制备内含孔裂隙及水平井段的透明岩心的装置及制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及的是致密气、页岩气、煤层气等非常规油气储层及相关含气岩体的制备装置，具体涉及制备内含孔裂隙及水平井段的透明岩心的装置及制备方法。
【背景技术】
[0002]在石油与天然气工程的油气储层内多存在孔隙与裂隙，特征是针对煤层气、页岩气及致密气等非常规油气储层内，天然孔隙与裂隙介质丰富，其对非常规油气储层改造与压裂缝网的形成起到了重要的作用。然而，目前对富含孔裂隙双重介质的储层而言，特别是不改造不产油气的非常规油气储层，压裂是目前油气开采的主要技术手段。如何能够准确地描述富含天然孔裂隙储层压裂裂缝的形成与连通规律，是目前研宄的核心与“瓶颈”问题。针对此方面的研宄，研宄者们在理论和数值模型方面做了大量的工作，并取得了一定的结果。但是在针对水平井段的研宄中依然还存在着很多的欠缺，对水平井段缝网压裂规律分析还需要进一步的提高。因此，能够针对不同储层特性，进行相似特性的研宄并开展压裂试验研宄就具有重要的研宄意义。
[0003]在开展相似岩心的压裂试验的过程中，不仅需要制作出富含孔裂隙分布的相似岩心，还需要在透明岩心中加装模拟水平井研宄部分的水平井段模具。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供制备内含孔裂隙及水平井段的透明岩心的装置，这种制备内含孔裂隙及水平井段的透明岩心的装置用于解决现有的水平井压裂模拟实验中岩心内孔裂隙分布规律与实际岩心内孔裂隙分布存在很大差异性等问题，本发明的另一个目的是提供这种制备内含孔裂隙及水平井段的透明岩心的装置制备岩心方法。
[0005]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:这种制备内含孔裂隙及水平井段的透明岩心的装置包括岩心制备装置、岩体内充气装置、气体输送控制系统、运动控制系统、水平井模具嵌入系统、真空抽气装置、温度控制系统，气体输送控制系统通过气体传输管连接岩体内充气装置，运动控制系统通过旋转螺杆连接滑动光杆，岩体内充气装置置于岩体成型模具中，真空抽气装置连接岩体成型模具，温度控制系统连接水浴箱；岩心制备装置包括分级原材料存储容器、掺混搅拌装置、输送控制器、岩体成型模具、水浴箱，分级原材料存储容器包含几个盛装不同原材料的存储容器，各存储容器通过分级管线汇集到总管线，总管线伸入到掺混搅拌装置中，每条分管线上设置流量控制阀，掺混搅拌装置出口通过输送管线连接岩体成型模具，该输送管线上设置输送控制器，岩体成型模具是由四块透明的高硬度有机玻璃板组装而成的密封箱体；岩体内充气装置由密封盒、气体分布器、造缝针、滑动光杆构成，气体分布器设置在密封盒的中心，气体分布器的分气管位于密封盒内，造缝针阵盘安装于密封盒的下端，造缝针阵盘的底面设置有密封隔层，造缝针呈阵列状布置在造缝针阵盘下面，分气管分别与造缝针连接，气体分布器连接气体传输管，滑动光杆与密封盒固定连接，滑动光杆的内部设置有旋转固定杆，旋转固定杆的下端设置有外螺纹，旋转固定杆由造缝控制系统控制；造缝控制系统通过控制线分别与造缝针阵盘、造缝针连接；制备可视化岩心的原材料由环氧树脂及固化剂组成；水平井模具嵌入系统包括水平井筒模具安放槽、伸缩式模具固定装置、滑动型闸门、水平井筒模具，滑动型闸门安装在岩体成型模具的侧壁处，水平井筒模具安放槽设置于岩体成型模具的侧面并将滑动型闸门封闭在内，水平井筒模具为空心直角形弯曲圆管，水平井筒模具的水平段的末端封死，竖直段上端有与固定杆配合的内螺纹，水平段四周分布不同相位的圆形孔眼，圆形孔眼用锡箔纸密封；伸缩式模具固定装置卡固在水平井筒模具的竖直段处，水平井筒模具通过伸缩式模具固定装置移动到相应位置；固定杆下端外螺纹与水平井筒模具垂直段上端内螺纹丝扣连接，并通过造缝控制系统控制固定杆，调整水平井筒不同方位，实现水平段井筒的任意方位布置。
