CN113984531A - 一种研究水化对压裂蓄能效率影响的实验方法及实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种研究水化对压裂蓄能效率影响的实验方法及实验装置，包括：采用变化的注入速率以点状注入方式向岩心样品注入压裂液，以对岩心样品进行变载荷压裂；对岩心样品进行蓄能，使水化前裂缝部分依靠自身压力向水化前基质部分扩压蓄能；对岩心样品进行水化，使压裂液与岩心样品之间发生水化作用；向岩心样品内注入压裂液；对岩心样品进行蓄能，以使水化后裂缝部分依靠自身压力向水化后基质部分扩压蓄能，直至水化后裂缝部分的压力和水化后基质部分的压力达到平衡，将水化后压裂蓄能效率与水化前压裂蓄能效率进行对比，以分析水化作用对裂缝扩展的影响。本发明能连续开展压裂、蓄能和水化实验，可以用于分析水化作用对裂缝扩展的影响。

Description

一种研究水化对压裂蓄能效率影响的实验方法及实验装置

技术领域

本发明涉及采油技术领域，尤其是一种研究水化对压裂蓄能效率影响的实验方法及实验装置。

背景技术

超低渗、致密储层渗透性差，注水很难建立有效驱替梯度，地层能量补充效率低，压裂闷井过程中，一方面通过压裂液渗吸，补充地层能量，另一方面，压裂液与储层岩石长时间接触，相互作用后易改变岩石微观结构及物理力学性质，使其软化甚至损伤，内部裂纹扩展导致吸水率随时间动态变化，影响地层能量补充效率。为了研究压裂液与岩石长时间相互作用能否产生新裂缝，从而增强渗吸，提高地层能量补充效率，需要开展水化实验。

水化损伤具有时间效应，实验的前提条件是岩石与流体接触的时间足够长，发生相互作用，以改变岩石微观性质。目前的水化实验方法大多采用水化液直接浸泡岩心样品，使其自发渗吸，没有考虑压裂之后裂缝的作用，无法连续开展压裂、蓄能和水化实验；另外，目前水化实验大多针对页岩，关注水化机理，即水化物理、化学和力学作用对页岩本身性质的改变，针对超低渗、致密砂岩的压后蓄能能否诱导微裂缝的研究不充分，而且没有考虑水化之后对压裂蓄能效率的影响。水化作用能否促进致密砂岩裂缝扩展，进而强化增能的机理尚不明确，仍需进一步的研究。

发明内容

本发明的目的是提供一种研究水化对压裂蓄能效率影响的实验方法及实验装置，以解决现有水化实验没有考虑压裂裂缝作用，无法连续开展压裂、蓄能和水化实验的问题，同时对比压裂水化前后蓄能效率，明确水化对压裂蓄能效率的影响。

为达到上述目的，本发明提出一种研究水化对压裂蓄能效率影响的实验方法，包括：步骤S110：采用变化的注入速率以点状注入方式向岩心样品注入压裂液，以对所述岩心样品进行变载荷压裂，直至达到预设压裂长度，停止注入压裂液，其中所述预设压裂长度小于所述岩心样品的整体长度，压裂后的所述岩心样品包括水化前裂缝部分和水化前基质部分；步骤S120：对所述岩心样品进行蓄能，以使所述水化前裂缝部分依靠自身压力向所述水化前基质部分扩压蓄能，直至所述水化前裂缝部分的压力和所述水化前基质部分的压力达到平衡，记录自所述步骤S110中停止注入压裂液至压力达到平衡所需的时间、以及压力的增加量和传压范围，计算水化前压裂蓄能效率；步骤S130：对所述岩心样品进行水化，使所述压裂液与所述岩心样品之间发生水化作用，直至达到预设水化时间，水化后的所述岩心样品包括水化后裂缝部分和水化后基质部分；步骤S140：对水化后的所述岩心样品进行洗油和烘干处理；步骤S150：向水化后的所述岩心样品内注入压裂液，直至达到预设注入量，停止注入压裂液；步骤S160：对水化后的所述岩心样品进行蓄能，以使所述水化后裂缝部分依靠自身压力向所述水化后基质部分扩压蓄能，直至所述水化后裂缝部分的压力和所述水化后基质部分的压力达到平衡，记录自所述步骤S150中停止注入压裂液至压力达到平衡所需的时间、以及压力的增加量和传压范围，计算水化后压裂蓄能效率；步骤S170：将所述水化后压裂蓄能效率与所述水化前压裂蓄能效率进行对比，以分析水化作用对裂缝扩展的影响。

如上所述的研究水化对压裂蓄能效率影响的实验方法，其中，所述步骤S150中的所述预设注入量，等于所述步骤S110中注入的压裂液总量。

如上所述的研究水化对压裂蓄能效率影响的实验方法，其中，所述水化前压裂蓄能效率包括步骤S120中所述岩心样品内的压力在单位时间内的增加量和在单位时间内的传压范围，所述水化后压裂蓄能效率包括步骤S160中所述岩心样品内的压力在单位时间内的增加量和在单位时间内的传压范围。

