具有裂缝的岩石压裂模拟试样和制备方法、该模拟试验装置和方法
【专利摘要】本发明公开了一种具有裂缝的岩石压裂模拟试样和制备方法、该模拟试验装置和方法，属于岩石模拟试验技术领域。该试样包括岩石试样本体、压裂液注入管、浇筑材质，浇筑材质包覆于本体的外部，使得成型后的具有裂缝的岩石压裂模拟试样整体呈一长方体，以长方体的一个端面为起始点设置有一盲孔，盲孔截止于本体，压裂液注入管固定连接于盲孔壁上，压裂液注入管的最底端与盲孔最底端之间预留有容置空间，以盲孔壁为起始点，向本体延伸有多个射孔。还公开了该试样的制备方法，以及应用该试样的模拟试验装置，基于该试验装置的试验方法。其不仅可对页岩气储层岩体进行裂缝压裂物理模拟，也可用于其他致密储层岩体，适用性强。
【专利说明】
具有裂缝的岩石压裂模拟试样和制备方法、该模拟试验装置和方法
技术领域
[0001]本发明涉及岩石模拟试验技术领域，特别是涉及一种具有裂缝的岩石压裂模拟试样和制备方法、该模拟试验装置和方法。
【背景技术】
[0002]随着全球能源结构的调整，对环保的要求越来越高，页岩气作为一种高效、优质的清洁能源，是实现低碳消费的最佳选择。我国页岩气可采储量36.08 X 101?3，居世界第一；但由于页岩气储集层是由岩化的黏土有机物质和矿物质混合而成，尽管有机质能够产生丰富的页岩气但这些纹理清楚的岩石间的空隙太小，渗透率低，比常规天然气的开采难度很大。
[0003]为了实现高效开采，必须通过压裂改造产生人工裂缝网络才能形成工业产能。即通过水力压裂在储层形成一条或者多条主裂缝的同时，通过应用分段多簇射孔、低黏压裂液体、转向材料等手段，实现对天然裂缝、页岩层理的沟通。
[0004]现有技术中，开展的页岩水力压裂物理模拟试验，多采用300mmX 300mmX 300mm的立方体试样，压裂物理模拟有其局限性，由于试样尺寸较小，当主压裂形成后，压裂液很快就会扩展到边界，形成稳定的渗流通道，导致无法研究主压裂缝与页岩弱层理面的沟通特征，导致难以实现水力压裂现场所形成的复杂缝网结构，为建立真实的页岩水力压裂多裂缝干扰及压裂扩展模型带来了困难。
【发明内容】
[0005]有鉴于此，本发明提供一种具有裂缝的岩石压裂模拟试样和制备方法、该模拟试验装置和方法，当水力压裂主裂缝形成后，能够避免压裂液继续扩展，而是通过寻找其他的弱层理起裂及延伸，能够形成页岩水力压裂的复杂缝网结构，其不仅能够实现模拟裂缝起裂及干扰特征分析，还能够用于分析先压裂缝对后压裂缝的影响，从而更加适于实用。
[0006]为了达到上述第一个目的，本发明提供的具有裂缝的岩石压裂模拟试样的技术方案如下:
[0007]本发明提供的具有裂缝的岩石压裂模拟试样包括岩石试样本体、压裂液注入管、浇筑材质，
[0008]所述浇筑材质包覆于所述本体的外部，使得成型后的具有裂缝的岩石压裂模拟试样整体呈一长方体，以所述长方体的一个端面为起始点设置有一盲孔，所述盲孔截止于所述本体，
[0009]所述压裂液注入管固定连接于所述盲孔壁上，
[0010]所述压裂液注入管的最底端与所述盲孔最底端之间预留有容置空间，
[0011 ]以所述盲孔壁为起始点，向所述本体延伸有多个射孔。
[0012]本发明提供的具有裂缝的岩石压裂模拟试样还可采用以下技术措施进一步实现。
[0013]作为优选，所述具有裂缝的岩石压裂模拟试样还包括粘结剂，
[0014]所述压裂液注入管的外径<所述盲孔的直径，使得所述压裂液注入管与所述盲孔壁之间具有环空；
[0015]所述粘结剂处于所述环空中，所述压裂液注入管通过所述粘结剂与所述盲孔壁固定连接在一起。
[0016]作为优选，所述粘结剂由环氧树脂制成。
[0017]作为优选，所述本体为页岩。
