CN105716953A - 循环变压力压裂室内模拟试验方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种针对循环变压力压裂的室内模拟试验方法，研究岩石循环加压过程中的破坏机理和破坏条件。在本发明中，在浇筑人工试件时预先埋入两组应变片，每组三个，两两相互正交。同时在两组应变片之间预置楔形空腔，人工试件成型后在其内部制造人工裂缝，同时在人工裂缝周围贴上应变片，并在人工试件表面画网格线来定位裂缝的延伸。在楔形空腔中放置柔性水囊，紧贴楔形空腔的壁面。然后对人工试件施加三轴围压，通过柔性水囊对人工试件进行循环变压力加载。本发明通过柔性水囊对人工试件施加不同峰值的循环压力载荷，研究交变载荷下人工试件破裂的内在机理，确定实际运用该压裂方式施工时的起裂压力降低幅度，最终得到裂缝起裂的压力峰值和载荷循环次数的最优组合。

Description

循环变压力压裂室内模拟试验方法
技术领域
本发明是针对循环变压力压裂所提出的室内模拟试验方法，该试验方法通过变压力循环加载的方式对压裂时岩石破坏的条件和作用机理进行模拟和研究。
背景技术
水力压裂是开采低渗透油气田的有效措施。但对于非常规致密储层而言，在压裂过程中的起裂压力往往很高，从而导致压裂失败。因此需要采取一定的措施来降低地层起裂压力，使地层更具有可压性。目前油田作业现场常用的降低起裂压力的手段主要有：
1.复合射孔的方式：射孔过程中点燃下入的火药从而形成急剧膨胀的高能气体，形成高压脉冲，进一步在射孔孔眼内部压裂形成多条裂缝进而降低起裂压力。
2.定方位射孔的方式：在最大主应力方向射孔，裂缝从最大主应力方向开始起裂。
3.改变常规射孔参数：增加孔密、孔径、调整方位角和加大火药用量。
但通过改进射孔方式及参数的传统射孔手段来降低地层起裂压力的工艺时，射孔弹的压实作用造成近井筒地带的污染，尤其是对非常规低渗透地层，这种现象更为明显。本发明公开了一种循环变压力压裂室内模拟试验方法，采用低泵压反复加载的方式促使岩石产生疲劳破坏，从而降低水力压裂过程中的起裂压力。然而循环变压力压裂方法目前还处于探索状态，对其机理认识不够深入，也缺乏相应的室内模拟试验方法。为解决上述问题，本发明提出了循环变压力压裂室内模拟试验方法，通过该方法能确定该压裂方式对起裂压力降低幅度，寻找使压力峰值与载荷循环次数的最优组合，进而对岩石循环加压的破坏机理和破坏条件做进一步的深入研究。
发明内容
本发明的目的在于提供一种针对循环变压力压裂的室内模拟试验方法，该方法可以模拟不同变压力加载方式；本发明的另一目的在于提供一种操作更为简单有效的方法，通过应变变化规律和裂缝延伸情况来对变压力压裂过程中的岩石破坏机理进行探索和分析，确定该方式对起裂压力降低幅度，并寻找使裂缝起裂的压力峰值与载荷循环次数的最优组合。
本发明公开了一种针对循环变压力压裂的室内模拟试验方法，研究岩石循环加压过程中的破坏机理和破坏条件。在浇筑人工试件时预先埋入两组应变片，每组三个，两两相互正交；同时在两组应变片之间预置楔形空腔，人工试件成型后在其内部制造人工裂缝，同时在人工裂缝周围贴上应变片，并在人工试件表面画网格线来定位裂缝的延伸；在楔形空腔中放置柔性水囊，紧贴楔形空腔的壁面。然后对人工试件施加三轴围压，通过柔性水囊对人工试件进行循环变压力加载。本发明通过柔性水囊对人工试件施加不同峰值的循环压力载荷，研究交变载荷下人工试件破裂的内在机理，确定实际运用该压裂方式施工时的起裂压力降低幅度，最终得到裂缝起裂的压力峰值和载荷循环次数的最优组合。
如上所述的循环变压力压裂室内试验模拟方法，其中，所述的人工试件一般采用水泥和石英砂1∶1混合浇筑而成，人工试件为长方体，尺寸为300mm×300mm×600mm或300mm×300mm×300mm。