如上所述的研究水化对压裂蓄能效率影响的实验方法，其中，在所述步骤S110中，所述采用变化的注入速率以点状注入方式向岩心样品注入压裂液，为：交替采用较高注入速率和较低注入速率以点状注入方式向岩心样品注入压裂液，其中所述较高注入速率大于所述较低注入速率。

如上所述的研究水化对压裂蓄能效率影响的实验方法，其中，所述步骤S110包括：采用变化的注入速率以点状注入方式向岩心样品注入压裂液的过程中，采用成像***实时获取所述岩心样品内的裂缝扩展图像，以通过所述裂缝扩展图像判断压裂长度是否达到所述预设压裂长度。

如上所述的研究水化对压裂蓄能效率影响的实验方法，其中，所述步骤S120包括：在对所述岩心样品进行蓄能的过程中，采用成像***实时获取所述岩心样品内的扩压蓄能图像；所述步骤S130包括：在对所述岩心样品进行水化的过程中，采用成像***实时获取所述岩心样品内的水化过程图像；所述步骤S160包括：在对水化后的所述岩心样品进行蓄能的过程中，采用成像***实时获取所述岩心样品内的扩压蓄能图像。

如上所述的研究水化对压裂蓄能效率影响的实验方法，其中，所述步骤S110包括：在对所述岩心样品施加预设三轴应力和预设地层温度的条件下，采用变化的注入速率以点状注入方式向饱和原油后的岩心样品注入压裂液；在所述步骤S120、所述步骤S130和所述步骤S160中，在保持所述预设三轴应力和所述预设地层温度的条件下，对所述岩心样品进行蓄能和水化。

本发明还提供一种研究水化对压裂蓄能效率影响的实验装置，用于上述的研究水化对压裂蓄能效率影响的实验方法，所述实验装置包括：岩心夹持器，其具有用于容置岩心样品的岩心腔、分别与所述岩心腔的相对两端连通的入口端和出口端、以及设于所述入口端与所述岩心样品之间的密封片，所述密封片上设有连通所述入口端和所述岩心腔的注入孔；压裂液注入***，与所述入口端连接，用于经由所述注入孔向所述岩心腔内的岩心样品注入压裂液；压力监测***，与所述入口端和所述出口端连接，用于监测所述岩心样品的裂缝部分和基质部分之间的压力差。

如上所述的研究水化对压裂蓄能效率影响的实验装置，其中，所述实验装置还包括用于获取所述岩心样品内部图像的成像***，所述成像***设于所述岩心夹持器外部。

如上所述的研究水化对压裂蓄能效率影响的实验装置，其中，所述岩心夹持器内设有围压腔和轴压腔，所述围压腔围绕所述岩心腔设置，所述轴压腔对应所述岩心腔的端部设置；所述实验装置还包括用于对所述岩心样品加热的加热装置、以及设于所述岩心夹持器外部的围压泵和轴压泵，所述围压泵与所述围压腔连通，所述轴压泵与所述轴压腔连通。

本发明的研究水化对压裂蓄能效率影响的实验方法及实验装置的特点和优点是：

1、本发明采用变化的注入速率以点状注入方式向岩心样品注入压裂液，实现对岩心样品的变载荷非贯穿压裂，使压裂长度可控，实现对岩心样品局部区域而非对岩心样品整体的压裂，不形成贯穿裂缝，避免出口端和入口端压力瞬间平衡，压裂后的岩心样品包括裂缝部分和基质部分，继而得以在压裂实验后对同一个岩心样品连续开展蓄能和水化实验，蓄能过程形成裂缝与基质传质传压的效果，水化过程中压裂液直接通过裂缝与基质发生作用，改变岩石性质，与现有技术相比，本发明的实验方法能更真实地模拟实际压裂蓄能中发生水化的工况，实验结果更准确；

2、本发明通过在压裂蓄能实验的基础上，继续开展水化实验，并在水化实验之后再次开展蓄能实验，得到水化前蓄能过程和水化后蓄能过程分别所需的压裂蓄能效率，通过将两个压裂蓄能效率进行对比，可以充分模拟压裂蓄能过程中由于水化改变岩石性质，从而引起蓄能效率的改变，分析水化作用对压裂蓄能效率的影响；

3、本发明通过连续开展压裂、蓄能和水化实验，使水化实验包括压裂裂缝这一影响因素，使针对超低渗、致密砂岩的压后蓄能过程中能否水化诱导微裂缝的研究更充分，有助于对水化过程中压裂液与储层相互作用机制及影响地应力的力学机理作出解释，对水化作用能否促进蓄能效率的提高提供了一种有效的研究方法。

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是本发明一实施例的研究水化对压裂蓄能效率影响的实验方法的流程示意图；