[0018]作为优选，所述本体呈300mm X 300mm X 600mm的柱状，所述本体包覆所述饶筑材质后，呈400mm X 400mm X 800mm 的柱状。
[0019]为了达到上述第二个目的，本发明提供的具有裂缝的岩石压裂模拟试样的制备方法的技术方案如下:
[0020]本发明提供的具有裂缝的岩石压裂模拟试样的制备方法包括以下步骤:
[0021 ]选取用于压裂模拟试验的岩石试样本体；
[0022]在所述岩石试样本体外部包覆浇筑材质，使得成型后的具有裂缝的岩石压裂模拟试样整体呈一长方体；
[0023]以所述长方体的一个端面为起始点，钻取所述盲孔；
[0024]以所述盲孔壁为起始点，在所述本体上钻取多个射孔；
[0025]向所述盲孔中填塞易溶解盐类物质，使得所述易溶解盐类物质填满所述预留的容置空间的容积，并且，所述易溶解盐类物质的高度高于所有射孔的入口高度；
[0026]在所述易溶解盐类物质上方放置一隔档件，所述隔档件将所述盲孔分隔为两个空间，处于所述隔档件底部的空间为所述预留的容置空间，处于所述隔档件上部的空间为压裂液注入管装设段；
[0027]将所述压裂液注入管放置于所述压裂液注入管装设段，由于所述压裂液注入管的外径 < 所述压裂液装设段的直径，使得所述压裂液注入管与所述压裂液注入管装设段之间具有环空;
[0028]向所述环空中注入粘结剂，使得所述压裂液注入管通过所述粘结剂与所述盲孔壁固定连接在一起；
[0029]透过所述隔档件向所述预留的容置空间内注入能够溶解所述易溶解盐类物质的溶剂，使得所述易溶解盐类物质完全形成溶液；
[0030]将所述溶液从所述预留的空间内抽出，得到所述具有裂缝的岩石压裂模拟试样。
[0031]本发明提供的具有裂缝的岩石压裂模拟试样的制备方法还可采用以下技术措施进一步实现。
[0032]作为优选，所述隔档件由柔性材质制成。
[0033]作为优选，所述柔性材质是橡皮泥。
[0034]作为优选，所述易溶解盐类物质选自钾盐、钠盐、硝酸盐中的一种或几种，所述溶剂为水。
[0035]作为优选，在所述岩石试样本体上钻取所述盲孔的步骤是采用卧式钻床加工得到的。
[0036]作为优选，钻取所述盲孔时，选用的钻头的材质是金刚石。
[0037]作为优选，将所述溶液从所述预留的空间内抽出后，还包括将所述隔档件取出的步骤。
[0038]为了达到上述第三个目的，本发明提供的具有裂缝的岩石压裂模拟试验装置的技术方案如下:
[0039]本发明提供的具有裂缝的岩石压裂模拟试验装置包括真三轴加载伺服增压器、第一组加载板、第二组加载板、第三组加载板、探测装置、本发明提供的具有裂缝的岩石压裂模拟试样，
[0040]所述第一组加载板设置于所述长方体第一组对应的面上，所述第二组加载板设置于所述长方体第二组对应的面上，所述第三组加载板设置于所述长方体第三组对应的面上，其中，加载在所述压裂液注入管上方的加载板上设有通孔，以供所述压裂液注入管对外连通，所述真三轴加载伺服增压器用于为所述第一组加载板、第二组加载板、第三组加载板提供加载作用力，
[0041 ] 通过所述压裂液注入管，能够向所述盲孔中注入压裂液，
[0042]所述探测装置用于探测所述射孔的起裂信号。
[0043]本发明提供的具有裂缝的岩石压裂模拟试验装置还可采用以下技术措施进一步实现。
[0044]作为优选，所述探测装置包括声发射仪和声发射探头，所述声发射探头用于实时探测所述射孔的起裂信号，并将探测到的起裂信号实时发送至所述声发射仪，所述声发射仪用于对所述起裂信号进行分析。
[0045]作为优选，所述具有裂缝的岩石压裂模拟试验装置还包括放大器，所述放大器用于对所述声发射探头探测得到实时信号进行放大后再由所述声发射仪接收后进行分析。
