水力压裂过程中相邻平行水力裂缝缝间干扰实验方法
【专利摘要】本发明提供一种水力压裂过程中相邻平行水力裂缝缝间干扰实验方法。首先选取岩石材料加工成六面体块体，并在内部安装压裂液注液系统和声波监测系统；然后对试件施加设定的恒定三向围压；依次向顶部、底部模拟井筒中注入压裂液，施加液体压力，直至各水力裂缝延伸至设定尺寸。本发明还提供压裂液注液系统。本发明提供的方法，可在实验室内进行水平井两段压裂模拟实验，得到第一条水力裂缝对第二条水力裂缝起裂及延伸特征的影响，实验方法简单，却能用来研究水力压裂过程中相邻平行水力裂缝缝间干扰问题。实验结果可为现场施工提供合理建议，优化增产效果。本发明提供的压裂液注液系统结构简单，适合同一试件内两条水力裂缝依次形成的实验要求。
【专利说明】
水力压裂过程中相邻平行水力裂缝缝间干扰实验方法
技术领域
[0001]本发明属于水力压裂模拟实验技术领域，特别是关于水平井多段压裂过程中相邻平行水力裂缝缝间干扰的实验方法，适用于研究水平井多段压裂水力裂缝形态优化及压裂段间距优选。本发明还提供所述实验方法中使用的压裂液注液系统。【背景技术】
[0002]随着特低渗地层的不断开发，常规压裂工艺已不能完全满足增产改造需求，因此迫切需要转换思路研究新技术来提高单井产量。为此，一些新工艺新方法在各油田得到不断的探索尝试。
[0003]水平井分段压裂改造技术作为水平井压裂增产技术中的一项重要组成部分，是目前国际上的先进技术，代表着采油、采气工艺技术的发展方向。目前国内水平井分段压裂在部分低渗透油田改造中得到应用，并取得了一定的成果。
[0004]然而，分段压裂技术层面的许多问题还未得到很好的解决，需要在理论和应用方面开展大量研究工作。由于涉及的因素非常复杂，裂缝的起裂、延伸、空间分布特征、控制因素等均与传统水力裂缝存在很大差别，需要在力学模型、室内模拟理论和方法、实际影响因素等方面开展深入研究。
[0005]大尺寸真三轴水力压裂实验是一种在实验室中研究水力压裂技术的方法。随着分段压裂技术的不断发展，为了研究分段压裂过程中相邻平行水力裂缝之间的相互干扰对水力裂缝形态的影响及压裂段间距的优选，就需要设计一种水力压裂过程中相邻平行水力裂缝缝间干扰实验室模拟实验方法。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种水力压裂过程中相邻平行水力裂缝缝间干扰实验方法，该方法可以用于在实验室对水力裂缝缝间干扰进行研究。
[0007]本发明的另一个目的在于提供一种上述实验设计方法中使用的压裂液注液系统。
[0008]为了实现上述目的，本发明提供一种水力压裂过程中相邻平行水力裂缝缝间干扰实验方法，该方法包括下列步骤:a)选取制作试件的岩石材料，将所述岩石材料加工成六面体块体；在岩石块体内部安装压裂液注液系统和声波监测系统，制备成整体试件；b)将所述试件安装到大尺寸真三轴试验架，对试件施加设定的恒定三向围压；c)通过注液管线向顶部模拟井筒中以恒定排量注入压裂液，施加液体压力，当水力裂缝延伸至设定尺寸后， 停止注入压裂液，关闭分流器上与顶部模拟井筒相连注液管线阀门；d)通过注液管线向底部模拟井筒中注入压裂液，施加液体压力，当水力裂缝延伸至设定尺寸后，停止注入压裂液。
[0009]进一步地，所选取岩石材料为无贯穿裂缝的完整岩块，典型岩石为砂岩。
[0010]进一步地，在步骤a)中，所述六面体块体的尺寸为600mmX300mmX300mm。