图2是本发明一实施例的实验方法中压裂之前的流程示意图；

图3是本发明一实施例的实验方法中水化之后、注入压裂液之前的流程示意图；

图4是本发明一实施例的研究水化对压裂蓄能效率影响的实验装置的结构示意图。

主要元件标号说明：

1、岩心夹持器；

11、岩心腔；12、入口端；121、第一堵头；122、垫块；123、第一开孔；

13、出口端；131、端盖；132、第二堵头；133、第二开孔；

14、围压腔；15、轴压腔；16、外壳；17、密封片；18、橡胶套；

2、压力监测***；

21、第一压力传感器；22、第二压力传感器；23、压差传感器；

3、注液***；31、原油注入***；32、压裂液注入***；

301、注入泵；302、注入管线；303、注油管线；304、注压裂液管线；

305、第一增压阀门；306、第一容器；307、第一连通阀门；308、第二增压阀门；

309、第二容器；310、第二连通阀门；

4、压力加载***；41、围压泵；42、轴压泵；43、第一阀门；44、第二阀门；

5、回压装置；51、回压泵；52、回压管线；53、回压阀；

6、成像***；7、加热装置。

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，现对照附图说明本发明的具体实施方式。其中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量，由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。在本发明的描述中，除非另有说明，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，可以是可拆卸连接，可以是直接连接，可以是通过中间媒介间接连接，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利中的具体含义。

实施方式一

为了解决现有技术无法连续开展压裂、蓄能和水化实验的问题，本发明提供一种研究水化对压裂蓄能效率影响的实验方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤S110：压裂过程：采用变化的注入速率以点状注入方式向岩心样品注入压裂液，以对岩心样品进行变载荷非贯穿压裂，直至达到预设压裂长度，停止注入压裂液，其中预设压裂长度小于岩心样品的整体长度，比如预设压裂长度为岩心样品的整体轴向长度的1/3～1/2，压裂后的岩心样品包括水化前裂缝部分和水化前基质部分，也就是，此时岩心样品内的所有裂缝构成水化前裂缝部分，除裂缝之外的岩心本体部分为水化前基质部分；

步骤S120：水化前蓄能过程：对岩心样品进行蓄能，以使水化前裂缝部分依靠自身压力向水化前基质部分扩压蓄能，直至水化前裂缝部分的压力和水化前基质部分的压力达到平衡，记录自停止注入压裂液至压力达到平衡所需的时间、以及压力的增加量和传压范围，计算水化前压裂蓄能效率；

步骤S130：水化过程：继续对岩心样品进行蓄能(相当于焖井)，使压裂液与岩心样品之间发生水化作用，直至达到预设水化时间，水化后的岩心样品包括水化后裂缝部分和水化后基质部分；

步骤S140：对岩心样品进行洗油和烘干处理；

步骤S150：向岩心样品内注入压裂液，直至达到预设注入量，停止注入压裂液；

步骤S160：水化后蓄能过程：对水化后的岩心样品进行蓄能(相当于焖井)，以使水化后裂缝部分依靠自身压力向水化后基质部分扩压蓄能，直至水化后裂缝部分的压力和水化后基质部分的压力达到平衡，记录自步骤S150中停止注入压裂液至本次压力达到平衡所需的时间、以及压力的增加量和传压范围，计算水化后压裂蓄能效率；

步骤S170：将水化后压裂蓄能效率与水化前压裂蓄能效率进行对比，以分析水化作用对裂缝扩展的影响。

本发明采用变化的注入速率以点状注入的方式向岩心样品注入压裂液，实现对岩心样品的变载荷非贯穿压裂，使压裂长度可控，实现对岩心样品局部区域而非对岩心样品整体的压裂，不形成贯穿裂缝，避免出口端和入口端压力瞬间平衡，压裂后的岩心样品包括裂缝部分和基质部分，继而得以在压裂实验后对同一个岩心样品连续开展蓄能实验，形成裂缝与基质传质传压的效果，而现有的压裂方法不能控制对岩心样品的非贯穿压裂，也就不能连续开展压裂和蓄能实验，因此与现有技术相比，本发明的实验方法能更真实地模拟实际压裂蓄能工况，实验结果更准确。

另外，本发明通过在压裂蓄能实验的基础上，继续开展水化实验，并在水化实验之后再次开展蓄能实验，得到水化前蓄能过程和水化后蓄能过程分别所需的压裂蓄能效率，通过将两个压裂蓄能效率进行对比，可以分析水化作用对裂缝扩展的影响，比如若水化后压裂蓄能效率比水化前压裂蓄能效率短，则说明水化作用能够诱导新裂缝(微裂缝)，否则说明实验条件下的水化作用不能诱导新裂缝，还需要改变实验条件(如延长水化时间等)，进行进一步研究。

其中，采用点状注入方式向岩心样品注入压裂液，实现了在岩心夹持器内对岩心样品压裂；采用变载荷压裂方式，使岩石疲劳加快，加快岩石损伤，加快产生裂缝，提高压裂效率。

本发明通过连续开展压裂、蓄能和水化实验，使水化实验包括压裂裂缝这一影响因素，使针对超低渗、致密砂岩的压后蓄能能否诱导微裂缝的研究更充分，有助于对水化过程中压裂液与储层相互作用机制及影响地应力的力学机理作出解释，对水化作用能否提高蓄能效率提供了一种有效的研究方法。

