定向井井筒模拟装置及其实验方法与流程

本发明涉及油气藏开发技术领域，具体地涉及一种定向井井筒模拟装置和一种使用该定向井井筒模拟装置的模拟井筒的实验方法。

背景技术：

水力压裂是高效开发低渗透油气藏的一种手段。近年来，为了尽可能提高井控面积、改善开发效果，低渗透油气田需要逐渐增加大斜度定向井数量。定向井压裂人工裂缝起裂机理较常规直井储层起裂方式更加复杂和多样化，不确定因素多，施工时掌控难度大。同时，在我国四川等地存在多种岩性夹层组合的复杂地层，定向井压裂裂缝在不同岩性地层中以及在岩性界面处起裂的规律目前尚不清楚。因此需要对定向井压裂裂缝的起裂及延伸规律进行深入研究。采用室内模拟实验的方法进行系统研究井斜角、井斜方位角、岩性变化等对定向井水力压裂的影响规律，可以对裂缝的起裂和延伸的过程进行监测,并且可对形成的裂缝进行直接观察。这对于正确认识井斜角、井斜方位角等参数对定向井压裂水力裂缝的起裂和延伸的影响规律具有重要意义。但对于每种井型，在不同的井斜角、井斜方位角等参数条件下，需要制备不同的井筒以开展实验，井筒重复利用率低，制作工艺复杂，制备模拟井筒实验装置耗时耗力，实验成本较高。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服现有技术存在的制备不同模拟井筒实验装置耗时耗力、成本高等问题。

为了实现上述目的，本发明一方面提供一种定向井井筒模拟装置，包括井筒头和斜井管段，井筒头和斜井管段之间连接有能够使得所述斜井段相对所述井筒头向任意方向弯转的万向管。

优选的，所述井筒头和所述万向管之间连接有辅助管段。

优选的，辅助管段与井筒头分别为直线形管段，相互垂直。

优选的，辅助管段与井筒头通过第一弯管接头连接；

优选的，所述辅助管段远离井筒头的一端与所述万向管之间连接有第二弯管接头。

优选的，所述第二弯管头与所述万向管之间连接有过渡管段，过渡管段与辅助管段垂直。

优选的，斜井管段远离万向管的一端连接有能够相对于斜井管段伸缩的伸缩管段；

优选的，所述斜井管段和伸缩管段通过螺纹连接。

优选的，所述井筒头的外周表面上沿周向延伸设置有环形的密封槽。

本发明第二方面提供一种使用上述的定向井井筒模拟装置模拟井筒的实验方法，包括以下步骤：

(1)：通过万向管调整井斜角、井斜方位角，调节伸缩管段伸出斜井管段的长度，密封所述定向井井筒模拟装置的井筒下端口。

(2)：将井筒头向下插入试件模具下方的底板限位孔，将水泥混合物浇注到所述试件模具中，覆盖所述定向井井筒模拟装置。

(3)：待所述水泥混合物凝固后，拆卸所述试件模具，得到一定井斜角、井斜方位角及井深的压裂物模试件。

本发明的实验装置及其方法，可以调整万向管来调整井筒的井斜角和井斜方位角，形成多种不同的井筒实验装置来模拟各种不同的实验，从而解决了不同实验参数条件下需要制备不同井筒的问题，提高了装置的重复利用率，降低了实验成本，节省精力。而且结构简单，操作方便。

附图说明

图1是定向井井筒模拟装置的结构示意图；

图2是定向井井筒模拟装置及人造岩样的结构示意图。

附图标记说明

图中标注说明：1-井筒头，2-凹形密封槽，3-第一弯管接头，4-辅助管段，5-第二弯管接头，6-过渡管段，7-万向管；8-斜井管段，9-伸缩管段。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

先描述本申请中的主要技术思想，该技术思想的有益效果，然后再开始写具体实施例。

本发明提供一种定向井井筒模拟装置，如图1所示，该定向井井筒模拟装置包括井筒头1和斜井管段8，井筒头1和斜井管段8之间连接有能够使得所述斜井段8相对所述井筒头1向任意方向弯转的万向管7。

可以向任意方向弯转万向管7便于调节斜井管段8使其处于不同角度的井斜角和井斜方位角，避免了在不同情况下需要做出不同的井筒实验装置来模拟实验。提高了装置的重复利用率，降低了实验成本，节省精力。