如上所述的循环变压力压裂室内试验模拟方法，其中，所述的人工试件在浇筑的过程中，在长方形人工试件的300mm×300mm的端面的中心线位置预留呈楔形的空腔，深度为70-150mm，开口宽度为20-30mm，楔形空腔贯穿人工试件的前后端面。
如上所述的循环变压力压裂室内试验模拟方法，其中，所述的人工试件在浇筑过程中，在人工试件内部楔形空腔前方上下分别放置一组埋入式应变片，每组包含相互正交的3个应变片。
如上所述的循环变压力压裂室内试验模拟方法，其中，顺着楔形空腔底部制造人工裂缝，人工裂缝长度2mm-5mm。
如上所述的循环变压力压裂室内试验模拟方法，其中，在人工裂缝尖端的四周用砂纸打磨形成比较浅的凹面，为应变片预留空间，并贴上4个应变片，前后一共8个。
如上所述的循环变压力压裂室内试验模拟方法，其中，在应变片和楔形空腔周围画上10mm×10mm的定位网格线，从而方便裂缝的延伸的长度和位置的观察标定。
如上所述的循环变压力压裂室内试验模拟方法，其中，在人工试件的楔形空腔中放置柔性水囊，紧贴楔形空腔的壁面，其中承压水囊的承压能力不低于15MPa。
如上所述的循环变压力压裂室内试验模拟方法，其中，柔性水囊连接加压泵，设定循环载荷的峰值和作用时间及次数，开启加压泵，对人工试件施加循环载荷。
如上所述的循环变压力压裂室内试验模拟方法，其中，每循环加载一定次数，需将人工试件取出观察裂缝延伸的距离。记录水囊压力载荷数据并对试件裂缝形态进行拍照。
由上所述，本发明的针对的循环变压力压裂的室内试验模拟方法，该试验方法可重复加压，成本较低，不存在复杂的密封问题，能很直观观察裂缝起裂的状态，便于研究交变载荷下岩石破坏的内在机理，确定该压裂方式对起裂压力降低幅度，从而实现压力峰值载荷、循环次数与作用时间的最优组合的目的。
附图说明
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中
图1为本发明中对人工试件试样进行循环变压力压裂室内试验模拟***结构及方法的示意图。
图2为循环载荷的加载曲线，其中P0是直线缓慢加载时的裂缝开始延伸的启动压力，αP0是循环交变载荷的压力峰值。
附图标号说明：
1、人工试件2、楔形空腔3、柔性水囊4、人工裂缝5、定位网格线6、埋入式正交应变片组7、贴片式应变片8、信号传输线9、加压泵10、注液管线
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明作进一步的详细描述。
图1为本发明中对人工试件试样进行循环变压力压裂室内试验模拟***结构及方法的示意图；图2为循环载荷的加载曲线，其中P0是直线缓慢加载时的裂缝开始延伸的启动压力，αP0是循环交变载荷的压力峰值。
本发明公开了一种针对循环变压力压裂的室内模拟试验方法，研究岩石循环加压过程中的破坏机理和破坏条件。在本发明中，制作人工试件1时预先埋入两组应变片6，每组三个并两两相互正交，在两组应变片之间预置楔形空腔2，人工试件1成型后在其内部制造人工裂缝4，同时在人工裂缝4周围贴上应变片7，并画定位网格线5；在楔形空腔2中放置柔性水囊3，紧贴楔形空腔2的壁面。然后对人工试件1施加三轴围压，并通过柔性水囊3施加循环变压力载荷。本发明通过柔性水囊3对人工试件施加不同峰值的循环压力载荷，研究交变载荷下人工试件1破裂的内在机理，确定运用在实际该压裂方式施工时的起裂压力降低幅度，最终得到裂缝起裂的压力峰值和载荷循环次数的最优组合。
长方体人工试件1一般采用水泥和石英砂1∶1混合浇筑而成，人工试件1尺寸为长方体尺寸为300mm×300mm×600mm或300mm×300mm×300mm。