其中，含裂缝的岩心部分为改造区域，裂缝未延伸到的岩心部分为未改造区域，比如当预设压裂长度为岩心样品的整体轴向长度的1/3时，这1/3长度的岩心部分为改造区域，其余2/3长度的岩心部分为未改造区域，其中裂缝部分和基质部分达到压力平衡，也就是改造区域的裂缝、改造区域的基质和未改造区域的基质都达到压力平衡。

在一实施例中，步骤S150中的预设注入量，等于步骤S110中注入的压裂液总量，即水化前后的压裂液注入量相等。

进一步，为了保证水化前后压裂液注入量相等，在步骤S150中，采用恒定注入速率向水化后的岩心样品内注入压裂液。

在一实施例中，水化前压裂蓄能效率包括步骤S120中岩心样品内的压力在单位时间内的增加量(增加幅度)和在单位时间内的传压范围，水化后压裂蓄能效率是步骤S160中岩心样品内的压力在单位时间内的增加量(增加幅度)和在单位时间内的传压范围。

由于水化作用可能会溶蚀一些矿物，增加孔隙通道或产生岩石损伤，从而导致新裂缝产生，因此水化后压裂蓄能效率很可能会大于水化前压裂蓄能效率。

在一实施例中，在步骤S110中，采用变化的注入速率以点状注入方式向岩心样品注入压裂液，为：交替采用较高注入速率和较低注入速率以点状注入方式向岩心样品注入压裂液，其中较高注入速率大于较低注入速率。

注入速率的上下限与实验所用岩心性质有关，变载荷压裂是依靠疲劳损伤产生裂缝，较高注入速率和较低注入速率可以依据不同岩心样品的岩石疲劳损伤岩石力学实验确定范围。

优选地，较高注入速率为5mL/min～10mL/min，较低注入速率为0.5mL/min～0.8mL/min。其中较高注入速率和较低注入速率均属于较小排量，实现小排量、变载荷压裂，更利于控制压裂长度，防止形成贯穿裂缝。

在一实施例中，步骤S110包括：采用变化的注入速率以点状注入方式向岩心样品注入压裂液的过程中，采用成像***实时获取岩心样品内的裂缝扩展图像，以通过裂缝扩展图像判断压裂长度是否达到预设压裂长度。例如成像***为CT扫描仪。

在一实施例中，步骤S120包括：在水化前对岩心样品进行蓄能的过程中，采用成像***实时获取岩心样品内的扩压蓄能图像。步骤S160包括：在水化后对岩心样品进行蓄能的过程中，采用成像***实时获取岩心样品内的扩压蓄能图像。本实施例中，例如成像***为CT扫描仪或核磁***，核磁***可以显示岩心样品内的油水分布。

本实施例通过在蓄能过程实时获取岩心样品内的扩压蓄能图像，便于通过扩压蓄能图像分析裂缝部分向基质部分扩压蓄能的机制，通过对比水化前蓄能过程和水化后蓄能过程中的扩压蓄能图像，能够分析得到水化作用对扩压蓄能的影响。

在一实施例中，步骤S130包括：在对岩心样品进行水化的过程中，采用成像***实时获取岩心样品内的水化过程图像，以通过水化过程图像直观观察水化过程是否产生新裂缝。本实施例中，例如成像***为CT扫描仪或核磁***。

在一实施例中，步骤S110包括：在对岩心样品施加预设三轴应力和预设地层温度的条件下，采用变化的注入速率以点状注入方式向饱和原油后的向岩心样品注入压裂液。在步骤S120、步骤S130、步骤S150和步骤S160中，在保持预设三轴应力和预设地层温度的条件下，对岩心样品进行蓄能和水化。

本实施例在压裂过程中、水化前的蓄能过程中、水化过程中、以及水化后的蓄能过程中，均对岩心样品施加预设三轴应力和预设地层温度，以模拟地层应力条件和地层温度条件，进一步提高实验的真实性和准确性。

在一实施例中，如图2所示，实验方法还包括位于步骤S110之前的以下步骤：

步骤S101：获取岩心样品，比如，采用现有的岩心制备方法制备岩心样品，或者从井下取样，例如该岩心样品的直径为5cm，长度为7.5cm～10cm；

步骤S102：对岩心样品进行预处理，包括但不限于对岩心样品洗油、烘干，测定岩心的质量、长度、直径、渗透率和孔隙度等基础物性参数；

步骤S103：对岩心样品饱和地层水，例如将岩心抽真空后饱和地层水；

步骤S104：采用离心机法使岩心样品达到束缚水状态，同时可测量束缚水饱和度；

步骤S105：恒压驱替原油注入岩心样品，使岩心样品饱和原油，也就是使岩心样品内部的压力达到预设初始压力，该预设初始压力相当于初始地层压力，优选地，该步骤也在对岩心样品施加预设三轴应力和预设地层温度的条件下进行。