[0006]上述方案中滑动型闸门由滑动型闸门控制面板控制其侧向移动；伸缩式模具固定装置由伸缩杆控制面板控制，可进行外推、收缩、夹紧、松开四种操作，在制作岩心的过程中控制水平井筒模具与造缝针阵盘中心结合。
[0007]上述方案中气体输送控制系统由气体存储罐、气体输入泵、流量控制仪、压力控制仪、速度控制阀通过相应管线连接组成，气体控制操作系统安装在计算机中，计算机分别连接流量控制仪、压力控制仪、速度控制阀，通过气体流量控制，控制孔裂隙长度。
[0008]上述方案中的掺混搅拌装置包括原料混合容器、搅拌器、控制仪，搅拌器通过传动装置连接原料搅拌机组。
[0009]上述方案中的运动控制系统由旋转螺杆、变速箱、传动电机、运动控制台、运动操作系统连接组成。
[0010]上述方案中的温度控制系统由温度传感器、温度控制器、水浴箱、温度加热与冷却装置连接构成。
[0011]上述制备内含孔裂隙及水平井段的透明岩心的装置制备岩心方法:
第一步:分析岩心内部孔裂隙的结构，通过天然岩心模拟或者计算机数值模拟，在计算机中进行岩心三维建模，并划分网格；模拟结果输出到造缝控制系统、气体控制系统、岩心材料混合控制系统；
第二步:选择环氧树脂及固化剂，按照实验配比对原材料进行配比封装；
第三步:通过材料掺混搅拌装置将原材料按照配比要求进行搅拌，并通过相应管线将配制的掺混后的原材料送入岩体成型模具中；
第四步:根据模拟数据，依据模拟数据选择适合造缝针，造缝针阵盘；
第五步:运行设备开始制作试验岩心，运动控制系统控制岩体内充气装置使造缝针下行，气体充气造缝针插入到透明岩体中，气体输送控制系统实施有色气体输送对岩体内进行充入有色气体，充气结束后快速将造缝针拔出，在岩体内形成含气孔裂隙结构，通过气孔裂隙内的有色气体可反映出孔裂隙结构，岩心制备到水平井筒模具安放槽底部后自动暂停;
第六步:打开滑动型闸门，控制水平井筒模具进入岩体成型模具，对齐后旋动固定杆，固定水平井筒模具，松开后收回伸缩式模具固定装置，闭合滑动型闸门，继续启动设备，由计算机完成透明岩心的制作，并由检测设备进行检测；
第七步:通过真空抽气装置对岩体成型模具内进行抽真空，确保透明岩体在形成过程中不受外界的影响； 第八步:通过温度控制系统对岩体成型模具进行加热或冷却，实现透明岩体的快速凝固，形成具有孔裂隙特征及水平井段的含气透明岩体。
[0012]本发明具有以下有益效果:
1、本发明解决了目前缺少可视化试验岩心的问题，对后续压裂试验及相关试验研宄对可视化试件的制备提供了条件，同时本发明还解决了无法直观研宄水平井在储层中压裂裂缝演化规律的问题。
[0013]2、本发明提供了一套制备内含不同孔隙特征可水平井压裂的岩心装置，在较真实的模拟地层岩石中存在的天然裂缝与孔隙的同时，通过水平井筒模具实现观察研宄水平井压裂裂缝演化规律。
[0014]3、本发明通过充入有色气体形成含气孔裂隙结构，并选择环氧树脂及固化剂为原材料制备环氧树脂及固化剂，有色的孔裂隙结构可以清楚地反映出来。
[0015]4、本发明可通过调整原材料配比与组成制作不同硬度、脆性、力学参数与物性参数等多重组合特征的环氧树脂及固化剂。
【附图说明】
[0016]图1是本发明装置总体结构示意图；
图2是本发明中水平井模具嵌入系统主视图；
图3是本发明中水平井模具嵌入系统侧视图；
图4是本发明中水平井筒模具示意图；
图5是本发明中造缝针阵盘中轴连接示意图；
图6是本发明中岩体内充气装置结构示意图；
图7是本发明中岩体成型模具结构示意图。
[0017]图中:1_原料存储容器；2_原料搅拌机组；3_原料混合容器；4_搅拌器；5-输送控制器；6_造缝控制系统；7_岩体成型模具；8_水浴箱；9_有机玻璃板；10-密封