CN210622781U - 一种用于定压边界条件的压裂模拟实验试样装置 - Google Patents
一种用于定压边界条件的压裂模拟实验试样装置 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型涉及一种用于定压边界条件的压裂模拟实验试样装置，包括：岩心，所述岩心的底部中心钻设有岩孔，所述岩孔的底部挖有诱导缝，所述岩心的侧面和顶面形成有高渗层；模拟井筒，固定设置在所述岩心的岩孔内，所述模拟井筒的顶部预留有槽缝，所述槽缝与诱导缝对齐，所述模拟井筒的底部伸出所述岩孔外部；底座，设置在所述岩心的底部，所述模拟井筒的底部密封嵌设在所述底座的顶部，所述底座上形成有与所述模拟井筒的内腔连通的入口通道；顶盖，放置在所述岩心的顶面的高渗层上，所述顶盖上形成有出口通道；热缩套，加热套置在所述岩心的侧面的高渗层、底座以及顶盖的外部。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种用于定压边界条件的压裂模拟实验试样装置，属于石油天然气等资源的完井工程领域。
背景技术
水力压裂是油气井增产、水井增注、防砂稳产的一项重要技术措施。水力压裂的基本原理是地面高压泵组将压裂液以远超地层吸收能力的排量注入井中，在井底附近憋起超过地层岩石的强度的压力，即在地层中形成裂缝。自1947年美国进行第1次水力压裂以来，经过多年的发展，水力压裂技术从理论研究到现场实践都取得了较大发展，但复杂储层条件下裂缝起裂与延伸机理依旧是研究人员的重点研究问题。
室内压裂模拟实验是研究裂缝起裂与延伸机理的重要方法，其对理论研究及现场施工具有重大意义。现有的室内压裂实验多不考虑孔隙压力边界条件或为不渗透边界条件；而真实的压裂过程中，当压裂液注入孔眼后，由于储层无限大，孔眼周围岩石为渗透、定压边界条件，因此，实验与现场施工的边界条件有一定差异。
发明内容
针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种用于定压边界条件的压裂模拟实验试样装置，能够克服室内压裂实验和现场施工的边界条件的差异，使得室内压裂实验能够反映真实的现场施工条件下，储层岩石在压裂液注入过程中的变形破坏过程，为水力压裂理论研究及现场施工提供参照与指导，对岩石裂缝起裂与延伸机理的研究具有重要意义。
为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案，一种用于定压边界条件的压裂模拟实验试样装置，其特征在于，包括：
岩心，所述岩心的底部中心钻设有岩孔，所述岩孔的底部挖有诱导缝，所述岩心的侧面和顶面形成有高渗层；
模拟井筒，固定设置在所述岩心的岩孔内，所述模拟井筒的顶部预留有槽缝，所述槽缝与诱导缝对齐，所述模拟井筒的底部伸出所述岩孔外部；
底座，设置在所述岩心的底部，所述模拟井筒的底部密封嵌设在所述底座的顶部，所述底座上形成有与所述模拟井筒的内腔连通的入口通道；
顶盖，放置在所述岩心的顶面的高渗层上，所述顶盖上形成有出口通道；
热缩套，加热套置在所述岩心的侧面的高渗层、底座以及顶盖的外部。
进一步地，还包括密封袋，所述密封袋套置在所述试样装置的外部。
进一步地，所述岩心呈圆柱体结构，所述岩心的直径为三轴压缩试验机的围压腔内径的70％～80％，所述岩心的高度为其直径的1～1.2倍；所述岩孔的高度为所述岩心的高度的一半，所述诱导缝为对称分布在所述岩孔的底部两侧的两条缝隙，所述缝隙的高10mm，宽1mm，深1～2mm。
进一步地，所述模拟井筒的纵截面呈I字形结构，所述模拟井筒的顶部封闭，所述模拟井筒的顶部直径与所述岩孔的内径相同，所述模拟井筒的顶部两侧对称开设槽口，所述槽口与所述岩孔内的诱导缝对齐；所述模拟井筒的底部固定嵌设在所述底座的顶部，所述模拟井筒的底部开口，并与所述底座上的入口通道连通；所述模拟井筒的外侧壁、模拟井筒上的上台肩、下台肩以及岩孔的内侧壁之间围成环形腔，在所述环形腔内填充有植筋胶。