在一实施例中，如图3所示，实验方法还包括位于步骤S140与步骤S150之间的以下步骤：

步骤S141：对岩心样品饱和地层水，例如将岩心抽真空后饱和地层水；

步骤S142：采用离心机法使岩心样品达到束缚水状态，同时可测量束缚水饱和度；

步骤S143：恒压驱替原油注入岩心样品，使岩心样品饱和原油，也就是使岩心样品内部的压力达到预设初始压力，该预设初始压力相当于初始地层压力，优选地，该步骤也在对岩心样品施加预设三轴应力和预设地层温度的条件下进行。

本发明中，步骤S140～步骤S143属于对水化后的岩心样品进行处理，与水化前对岩心样品的处理步骤(步骤S102～步骤S105)基本相同。

实施方式二

如图4所示，本发明还提供一种研究水化对压裂蓄能效率影响的实验装置，其为实施方式一的研究水化对压裂蓄能效率影响的实验方法使用的实验装置，该实验装置包括岩心夹持器1、压裂液注入***32和压力监测***2，岩心夹持器1具有用于容置岩心样品的岩心腔11、分别与岩心腔11的相对两端连通的入口端12和出口端13、以及设于入口端12与岩心样品之间的密封片17，密封片17上设有连通入口端12和岩心腔11的注入孔，压裂液注入***32与入口端12连接，用于以变化的注入速率经由注入孔向岩心腔11内的岩心样品注入压裂液，即，压裂液注入***32采用变载荷压裂方式，向岩心样品注入压裂液，裂缝从岩心样品的靠近入口端12的端部起裂，当达到预设压裂长度时，停止注入压裂液，得到靠近入口端12的具有裂缝的改造岩心部分和在出口端13呈封闭状态(未被裂缝穿透)的未改造岩心部分，用以执行前述的步骤S110和步骤S150；压力监测***2与入口端12和出口端13连接，用于监测岩心样品的裂缝部分和基质部分之间的压力差，以在步骤S120的水化前蓄能和步骤S160的水化后蓄能过程中实时监测裂缝部分和基质部分是否达到压力平衡。

在一实施例中，如图4所示，压力监测***2包括与入口端12连接的第一压力传感器21和与出口端13连接的第二压力传感器22，两个压力传感器分别显示入口端12的压力和出口端13的压力；和/或，压力监测***2包括连接在入口端12和出口端13之间的压差传感器23，压差传感器23能够实时显示入口端12和出口端13之间的压力差，压差传感器23的精度较高，能提高实验精确度。实验时，可以通过两个压力传感器的示数之差，或直接通过压差传感器23的示数，来判断裂缝部分和基质部分是否达到压力平衡，另外还可以监测压裂过程中入口端的压力是否下降，用以判断是否压出裂缝。

在一实施例中，如图4所示，实验装置包括注液***3，注液***3包括注入泵301、与入口端12连接的注入管线302、以及在注入泵301与注入管线302之间并联设置的注油管线303和注压裂液管线304；注油管线303上沿液体流向依次设有第一增压阀门305、第一容器306和第一连通阀门307，第一容器306用于容纳原油，注压裂液管线304上沿液体流向依次设有第二增压阀门308、第二容器309和第二连通阀门310，第二容器309用于容纳压裂液，注入泵301、注油管线303、第一增压阀门305、第一容器306和第一连通阀门307构成原油注入***31，用于向岩心样品内注入原油，注入泵301、注压裂液管线304、第二增压阀门308、第二容器309和第二连通阀门310构成压裂液注入***32，用于在水化前压裂步骤(步骤S110)和水化后压裂步骤(步骤S150)中，向岩心样品内注入压裂液，其中注入泵301能够控制注入压力和注入速率，例如注入泵301为柱塞泵，优选ISCO柱塞泵，通常最大注入压力不超过10MPa。

当需要对岩心样品饱和原油时，关闭第一连通阀门307、第二连通阀门310和第二增压阀门308，打开第一增压阀门305，利用注入泵301使第一容器306中压力达到预设初始压力，该预设初始压力相当于初始地层压力，然后打开第一连通阀门307，在注入泵301的驱动下恒压驱替原油进入岩心样品，直至岩心样品内的压力达到所述预设初始压力。

当需要向岩心样品注入压裂液时，关闭第一连通阀门307、第二连通阀门310和第一增压阀门305，打开第二增压阀门308，利用注入泵301使第二容器309中压力达到预设压裂注入压力，然后打开第二连通阀门310，向岩心样品内注入压裂液，直至达到预设压裂长度。

