水平井分段压裂实验方法及井筒与流程

本发明涉及水平井分段压裂技术，尤其涉及一种水平井分段压裂实验方法及井筒。

背景技术：

水平井分段压裂是提高低渗透油层开采的关键技术之一。通过对水平井不同位置进行多段压裂施工，能够在地层中形成多条水力裂缝，增加井筒与地层的接触面积，从而大大提高油气井的初始产能。水平井分段压裂过程中，由于多条水力裂缝之间存在相互干扰，导致裂缝扩展形态和延伸规律十分复杂。开展水平井分段压裂模拟实验，有助于准确认识水平井分段压裂过程中的裂缝扩展规律以及多条裂缝之间的相互干扰，为现场分段压裂施工方案的优化提供理论指导。

目前，水平井分段压裂模拟实验多采用将井筒预制在试样中，通过注液管线向井筒中注入压裂液来进行分段压裂模拟实验。

但是，现有技术中，井筒主要通过浇筑等手段预制在试样中，也就是井筒与试样为一体式结构，使得进行水平井分段压裂实验时往往会破坏井筒，使得每个井筒只能进行一次实验，大大增加了井筒制作的成本和实验的周期。

技术实现要素：

本发明提供一种水平井分段压裂实验方法及井筒，采用岩样作为分段压裂实验的试样，与实际生产更接近，同时实现了井筒的重复利用。

本发明提供的水平井分段压裂实验方法，包括：

在岩样上钻出预设深度的盲孔；

将底部密封的套管固定在所述盲孔内，并在所述套管内切出多个环形凹槽；其中，每个环形凹槽的直径大于或等于所述盲孔的直径；

将井筒置入所述套管内；所述井筒包括多个出液口，其中，每个出液口与一个环形凹槽相对；所述每个出液口沿所述井筒轴向方向的两侧分别套设有密封圈；所述每个出液口还与一个注液管线连接；

将各所述注液管线与泵注系统连接，并对所述岩样施加三向应力；

通过所述泵注系统注入压裂液至所述注液管线。

进一步的，所述将底部密封的套管固定在所述盲孔内，并在所述套管内切出多个环形凹槽，包括：

将所述套管固定在所述盲孔内，向所述套管与所述盲孔之间的间隙中注入胶液，待胶液固结后在所述套管内切出所述多个环形凹槽。

进一步的，所述胶液为环氧树脂AB胶。

进一步的，所述井筒与所述套管的尺寸相配合。

进一步的，所述每个出液口与所述一个注液管线通过焊接方式连接，每个注液管线由所述井筒内伸出。

所述每个出液口与所述一个注液管线通过焊接方式连接，每个注液管线由所述井筒内伸出。

本发明提供一种井筒，所述井筒上间隔设置有多个出液口；

每个出液口与一个注液管线连接，所述注液管线由所述井筒内伸出；所述注液管线用于注入压裂液；

所述每个出液口沿所述井筒的轴向两侧分别设置有密封圈；

所述井筒为独立结构。

本发明提供一种水平井分段压裂实验方法及井筒，包括：在岩样上钻出预设深度的盲孔；将底部密封的套管置入该盲孔中，并在该套管内切出多个环形凹槽；其中，每个环形凹槽的直径大于或等于该盲孔的直径；将井筒置入该套管内；该井筒包括多个出液口，其中，每个出液口与一个环形凹槽相对；该每个出液口还与一个注液管线连接；将各该注液管线与泵注系统连接，对该岩样施加三向应力；通过该泵注系统注入压裂液至该注液管线。本发明提供的水平井分段压裂方法及井筒，井筒为独立结构，且与套管之间采用插拔式连接，方便装卸，避免了分段压裂过程中对井筒造成的破坏，实现了井筒的重复利用，节约了实验成本，缩短了实验周期。