[0046]作为优选，所述具有裂缝的岩石压裂模拟试验装置还包括第一控制组件，所述第一控制组件用于根据从所述真三轴加载伺服增压器接收到的压力、排量及反馈参数控制所述真三轴加载伺服增压器的伺服控制参数及供液参数。
[0047]作为优选，所述具有裂缝的岩石压裂模拟试验装置还包括第二控制组件，所述第二控制组件用于控制所述压裂液的注入量。
[0048]为了达到上述第四个目的，本发明提供的具有裂缝的岩石压裂模拟试验方法的技术方案如下:
[0049]本发明提供的具有裂缝的岩石压裂模拟试验方法基于本发明提供的具有裂缝的岩石压裂模拟试验装置而实现，所述具有裂缝的岩石压裂模拟试验方法包括以下步骤:
[0050]组装本发明提供的具有裂缝的岩石压裂模拟试验装置；
[0051 ] 通过所述压裂液注入管向所述盲孔中通入压裂液；
[0052]在向所述盲孔中通入压裂液的过程中，采集所述射孔的压裂信号；通过对所述射孔的压裂信号进行分析，得到分析结果。
[0053]通过本发明提供的制备方法制备得到的具有裂缝的岩石压裂模拟试样包括岩石试样本体、压裂液注入管、浇筑材质，浇筑材质包覆于本体的外部，使得成型后的具有裂缝的岩石压裂模拟试样整体呈一长方体，以长方体的一个端面为起始点设置有一盲孔，盲孔截止于本体，压裂液注入管固定连接于盲孔壁上，压裂液注入管的最底端与盲孔最底端之间预留有容置空间，以盲孔壁为起始点，向本体延伸有多个射孔。基于具有裂缝的岩石压裂模拟试验装置，进行具有裂缝的岩石压裂模拟试验时，当水力压裂主裂缝形成后，压裂液达到试样边界，但由于采用了环氧树脂及浇筑材质包覆，液体无法继续扩展，当栗注压裂液持续增加后，压裂液势必寻找其他的弱层理起裂及延伸，从而形成页岩水力压裂的复杂缝网结构，其不仅可实现模拟水平井双簇或多簇射孔下多裂缝起裂及干扰特征分析，还可实现先压裂缝对后压裂缝影响分析的需要，不仅可对页岩气储层岩体进行多裂缝压裂物理模拟，也可用于其他致密储层岩体，适用性强。
【附图说明】
[0054]通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中:
[0055]附图1为本发明实施例一提供的具有裂缝的岩石压裂模拟试样的结构示意图；
[0056]附图2为本发明实施例二提供的具有裂缝的岩石压裂模拟试样的制备方法的步骤流程图；
[0057]附图3为本发明实施例三提供的具有裂缝的岩石压裂模拟试验装置的结构示意图；
[0058]附图4为本发明实施例四提供的具有裂缝的岩石压裂模拟试验方法的步骤流程图。
【具体实施方式】
[0059]本发明为解决现有技术存在的问题，提供一种具有裂缝的岩石压裂模拟试样和制备方法、该模拟试验装置和方法，当水力压裂主裂缝形成后，能够避免压裂液继续扩展，而是通过寻找其他的弱层理起裂及延伸，能够形成贝岩水力压裂的复杂缝网结构，其不仅能够实现模拟裂缝起裂及干扰特征分析，还能够用于分析先压裂缝对后压裂缝的影响，从而更加适于实用。
[0060]为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的具有裂缝的岩石压裂模拟试样和制备方法、该模拟试验装置和方法，其【具体实施方式】、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。
[0061]本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/SB，具体的理解为:可以同时包含有A与B，可以单独存在A，也可以单独存在B，能够具备上述三种任一种情况。
[0062]实施例一