本实施例中的注液***3能实现原油注入和压裂液注入的切换，结构简单，操作方便。

在一实施例中，如图4所示，岩心夹持器1内设有围压腔14和轴压腔15，围压腔14围绕岩心腔11设置，轴压腔15对应岩心腔11的端部设置，围压腔14和轴压腔15用于对岩心样品施加所述预设三轴应力，以模拟地层应力条件，优选地，轴压腔15位于岩心夹持器1的出口端13而非入口端12；实验装置还包括设于岩心夹持器1外部的压力加载***4，压力加载***4包括围压泵41和轴压泵42，围压泵41与围压腔14连通，用于向围压腔14内注入液体，以通过液体向岩心样品施加围压，轴压泵42与轴压腔15连通，用于向轴压腔15内注入液体，以通过液体向岩心样品施加轴压。例如围压泵41和轴压泵42为柱塞泵，优选ISCO柱塞泵，围压泵41与围压腔14之间设有第一阀门43，轴压泵42与轴压腔15之间设有第二阀门44，以便于控制。

进一步，如图4所示，岩心夹持器1包括外壳16、固定于外壳16一端的第一堵头121、固定于外壳16另一端的端盖131、以及设于外壳16内的垫块122和第二堵头132，优选地第一堵头121与外壳16可拆卸地固定连接，垫块122顶抵第一堵头121，垫块122与第二堵头132之间形成岩心腔11，第二堵头132能轴向移动地设于外壳16内，第二堵头132与端盖131之间形成轴压腔15，外壳16与岩心腔11内用于包裹岩心样品的橡胶套18之间形成围压腔14，垫块122通过密封片17与岩心腔11内的岩心样品密封接合，密封片17上设有注入孔，例如注入孔的直径为3mm，注入孔连通入口端12和岩心腔11，以通过注入孔实现压裂液的点状注入，而非面注入，密封片17将垫块122和岩心样品的端部密封，防止压裂液从垫块122和岩心样品之间流失。

本实施例中，具体是，如图4所示，第一开孔123依次穿过第一堵头121和垫块122，第一开孔123与密封片17上注入孔连接并连通，该第一开孔123与第一堵头121和垫块122共同构成岩心夹持器1的入口端12，第二开孔133依次穿过端盖131和第二堵头132，该第二开孔133与端盖131和第二堵头132共同构成岩心夹持器1的出口端13。

在一实施例中，如图4所示，实验装置还包括回压装置5，回压装置5包括回压泵51、连通回压泵51和岩心夹持器1的出口端13的回压管线52、以及设于回压管线52上的回压阀53，实验时，在对岩心样品饱和原油过程中，回压阀53保持打开状态，通过回压泵51设置回压，该回压等于所述预设初始压力，以模拟初始地层压力；在压裂和蓄能过程中，回压阀53保持关闭状态，以使岩心样品憋压。

在一实施例中，如图4所示，实验装置还包括用于获取岩心样品内部图像的成像***6，成像***6通过扫描岩心夹持器1，获取岩心样品内的裂缝扩展图像和扩压蓄能以及水化图像，成像***6设于岩心夹持器1外部，例如成像***6为CT扫描仪和/或核磁***，可以在压裂和水化时使用CT扫描仪，在蓄能时使用核磁***，以通过核磁***显示岩心样品内的油水分布。

当采用CT扫描仪作为成像***6时，岩心夹持器1的材质应选用铝合金或碳纤维，以允许X射线穿过岩心夹持器1，CT扫描仪能够实时扫描获取岩心样品不同切面处的结构图像，以在压裂和水化实验中监测岩心内部破裂裂缝形态及裂缝延伸情况，以及在扩压蓄能实验中监测裂缝向基质部分滤失流体、扩压蓄能的过程。

在一实施例中，如图4所示，实验装置还包括加热装置7，加热装置7用于对岩心样品施加所述预设地层温度，以模拟地层温度条件，加热装置7包括盘绕于岩心夹持器1外周的加热管、用于测量岩心腔11内岩心样品温度的温度传感器、以及分别与加热管和温度传感器电连接的温度控制模块，通过温度控制模块设定加热温度，通过温度传感器实时监测实际温度，温度控制模块接收温度传感器发出的温度信号，并根据该温度信号控制加热管的加热温度，以使岩心样品的实际温度达到设定温度，因此本实施例的加热装置7不仅具有加热功能，还具有温度控制功能。例如温度传感器设于加热管与岩心夹持器外壁之间，当岩心夹持器1的实际温度达到设定温度后，再稳定3～5小时，则认为岩心样品的温度达到设定温度。其中加热管可以是水浴加热管。但本发明并不以此为限，在其它实施例中，还可以采用其它现有的加热装置。

采用本发明的研究水化对压裂蓄能效率影响的实验装置进行压裂蓄能水化一体化实验，例如包括依次进行的以下具体操作步骤：

a、制备全直径井下岩心；

b、对岩心样品进行洗油、烘干；

c、对岩心样品饱和地层水；

d、采用离心机法在地层温度条件下使岩心样品达到束缚水状态，同时测量束缚水饱和度；

e、将岩心样品放入岩心夹持器1的岩心腔11内，开启加热装置7，以对岩心样品施加预设地层温度，以模拟地层温度；再打开第一阀门43和第二阀门44，通过围压泵41和轴压泵42对岩心样品施加预设三轴应力，以模拟三轴条件下的三向应力；再打开回压阀53，通过回压泵51对岩心样品施加预设初始压力，以模拟初始地层压力；

