物理模拟气体压裂实验的人工裂缝成像方法及系统与流程

本发明属于石油天然气勘探开发领域，具体涉及一种物理模拟气体压裂实验的人工裂缝成像方法。

背景技术：

用于模拟油气田压裂工艺的大型物理模拟实验方法在近年来得到了迅速发展，该实验通常采用体积约为1m³的人工或天然岩石作为试样，通过模拟压裂作业工艺在试样中形成人工裂缝，在对人工裂缝成像分析的基础上研究不同压裂液体、压裂参数下的人工裂缝特征。

通常采用的成像方法有压裂液着色成像和声发射成像。压裂液着色成像是在压裂液(以水基压裂液为主)为加入可溶的染色材料，模拟实验结束后锯开试样观察裂缝形态；声发射成像是借助声波探测装置，通过记录人工裂缝形成过程中所产生的声波传递时间推测裂缝形态和位置。

发明人在实现本发明实施例的过程中，发现背景技术中至少存在以下缺陷：

以上两种方法主要应用于常规压裂工艺，对于气体压裂液而言适用性较差，原因在于：一是难以找到在气体中溶解的着色材料，且着色材料的加入可能会改变气体性质；二是由于气体压裂的流速较快，且气流本身会产生噪音，对声发射的准确性产生不利影响。

技术实现要素：

本发明提供一种物理模拟气体压裂实验的人工裂缝成像方法，目的在于解决上述问题，解决目前并没有气体压裂成像方法，对于气体压裂液而言适用性较差，难以找到在气体中溶解的着色材料，且着色材料的加入可能会改变气体性质，气体压裂的流速较快，且气流本身会产生噪音，对声发射的准确性产生不利影响的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种物理模拟气体压裂实验的人工裂缝成像方法，包括：

步骤1，将气体压裂实验后的岩样使用绳锯沿岩样的断面锯开；

步骤2，将具有延展性的书写薄层与岩样断面密合；

步骤3，使用附着上色块的一个面在书写薄层上均匀涂色。

所述步骤2中，将书写薄层与岩样断面密合具体为：

a.使用拷贝纸将岩样断面完整包覆；

b.用棕刷在拷贝纸表面轻轻敲打，在拷贝纸上使岩样断面凸起部分印出凸起痕迹。

所述步骤3中，使用附着上色块的一个面在书写薄层上均匀涂色具体为：

使用硬度在2b-hb铅笔的横截面或铅块自上而下在书写薄层上均匀涂色。

所述步骤3之后，还包括:

步骤4，对涂色完成后的书写薄层进行拍照保存。

所述步骤1中，使用0.5cm-1.5cm直径的绳锯沿岩样的断面锯开。

所述步骤1中，使用1cm直径的绳锯沿岩样的断面锯开。

所述步骤1中，将气体压裂实验后的岩样使用绳锯沿岩样的断面锯开具体为：

将气体压裂实验后的岩样使用绳锯沿岩样裂缝方向并经模拟井轴将岩样锯开，所述模拟井轴为在岩石式样上开设的供岩石式样流体流动的通道，所述岩样裂缝方向具体为在岩样试验时，在岩样外部加载的用于控制岩样裂缝方向的三个互相垂直的应力，所述岩样裂缝方向为所述三个互相垂直的应力的最大应力加载方向。

所述步骤2中，将书写薄层与岩样断面密合具体为：

将拷贝纸与岩样断面密合；

所述步骤3中，使用附着上色块的一个面在书写薄层上均匀涂色具体为：

使用附着上色块的一个面在拷贝纸上均匀涂色。

一种物理模拟气体压裂实验的人工裂缝成像系统，包括：

切割装置，被配置为将气体压裂实验后的岩样使用绳锯沿岩样的断面锯开；

拷贝装置，被配置为将书写薄层与岩样断面密合；

上色装置，被配置为使用附着上色块的一个面在书写薄层上均匀涂色。

所述切割模块具体使用绳锯沿岩样裂缝方向并经模拟井轴将岩样锯开，所述模拟井轴为在岩石式样上开设的供岩石式样流体流动的通道，所述岩样裂缝方向具体为在岩样试验时，在岩样外部加载的用于控制岩样裂缝方向的三个互相垂直的应力，所述岩样裂缝方向为所述三个互相垂直的应力的最大应力加载方向。

本发明的有益效果是，解决了气体压裂实验后的岩样无法直接移植现有技术中通过加入着色材料对岩样裂缝进行染色的问题，提出了一个新的人工裂缝成像方法，并且该方法不加入任何水性介质，使岩块和缝面始终保持无水的干状态，避免了水介质导致的实验结果干扰。