[0063]参见附图1，本发明实施例一提供的具有裂缝的岩石压裂模拟试样包括岩石试样本体2、压裂液注入管6、浇筑材质I。浇筑材质I包覆于本体2的外部，使得成型后的具有裂缝的岩石压裂模拟试样整体呈一长方体，以长方体的一个端面为起始点设置有一盲孔3，盲孔3截止于本体2，压裂液注入管6固定连接于盲孔3壁上，压裂液注入管6的最底端与盲孔3最底端之间预留有容置空间，以盲孔3壁为起始点，向本体2延伸有多个射孔4a-4b。
[0064]其中，具有裂缝的岩石压裂模拟试样还包括粘结剂，压裂液注入管6的外径<盲孔3的直径，使得压裂液注入管6与盲孔3壁之间具有环空;粘结剂处于环空中，压裂液注入管6通过粘结剂与盲孔3壁固定连接在一起。
[0065]其中，粘结剂由环氧树脂制成。通过粘结剂6，可以使得压裂液注入管5通过其周向固定至盲孔2壁上，同时，该粘结剂6还作为密封材质能够避免压裂液进入该环空中。其中，本体为页岩。其中，本体2呈300mm X 300mm X 600mm的柱状，本体2包覆浇筑材质I后，呈400mmX 400mm X 800mm 的柱状。
[0066]实施例二
[0067]参见附图2，本发明实施例二提供的具有裂缝的岩石压裂模拟试样的制备方法包括以下步骤:
[0068]步骤201:选取用于压裂模拟试验的岩石试样本体；
[0069]步骤202:在岩石试样本体外部包覆浇筑材质，使得成型后的具有裂缝的岩石压裂模拟试样整体呈一长方体；
[0070]步骤203:以长方体的一个端面为起始点，钻取盲孔；
[0071 ]步骤204:以盲孔壁为起始点，在本体上钻取多个射孔；
[0072]步骤205:向盲孔中填塞易溶解盐类物质，使得易溶解盐类物质填满预留的容置空间的容积，并且，易溶解盐类物质的尚度尚于所有射孔的入口尚度；
[0073]步骤206:在易溶解盐类物质上方放置一隔档件，隔档件将盲孔分隔为两个空间，处于隔档件底部的空间为预留的容置空间，处于隔档件上部的空间为压裂液注入管装设段；
[0074]步骤207:将压裂液注入管放置于压裂液注入管装设段，由于压裂液注入管的外径<压裂液装设段的直径，使得压裂液注入管与压裂液注入管装设段之间具有环空；
[0075]步骤208:向环空中注入粘结剂，使得压裂液注入管通过粘结剂与盲孔壁固定连接在一起；
[0076]步骤209:透过隔档件向预留的容置空间内注入能够溶解易溶解盐类物质的溶剂，使得易溶解盐类物质完全形成溶液；
[0077]步骤211:将溶液从预留的空间内抽出，得到具有裂缝的岩石压裂模拟试样。
[0078]本实施例中，之所以选取易溶解盐类物质先占据盲孔3中预留的容置空间，是因为，在这种情况下，当向其中注入该易溶解盐类物质的溶剂之后，可以使得该易溶解盐类物质充分溶解形成溶液，从而便于将其从该预留的容置空间中抽出，避免造成对压裂液应用效果的影响。
[0079]本实施例中，向容置空间注入溶剂，和，从容置空间抽取溶液的步骤都是通过针筒注射器实现。
[0080]同时，由于该易溶解盐类物质一般呈粉末状，在不放置该隔档件的情况下，在该易溶解盐类物质上方直接插入压裂液注入管6时，该压裂液注入管6有可能至少有一部分被埋入到该可溶解盐类物质中，造成压裂液注入管6的最底端与盲孔3的最底端之间的距离小于预设值，致使预留的容置空间的体积达不到试验要求，对试验结果造成影响。再者，在这种情况下，形成于该预留的容置空间内的易溶解盐类物质通常饱和度较高，也能够避免其进一步溶解处于该预留的容置空间处的盲孔3壁。
[0081]本实施例中，向环空中注入的粘结剂为环氧树脂后，此时，还需要静置48h以上，使得环氧树脂在环空中达到较高的粘结强度和密封强度。
