缝洞型碳酸盐岩DIC可视化酸压物理模拟实验方法

缝洞型碳酸盐岩dic可视化酸压物理模拟实验方法
技术领域
1.本发明属于水力压裂领域，特别涉及一种碳酸盐岩的酸化压裂技术。


背景技术：

2.碳酸盐岩缝洞型油藏是主要油气藏类型之一，资源潜力大，前景广阔。酸化压裂是碳酸盐岩油藏增产的重要措施，在现场得到了广泛应用。碳酸盐岩储层常发育有裂缝和溶洞,在酸化压裂的过程中，发育的裂缝和孔隙可能会对压裂的水力裂隙的走向和复杂程度产生很大的影响。因此对缝洞型碳酸盐岩酸化压裂过程中裂缝走向以及发展情况的研究对于优化碳酸盐岩的酸化压裂，从而更好地达到增产的目的，对现场生产具有很好的指导意义。


技术实现要素：

3.为解决上述技术问题，本发明提出一种基于dic方法的缝洞型碳酸盐岩可视化酸压物理模拟实验方法。
4.本发明采用的技术方案为：基于dic方法的缝洞型碳酸盐岩可视化酸压物理模拟实验方法，包括：
5.s1、制备四块条件不同的缝洞型碳酸盐岩块，四块缝洞型碳酸盐岩块这分别为：含有不规则裂缝的第一碳酸盐岩块；主裂缝周围含有不规则孔洞的第二碳酸盐岩块；主裂缝周围有裂缝及不规则孔洞，同时主裂缝路径上有不规则孔洞的第三碳酸盐岩块；主裂缝周围含有不规则孔洞且主裂缝路径上有不规则孔洞的第四碳酸盐岩块；
6.s2、连接可视化碳酸盐岩块酸压实验装置；
7.s3、分别将步骤s1中制备的四块碳酸盐岩块置于可视化碳酸盐岩块酸压实验装置内，进行酸化压裂，并通过高速摄像机获取压裂过程中的裂缝图像；
8.s4、通过对四块碳酸盐岩块的裂缝图像进行分析，得到缝洞型碳酸盐岩块酸化压裂中裂缝的扩展方向和发育程度。
9.第二块碳酸盐岩块利用钻机在岩块表面随机位置钻取任意数量的孔洞，以模拟研究周边不规则孔洞对于主裂缝和水里裂缝扩展的影响。
10.第三块碳酸盐岩块利用线切割机和钻机在主裂缝周围切割任意数量的不规则裂缝和孔洞，同时在主裂缝路径上钻取孔洞，来模拟研究在周围有不规则孔洞和裂缝的情况下，主裂缝能否穿过孔洞以及对主裂缝和水里裂缝的扩展的影响。
11.第四块利用线切割机和钻机在主裂缝周围以及主裂缝路径上钻取任意数量的钻孔，来模拟研究缝洞型碳酸盐岩块在含不规则孔洞情况下主裂缝能否穿过孔洞以及对主裂缝和水里裂缝扩展的影响。
12.步骤s2所述实验装置包括：柱塞泵41、中间容器42、液体喷射管路36、铝侧板37、聚碳酸酯板31、螺母和螺栓32、气动千斤顶33、碳酸盐岩块34、高速摄像机38、计算机系统44；
13.所述碳酸盐岩块34左右两侧通过两块铝侧板37固定，每块铝侧板37外侧安装有气
动千斤顶33，用于向碳酸盐岩块34施加侧向压力；所述碳酸盐岩块34上下两侧通过两块聚碳酸酯板31固定，两块聚碳酸酯板31通过螺母和螺栓32固定连接；在碳酸盐岩块34的中心钻孔接入液体喷射管路36；液体喷射管路36连接中间容器42，中间容器42还与柱塞泵41连接；
14.所述高速摄像机38安装于固定好的碳酸盐岩块34上方，用于获取碳酸盐岩块34压裂过程中的图像；高速摄像机38与计算机系统44相连。
15.还包括：粘合剂层35，所述粘合剂层35粘贴于聚碳酸酯板31和碳酸盐岩块34中间。
16.还包括压力表43，用于获取泵入压力。
17.步骤s3所述酸化压裂的过程为：
18.a1、通过气动千斤顶33施加侧向压力至设定值，并打开高速摄像机；
19.a2、通过柱塞泵41泵入酸性压裂液，直至产生裂缝，通过压力表43记录产生裂缝时的泵入压力。
20.本发明的有益效果：本发明通过制备四块碳酸盐岩块可以很好的模拟缝洞型碳酸盐岩在裂缝和不规则孔洞干扰的情况下，主裂缝及水力裂缝是否受到不规则孔洞及天然裂缝的缝间干扰，以及主裂缝和水力裂缝能否穿过不规则孔洞或沿着不规则孔洞继续扩展；通过在制作好的四块碳酸盐岩块上钻取注液孔，用以和液体喷射管路相连，注入酸化压裂液，完成碳酸盐岩块的酸化压裂；实现对缝洞型碳酸盐岩块酸化压裂中裂缝的扩展和发育程度的研究；采用本发明的方法可以获取对缝洞型碳酸盐岩酸化压裂过程中裂缝走向以及发展情况，从而有效指导碳酸盐岩缝洞型油藏开采现场生产，达到增产的效果。