[0011]进一步地，在步骤a)中，所述在岩石块体内部安装压裂液注液系统和声波监测系统，其具体方法包括如下步骤:
[0012]步骤A:安装压裂液注液系统
[0013]在垂直于试件长轴方向的两个外表面正中心根据模拟井筒长度各钻一圆孔；根据注液管线排布设计方案在试件表面进行导线槽切割加工；
[0014]将模拟井筒井身部分用强力胶固定在圆孔内，固定井筒时首先将井身与转向接头组装在一起，将其放入钻孔内，并根据试件表面导线槽位置将转向接头接线口方位调整好， 注入强力胶将井身固定在钻孔内；待强力胶凝固后，将转向接头取下，进行裸眼段钻孔；
[0015]裸眼段加工完毕后，将转向接头组装到井身上，然后将注液管线安装到转向接头接线口上；将注液管线沿导线槽排布，并用水泥砂浆将导线槽填平；
[0016]步骤B:安装声波监测系统
[0017]根据声波探头排布设计方案在试件表面加工声波探头安置孔及导线槽；将声波探头、导线埋人安置孔及导线槽；在安置孔及导线槽内塞入泡沫塑料，对声波探头及导线进行保护；用水泥砂浆将安置孔及导线槽填平。
[0018]在上述实验方法中，所使用的压裂液注液系统包括两个模拟井筒，一个分流器和一套注液管线。
[0019]具体的，所述模拟井筒主要包括井身和井筒盖；所述井身由无缝钢管构成，其中一端加工有螺纹；所述井身外表面加工有环形凹槽，用于增加井身与强力胶之间的胶结强度； 所述井筒盖有两种规格:两种规格井筒盖敞口端均为与所述井身匹配的螺纹，顶端井筒盖封闭端端面中心加工有与所述注液管线匹配的接口，底端井筒盖封闭端侧面加工有与所述注液管线匹配的接口；
[0020]具体的，所述分流器有一个入液口和两个出液口；所述入液口通过所述注液管线与压裂液注液仪器相连；所述两个出液口分别由单独的阀门控制开闭；所述两个出液口通过所述注液管线分别与所述两个模拟井筒相连。
[0021]进一步地，在步骤b)中，所述的恒定三向围压为:沿试件长轴方向(即井筒轴向) 围压为5MPa，其它两个方向围压为8MPa、15MPa。
[0022]进一步地，在步骤b)中，在对所述试件施加设定的三向围压时，三个方向以相同的增压速率同步增加压力；当单一方向的围压到达设定值时自动停止增加并保持压力恒定，其它方向继续增压；当三个方向的围压均到达设定值时，维持压力一设定时间，然后进行下一步实验操作；在之后的实验过程中，围压始终保持恒定，直至实验结束。
[0023]进一步地，在步骤c)中，所述的恒定排量，排量值为0.3ml/s。
[0024]进一步地，在步骤c)中，根据声波三维空间定位监测结果及物质守恒定律来判断实验过程中所形成的水力裂缝尺寸是否到达所述水力裂缝延伸设定尺寸。
[0025]进一步地，在步骤c)中，当水力裂缝延伸至设定尺寸后，停止注入压裂液，随后按如下步骤择一使用:
[0026]其一，保持水力裂缝中液体压力，关闭分流器上与顶部模拟井筒相连注液管线阀门；此方法适用于受内部液体压力的水力裂缝对与其平行的水力裂缝起裂及扩展的干扰模拟实验；
[0027]其二，释放水力裂缝中液体压力，关闭分流器上与顶部模拟井筒相连注液管线阀门；此方法适用于闭合后的水力裂缝或天然裂缝对与其平行的水力裂缝起裂及扩展的干扰模拟实验。
[0028]本发明的有益效果在于，可以在实验室条件下进行水平井两段压裂模拟实验，能够得到第一条水力裂缝对第二条水力裂缝起裂及延伸特征的影响，实验方法简单，却能用来研究水力压裂过程中相邻平行水力裂缝缝间干扰问题。实验结果可以为油田现场多段压裂施工提供施工参数及压裂段间距选取的合理建议，优化增产效果。本发明提供的所述实验方法中使用的压裂液注液系统结构简单，适合同一试件内两条水力裂缝依次形成的实验要求。【附图说明】