[0082]其中，隔档件由柔性材质制成。在这种情况下，在进行过岩石压裂模拟试验时，该柔性材质会被压裂液推到该预留的容置空间内，而无需将其取出。本实施例中，柔性材质是橡皮泥。
[0083]其中，易溶解盐类物质选自钾盐、钠盐、硝酸盐中的一种或几种，溶剂为水。由于钾盐、钠盐、硝酸盐在水中的溶解度很高，且材料易得，因此，在这种情况下，可以降低试验成本。
[0084]其中，作为一种具体的实现，以岩石试样一个端面为起始点，在岩石试样本体上钻取盲孔的步骤是采用卧式钻床加工得到的。本实施例中，以岩石试样一个端面为起始点，在岩石试样本体上钻取盲孔时，选用的钻头的材质是金刚石。金刚石是目前已知材质中硬度最大的材质，应用其在岩石试样本体上钻取盲孔时，岩石的硬度一定是小于该钻头的硬度的，能够避免钻头出现弯折的现象发生。
[0085]其中，在步骤209与步骤211之间，还包括步骤210:还包括将隔档件取出的步骤。该步骤为可选步骤，也可以不进行本步骤操作，即使不进行本步骤操作，由于隔档件本身的体积小于该预留的容置空间的容积，其被压裂液推到该容置空间中之后，并不会对该压裂液对该岩石压裂模拟试样试验结果造成不利的影响。
[0086]此外，本实施例中，在岩石试样本体2外部包覆浇筑材质I时，是通过将本体2放置于一400mm X 400mm X 800mm的柱状模具中，在饶筑完成后，于设定的温度、湿度条件下养护28天，使得浇筑的水泥强度达到最高后，再拆除该模具实现的，其中，岩石试样本体2最好是置于该模具的中心位置。
[0087]本实施例中，射孔包括两簇，分别为4a和4b，他们之间的间隔为200mm，每簇射孔分别包括12个射孔，射孔的直径为2mm，深度为I Omm。
[0088]实施例三
[0089]参见附图3，本发明实施例三提供的具有裂缝的岩石压裂模拟试验装置包括真三轴加载伺服增压器、第一组加载板18a、18b(其中，18b未示出)，第二组加载板19a、19b，第三组加载板20a、20b，探测装置、本发明提供的具有裂缝的岩石压裂模拟试样。第一组加载板18a、18b(其中，18b未示出)设置于长方体第一组对应的面上，第二组加载板19a、19b设置于长方体第二组对应的面上，第三组加载板20a、20b设置于长方体第三组对应的面上，其中，加载在压裂液注入管6上方的加载板18a上设有通孔16，以供压裂液注入管6对外连通，真三轴加载伺服增压器用于为第一组加载板18a、18b(其中，18b未示出)，第二组加载板19a、19b，第三组加载板20a、20b提供加载作用力。通过压裂液注入管6，能够向盲孔3中注入压裂液。探测装置用于探测射孔4a-4b的起裂信号。
[0090]其中，探测装置包括声发射仪和声发射探头21，声发射探头21用于实时探测射孔4a_4b的起裂信号，并将探测到的起裂信号实时发送至声发射仪，声发射仪用于对起裂信号进行分析。
[0091]其中，具有裂缝的岩石压裂模拟试验装置还包括放大器17，放大器17用于对声发射探头21探测得到实时信号进行放大后再由声发射仪接收后进行分析。
[0092]其中，具有裂缝的岩石压裂模拟试验装置还包括第一控制组件13，第一控制组件13用于根据从真三轴加载伺服增压器接收到的压力24、排量25及反馈28参数控制真三轴加载伺服增压器的伺服控制26参数及供液27参数。
[0093]其中，具有裂缝的岩石压裂模拟试验装置还包括第二控制组件11，第二控制组件11用于控制压裂液的注入量。其中，标号22表示伺服控制，标号23表示排量压力，标号14表示第一阀门，标号15表示第二阀门，通过伺服控制22、排量压力23及第一阀门14、第二阀门15，能够控制压裂液的注入量和流速，从而控制压裂液的注入量。
[0094]实施例四