附图说明

图1为本发明一种物理模拟气体压裂实验的人工裂缝成像方法一实施例的流程图；

图2为本发明一种物理模拟气体压裂实验的人工裂缝成像系统一实施例的方框图；

图3为本发明一种物理模拟气体压裂实验的物理模拟人工裂缝岩样、井筒及人工裂缝示意图。

具体实施方式

首先需要说明的是，在本发明各个实施例中，所涉及的术语为：

附着上色块，附着式的上次块，本发明中，该附着上色块的上色面必须远大于岩样表面的裂缝距离及凹凸处的距离，附着上色块上色时，拷贝纸由于岩样断面的凹凸不平，使得拷贝纸上也凹凸不平，附着上色块是以一个面给拷贝纸上色，因此拷贝纸上凸出的部分上色较深，而凹陷的地方会上色较浅或不上色。其可以为金属染色块或非金属染色块，如石墨染色块或铅块染色块。

书写薄层，其表面可以使用染色材料进行书写，其材质可以为纸张或塑料书写片，蚕丝薄布。

模拟井轴，模拟井轴为在岩石式样上开设的，在实验时，供岩石式样流体流动的通道，其功能与油田工程中的油气筒井筒相似。

下面，将通过几个具体的实施例对本发明实施例提供的一种物理模拟气体压裂实验的人工裂缝成像方案进行详细介绍说明。

绳锯，其可以为普通绳锯或数控金刚石切割绳锯。

实施例1

请参考图1，其示出了本发明一种物理模拟气体压裂实验的人工裂缝成像方法的方法流程图，该物理模拟气体压裂实验的人工裂缝成像方法，包括：

步骤1，将气体压裂实验后的岩样使用绳锯沿岩样的断面锯开；

步骤2，将具有延展性的书写薄层与岩样断面密合；

步骤3，使用附着上色块的一个面在书写薄层上均匀涂色。

上述实施例中，使用绳锯可以在锯开岩样后，使得岩样的断面平整，可以使岩样断面上的裂缝与其他区域明显区分开来，为下面的拷贝步骤获得基础，书写薄层其具备延展性，可以在于岩样断面密合时，将岩样断面的凹凸特征在书写薄层的书写面凸显出来，然后使用附着上色块的一个面对书写薄层的书写面进行横向涂色，由于附着上色块是以一个面对书写薄层进行上色，因此书写薄层上凸显出来的岩样断面的凹凸特征中的凸出部分，被附着上色块大量着色，而书写薄层上凹陷的地方则未被附着上色块着色或少量着色，因此通过书写薄层和附着上色块的上色操作可以将岩样断面的凹凸特征区分开来，进而将岩样的裂缝记录下来。

实施例2

进一步的，本发明一种物理模拟气体压裂实验的人工裂缝成像方法的另一实施例，所述步骤2中，将书写薄层与岩样断面密合具体为：

a.使用拷贝纸将岩样断面完整包覆；

b.用棕刷在拷贝纸表面轻轻敲打，在拷贝纸上使岩样断面凸起部分印出凸起痕迹。

上述实施例中，在书写薄层的原料的选用方面，采用表面具有延展性的拷贝纸进行对岩样的记录，首先使用拷贝纸将岩样断面完整包覆，在包覆后使用棕刷将岩样与拷贝纸紧贴使其两者之间不存在缝隙，该操作下，拷贝纸与岩样紧贴后，岩样凹凸区域的特征被拷贝纸通过拷贝纸表面的凹凸特征所记录，拷贝纸拓印出岩样断面的凹凸信息。

实施例3

进一步的，本发明一种物理模拟气体压裂实验的人工裂缝成像方法的另一实施例，所述步骤3中，使用附着上色块的一个面在书写薄层上均匀涂色具体为：

使用硬度在2b-hb铅笔的横截面或铅块自上而下在书写薄层上均匀涂色。

上述实施例中，采用现有技术中的2b-hb铅笔的横截面或铅块即可完成书写，且2b-hb铅笔的横截面或铅块的效果较好。

实施例4

进一步的，本发明一种物理模拟气体压裂实验的人工裂缝成像方法的另一实施例，所述步骤3之后，还包括:

步骤4，对涂色完成后的书写薄层进行拍照保存。

上述实施例中，在使用书写薄层记录下岩样端面信息后，由于其不利于保存，在其书写薄层涂色完成后，立即使用拍照技术进行拍照保存，可有对岩样端面的裂缝信息有效保存。

书写薄层进行拍照保存后可以与常规的水压力试验做对比。对比出常规水压力试验和气体压裂试验的不同支出，用于对比两者之间的差异。

实施例5

进一步的，本发明一种物理模拟气体压裂实验的人工裂缝成像方法的另一实施例，所述步骤1中，使用0.5cm-1.5cm直径的绳锯沿岩样的断面锯开。

上述实施例中，在绳锯的选择中，绳锯直径的选择对岩样断面与岩样断面上的裂缝之间的对比度有直接关系，选用0.5cm-1.5cm直径的绳锯可有效增加此对比度。

实施例6

进一步的，本发明一种物理模拟气体压裂实验的人工裂缝成像方法的另一实施例，所述步骤1中，使用1cm直径的绳锯沿岩样的断面锯开。

上述实施例中，优选的，采用直径的绳锯可以使岩样断面与岩样断面上的裂缝之间的对比度增大，采用1cm直径的绳锯为优选方案。

实施例7

进一步的，本发明一种物理模拟气体压裂实验的人工裂缝成像方法的另一实施例，所述步骤1中，将气体压裂实验后的岩样使用绳锯沿岩样的断面锯开具体为：

将气体压裂实验后的岩样使用绳锯沿岩样裂缝方向并经模拟井轴将岩样锯开，所述模拟井轴为在岩石式样上开设的供岩石式样流体流动的通道，所述岩样裂缝方向具体为在岩样试验时，在岩样外部加载的用于控制岩样裂缝方向的三个互相垂直的应力，所述岩样裂缝方向为所述三个互相垂直的应力的最大应力加载方向。

