多尺度真三轴水平井水力压裂承压缸及使用方法与流程

本发明属于油气藏开采技术研究领域，具体涉及一种多尺度真三轴水平井水力压裂承压缸及使用方法。

背景技术：

中国陆地煤层气、页岩气、致密油气等非常规油气藏分布广泛，但这些油气藏储集层具有极低的孔隙度和渗透率，商业开采需大规模水力压裂改造。在水力压裂过程中，形成天然裂缝(沉积层理)与人工裂缝相互交错的裂缝网络，是提高初始产量和最终采收率的关键。国内外科研院所也正在积极寻求建立微观结构与宏观裂缝力学特性的关联关系，以及表征多裂缝间相互作用的力学机理。

影响压后裂缝网络形态的因素很多，除受施工因素和工艺技术影响外，最主要与储层的地质条件，如水平地应力差、岩石脆性、尤其是储层的结构有关。由于裂缝系统的观测和评价非常困难复杂，且目前储层压裂裂缝扩展的结构控制机理尚不明确，因而需要一种全新的、易操控的试验装置，在兼顾储层地应力条件、岩石力学性质和结构形态的基础上，对储层的可压性进行评价。

目前已有的真三轴水力压裂承压缸只能进行单一尺寸岩样，竖直井水力压裂试验，无法实现在真三轴受力条件下，变尺寸岩样，水平井水力压裂试验。并且已有的真三轴水力压裂承压缸配置操控复杂，仪器设备不但需要占据较大空间，装卸也非常困难，这在空间、经费、人力、物力上都构成较大的消耗。

本发明为一种多尺度真三轴水平井水力压裂承压缸及使用方法。该装置制造、操控简单，占地面积小，测量精度高，满足三向应力要求，实现了不同结构控制下，多尺度岩样水平井水力压裂裂缝扩展路径、延伸变化方式及规律的研究目的。

技术实现要素：

本发明目的是提供了一种能够在真三轴受力条件下对不同结构及尺寸岩样进行水平井水力压裂模拟试验的承压缸及使用方法，解决多尺度试样水平井水力压裂裂缝扩展路径、延伸变化方式及规律的研究问题。

本发明的技术解决方案，其特征是多尺度真三轴水平井水力压裂承压缸由承压缸本体(1)，可伸缩拉杆(2)和滑轮底座(3)组成，承压缸本体(1)与滑轮底座(3)通过内嵌底座的 卡槽(4)连接，可伸缩拉杆(2)与滑轮底座(3)通过螺栓(5)连接，承压缸本体(1)侧壁开有通道孔(6)、(7)、(8)、(9)，用于试验岩样(10)中预埋的水平井筒(11)穿出，通过压裂管(20)连接水压致裂控制系统(12)，钢制承压板(13)置于试验岩样(10)三侧临空面，与围压加载系统(14)紧密接触。承压缸本体(1)是由两块L形钢板、两块矩形钢板、两块正方形钢板焊接而成，整缸刚度≥30MN/mm，一侧开口作为操作口(21)，用于放置不同尺寸岩样。通道孔(6)、(9)分别布置于两块L形钢板上，通道孔(7)、(8)分别布置于侧壁正方形钢板上，通道孔直径d≤50mm，大于井筒头(15)外径，通道孔中心位置关系由承压缸本体(1)各边及试验岩样(10)横截面边长所确定。四个通道孔分别对应四种不同尺寸岩样，当试验岩样(10)横截面边长为a₁时，通道孔(6)中心位置距AB边BF边均为a₁/2，当试验岩样(10)横截面边长为a₂时，通道孔(7)中心位置距BC边、BF边为a₂/2，当试验岩样(10)横截面边长为a₃时，通道孔(8)中心位置距BC边、CE边为a₃/2，当试验岩样(10)横截面边长为a₄时，通道孔(9)中心位置距CD边、CE边为a₄/2。水平井筒(11)由井筒头(15)、井身(16)及井身上的射孔孔眼(17)构成，井身(16)为高强度钢管，长度及外径根据试验岩样尺寸确定。水平井筒射孔段位于试验岩样中心位置，从而使水力裂缝在试验岩样中部起裂，达到充分扩展的目的。射孔孔眼(17)布置方式为螺旋形，采用棉纱充填，以防止预埋时阻塞孔眼。当试验岩样为人造岩样时，待人造岩样浇筑成型10min后，插入水平井筒(11)于设定位置，当试验岩样为原状岩样时，切割原状样为设计尺寸，采用金刚石钻头钻进预制井眼(18)，采用高强度黏结剂(19)将水平井筒(11)封固于预制井眼(18)的设定位置。钢制承压板(13)，尺寸与试验岩样(10)横截面尺寸一致。

附图说明

图1为本发明多尺度真三轴水平井水力压裂承压缸及使用方法示意图。

图2为本发明承压缸俯视图。

图3为本发明承压缸立体图。

图4为本发明承压缸通道口位置示意图。

图5为人造样模拟井筒示意图。

图6为原状样模拟井筒示意图。

图中：1-承压缸本体，2-可伸缩拉杆，3-滑轮底座，4-卡槽，5-螺栓，6-通道孔，7-通道孔，8-通道孔，9-通道孔，10-试验岩样，11-水平井筒，12-水压致裂控制系统，13-钢制承压板，14-围压加载系统，15-井筒头，16-井身，17-射孔孔眼，18-预制井眼，19-高强度黏结剂，20-压裂管，21-操作口。

具体实施方式：

1)将预埋有水平井筒(11)的试验岩样(10)放置于承压缸(1)内，将水平井筒穿过对应的通道孔，使试验岩样(10)三个面与承压缸(1)内壁紧密贴合。

2)将钢制承压板(13)放置于试验岩样(10)三侧临空面，连接围压加载系统(14)，向试验岩样施加设定的水平应力和垂向应力。

3)将井筒头(15)通过压裂管(20)与水压致裂控制系统(12)相连，设定注入流量和流速，启动水压致裂控制系统(12)，同时监测水压致裂系统的泵压。

4)试验结束后，观察岩样破坏特征与裂缝扩展方式，并拍照。

5)分析压裂数据，岩样破坏特征及裂缝扩展参数。