[0095]参见附图4，本发明实施例四提供的具有裂缝的岩石压裂模拟试验方法基于本发明提供的具有裂缝的岩石压裂模拟试验装置而实现，具有裂缝的岩石压裂模拟试验方法包括以下步骤:
[0096]步骤401:组装本发明实施例三提供的具有裂缝的岩石压裂模拟试验装置；
[0097]步骤402:通过压裂液注入管向盲孔中通入压裂液；
[0098]步骤403:在向盲孔中通入压裂液的过程中，采集射孔的压裂信号;通过对射孔的压裂信号进行分析，得到分析结果。
[0099]通过本发明提供的制备方法制备得到的具有裂缝的岩石压裂模拟试样包括岩石试样本体2、压裂液注入管6、浇筑材质I，浇筑材质I包覆于本体2的外部，使得成型后的具有裂缝的岩石压裂模拟试样整体呈一长方体，以长方体的一个端面为起始点设置有一盲孔3，盲孔3截止于本体2，压裂液注入管6固定连接于盲孔3壁上，压裂液注入管6的最底端与盲孔3最底端之间预留有容置空间，以盲孔3壁为起始点，向本体2延伸有多个射孔4a-4b。基于具有裂缝的岩石压裂模拟试验装置，进行具有裂缝的岩石压裂模拟试验时，当水力压裂主裂缝形成后，压裂液达到试样边界，但由于采用了环氧树脂及浇筑材质包覆，液体无法继续扩展，当栗注压裂液持续增加后，压裂液势必寻找其他的弱层理起裂及延伸，从而形成页岩水力压裂的复杂缝网结构，其不仅可实现模拟水平井双簇或多簇射孔下多裂缝起裂及干扰特征分析，还可实现先压裂缝对后压裂缝影响分析的需要，不仅可对页岩气储层岩体进行多裂缝压裂物理模拟，也可用于其他致密储层岩体，适用性强。
[0100]实施例五
[0101]本发明实施例五所提供的用于页岩水力压裂多裂缝干扰物理模拟试验方法，包括:
[0102]步骤(I):根据对应页岩目标储层地质特征，选定页岩储层对应的露头点，采用大型挖机开挖，获得大块新鲜的页岩试样；
[0103]步骤(2):采用大型石材切割机，将大块新鲜页岩切割为尺寸为300mmX300mmX600mm的立方体试样，同时保证页岩层理沉积面平行于300mmX 600mm的平面，用于水力压裂多裂缝扩展物理模拟；
[0104]步骤(3):采用高强度环氧树脂，将300mmX600mm的四个端面进行表层封固，并保证整个端面紧密粘合，不留空隙，静置48小时，备用；
[0105]步骤(4):将高强度水泥、石英砂进行1:1配比，在搅拌器内搅拌均匀，然后加入适量的水，形成可用的砂楽，在400mm X 400mm X 800mm的长方体磨具内，在底部扑入厚度为I OOmm的水泥砂楽，初凝后放入300mm X 300mm X 600mm的页岩立方体试样，保证试样居中放置;然后继续加入水泥砂楽，将整个试样包裹，形成400mm X 400mm X 800mm的立方体试样；
[0106]步骤(5):带有磨具的400mmX400mmX 800mm立方体试样静置24小时后，拆除磨具，将这个试样推入到养护室内，设定恒定的温度、湿度，养护28天，使水泥达到最高强度；[0?07] 步骤(6):采用外径为22mm的金刚石钻头，在400mmX 400mm的端面中心位置钻模拟井筒，井筒方向平行页岩层理面，保证与现场水力压裂井眼轴线与层理面近似平行的工况，钻模拟井筒的深度为600mm，即包裹体内部页岩试样井筒深度为400mm，外径为24mm?25mm;
[0108]步骤(7):采用微钻头在井筒内部按照设定的深度位置钻模拟射孔，两簇射孔间距为200mm，一簇位于大试样井筒深度600mm处，一簇位于井筒深度400mm处，一簇内钻12个射孔，射孔直径为2mm，射孔深度为I Omm，相位角为60度；
[0109]步骤(8):在井筒射孔段，采用细粒食盐通过轻微搅动充填到到井筒及射孔孔眼内，在食盐细粒上部，采用橡皮泥作为隔层，放置密封井筒的环氧树脂进入到射孔段井筒及孔眼内；