进一步地，所述高渗层为填充在所述热缩套和岩心之间的环形空间以及所述岩心的顶面上的抗压陶粒层，厚度为3～5mm。
进一步地，在所述环形腔的顶部设置O型圈，在所述模拟井筒的底部的外侧壁上套设有密封圈。
进一步地，在所述顶盖上的出口通道的内部填充金属筛网。
进一步地，所述热缩套的内壁与所述底座的外侧壁、所述热缩套的内壁与顶盖的外侧壁之间均设置有密封件。
进一步地，所述密封件采用密封胶带，在所述底座和顶盖的外周壁均缠绕有密封胶带，所述密封胶带与热缩套黏贴配合。
进一步地，所述岩心为井下岩心、露头岩心或人造岩心，所述岩心类别包括页岩、砂岩或泥岩；所述模拟井筒、底座与顶盖均采用不锈钢材料。
本实用新型由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本实用新型由岩心、模拟井筒、底座、顶盖以及热缩套构成的试样装置，能够克服室内压裂实验和现场施工的边界条件的差异，使得室内压裂实验能够反映真实的现场施工条件下，储层岩石在压裂液注入过程中的变形破坏过程，为水力压裂理论研究及现场施工提供参照与指导，对岩石裂缝起裂与延伸机理的研究具有重要意义。2、本实用新型的试样装置外部套置密封袋，隔绝压裂液和液压油，避免损坏试验机及污染液压油。
附图说明
图1是本实用新型的整体结构示意图；
图2是本实用新型岩心上的诱导缝与模拟井筒配合处的结构示意图；
图3是本实用新型模拟井筒的剖面结构示意图；
图4是本实用新型模拟井筒的俯视结构示意图。
图中，1、岩心；11、岩孔；12、诱导缝；13、高渗层；2、模拟井筒；20、槽缝；21、槽口；22、上台肩；23、下台肩；24、环形腔；3、底座；31、入口通道；4、顶盖；41、出口通道；5、热缩套；6、密封袋；7、O型圈；8、植筋胶；9、密封圈；10、金属筛网；100、密封件。
具体实施方式
以下将结合附图对本实用新型的较佳实施例进行详细说明，以便更清楚理解本实用新型的目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本实用新型范围的限制，而只是为了说明本实用新型技术方案的实质精神。
如图1所示，本实用新型提供了一种用于定压边界条件的压裂模拟实验试样装置，其包括岩心1，岩心1的底部中心钻设有岩孔11，岩孔11的底部挖有诱导缝12，岩心1的侧面和顶面形成有高渗层13；模拟井筒2，固定设置在岩心1的岩孔11内，模拟井筒2的顶部预留有槽缝20，槽缝20与诱导缝12对齐，形成压裂液注入岩心1的通道，模拟井筒2的底部伸出岩孔11外部；底座3，设置在岩心1的底部，模拟井筒2的底部密封嵌设在底座3的顶部，底座3上形成有与模拟井筒2的内腔连通的入口通道31；顶盖4，放置在岩心1的顶面的高渗层13上，顶盖4上形成有出口通道41；热缩套5，加热套置在岩心1的侧面的高渗层13、底座3以及顶盖4的外部。
在上述实施例中，本发明还包括密封袋6，密封袋6套置在整个试样装置的外部，密封袋6将整个试样装置与三轴压缩试验机的围压腔中的液压油隔离，在实验过程中如有压裂液露出，压裂液会滞留于密封袋6中，避免损坏试验机、污染液压油。
在上述实施例中，优选的，高渗层13为填充在热缩套5和岩心1之间的环形空间以及岩心1的顶面上的抗压陶粒层，其厚度为3～5mm。
在上述实施例中，优选的，如图2所示，岩心1呈圆柱体结构，岩心1的直径为常规三轴压缩试验机的围压腔内径的70％～80％，高度为直径的1～1.2倍；岩孔11的高度为岩心1的高度的一半，诱导缝12为对称分布在岩孔11底部两侧的两条高10mm，宽1mm，深1～2mm的缝隙。