附图说明

图1为本发明提供的水平井分段压裂方法的流程图；

图2为本发明提供的岩样的侧面剖视图；

图3为本发明提供的套管与岩样组装结构的侧面剖视图；

图4为本发明提供的井筒的侧面剖视图；

图5为本发明提供的井筒的俯视图；

图6为本发明提供的实验结构的侧面剖视图。

附图标记说明：

1-岩样；

2-盲孔；

3-套管；

4-环形凹槽；

401-第一环形凹槽；

402-第二环形凹槽；

403-第三环形凹槽；

5-井筒；

6-出液口；

601-第一出液口；

602-第二出液口；

603-第三出液口；

7-注液管线；

701-第一注液管线；

702-第二注液管线；

703-第三注液管线；

8-密封圈。

具体实施方式

本发明提供一种水平井分段压裂方法，图1为本发明提供的水平井分段压裂方法的流程图。如图1所示，该方法可包括：

S101、在岩样上钻出预设深度的盲孔。

具体的，该岩样可以是由野外采集的岩块或人工岩块切割制成，其力学性能与实际作业中的地层岩样相同或相近，使得实验的参考价值更高，同时，直接采集岩块与人工制作试样相比，其制作成本更低、制作周期更短。

举例来说，图2为本发明提供的岩样的侧面剖视图。如图2所示的岩样，其内部设有一个盲孔2。

其中，该岩样例如可以是尺寸为300mm*300mm*300mm的立方体岩样。

该盲孔2可以是通过钻机在该立方体岩样的任意一个端面向该岩样1内部钻取，该盲孔2直径例如可以是26mm，深度例如可以是235mm。

基于上述，需要说明的是，上述岩样、盲孔的形状、尺寸、数量以及位置关系等仅为一种实例，本发明提供的岩样、盲孔等的结构不以此为限，在此不再赘述。

S102、将底部密封的套管固定在该盲孔内，并在该套管内切出多个环形凹槽；其中，每个环形凹槽的直径大于或等于该盲孔的直径。

举例来说，图3为本发明提供的套管3与岩样1组装结构的侧面剖视图。如图3所示，套管3底部密封，长度小于或等于盲孔2的深度，且，套管3固定在盲孔2内。

套管3固定完成后，需在套管3内壁切割多个环形凹槽4，如图3所示，环形凹槽4的直径大于或等于盲孔2的直径，使得压裂液由出液口排出后，直接作用于环形凹槽4，并由此产生裂缝。

其中，套管3例如可以是长度为235mm，外径为25mm，内径为19mm的圆柱形管。

套管3内侧共三条环形凹槽，分别为第一环形凹槽401、第二环形凹槽402以及第三环形凹槽403；其中，第一环形凹槽401距离上述岩样1端面的轴向长度为200mm，第二环形凹槽402距离端面的轴向长度为150mm，第三环形凹槽403距离端面的轴向长度为100mm；每条环形凹槽的直径例如可以是30mm，宽度例如可以是4mm。

基于上述，需要说明的是，上述套管、环形凹槽的形状、尺寸、数量以及位置关系仅为一种实例，本发明提供的套管、环形凹槽等的结构不以此为限，在此不再赘述。

S103、将井筒置入该套管内；该井筒包括多个出液口，其中，每个出液口与一个环形凹槽相对；该每个出液口沿该井筒轴向方向的两侧分别套设有密封圈；该每个出液口还与一个注液管线连接；

举例来说，图4为本发明提供的井筒的侧面剖视图。图5为本发明提供的井筒的俯视图。如图4、图5所示的井筒，井筒5上间隔设置有多个出液口，井筒5外侧的一个出液口6沿井筒5的轴向两侧各设置有一个密封圈8，密封圈8用于将一个出液口6与多个出液口中的其他出液口6隔开。且，出液口6两侧密封圈8之间的间距大于环形凹槽4的宽度。

举例来说，图6为本发明提供的实验结构的侧面剖视图。如图6所示，井筒5置于套管3内，井筒5与套管3紧密配合，且出液口6与环形凹槽4一一对应，使得通入注液管线7的液体经各出液口6排至对应的环形凹槽4中，并直接作用于岩样1内部。

其中，井筒5与套管3紧密配合，井筒5长度例如可以是230mm，外径例如可以是18mm、内径例如可以是14mm。出液口6的数量为三个，分别为第一出液口601、第二出液口602和第三出液口603；且第一出液口601距离上述端面的轴向距离为200mm，第二出液口602距离上述端面的轴向距离为150mm，第三出液口603距离上述端面的轴向距离为100mm；使得第一出液口601与第一环形凹槽401相对，第二出液口602与第二环形凹槽402相对；第三出液口与第三环形凹槽403相对。