f、饱和原油：关闭第一连通阀门307和第二连通阀门310，打开第一增压阀门305，利用注入泵301使第一容器306中压力达到所述预设初始压力，然后打开第一连通阀门307，在注入泵301的驱动下恒压驱替原油进入岩心样品，直至岩心样品内的压力达到所述预设初始压力，以模拟初始地层压力，稳定24小时以上，同时采用第一压力传感器21和第二压力传感器22监测压力，然后关闭第一连通阀门307；

g、变载荷压裂：关闭回压阀53，继续保持对岩心样品施加所述预设三轴应力和所述预设地层温度，关闭第一连通阀门307和第二连通阀门310，打开第二增压阀门308，利用注入泵301使第二容器309中压裂液的压力达到预设压裂注入压力，该预设压裂注入压力小于岩心夹持器的最大承压；然后打开第二连通阀门310，以变化的注入速率向岩心样品内以点状注入方式注入压裂液，例如初始注入速率设定为5mL/min～8mL/min，当压力达到所述预设压裂注入压力后，改变注入速率，先逐渐降低注入速率到0.5mL/min～0.8mL/min，再逐渐增加到5mL/min～10mL/min，当压力达到所述预设压裂注入压力后，再次改变注入速率，重复上述注入过程，同时监测入口端12压力变化并采用CT扫描仪实时对岩心样品进行扫描，直至达到预设压裂长度，停止注入压裂液，此时岩心样品包括含有裂缝的水化前裂缝部分和不含裂缝的水化前基质部分；

h、水化前的扩压蓄能：关闭第二连通阀门310，整个岩心***模拟压裂后蓄能状态，岩心样品的水化前裂缝部分向水化前基质部分传质传压，随着压裂液从水化前裂缝部分向水化前基质部分流动，水化前裂缝部分的压力逐渐降低，水化前基质部分的压力逐渐升高，此过程中采用CT扫描仪实时对岩心样品进行扫描，并利用第一压力传感器21、第二压力传感器22和压差传感器23实时监测水化前裂缝部分的压力、水化前基质部分的压力、以及二者之间的压力差，直至压差传感器23的示数小于30psi，或第二压力传感器22的压力示数不再发生变化，说明水化前裂缝部分和水化前基质部分达到压力平衡，水化前的扩压蓄能过程结束，计算水化前压裂蓄能效率；

i、水化过程：继续对岩心样品进行蓄能，使压裂液与岩心样品之间发生水化作用，直至达到预设水化时间，水化后的岩心样品包括水化后裂缝部分和水化后基质部分，采用CT扫描仪实时对岩心样品进行扫描；

j、取出岩心样品，对水化后的岩心样品进行洗油和烘干以及造束缚水处理后，将岩心样品再次放入岩心夹持器内；

k、饱和原油：关闭第一连通阀门307和第二连通阀门310，打开第一增压阀门305，利用注入泵301使第一容器306中压力达到所述预设初始压力，然后打开第一连通阀门307，在注入泵301的驱动下恒压驱替原油进入岩心样品，直至岩心样品内的压力达到所述预设初始压力，以模拟初始地层压力，稳定24小时以上，同时采用第一压力传感器21和第二压力传感器22监测压力，然后关闭第一连通阀门307；

m、注入压裂液：继续保持对岩心样品施加所述预设三轴应力和所述预设地层温度，关闭第一连通阀门307和第二连通阀门310，打开第二增压阀门308，利用注入泵301使第二容器309中压裂液的压力达到预设压裂注入压力，该预设压裂注入压力小于岩心夹持器的最大承压；然后打开第二连通阀门310，以恒定的注入速率向岩心样品内注入压裂液，同时监测入口端12压力变化并采用CT扫描仪实时对岩心样品进行扫描，直至达到预设注入量，停止注入压裂液；

n、水化后的扩压蓄能：对水化后的岩心样品进行蓄能，以使水化后裂缝部分依靠自身压力向水化后基质部分扩压蓄能，直至水化后裂缝部分的压力和水化后基质部分的压力达到平衡，记录水化后压裂蓄能效率。

以上所述仅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等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。而且需要说明的是，本发明的各组成部分并不仅限于上述整体应用，本发明的说明书中描述的各技术特征可以根据实际需要选择一项单独采用或选择多项组合起来使用，因此，本发明理所当然地涵盖了与本案发明点有关的其它组合及具体应用。

Claims (10)

1.一种研究水化对压裂蓄能效率影响的实验方法，其特征在于，所述实验方法包括：

步骤S110：采用变化的注入速率以点状注入方式向岩心样品注入压裂液，以对所述岩心样品进行变载荷压裂，直至达到预设压裂长度，停止注入压裂液，其中所述预设压裂长度小于所述岩心样品的整体长度，压裂后的所述岩心样品包括水化前裂缝部分和水化前基质部分；

