構，X軸方向加卸載機 構、Y軸方向加卸載機構前端各連接一大插板，Z軸方向加卸載機構前端連接方板，殼體另 外兩側面內(nèi)部通過凹槽各連接一組小插板，殼體頂端通過螺絲連接方形蓋板，下面四周設 有支撐柱。
[0007] 所述的X軸方向加卸載機構、Y軸方向加卸載機構、Z軸方向加卸載機構可通過六 通閥與液壓栗提供壓力差，同時可拆卸，用于模擬X、Y、Z方向提供壓力差的機構來模擬地 層應力差。
[0008] 所述的殼體材料為不銹鋼，尺寸為80mmX80mm X 100mm。
[0009] 所述的大插板、小插板分別設有凹槽。
[0010] 所述的小插板一組為2個。
[0011] 所述的方板及方形蓋板中間放置巖樣，可以進行不同流量下的實驗測試，選用了 流量為〇~50ml/min的低流量恒流恒壓柱塞栗，壓力范圍為0~50MPa，恒流恒壓柱塞栗起 到提供平穩(wěn)液流，壓差測試準確的作用。
[0012] 所述的凹槽內(nèi)設有聲發(fā)射探頭。
[0013] -種小型水力壓裂評價測試方法，包括以下步驟： 1) 對要研究的目標儲層進行鉆井取心，將取出的巖樣加工成80mmX80mm X 100mm的長 方體，在巖樣頂端的中部鉆取一個直徑1. 5mm，深75mm的洞，洞的下部45mm空間預留為裸眼 段，然后將注液用的模擬井筒用高強度的環(huán)氧樹脂膠粘在裸眼段上方，防止注液時液體從 井口漏出導致泄壓，為了使井筒能更好的粘結，在井筒的外壁刻上螺紋； 2) 將大插板和小插板插入殼體，并且將16個聲發(fā)射探頭置于各插板上預留的凹槽中， 然后將加工好的巖石樣品置于殼體中，將上部的方形蓋板用螺絲固定，通過三個方向的液 壓活塞對巖樣加載所需要的應力，可以模擬實際儲層的應力條件； 3) 從井筒中向巖樣注入壓裂液體，可以通過注入栗調(diào)節(jié)不同的注入速度，整個實驗過 程對注入壓力進行監(jiān)測記錄，實驗后研究壓力變化曲線，當注入壓力達到巖石的破裂壓力 時，巖石內(nèi)部開始產(chǎn)生裂縫，裂縫的產(chǎn)生以及擴展過程中會產(chǎn)生聲音事件，通過聲發(fā)射監(jiān)測 系統(tǒng)可以對這些事件進行定位，最終將結果匯總，可以得到裂縫擴展的過程以及最終形態(tài) 圖。
[0014] 本發(fā)明的有益效果是： 1)對比現(xiàn)有的使用大尺寸野外露頭巖樣的大型真三軸壓裂模擬實驗儀器，本裝置采用 的樣品尺寸較小，易于加工，而且是直接取自于研究目標儲層的樣品，比露頭巖樣更具有研 究代表性。通過該裝置可以有效地模擬儲層中裂縫的起裂和擴展，通過改變栗注方式、水平 應力差等條件，研究不同條件下對裂縫起裂和擴展的影響。
[0015] 2)不用在實驗后對巖樣進行破壞，或是使用昂貴的高能CT掃描對巖樣內(nèi)部的裂 縫形態(tài)進行分析。結合聲發(fā)射監(jiān)測系統(tǒng)不但可以對巖樣內(nèi)部裂縫的最終形態(tài)有一個直觀的 描述，而且還可以對裂縫起裂與擴展的過程進行分析。
[0016] 3)儀器結構設計合理，組裝拆卸方便，實驗后便于觀察、清洗，系統(tǒng)各部件具有良 好的耐壓密封性。
[0017] 4)配置了高標準的配套儀器設備，確保實驗測試的準確度。
【附圖說明】
[0018] 圖1為本發(fā)明的結構示意圖。
[0019] 圖2為本發(fā)明的俯視剖視示意圖。
[0020] 圖3為本發(fā)明的大插板示意圖。
[0021] 圖4為本發(fā)明的小插板示意圖。
[0022] 圖5為聲發(fā)射探頭分布圖。
[0023] 圖6為實驗前后對比圖，其中a為實驗前圖，b為試驗后圖。
[0024] 圖7為聲發(fā)射監(jiān)測結果圖。
[0025] 其中，1為殼體；2為方板；3為大插板；4為小插板；5為X軸方向加卸載機構；6為 Z軸方向加卸載機構；7為Y軸方向加卸載機構；8為凹槽；9為凹槽；10為支撐住。
【具體實施方式】
[0026] 以下通過實施例對本發(fā)明進一步敘述，但本發(fā)明并不限于這些實施例。
[0027] 如圖1、2所示，一種小型水力壓裂三軸評價測試加壓裝置，包括殼體1，殼體1兩側 面及下面通過通孔分別連接X軸方向加卸載機構5、Y軸方向加卸載機構7、Z軸方向加卸 載機構6, X軸方向加卸載機構5、Y軸方向加卸載機構7前端各連接一大插板3, Z軸方向 加卸載機構6前端連接方板2,殼體1另外兩側面內(nèi)部通過凹槽各連接一組小插板4,殼體 1頂端通過螺絲連接方形蓋板9,下面四周設有支撐柱10。
[0028] 所述的X軸方向加卸載機構5、Y軸方向加卸載機構7、Z軸方向加卸載機構6可通 過六通閥與液壓栗提供壓力差，同時可拆卸，X軸、Y軸、Z軸的3個定圓8用于模擬X、Y、Z 方向提供壓力差的機構來模擬地層應力差。
[0029] 所述的殼體1材料為不銹鋼，尺寸為80mmX80mm X 100mm。
[0030] 如圖3、4所述的大插板3、小插板4分別設有凹槽8。
[0031] 所述的小插板4 一組為2個。
[0032] 所述的方板2及方形蓋板9中間放置巖樣，可以進行不同流量下的實驗測試，選用 了流量為〇~50ml/min的低流量恒流恒壓柱塞栗，壓力范圍為0~50MPa，恒流恒壓柱塞栗 起到提供平穩(wěn)液流，壓差測試準確的作用。
[0033] 所述的凹槽8內(nèi)設有聲發(fā)射探頭。
[0034] 一種小型水力壓