注液管线7的数量为三条，分别为第一注液管线701、第二注液管线702和第三注液管线703，且长度例如可以均为2000mm。其中，第一注液管线701与第一出液口401连接，第二注液管线702与第二出液口402连接，第三注液管线703与第三出液口403连接。

基于上述，需要说明的是，上述井筒、出液口、密封圈等的形状、尺寸、数量以及位置关系仅为一种实例，本发明提供的井筒、出液口、密封圈等的结构不以此为限，在此不再赘述。

S104、将各该注液管线与泵注系统连接，并对该岩样施加三向应力。

具体的，对岩样1施加三向应力，可以是通过大尺寸真三轴实验装置对试样三个互相垂直面上施加各自独立的三个主应力。

使用时，首先将岩样1放置于大尺寸真三轴实验装置上，将各注液管线7与大尺寸真三轴实验装置的泵注系统连接。随后启动大尺寸真三轴实验装置，将岩样1推入实验装置内进行加压。

对岩样1施加恒定的三向应力，该三向应力可以是预设值。

S105、通过该泵注系统注入压裂液至该注液管线。

具体的，在一种实例中，向注液管线7注入压裂液可以是按照预设的注液次序、注液排量、注液压力、注液持续时间泵入压裂液，当压裂液渗出页岩表面可确定待页岩内部裂缝到达预设位置时，可结束实验。

在另一种实例中，向注液管线7注入压裂液可以是按照预设的注液次序、注液排量、注液压力、注液持续时间泵入压裂液，观察大尺寸真三轴实验装置检测到的实验数据，如压力曲线，若根据压力曲线确定页岩内出现裂缝或者页岩内部裂缝到达预设位置时，可结束实验。

实验完成后，对岩样1卸载三向应力，将岩样1从大尺寸真三轴实验装置上取下，随后将岩样1剖开，并取出井筒5，通过CT(电子计算机断层扫描Computed Tomography，简称CT)和岩样剖分观察各段压裂裂缝的扩展形态。

通过上述水平井分段压裂模拟实验，有助于准确认识水平井分段压裂过程中的裂缝扩展规律以及多条裂缝之间的互相干扰，为现场分段压裂施工方案的优化提供了理论指导。

本发明提供一种水平井分段压裂方法，包括：在岩样上钻出预设深度的盲孔；将底部密封的套管置入盲孔中，并在套管内切出多个环形凹槽；其中，每个环形凹槽的直径大于或等于盲孔的直径；将井筒置入套管内；井筒包括多个出液口，其中，每个出液口与一个环形凹槽相对；且，每个出液口通过密封圈与多个出液口中的其他出液口隔开，每个出液口还与一个注液管线连接；先将各注液管线与泵注系统连接，接着对岩样施加三向应力；通过泵注系统注入压裂液至注液管线。本发明提供的水平井分段压裂方法及井筒，井筒为独立结构，且与套管之间采用插拔式连接，方便装卸，避免了分段压裂过程中对井筒和注液管线造成的破坏，实验结束后可将井筒和注液管线取出，实现了井筒和注液管线的重复利用，节省了实验成本。

可选的，上述步骤S102中，将底部密封的套管3固定在盲孔2内，并在套管3内切出多个环形凹槽4，包括：

将套管3固定在盲孔2内，向套管3与盲孔2之间的间隙中注入胶液，待胶液固结后在套管3内切出多个环形凹槽4。

具体的，向套管3与盲孔2之间的间隙中注入胶液，将套管3固定在盲孔2内，为密封圈的密封提供一个光滑的内部，同时保证压裂液向其中一凹槽流动时不会沿着套管与盲孔之间的缝隙流向其他凹槽保证了各压裂段之间的绝对封隔，从而保证实验结果的真实有效。