上述实施例中，使用绳锯沿最大水平应力加载方向经过模拟井轴将岩样锯开具体是：在进行岩样试验中，会对立方体的岩样施以三个方向的载荷，其中水平方向上两个(x,y),垂直方向上一个(z)，一般来说垂直方向的载荷是三者中最大的，这时裂缝是垂直的，其走向与最大水平应力加载方向相同。因此，最大水平应力加载方向就代表了裂缝的方向。模拟井轴是裂缝的最初起裂位置，过井轴并沿最大水平应力加载方向是一条唯一的面，一般来说，所形成的裂缝普遍位于这条面上。

这样实施的好处是:确保了所形成的模拟裂缝普遍位于被锯开的面上，进而获取了主体的模拟裂缝形态。反之，若不沿此面进行切割，则所获取的裂缝面是局部的、不完整的。

实施例8

进一步的，本发明一种物理模拟气体压裂实验的人工裂缝成像方法的另一实施例，所述步骤2中，将书写薄层与岩样断面密合具体为：

将拷贝纸与岩样断面密合；

所述步骤3中，使用附着上色块的一个面在书写薄层上均匀涂色具体为：

使用附着上色块的一个面在拷贝纸上均匀涂色。

上述实施例中，书写薄层材质的选择本实施例中选用专用的拷贝纸，其具有伸展性及拷贝效果好，其为成熟的拷贝用纸，效果较好。

实施例9

请参考图2，其示出了本发明一种物理模拟气体压裂实验的人工裂缝成像系统一实施例的方框图，该物理模拟气体压裂实验的人工裂缝成像系统，包括：

切割装置，被配置为将气体压裂实验后的岩样使用绳锯沿岩样的断面锯开；

拷贝装置，被配置为将书写薄层与岩样断面密合；

上色装置，被配置为使用附着上色块的一个面在书写薄层上均匀涂色。

上述实施例中，切割装置使用绳锯可以在锯开岩样后，使得岩样的断面平整，可以使岩样断面上的裂缝与其他区域明显区分开来，为下面的拷贝步骤获得基础，拷贝装置中书写薄层其具备延展性，可以在于岩样断面密合时，将岩样断面的凹凸特征在书写薄层的书写面凸显出来，上色装置使用附着上色块的一个面对书写薄层的书写面进行横向涂色，由于附着上色块是以一个面对书写薄层进行上色，因此书写薄层上凸显出来的岩样断面的凹凸特征中的凸出部分，被附着上色块大量着色，而书写薄层上凹陷的地方则未被附着上色块着色或少量着色，因此通过书写薄层和附着上色块的上色操作可以将岩样断面的凹凸特征区分开来，进而将岩样的裂缝记录下来。

实施例10

进一步的，本发明一种物理模拟气体压裂实验的人工裂缝成像系统的另一实施例，优选的，切割装置使用数控金刚石切割绳锯或普通绳锯，拷贝装置采用拷贝纸或薄的塑料片，上色装置使用铅块或铅笔。

上述实施例中，采用数控金刚石切割绳锯或普通绳锯、拷贝纸或塑料片和铅块或铅笔可以完整的记录岩样断面的凹凸及裂缝信息。

实施例11

进一步的，本发明一种物理模拟气体压裂实验的人工裂缝成像系统的另一实施例，所述切割模块具体使用绳锯沿岩样裂缝方向并经模拟井轴将岩样锯开，所述模拟井轴为在岩石式样上开设的供岩石式样流体流动的通道，所述岩样裂缝方向具体为在岩样试验时，在岩样外部加载的用于控制岩样裂缝方向的三个互相垂直的应力，所述岩样裂缝方向为所述三个互相垂直的应力的最大应力加载方向。

上述实施例中，使用绳锯沿最大水平应力加载方向经过模拟井轴将岩样锯开具体是：在进行岩样试验中，会对立方体的岩样施以三个方向的载荷，其中水平方向上两个(x,y),垂直方向上一个(z)，一般来说垂直方向的载荷是三者中最大的，这时裂缝是垂直的，其走向与最大水平应力加载方向相同。因此，最大水平应力加载方向就代表了裂缝的方向。模拟井轴是裂缝的最初起裂位置，过井轴并沿最大水平应力加载方向是一条唯一的面，一般来说，所形成的裂缝普遍位于这条面上。

这样实施的好处是:确保了所形成的模拟裂缝普遍位于被锯开的面上，进而获取了主体的模拟裂缝形态。反之，若不沿此面进行切割，则所获取的裂缝面是局部的、不完整的。

需要说明，本实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。