在实际浇筑的过程中，在人工试件1的300mm×300mm的端面的中心线位置开一楔形空腔2，深度为70-150mm，开口宽度为20-30mm，贯穿前后端面。并在试件内部楔形空腔2附近放置两组应变片6，每组应变片3个，两两相互正交，注意将信号线接头留在人工试件1外。
在楔形空腔2的底部制造人工裂缝4，人工裂缝4长度为2mm-5mm，人工裂缝4所贯穿的前后端面上，在裂缝4尖端的四周用砂纸打磨形成比较浅的凹平面为应变片预留空间，并贴上4个应变片7，人工试件前后一共8个。
在岩石试件表面刻划直线沟槽，为信号传输线8的布置预留空间，信号线8连接数据采集器采集试件内外所有应变读数；在应变片7和楔形空腔2周围画上10mm×10mm的定位网格线5，从而方便裂缝4的延伸的长度和尖端位置的观察标定。
在人工试件1的楔形空腔2内放置柔性水囊3，并紧贴楔形空腔2的壁面。试验过程中，将试样放置在真三轴试验台上，对人工试件1施加三轴围压。
将柔性水囊3连接加压泵9，设定周期压力载荷循环加载方式、停顿时间和次数，开启加压泵9，通过柔性水囊3对人工试件1施加水力压力载荷。
每循环加压一定次数，需将人工试件1取出观察裂缝延伸的距离。记录柔性水囊3压力载荷数据并对裂缝形态进行拍照，寻找使裂缝起裂的压力峰值与载荷循环次数的最优组合。分析应变数据随载荷的变化规律，对疲劳破坏的机理做进一步分析，同时对比在直线缓慢加载下，计算循环变压力所降低的载荷大小。
以上所述即为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的同等变化与修改，均应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种循环变压力压裂模拟***，其特征在于，在浇筑人工试件时预先埋入两组应变片，每组三个，两两相互正交；同时在两组应变片之间预置楔形空腔，人工试件成型后在其内部制造人工裂缝，同时在人工裂缝周围贴上应变片，并在人工试件表面画网格线来定位裂缝的延伸；在楔形空腔中放置柔性水囊，紧贴楔形空腔的壁面；然后对人工试件施加三轴围压，通过柔性水囊对人工试件进行循环变压力加载；本发明通过柔性水囊对人工试件施加不同峰值的循环压力载荷，研究交变载荷下人工试件破裂的内在机理，确定实际运用该压裂方式施工时起裂压力降低幅度，最终得到裂缝起裂的压力峰值和载荷循环次数的最优组合。
2.如权利要求1所述的一种循环变压力压裂室内模拟实验方法，其特征在于：长方体人工试件一般采用水泥和石英砂混合浇筑而成，人工试件尺寸为长方体，尺寸为300mm×300mm×600mm或300mm×300mm×600mm。
3.如权利要求1所述的一种循环变压力压裂室内模拟实验方法，其特征在于：在实际浇筑的过程中，在长方形人工试件的300mm×300mm的端面的中心线位置开一楔形空腔，空腔成楔形，深度为70-150mm，开口宽度为20-30mm，贯穿前后端面，顺着楔形空腔制造人工裂缝，人工裂缝长度2mm-3mm。
4.如权利要求1所述的一种循环变压力压裂室内模拟实验方法，其特征在于：在浇筑人工试件的过程中，在试件内部切口腔前方上下分别放置一组应变片，每组包含两两正交的3个应变片。
5.如权利要求1所述的一种循环变压力压裂室内模拟实验方法，其特征在于：人工裂缝的所贯穿的前后端面上，在裂缝尖端的四周用砂纸打磨形成浅凹面为应变片预留空间，并贴上4个应变片，前后一共8个。
6.如权利要求5所述的一种循环变压力压裂室内模拟实验方法，其特征在于：在应变片和楔形空腔周围的人工试件表面标有10mm×10mm的定位网格线。
7.如权利要求1所示，对裂缝循环变压力压裂模拟方法，其特征在于每循环加压一定次数，需将人工试件取出观察裂缝延伸的距离，并标定位置。
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