在上述实施例中，优选的，岩心可为井下岩心、露头岩心或人造岩心，岩心类别包括页岩、砂岩、泥岩等。
在上述实施例中，优选的，如图3、图4所示，模拟井筒2的纵截面呈I字形结构，模拟井筒2的顶部封闭，模拟井筒2的顶部直径与岩孔11的内径相同，模拟井筒2的顶部两侧对称开设槽口21，槽口21与岩孔11内的诱导缝12对齐；模拟井筒2的底部固定嵌设在底座3的顶部，模拟井筒2的底部开口，并与底座3上的入口通道31连通；模拟井筒2的外侧壁、模拟井筒2上的上台肩22、下台肩23以及岩孔11的内侧壁之间围成环形腔24，为保证环形腔24与槽口21之间的密封性，在环形腔24的顶部设置O型圈7，在环形腔24内填充有植筋胶8，从而使得模拟井筒2配合固定在岩孔11内。在模拟井筒2的底部的外侧壁上套设有密封圈9，以保证模拟井筒2和底座3之间的密封配合。
在上述实施例中，优选的，模拟井筒2采用不锈钢制成。
在上述实施例中，优选的，在顶盖4上的出口通道41的内部填充金属筛网10，防止陶粒被携带进入出口通道41内。
在上述实施例中，优选的，热缩套5的内壁与底座3的外侧壁、热缩套5的内壁与顶盖4的外侧壁之间均设置有密封件100，从而在底座3、顶盖4以及热缩套5之间围成容纳岩心1及其上的高渗层13的封闭空间。
在上述实施例中，优选的，底座3与顶盖4均为不锈钢材料，密封件100可采用密封胶带，在底座3和顶盖4的外周壁均缠绕有密封胶带，密封胶带与热缩套5黏贴配合。
本实用新型的具体装配过程如下：
(1)制备岩心1；实验对象为较大岩样，需先钻取圆柱状岩心，岩心直径为常规三轴压缩实验机围压腔内径的70％～80％，高度为直径的1～1.2倍；在岩心中心钻取一内孔至岩心1的一半高度处，即为岩心1上的岩孔11，在岩孔11的底部对称两侧挖出两条高10mm，宽1mm，深1～2mm的诱导缝12。
(2)固定模拟井筒2，在模拟井筒2上套置一O型圈7；O型圈7的大小需使O型圈7内外侧与模拟井筒2及岩心的内孔的壁面紧密结合，在将模拟井筒2放入到岩心1的岩孔11时，使模拟井筒2上的槽缝20与诱导缝12对齐，然后，向模拟井筒2和岩孔11的内侧壁之间的环形腔24内注入植筋胶8，在室温下放置6小时，植筋胶固化，使模拟井筒2固定在岩心1的岩孔11内；
(3)对岩心1进行饱和油处理，即将岩心1置于真空筒内，向真空筒内注入白油，使得岩心1的孔隙充填满白油，用以模拟实际油藏中饱和油的岩石。其中，油的粘度应与储层油粘度相近。
(4)装配高渗层13，将饱和油处理后的岩心1放置于底座3，模拟井筒2与底座3配合；在底座3的侧面缠绕密封胶带100，再将热缩套5与底座3的侧面配合，向热缩套5与岩心1之间的环空及岩心顶部填充抗压陶粒，形成高渗层13，厚度为3～5mm；然后，在顶盖4的侧面缠绕密封胶带100，并将其放置于岩心1的顶面的高渗层13上，顶盖4侧面的密封胶带100与热缩套5配合，加热热缩套5达到密封效果。
(5)装配密封袋6，在整个试样装置的外部套置密封袋6，完成试样的制备。
使用本实用新型进行压裂实验，具体过程如下：
(1)先向试样装置施加围压以模拟地应力；
(2)设置孔隙压力边界条件，
将一台泵组与出口通道41相连，保持固定压力以模拟固定孔隙压力边界条件；
(3)再向试样装置施加轴向应力以模拟地应力，特别地，通过时间不同的围压与轴压组合以模拟不同的射孔条件；
(4)通过入口通道31向试样装置内注入压裂液，观察注入压力时程曲线；
(5)实验结束后拆除试样装置，观察岩心1上的裂缝起裂与扩展情况。
本实用新型仅以上述实施例进行说明，各部件的结构、设置位置及其连接都是可以有所变化的。在本实用新型技术方案的基础上，凡根据本实用新型原理对个别部件进行的改进或等同变换，均不应排除在本实用新型的保护范围之外。
Claims (10)