[0029]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中:
[0030]图1为本发明实施例岩块加工示意图；
[0031]图2为本发明实施例压裂液注液系统示意图；
[0032]图3为本发明实施例声波监测系统示意图。
[0033]图4为本发明实施例整体试件示意图。【具体实施方式】
[0034]为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
[0035]本发明中水力压裂过程中相邻平行水力裂缝缝间干扰实验方法，包括下列步骤:
[0036]1 ?试件的制备
[0037]本实施例中选取采集自油田现场的砂岩岩块作为制作模拟试件的材料。所选岩块应为表面无明显裂纹的完整岩块。对于选定的砂岩岩块，根据实验所用大尺寸真三轴试验架压力室尺寸，将选定的砂岩岩块使用岩石切割机加工成六面体块体。本实施例中，加工后的岩块整体尺寸为600mm X 300mm X 300mm。
[0038]将切割后的岩块表面打磨光滑、平整后，开始进行压裂液注液系统和声波监测系统的安装工作。
[0039]步骤A:安装压裂液注液系统
[0040]如图1所示，在垂直于岩块长轴方向的两个外表面正中心各钻一个深190mm，直径 30mm的圆孔2a和2b，并在试件表面切割加工导线槽3。
[0041]为了防止在后期安装声波监测系统时对压裂液注液系统部件造成损伤，在完成压裂液注液系统安装孔、槽的加工之后，进行声波探头安置孔5及导线槽6的加工。本实施例中，采用对称方案在岩块两个侧面各布置五个声波探头安置孔。声波探头安置孔底部应打磨平整。
[0042]试件表面孔、槽加工完毕后，进行压裂液注液系统部件安装。
[0043]首先，将模拟井筒井身7、9用强力胶分别固定在圆孔2a和2b内。固定井筒时需先将井身7、9分别与转向接头8、10组装在一起，将其放入圆孔2a和2b内，并根据导线槽 3的位置将转向接头8接线口方位调整好，然后自井筒与圆孔内壁之间的环空处注入强力胶，将井身固定在钻孔内。注入强力胶时注入量控制在将井身完全埋人处，不要讲转向接头一同固定住。
[0044]待强力胶凝固后，将转向接头取下，进行裸眼段4a和4b的钻孔工作。
[0045]裸眼段钻孔结束后，将孔内清理干净，将转向接头8、10组装到井身7、9上，然后将注液管线11、12安装到转向接头8、10的接线口上。将注液管线沿导线槽3排布，并用水泥砂浆将转向接头处及导线槽填平，使岩块外表面恢复平整。至此，压裂液注液系统在岩块上的部分安装完毕。
[0046]步骤B:安装声波监测系统
[0047]将各个声波探头17安装到声波探头安置孔5内，并对每个声波探头进行编号，同时记录其相对于岩块的空间位置。安装声波探头时应在探头表面涂抹适量的耦合剂(如凡士林、黄油、真空脂)，耦合剂不宜涂抹太多，轻轻挤压探头，使其与安置孔底部岩石表面完全接触。
[0048]将导线18按导线槽6引导至岩块上表面的四个边角处，在安置孔及导线槽内塞入泡沫塑料，对声波探头及导线进行保护，然后用水泥砂浆将安置孔及导线槽填平，使岩块外表面恢复平整。至此，声波监测系统在岩块上的部分安装完毕。
[0049]岩石块体及内部安装的压裂液注液系统和声波监测系统即构成整体试件。
[0050]2?试件的安装