在本发明的一个具体实施方式中，所述井筒头1和所述万向管7之间连接有辅助管段4。

辅助管段4使得斜井管段8相对于井筒头1的位置有更加广阔的位置选择，避免了斜井管段8末端处于模型的边缘一侧。

优选的，辅助管段4与井筒头1分别为直线形管段，相互垂直。

辅助管段4与井筒头1垂直分布使得在尽量保持斜井管段8末端处于模型的中心的时候，辅助管段4较短，占用空间较少。

优选的，辅助管段与井筒头通过第一弯管接头3连接；所述辅助管段4远离井筒头的一端与所述万向管7之间连接有第二弯管接头5。

第一弯管接头3和第二弯管接头5可以作为中间连接件使得装置前后部位更好的进行连接。

优选的，所述第二弯管头5与所述万向管7之间连接有过渡管段6，过渡管段6与辅助管段4垂直。

过渡管段6与辅助管段4垂直，这使得在一定角度的井斜角、井斜方位角下，可以保证用料最省的情况下，达到相应的井深。

优选的，所述斜井管段8远离所述万向管7的一端连接有能够相对于斜井管段8伸缩的伸缩管段9；

伸缩管段9在井斜角、井斜方位角一定的时候，可以相应调节井深。

优选的，所述斜井管段8和伸缩管段9通过螺纹连接。

螺纹连接具有较好的精度，方便井深的调节。

进一步的，具体的，所述第一弯管接头3两个开口方向是垂直的；和/或，所述第二弯管接头5两个开口方向是垂直的。

两个开口方向垂直的第一弯管接头3和第二弯管接头5使得井深可以更好地控制，实验数据可以更好地计算。

优选的，所述井筒头1的外周表面上沿周向延伸设置有环形的密封槽2，密封圈可以套在该密封槽2中，用于在制造实验模型的时候，在实验过程中密封井口。

进一步，具体地，所述井筒头1是外径为20mm-30mm，高为25mm的直线型管段；所述环形的密封槽2的宽度和深度均为2mm，密封槽2上套有橡胶圈用于在实验过程中密封井口；所述辅助管段4长度在130mm-145mm范围之间，以略小于人造岩心试样边长的一半为宜，优选具体可以为长度为140mm，外径16mm，内径12mm。所述斜井管段8内部有螺纹，并与所述螺纹管的螺纹匹配，且密封效果良好。所述伸缩管段9外径12mm，内径8mm，螺纹管可通过螺纹连接到斜井段内部。当然，并不限于上述尺寸，根据试验条件，可以改变各部件的尺寸。

根据本发明的另一方面，提供一种模拟井筒的实验方法，该实验方法包括上述的定向井井筒模拟装置。

该模拟井筒的实验方法，包括以下步骤：

(1)：通过万向管调整井斜角、井斜方位角，调节伸缩管段9伸出斜井管段8的长度，密封所述定向井井筒模拟装置的井筒下端口。

(2)：将井筒头向下插入试件模具下方的底板限位孔，将水泥混合物浇注到所述试件模具中，全部覆盖所述定向井井筒模拟装置。

(3)：待所述水泥混合物凝固后，拆卸所述试件模具，得到一定井斜角、井斜方位角及井深的压裂物模试件。

进一步，具体的，所述压裂物模试件尺寸为300mm×300mm×300mm，所述尺寸并不限于以上尺寸，具体尺寸根据模具大小有所变动。

实施例一：

该实施例中，在所述步骤(1)中，调节角度时可用量角器度量井斜角为45°，井斜方位角为30°；调节长度时可用直尺或卷尺度量，伸缩管段9伸出斜井管段8的长度分别为：20mm、40mm、80mm。

在不同井深的情况下，进行真三轴水力压裂实验，从而研究井深对裂缝起裂及扩展的影响，为现场施工设计提供参考。

实施例二：

该实施例中，在所述步骤(1)中，将伸缩管段9伸出斜井管段8的长度调节至40mm，调节角度时可用量角器度量井斜角为45°；

所述井斜方位角通过万向管调节至φ1＝0°，φ2＝30°，φ3＝60°。在不同井斜方位角的情况下，进行真三轴水力压裂实验，从而研究井斜方位角对裂缝起裂及扩展的影响，为现场施工设计提供参考。

实施例三：

该实施例中，在所述步骤(1)中，将伸缩管段9伸出斜井管段8的长度调节至40mm，调节角度时可用量角器度量井斜方位角为φ2＝30°；

所述井斜角通过万向管调节至α1＝40°，α2＝45°，α3＝50°。通过螺纹管调节长度到压裂设计位置，便可进行在不同井斜角下的真三轴压裂实验，从而研究井斜角对裂缝起裂及扩展的影响，为现场施工设计提供参考。

以上所述实施例中，井斜角、井斜方位角和伸缩管段9的伸出长度均不限于以上数值。

本实施例的实验装置及其方法，结构简单，操作方便，能够模拟相同井斜角的情况下，不同井深导致的在岩石不同层位起裂的压裂实验，推广到在煤岩-页岩-煤岩、煤岩-页岩-灰岩等各种不同岩性组合的岩石中，可以模拟出在不同岩性的岩石中起裂，或在岩性交界面处起裂的实验，这对于正确认识斜井压裂水力裂缝的起裂和延伸的影响规律具有重要意义。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型。包括各个具体技术特征以任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。