[0110]步骤(9):采用外径为20mm，内径为15mm的钢管作为模拟套管，模拟套管的长度为400m，套管下端部开口，压裂段采用裸眼完井，下入模拟套管，采用高强度环氧树脂将套管与井筒围岩密封，并保证其强度在水压时不会发生窜液；
[0111]步骤(10):采用直径为5mm的钢钎，通过套管插入到井筒内橡皮泥隔层位置，刺穿固化的橡皮泥，然后利用加长注射用针筒向井筒内注入清水，采用清水将井筒模拟射孔段充填的食盐溶解后抽出，形成有效压裂段，完成页岩水力压裂多裂缝模拟试样准备工作；
[0112]步骤(11):将制备获得的压裂试样放置到大型真三轴加载室，然后将套管另一端预制螺纹，通过高压软管接头与水力压裂栗出液高压软管相连接，启动伺服控制水力压裂栗，向高压软管与套管连接的空间栗入压裂液，设定0.5MPa的水压，测试各连接位置的密封性；
[0113]步骤(12):完成水力压裂真三轴加载板的安装，按照设定的三向应力条件(垂向应力20MPa、水平最大应力为18MPa、水平最小应力为16MPa)，启动真三轴模型试验机施加三向应力到设定值，然后启动伺服栗压控制系统按照排量0.5ml/s栗入压裂液，同时采用声发射三维空间定位裂缝起裂及扩展信息，进行水力压裂试验；
[0114]步骤(13):由伺服栗压控制系统观测水力栗压曲线，当栗压经过几次快速升高-跌落-升高-跌落后，长时间维持在低压力水平，停止试验，获得压裂后的各种参数，用来分析多裂缝起裂的先后次序及相互干扰特征，实现页岩储层水力压裂多裂缝起裂物理模拟。
[0115]尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
[0116]显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
【主权项】
1.一种具有裂缝的岩石压裂模拟试样，其特征在于，包括岩石试样本体、压裂液注入管、饶筑材质， 所述浇筑材质包覆于所述本体的外部，使得成型后的具有裂缝的岩石压裂模拟试样整体呈一长方体，以所述长方体的一个端面为起始点设置有一盲孔，所述盲孔截止于所述本体， 所述压裂液注入管固定连接于所述盲孔壁上， 所述压裂液注入管的最底端与所述盲孔最底端之间预留有容置空间， 以所述盲孔壁为起始点，向所述本体延伸有多个射孔； 作为优选，所述具有裂缝的岩石压裂模拟试样还包括粘结剂， 所述压裂液注入管的外径 <所述盲孔的直径，使得所述压裂液注入管与所述盲孔壁之间具有环空； 所述粘结剂处于所述环空中，所述压裂液注入管通过所述粘结剂与所述盲孔壁固定连接在一起； 作为优选，所述粘结剂由环氧树脂制成； 作为优选，所述本体为页岩； 作为优选，所述本体呈300mm X 300mm X 600mm的柱状， 所述本体包覆所述饶筑材质后，呈400mm X 400mm X 800mm的柱状。2.权利要求1所述的具有裂缝的岩石压裂模拟试样的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: 选取用于压裂模拟试验的岩石试样本体； 在所述岩石试样本体外部包覆浇筑材质，使得成型后的具有裂缝的岩石压裂模拟试样整体呈一长方体； 以所述长方体的一个端面为起始点，钻取所述盲孔； 以所述盲孔壁为起始点，在所述本体上钻取多个射孔； 向所述盲孔中填塞易溶解盐类物质，使得所述易溶解盐类物质填满所述预留的容置空间的容积，并且，所述易溶解盐类物质的高度高于所有射孔的入口高度； 在所述易溶解盐类物质上方放置一隔档件，所述隔档件将所述盲孔分隔为两个空间，处于所述隔档件底部的空间为所述预留的容置空间，处于所述隔档件上部的空间为压裂液注入管装设段； 