可选的，该胶液为环氧树脂AB胶。

具体的，套管3可以是聚乙烯材质，可通过环氧树脂AB胶将套管3固定在盲孔2内。使用时，可直接将配置好的环氧树脂AB胶灌注在套管3与盲孔2之间的缝隙中，待胶液固结后，在预设的套管深度上分别切割出多个环形凹槽，若切割环形凹槽导致模拟套管内壁粗糙，可适当对套管内壁进行打磨。

本发明上述实施例通过环氧树脂AB胶将套管3固定在盲孔2内，保证了分段压裂实验结果的真实有效。

进一步的，井筒5与套管3的尺寸相配合。

具体的，套管3内径例如可以是19mm，井筒5外径例如可以是18mm，将井筒5置入套管3内，使得套管3与井筒5上设置的密封圈8能够紧密接触，进行某一段的压裂实验时，避免了压裂液从井筒5与套管3的缝隙中流到其他环形凹槽处。

同时，井筒5与套管3采用分离设置的方式，只需在分段压裂实验结束时，取出井筒5，即可实现井筒5与注液管线7的重复利用，节约了成本，且简化了实验操作。

本发明上述实施例通过设置与套管3尺寸相配合的井筒5，在分段压裂实验时，避免了压裂液在各环形凹槽之间产生串流对实验结果的影响，同时，井筒5与套管3分离设置的方式，实现了井筒5的重复利用，节约了实验成本，简化了实验操作，从而提高了实验效率。

可选的，每个出液口6与一个注液管线7通过焊接方式连接，每个注液管线7由井筒5内伸出。

具体的，通过焊接的方式连接出液口6与注液管线7，使得连接更紧密，通入注液管线7的压裂液能直接通过出液口6排出，从而避免了分段压裂实验时，压强过大造成的压裂液泄露。

基于上述，需要说明的是，上述焊接的连接方式仅为一种实例，本发明提供的出液口与注液管线的连接方式不以此为限，在此不再赘述。

本发明提供一种井筒5，井筒5上间隔设置有多个出液口；

每个出液口6与一个注液管线7连接，注液管线7由井筒5内伸出，注液管线7用于注入压裂液；

每个出液口6沿井筒5的轴向两侧分别设置有密封圈8。

井筒5为独立结构。

具体的，多个出液口间隔设置，且每个出液口均通过套设在井筒5外壁的密封圈8与其他出液口6隔开，实验时与套管3配合使用，实现了对井筒5的分段，而每个出液口6分别与不同的注液管线7连接，实现了分离注液的功能。

可选的，密封圈8可以是O型密封圈。使用时，密封圈8分别套在井筒5外侧的每个出液口6的两侧，用于将各出液口6分隔，使得经出液口6排出的压裂液只能进入对应的环形凹槽4内，避免了压裂液串流至其他环形凹槽4，实现了水平井的分段压裂，使得实验结果更加准确。

本发明上述实施例通过设置密封圈8作为分隔装置，实现了水平井的分段压裂，同时能进一步密封井筒5与套管3之间的缝隙，避免压裂液从该缝隙内通过，保证了分段压裂实验结果的真实有效。

使用时，将各注液管线7与大尺寸真三轴实验装置的泵注系统连接。通过控制泵注系统的阀门，可控制注液管线7的注液次序，通过改变注液次序，观察大尺寸真三轴实验装置测出的岩样内部的压力曲线，可得出水平井分段压裂过程中的裂缝扩展规律以及多条裂缝之间的互相干扰情况，从而为现场分段压裂施工方案的优化提供了理论指导。

本发明提供一种井筒，井筒上间隔设置有多个出液口；每个出液口与一个注液管线连接，注液管线由井筒内伸出，注液管线用于将压裂液导出出液口；一个出液口沿井筒外侧的轴向两侧各设置有一个密封圈，密封圈用于将一个出液口通过密封圈与多个出液口中的其他出液口隔开。本发明提供的井筒通过采用多条注液管线和多个注液口分离设置实现了不同压裂段的分离注液，通过水平井分段压裂模拟实验，有助于准确认识水平井分段压裂过程中的裂缝扩展规律以及多条裂缝之间的互相干扰，为现场分段压裂施工方案的优化提供了理论指导。同时井筒结构简单，加工方便，并可以重复利用，节约了成本，简化了实验操作，提高了效率。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。