[0051]首先将所述试件安装到大尺寸真三轴试验架压力室内，将注液管线11、12及导线 18引出到试验架外部。
[0052]将注液管线11、12安装到分流器13的出液口上；将注液管线14 一端安装到分流器13的入液口上，另一端安装到压裂液注液仪器上。
[0053]将导线18按编号安装到声发射仪上，将每个声波探头相对于岩块的空间位置坐标输入到声发射监测系统内。
[0054]对试件施加设定的恒定三向围压。可以设定沿试件长轴方向(即井筒轴向)围压为5MPa，其它两个方向围压为8MPa、15MPa，本发明的三向围压不以此为限。
[0055]在对所述试件施加设定的三向围压时，三个方向以相同的增压速率同步增加压力；当单一方向的围压到达设定值时自动停止增加并保持压力恒定，其它方向继续增压； 当三个方向的围压均到达设定值时，维持压力一设定时间，然后进行下一步实验操作；在之后的实验过程中，围压始终保持恒定，直至实验结束。
[0056]3?第一条水力裂缝的起裂及扩展
[0057]将分流器13上的阀门15关闭，阀门16打开，通过注液管线12向顶部模拟井筒井身9中以恒定排量注入压裂液，施加液体压力。可以设定压裂液注入排量为0.3ml/s，本发明的压裂液注入排量不以此为限。
[0058]根据声波三维空间定位监测结果及物质守恒定律来判断实验过程中所形成的水力裂缝尺寸是否到达所述水力裂缝延伸设定尺寸。
[0059]当水力裂缝延伸至设定尺寸后，停止注入压裂液，保持水力裂缝中液体压力，关闭分流器13上阀门16。
[0060]4?第二条水力裂缝的起裂及扩展
[0061]打开分流器13上阀门15,通过注液管线11向底部模拟井筒井身7中以恒定排量注入压裂液，施加液体压力。可以设定压裂液注入排量为0.3ml/s，本发明的压裂液注入排量不以此为限。
[0062]当水力裂缝延伸至设定尺寸后，停止注入压裂液。
[0063]本发明的有益效果在于，可以在实验室条件下进行水平井两段压裂模拟实验，能够得到第一条水力裂缝对第二条水力裂缝起裂及延伸特征的影响，实验方法简单，却能用来研究水力压裂过程中相邻平行水力裂缝缝间干扰问题。实验结果可以为油田现场多段压裂施工提供施工参数及压裂段间距选取的合理建议，优化增产效果。本发明提供的所述实验方法中使用的压裂液注液系统结构简单，适合同一试件内两条水力裂缝依次形成的实验要求。
[0064]以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种水力压裂过程中相邻平行水力裂缝缝间干扰实验方法，该方法包括下列步骤:a)选取制作试件的岩石材料，将所述岩石材料加工成六面体块体；在岩石块体内部安 装压裂液注液系统和声波监测系统，制备成整体试件；b)将所述试件安装到大尺寸真三轴试验架，对试件施加设定的恒定三向围压；c)通过注液管线向顶部模拟井筒中以恒定排量注入压裂液，施加液体压力，当水力 裂缝延伸至设定尺寸后，停止注入压裂液，关闭分流器上与顶部模拟井筒相连注液管线阀 门；d)通过注液管线向底部模拟井筒中注入压裂液，施加液体压力，当水力裂缝延伸至设 定尺寸后，停止注入压裂液。2.如权利要求1所述的实验方法，其特征在于，在步骤a)中，所选取岩石材料为无贯穿 裂缝的完整岩块，典型岩石为砂岩。3.如权利要求1所述的实验方法，其特征在于，在步骤a)中，所述六面体块体的尺寸为 600mmX 300mmX 300mm〇4.