将所述压裂液注入管放置于所述压裂液注入管装设段，由于所述压裂液注入管的外径<所述压裂液装设段的直径，使得所述压裂液注入管与所述压裂液注入管装设段之间具有环空； 向所述环空中注入粘结剂，使得所述压裂液注入管通过所述粘结剂与所述盲孔壁固定连接在一起； 透过所述隔档件向所述预留的容置空间内注入能够溶解所述易溶解盐类物质的溶剂，使得所述易溶解盐类物质完全形成溶液； 将所述溶液从所述预留的空间内抽出，得到所述具有裂缝的岩石压裂模拟试样。3.根据权利要求2所述的具有裂缝的岩石压裂模拟试样的制备方法，其特征在于，所述隔档件由柔性材质制成。4.根据权利要求3所述的具有裂缝的岩石压裂模拟试样的制备方法，其特征在于，所述柔性材质是橡皮泥。5.根据权利要求2所述的具有裂缝的岩石压裂模拟试样的制备方法，其特征在于，所述易溶解盐类物质选自钾盐、钠盐、硝酸盐中的一种或几种，所述溶剂为水。6.根据权利要求2所述的具有裂缝的岩石压裂模拟试样的制备方法，其特征在于，在所述岩石试样本体上钻取所述盲孔的步骤是采用卧式钻床加工得到的。7.根据权利要求2所述的具有裂缝的岩石压裂模拟试样的制备方法，其特征在于，钻取所述盲孔时，选用的钻头的材质是金刚石。8.根据权利要求2所述的具有裂缝的岩石压裂模拟试样的制备方法，其特征在于，将所述溶液从所述预留的空间内抽出后，还包括将所述隔档件取出的步骤。9.一种具有裂缝的岩石压裂模拟试验装置，其特征在于，包括真三轴加载伺服增压器、第一组加载板、第二组加载板、第三组加载板、探测装置、权利要求1所述的具有裂缝的岩石压裂模拟试样， 所述第一组加载板设置于所述长方体第一组对应的面上，所述第二组加载板设置于所述长方体第二组对应的面上，所述第三组加载板设置于所述长方体第三组对应的面上，其中，加载在所述压裂液注入管上方的加载板上设有通孔，以供所述压裂液注入管对外连通，所述真三轴加载伺服增压器用于为所述第一组加载板、第二组加载板、第三组加载板提供加载作用力， 通过所述压裂液注入管，能够向所述盲孔中注入压裂液， 所述探测装置用于探测所述射孔的起裂信号； 作为优选，其特征在于，所述探测装置包括声发射仪和声发射探头，所述声发射探头用于实时探测所述射孔的起裂信号，并将探测到的起裂信号实时发送至所述声发射仪，所述声发射仪用于对所述起裂信号进行分析； 作为优选，所述具有裂缝的岩石压裂模拟试验装置还包括放大器，所述放大器用于对所述声发射探头探测得到实时信号进行放大后再由所述声发射仪接收后进行分析； 作为优选，所述具有裂缝的岩石压裂模拟试样还包括第一控制组件，所述第一控制组件用于根据从所述真三轴加载伺服增压器接收到的压力、排量及反馈参数控制所述真三轴加载伺服增压器的伺服控制参数及供液参数； 作为优选，所述具有裂缝的岩石压裂模拟试验装置还包括第二控制组件，所述第二控制组件用于控制所述压裂液的注入量。10.—种具有裂缝的岩石压裂模拟试验方法，其特征在于，基于权利要求9所述的具有裂缝的岩石压裂模拟试验装置而实现，所述具有裂缝的岩石压裂模拟试验方法包括以下步骤: 组装权利要求9所述的具有裂缝的岩石压裂模拟试验装置； 通过所述压裂液注入管向所述盲孔中通入压裂液； 在向所述盲孔中通入压裂液的过程中，采集所述射孔的压裂信号；通过对所述射孔的压裂信号进行分析，得到分析结果。
【文档编号】G01N1/28GK105890998SQ201610257183
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年4月22日
【发明人】郭印同, 杨春和, 曾义金, 王磊, 徐峰, 汪虎
【申请人】中国科学院武汉岩土力学研究所