步骤S120：对所述岩心样品进行蓄能，以使所述水化前裂缝部分依靠自身压力向所述水化前基质部分扩压蓄能，直至所述水化前裂缝部分的压力和所述水化前基质部分的压力达到平衡，记录自所述步骤S110中停止注入压裂液至压力达到平衡所需的时间、以及压力的增加量和传压范围，计算水化前压裂蓄能效率；

步骤S130：对所述岩心样品进行水化，使所述压裂液与所述岩心样品之间发生水化作用，直至达到预设水化时间，水化后的所述岩心样品包括水化后裂缝部分和水化后基质部分；

步骤S140：对水化后的所述岩心样品进行洗油、烘干和饱和原油处理；

步骤S150：向水化后的所述岩心样品内注入压裂液，直至达到预设注入量，停止注入压裂液；

步骤S160：对水化后的所述岩心样品进行蓄能，以使所述水化后裂缝部分依靠自身压力向所述水化后基质部分扩压蓄能，直至所述水化后裂缝部分的压力和所述水化后基质部分的压力达到平衡，记录自所述步骤S150中停止注入压裂液至压力达到平衡所需的时间、以及压力的增加量和传压范围，计算水化后压裂蓄能效率；

步骤S170：将所述水化后压裂蓄能效率与所述水化前压裂蓄能效率进行对比，以分析水化作用对裂缝扩展的影响。

2.如权利要求1所述的研究水化对压裂蓄能效率影响的实验方法，其特征在于，

所述步骤S150中的所述预设注入量，等于所述步骤S110中注入的压裂液总量。

3.如权利要求2所述的研究水化对压裂蓄能效率影响的实验方法，其特征在于，所述水化前压裂蓄能效率包括步骤S120中所述岩心样品内的压力在单位时间内的增加量和在单位时间内的传压范围，所述水化后压裂蓄能效率是步骤S160中所述岩心样品内的压力在单位时间内的增加量和在单位时间内的传压范围。

4.如权利要求1所述的研究水化对压裂蓄能效率影响的实验方法，其特征在于，在所述步骤S110中，所述采用变化的注入速率以点状注入方式向岩心样品注入压裂液，为：

交替采用较高注入速率和较低注入速率以点状注入方式向岩心样品注入压裂液，其中所述较高注入速率大于所述较低注入速率。

5.如权利要求1所述的研究水化对压裂蓄能效率影响的实验方法，其特征在于，

所述步骤S110包括：采用变化的注入速率以点状注入方式向岩心样品注入压裂液的过程中，采用成像***实时获取所述岩心样品内的裂缝扩展图像，以通过所述裂缝扩展图像判断压裂长度是否达到所述预设压裂长度。

6.如权利要求1所述的研究水化对压裂蓄能效率影响的实验方法，其特征在于，

所述步骤S120包括：在对所述岩心样品进行蓄能的过程中，采用成像***实时获取水化前所述岩心样品内的扩压蓄能图像；

所述步骤S130包括：在对所述岩心样品进行水化的过程中，采用成像***实时获取所述岩心样品内的水化过程图像；

所述步骤S160包括：在对水化后的所述岩心样品进行蓄能的过程中，采用成像***实时获取水化后所述岩心样品内的扩压蓄能图像。

7.如权利要求1所述的研究水化对压裂蓄能效率影响的实验方法，其特征在于，

所述步骤S110包括：在对所述岩心样品施加预设三轴应力和预设地层温度的条件下，采用变化的注入速率以点状注入方式向饱和原油后的岩心样品注入压裂液；

在所述步骤S120、所述步骤S130和所述步骤S160中，在保持所述预设三轴应力和所述预设地层温度的条件下，对所述岩心样品进行蓄能和水化。

8.一种研究水化对压裂蓄能效率影响的实验装置，其特征在于，所述实验装置用于权利要求1至7任一项所述的研究水化对压裂蓄能效率影响的实验方法，所述实验装置包括：

岩心夹持器，其具有用于容置岩心样品的岩心腔、分别与所述岩心腔的相对两端连通的入口端和出口端、以及设于所述入口端与所述岩心样品之间的密封片，所述密封片上设有连通所述入口端和所述岩心腔的注入孔；

压裂液注入***，与所述入口端连接，用于经由所述注入孔向所述岩心腔内的岩心样品注入压裂液；

压力监测***，与所述入口端和所述出口端连接，用于监测所述岩心样品的裂缝部分和基质部分之间的压力差。

9.如权利要求8所述的研究水化对压裂蓄能效率影响的实验装置，其特征在于，所述实验装置还包括用于获取所述岩心样品内部图像的成像***，所述成像***设于所述岩心夹持器外部。

10.如权利要求8所述的研究水化对压裂蓄能效率影响的实验装置，其特征在于，所述岩心夹持器内设有围压腔和轴压腔，所述围压腔围绕所述岩心腔设置，所述轴压腔对应所述岩心腔的端部设置；

所述实验装置还包括用于对所述岩心样品加热的加热装置、以及设于所述岩心夹持器外部的围压泵和轴压泵，所述围压泵与所述围压腔连通，所述轴压泵与所述轴压腔连通。

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