一种人工岩心中横向射孔的加工方法与流程

本发明属于水力压裂实验领域，具体涉及一种人工岩心中横向射孔的加工方法。适用于水力压裂实验准备阶段人工岩心的加工制作。

背景技术：

在石油工业领域，岩心水力压裂实验是模拟现场油气开采较为常见的实验方式，是优化压裂施工工艺的重要技术手段，对实现油气增产具有重要意义。由于从现场采集岩心难度大，岩心不均匀且离散性高，该实验通常基于相似理论，制作物理性质与实际储层相近的正方体人工岩心，棱长通常取100mm、300mm或500mm。如图1所示，在人工岩心2表面中心钻取直径约为10mm，深度约为棱长0.9倍的竖向钻孔，并放入钢套管1模拟井筒，再由竖向钻孔内侧呈不同相位角向人工岩心2钻取直径约为4mm，长度约为20mm的钻孔模拟横向射孔3。由于井筒及横向射孔尺寸小，加工精度要求较高，加工设备受限，岩心加工不易完成。

目前，人工岩心加工方法是：首先将岩心材料充分拌合，在试模中浇注并养护成型；然后在人工岩心表面中心钻取直径约为50mm的竖向钻孔，并在竖向钻孔中心放入钢套管1，套管管壁预先钻取相位孔；再将相同的岩心材料填充在钢套管与竖向钻孔之间；最后在钢套管与竖向钻孔之间的岩心材料硬化之前，将折角铁丝伸入套管口，并伸入套管管壁上的相位孔，在岩心材料中搅动从而形成空隙，以完成横向射孔的钻取工作。该方法存在工艺复杂，可钻取的横向射孔长度有限，对钻孔时间要求严格且不易控制，可操作性及钻孔精度不高，工作效率低等诸多不足。

虽然目前用于加工人工岩心中横向射孔的钻孔装置已被提出，但由于岩心尺寸较小，钻孔装置需要更小的体积，生产难度大、成本高，且钻取精度难以掌握，实用性不足。

因此，目前亟待提供一种人工岩心中横向射孔的加工方法。

技术实现要素：

为克服现有技术的不足，本发明提供了一种人工岩心中横向射孔的加工方法。该方法利用伍德合金熔点低，固态强度较高，成本低，可重复利用的特点，能够解决人工岩心中横向射孔加工过程中的技术及成本问题。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：

一种人工岩心中横向射孔的加工方法，包括以下步骤：

(1)准备工作；

(2)模具浸油润滑；

(3)加热熔化伍德合金；

(4)液态伍德合金注入射孔模具，冷却成型；

(5)射孔脱模，切割；

(6)射孔端部加热微熔，与钢套管粘接；

(7)钢套管与横向射孔粘接完毕并冷却成型后放入试模中心，岩心材料拌合浇注并养护；

(8)人工岩心脱模，表面检查磨平；

(9)人工岩心加热，倒出液态伍德合金并保存。

进一步的，所述的步骤(1)具体包括：

1)明确相关参数，准备岩心材料与试模；

2)钢套管、射孔模具等相关材料的准备与加工。

进一步的，所述的钢套管的加工即在管壁按照预定相位钻取相位孔。

进一步的，所述的射孔模具无需特别加工，只需选用长度不小于所述的横向射孔长度，且直径与所述的横向射孔直径相同的空心圆柱(例如笔芯)即可。

进一步的，所述的伍德合金由50％铋(bi)、25％铅(pb)、12.5％锡(sn)和12.5％镉(cd)制成，熔点为70℃。

进一步的，所述的步骤(3)的加热温度应在70℃以上，且必须小于使所述的射孔模具熔化的最低温度。

进一步的，所述的步骤(6)的加热温度应在70℃或以上，使所述的横向射孔端部呈微熔状态即可。

进一步的，所述的步骤(9)的加热温度应在70℃以上，且必须小于使所述的钢套管变形和影响人工岩心结构与强度的最低温度。该温度可使所述的伍德合金熔化并流出，且不会破坏人工岩心，影响实验结果。

由以上技术方案可知，相对于现有技术，本发明能够改善其不足，且降低成本，对后续实验工作带来有利影响。

附图说明

图1为需加工的人工岩心、套管、横向射孔纵剖面图及俯视图，其中(1)为纵剖面图，(2)为俯视图；

图2为本发明一种人工岩心中横向射孔的加工方法预制套管及相位孔示意图(单位：mm)；

图3为本发明一种人工岩心中横向射孔的加工方法射孔模具主视图(单位：mm)；

图4为本发明一种人工岩心中横向射孔的加工方法射孔及套管组合示意图，其中(1)为正视图，(2)为俯视图(单位：mm)；

图5为本发明一种人工岩心中横向射孔的加工方法实施例示意图。

1—钢套管；2—人工岩心；3—横向射孔；4—井口；5—井筒；6—相位孔；7—射孔

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。

实施条件：在尺寸为100mm×100mm×100mm的正方体水泥砂浆岩心中加工横向射孔。井筒位于人工岩心中心，直径10mm，深度90mm。射孔直径4mm，长度20mm，呈60°相位角自下而上螺旋上升。

本发明较佳的具体实施方式是：

1.准备工作

(1)人工岩心加工前，明确人工岩心和井筒的尺寸，人工岩心的材料以及射孔的长度、直径和相位角；

(2)预制钢套管(包括井口4和井筒5)，并在井筒5壁面预定的横向射孔位置钻取相位孔6(如图2)；

(3)准备相关模具(包括试模、射孔模具等，射孔模具如图3，长度大于20mm，直径4mm)；

(4)准备相关材料(包括水泥砂浆、伍德合金、脱模油等)。

2.模具浸油润滑

将射孔模具(如图3)内壁浸脱模油，使液态伍德合金在模具内冷却成型后方便取出。

3.加热熔化伍德合金

将伍德合金加热至70℃以上，且小于使射孔模具熔化的最低温度，使伍德合金完全熔化，且不损伤射孔模具，并将液态伍德合金吸入注射器。

4.液态伍德合金注入射孔模具，冷却成型

将注射器中的液态伍德合金注入射孔模具(如图3)，冷却至室温。

5.射孔脱模，切割

射孔在模具中冷却成型后取出，切割成若干段，每段长20mm。

6.射孔端部加热微熔，与钢套管粘接

将伍德合金制作的射孔端部加热至微熔状态，按预定相位角粘接到井筒7壁面预留的相位孔6处(如图2、图4)。

7.钢套管与横向射孔粘接完毕并冷却成型后放入试模中心，岩心材料拌合、浇注并养护

(1)射孔7与井筒5粘接完毕后，再次冷却成型；

(2)试模内壁浸脱模油，将冷却成型的伍德合金放入试模中心，并将岩心材料拌合充分，注入试模，在标准条件下养护。

8.人工岩心脱模，表面检查磨平

养护完毕后，试件脱模，检查试件表面平整度，将粗糙部分磨平；

9.人工岩心加热，将液态伍德合金倒出并保存

人工岩心整体加热至70℃以上，且温度低于导致套管钢材变形和影响人工岩心结构与强度的最低温度，使伍德合金完全熔化，而钢套管和水泥砂浆材料不受影响。伍德合金熔化后，通过射孔7、井筒5和井口4组成的联通孔道，将液态伍德合金倒出，妥善保存，以便重复使用。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，在不脱离本发明设计精神的前提下，任何熟悉本技术领域的技术人员可轻易想到的变化或替换，均应涵盖在本发明的保护范围之内。