附图说明
21.图1为本发明的方法流程图；
22.图2为本发明方法所述制备的四种不同裂缝和孔洞情况下的碳酸盐岩块的破面图；
23.其中，(a)为主裂缝周围含有裂缝的碳酸盐岩块剖面图，(b)为主裂缝周围含有不规则孔洞的碳酸盐岩块剖面图，(c)为主裂缝周围有裂缝及不规则孔洞，同时主裂缝路径上有不规则孔洞的碳酸盐岩块剖面图，(d)为主裂缝周围含有不规则孔洞且主裂缝路径上有不规则孔洞的碳酸盐岩块剖面图；
24.图3为本发明的缝洞型碳酸盐岩可视化酸压物理模拟实验装置的结构示意图；
25.图4为本发明的缝洞型碳酸盐岩可视化酸压物理模拟实验系统整体结构示意图；
26.附图标记：11表示主裂缝，12表示天然裂缝，13表示井眼，14表示不规则孔洞，31表示聚碳酸酯板，32表示螺母和螺栓，33表示气动千斤顶，34表示碳酸盐岩块，35表示粘合剂层，36表示液体喷射管路，37表示铝侧板，38表示高速摄像机，41表示柱塞泵，42表示中间容器，43表示压力表，44表示计算机系统。
具体实施方式
27.为便于本领域技术人员理解本发明的技术内容，下面结合附图对本发明内容进一步阐释。
28.如图1所示为本发明的方法流程图，主要包括碳酸盐岩块的制备、实验装置的组
装、碳酸盐岩块的酸化压裂以及dic图像处理及压裂结果分析。
29.所述碳酸盐岩块的制备过程为：
30.首先将取心的碳酸盐岩块制备完成，准备四块碳酸盐岩块。
31.然后利用钻机和线切割机制作如图2所示的四块条件不同的缝洞型碳酸盐岩块。我们利用线切割机切割在岩块表面切割任意不规则裂隙，制作如图2中(a)所示的第一块含有不规则裂缝的碳酸盐岩块，来模拟研究缝洞型碳酸盐岩块中已有裂缝对主裂缝11和水里裂缝扩展的走向和发育程度的影响。如图2中(b)所示第二块碳酸盐岩块利用钻机在岩块表面随机位置钻取任意数量的孔洞，以模拟研究周边不规则孔洞14对于主裂缝11和水里裂缝扩展的影响。如图2中(c)所示第三块碳酸盐岩块我们利用线切割机和钻机在主裂缝周围切割任意数量的不规则裂缝和孔洞，同时在主裂缝路径上钻取孔洞，来模拟研究在周围有不规则孔洞和裂缝的情况下，主裂缝能否穿过孔洞以及对主裂缝和水里裂缝的扩展的影响。如图2中(d)所示第四块利用线切割机和钻机在主裂缝周围以及主裂缝路径上钻取任意数量的钻孔，来模拟研究缝洞型碳酸盐岩块在含不规则孔洞情况下主裂缝能否穿过孔洞以及对主裂缝和水里裂缝扩展的影响。
32.通过在制作好的四块碳酸盐岩块上钻取注液孔，用以和液体喷射管路相连，注入酸化压裂液，完成碳酸盐岩块的酸化压裂。四块碳酸盐岩块的制备可以很好的模拟缝洞型碳酸盐岩在裂缝和不规则孔洞干扰的情况下，主裂缝及水力裂缝是否受到不规则孔洞及天然裂缝的缝间干扰，以及主裂缝和水力裂缝能否穿过不规则孔洞或沿着不规则孔洞继续扩展，完成对缝洞型碳酸盐岩块酸化压裂中裂缝的扩展和发育程度的研究。
33.实验装置的组装具体为：如图3所示，本发明的装置包括气动千斤顶33、缝洞型碳酸盐岩34、粘合剂层35、液体喷射管路36、铝侧板37、螺母和螺栓32、聚碳酸酯板31、dic装置。
34.本发明装置是将碳酸盐岩块34两边利用铝侧板37固定，在铝侧板37的两边安置两个气动千斤顶33，两个气动千斤顶33利用气动原理负责对铝侧板37和碳酸盐岩块34施加侧向压力，而铝侧板37除了固定碳酸盐岩块34两侧外，还保证气动千斤顶33对碳酸盐岩块34施加的侧向压力均匀。碳酸盐岩板块上下两侧则利用透明的聚碳酸酯板31进行固定，不仅能够有效的固定住碳酸盐岩块34的上下两侧，同时可以为实验过程中利用dic观察碳酸盐岩块在酸化压裂过程中裂隙走向和发展提供条件。在聚碳酸酯板31和碳酸盐岩块34中间粘贴粘合剂层35，用以保证碳酸盐岩块34在酸化压裂过程中不会发生滑移。上下两块聚碳酸酯板31利用螺母和螺栓32进行固定。在碳酸盐岩块34的中心我们钻孔并接入液体喷射管路36以保证酸化压裂过程中压裂液的注入和酸化压裂过程的正常进行，液体喷射管路36则连接柱塞泵41和中间容器42，用以向碳酸盐岩块中注入压裂液，完成对碳酸盐岩块34的酸化压裂。同时我们在聚碳酸酯板31外安置高速摄像设备38及dic装置，用以观察和记录碳酸盐岩板块酸化压裂过程中裂缝的走向和发展，并在后期的计算机系统上进行处理分析。