如权利要求1所述的实验方法，其特征在于，在步骤a)中，所述在岩石块体内部安装 压裂液注液系统和声波监测系统，其具体方法包括如下步骤:步骤A:安装压裂液注液系统在垂直于试件长轴方向的两个外表面正中心根据模拟井筒长度各钻一圆孔；根据注液 管线排布设计方案在试件表面进行导线槽切割加工；将模拟井筒井身部分用强力胶固定在圆孔内，固定井筒时首先将井身与转向接头组装 在一起，将其放入钻孔内，并根据试件表面导线槽位置将转向接头接线口方位调整好，注入 强力胶将井身固定在钻孔内；待强力胶凝固后，将转向接头取下，进行裸眼段钻孔；裸眼段加工完毕后，将转向接头组装到井身上，然后将注液管线安装到转向接头接线 口上；将注液管线沿导线槽排布，并用水泥砂浆将导线槽填平；步骤B:安装声波监测系统根据声波探头排布设计方案在试件表面加工声波探头安置孔及导线槽；将声波探头、 导线埋人安置孔及导线槽；在安置孔及导线槽内塞入泡沫塑料，对声波探头及导线进行保 护；用水泥砂浆将安置孔及导线槽填平。5.—种水力压裂过程中相邻平行水力裂缝缝间干扰实验方法中压裂液注液系统，其特 征在于:包括两个模拟井筒，一个分流器和一套注液管线；所述模拟井筒主要包括井身和井筒盖；所述井身由无缝钢管构成，其中一端加工有螺 纹；所述井身外表面加工有环形凹槽，用于增加井身与强力胶之间的胶结强度；所述井筒 盖有两种规格:两种规格井筒盖敞口端均为与所述井身匹配的螺纹，顶端井筒盖封闭端端 面中心加工有与所述注液管线匹配的接口，底端井筒盖封闭端侧面加工有与所述注液管线 匹配的接口；所述分流器有一个入液口和两个出液口；所述入液口通过所述注液管线与压裂液注液 仪器相连；所述两个出液口分别由单独的阀门控制开闭；所述两个出液口通过所述注液管 线分别与所述两个模拟井筒相连。6.如权利要求1所述的实验方法，其特征在于，在步骤b)中，所述的恒定三向围压为:沿试件长轴方向(即井筒轴向)围压为5MPa，其它两个方向围压为8MPa、15MPa。7.如权利要求1所述的实验方法，其特征在于，在步骤b)中，在对所述试件施加设定的 三向围压时，三个方向以相同的增压速率同步增加压力；当单一方向的围压到达设定值时 自动停止增加并保持压力恒定，其它方向继续增压；当三个方向的围压均到达设定值时，维 持压力一设定时间，然后进行下一步实验操作；在之后的实验过程中，围压始终保持恒定， 直至实验结束。8.如权利要求1所述的实验方法，其特征在于，在步骤c)中，所述的恒定排量，排量值 为 0? 3ml/s。9.如权利要求1所述的实验方法，其特征在于，在步骤c)中，根据声波三维空间定位监 测结果及物质守恒定律来判断实验过程中所形成的水力裂缝尺寸是否到达所述水力裂缝 延伸设定尺寸。10.如权利要求1所述的实验方法，其特征在于，在步骤c)中，当水力裂缝延伸至设定 尺寸后，停止注入压裂液，随后按如下步骤择一使用:其一，保持水力裂缝中液体压力，关闭分流器上与顶部模拟井筒相连注液管线阀门；此 方法适用于受内部液体压力的水力裂缝对与其平行的水力裂缝起裂及扩展的干扰模拟实 验；其二，释放水力裂缝中液体压力，关闭分流器上与顶部模拟井筒相连注液管线阀门；此 方法适用于闭合后的水力裂缝或天然裂缝对与其平行的水力裂缝起裂及扩展的干扰模拟 实验。
【文档编号】E21B43/26GK105986796SQ201510074887
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年2月10日
【发明人】张广清, 范铁刚
【申请人】中国石油大学(北京)