1.一种用于定压边界条件的压裂模拟实验试样装置，其特征在于，包括：
岩心(1)，所述岩心(1)的底部中心钻设有岩孔(11)，所述岩孔(11)的底部挖有诱导缝(12)，所述岩心(1)的侧面和顶面形成有高渗层(13)；
模拟井筒(2)，固定设置在所述岩心(1)的岩孔(11)内，所述模拟井筒(2)的顶部预留有槽缝(20)，所述槽缝(20)与诱导缝(12)对齐，所述模拟井筒(2)的底部伸出所述岩孔(11)外部；
底座(3)，设置在所述岩心(1)的底部，所述模拟井筒(2)的底部密封嵌设在所述底座(3)的顶部，所述底座(3)上形成有与所述模拟井筒(2)的内腔连通的入口通道(31)；
顶盖(4)，放置在所述岩心(1)的顶面的高渗层(13)上，所述顶盖(4)上形成有出口通道(41)；
热缩套(5)，加热套置在所述岩心(1)的侧面的高渗层(13)、底座(3)以及顶盖(4)的外部。
2.如权利要求1所述的一种用于定压边界条件的压裂模拟实验试样装置，其特征在于：
还包括密封袋(6)，所述密封袋(6)套置在所述试样装置的外部。
3.如权利要求1或2所述的一种用于定压边界条件的压裂模拟实验试样装置，其特征在于：
所述岩心(1)呈圆柱体结构，所述岩心(1)的直径为三轴压缩试验机的围压腔内径的70％～80％，所述岩心(1)的高度为其直径的1～1.2倍；所述岩孔(11)的高度为所述岩心(1)的高度的一半，所述诱导缝(12)为对称分布在所述岩孔(11)的底部两侧的两条缝隙，所述缝隙的高10mm，宽1mm，深1～2mm。
4.如权利要求1或2所述的一种用于定压边界条件的压裂模拟实验试样装置，其特征在于：
所述模拟井筒(2)的纵截面呈I字形结构，所述模拟井筒(2)的顶部封闭，所述模拟井筒(2)的顶部直径与所述岩孔(11)的内径相同，所述模拟井筒(2)的顶部两侧对称开设槽口(21)，所述槽口(21)与所述岩孔(11)内的诱导缝(12)对齐；所述模拟井筒(2)的底部固定嵌设在所述底座(3)的顶部，所述模拟井筒(2)的底部开口，并与所述底座(3)上的入口通道(31)连通；所述模拟井筒(2)的外侧壁、模拟井筒(2)上的上台肩(22)、下台肩(23)以及岩孔(11)的内侧壁之间围成环形腔(24)，在所述环形腔(24)内填充有植筋胶(8)。
5.如权利要求1所述的一种用于定压边界条件的压裂模拟实验试样装置，其特征在于：
所述高渗层(13)为填充在所述热缩套(5)和岩心(1)之间的环形空间以及所述岩心(1)的顶面上的抗压陶粒层，厚度为3～5mm。
6.如权利要求4所述的一种用于定压边界条件的压裂模拟实验试样装置，其特征在于：
在所述环形腔(24)的顶部设置O型圈(7)，在所述模拟井筒(2)的底部的外侧壁上套设有密封圈(9)。
7.如权利要求1所述的一种用于定压边界条件的压裂模拟实验试样装置，其特征在于：
在所述顶盖(4)上的出口通道(41)的内部填充金属筛网(10)。
8.如权利要求1所述的一种用于定压边界条件的压裂模拟实验试样装置，其特征在于：
所述热缩套(5)的内壁与所述底座(3)的外侧壁、所述热缩套(5)的内壁与顶盖(4)的外侧壁之间均设置有密封件(100)。
9.如权利要求8所述的一种用于定压边界条件的压裂模拟实验试样装置，其特征在于：
所述密封件(100)采用密封胶带，在所述底座(3)和顶盖(4)的外周壁均缠绕有密封胶带，所述密封胶带与所述热缩套(5)黏贴配合。
10.如权利要求1所述的一种用于定压边界条件的压裂模拟实验试样装置，其特征在于：所述岩心(1)为井下岩心、露头岩心或人造岩心，所述岩心(1)类别包括页岩、砂岩或泥岩；所述模拟井筒(2)、底座(3)与顶盖(4)均采用不锈钢材料。
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