35.另一方面，本发明提供了一种基于dic方法的缝洞型碳酸盐岩可视化酸压物理模拟实验方法，包括如下步骤：
36.步骤1、将柱塞泵连接中间容器并连接液体喷射管路。
37.步骤2、将高速摄像机连接采集卡和控制pc端。
38.步骤3、将碳酸盐岩块置于可视化碳酸盐岩块酸压实验装置内，拧紧螺母和螺栓保
证前后聚碳酸酯板固定牢固。
39.步骤4、准备酸化压裂液，并将其导入中间容器。
40.步骤5、连接设备管线，通过气动千斤顶施加侧向压力至设定值，并打开高速摄像机。这里的侧向压力设定值根据具体的实验条件进行确定。
41.步骤6、泵入压裂液，直至产生裂缝，通过压力表43记录泵入压力。本领域的技术人员应知本发明中的压裂液是先入柱塞泵，再注入中间容器，最后注入套管进行压裂。
42.步骤7、实验结束后，处理高速摄像机拍摄的图像，完成对碳酸盐岩块在酸化压裂过程中裂缝的动态连续分析。
43.步骤7所述酸化压裂过程中裂缝的动态连续分析，具体为：
44.碳酸盐岩块在酸化压裂过程中裂缝的动态连续分析是用连续动态的量化分析碳酸盐岩块裂缝在酸化压裂过程中的扩展和发育情况。采用ncoor算法处理高速摄像机拍摄的图像后，得到的结果是对应点在高速摄像机拍摄的所有帧率中的对应的连续应变。
45.应变是根据位移数据，采用最小二乘平面拟合局部一组数据点；然后根据平面参数求出位移梯度；这些梯度用于计算格林-拉格朗日应变和欧拉-阿尔曼西应变。ncorr.com网站的“dic算法”部分给出了更详细的描述。应变选项：这里唯一可以改变的参数是应变半径，这是一个圆的半径，它选择一组点来适合一个平面；提供了一个预览，以便用户可以可视化的平面拟合；理想应变半径的选择与理想子集半径的选择相似，都是在不产生噪声的情况下要求最小的应变半径；默认的半径设置为15，用户可以为他们的数据选择最优的半径。
46.在本实验中，压裂液选用酸性压裂液，其粘度为0.1mpa
·
s-10mpa
·
s，酸性压裂液会和碳酸盐岩块反应产生二氧化碳，二氧化碳会占据缝隙或孔洞的体积从而使压裂液流动压力变大，但由于本实验试样较小，反应时间很短，产生二氧化碳造成的影响可以忽略不计。
47.在本实验中，所述压裂液的黏度为0.1mpa
·
s-10mpa
·
s。
48.在本实验中，所述压裂液的排量为10ml/min-50ml/min，可保证足够的实验时长来观察实验现象。
49.在本实验中，为了保证酸化压裂产生裂缝发育，加载水平应力差应该介于2.5-7.5mpa。水平应力差指水平施加的侧向水平压力最大σh和最小应力σh差，这里的侧向水平压力是通过气动千斤顶来提供的。
50.在本实验中，采用ncoor来处理高速摄像机拍摄的图像。根据ncoor算法，是通过得到子集的平均位移，再根据位移场进行数值微分，得到应变。该方法已有研究证明其计算得到测量点在压裂过程中的应变是有效的。
51.在本实验中，由于数值微分算法对误差比较敏感，将应变半径参数设为合适的值，在半径内拟合位移场的最小二乘平面，得到应变，这样可以减少噪声对应变场的影响。应变半径参数设置根据位移场大小和位移梯度来选择合适的半径。
52.在本实验中，采用平均灰度梯度评价图像质量。所述图像质量用来评价高速摄像机拍摄的各帧率图像的清晰度和质量，这样可以更好的用于碳酸盐岩块在酸化压裂过程中裂缝的动态连续分析。
53.在本实验中，压裂液采用酸性液体。酸性液体会和碳酸盐岩反应，在岩石表面形成
溶蚀空洞或通道，有利于压裂液的流动。
54.本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。