水平井分段分簇压裂实验装置及方法

本申请涉及石油天然气开采技术，尤其涉及一种水平井分段分簇压裂实验装置及方法。

背景技术：

1、在石油天然气开采过程中，水平井分段压裂是致密油气储层增产改造的关键技术之一。水平井分段压裂过程中，由于产生了多条水力裂缝，多条裂缝之间存在缝间干扰现象，导致裂缝扩展形态和延伸规律十分复杂。因此，开展水平井分段分簇压裂模拟实验，有助于准确认识水平井分段分簇压裂过程中的裂缝扩展规律以及多条裂缝之间的相互干扰，为现场致密油气井分段压裂施工方案的优化提供理论指导。

2、在相关技术的方案中，水平井分段分簇压裂实验通常采用预制井筒与人工岩样一体式的加工方法，具体包括：采用水泥将多条注液管浇筑到一起，待水泥晾干后水泥与注液管共同形成预制井筒；在预制井筒上射孔，使预制井筒上形成多个通孔；在岩样上钻盲孔，并将预制井筒放入盲孔内；在岩样表面加载应力同时向注液管内注液，进行模拟实验。

3、但是，采用相关技术的方案，难以保证岩样各段均衡起裂扩展，实验效果较差。

技术实现思路

1、为了克服相关技术下的上述缺陷，本申请的目的在于提供一种水平井分段分簇压裂实验装置及方法，本申请能够保证岩样各段均衡起裂扩展，实验能够较好的模拟水平井分段分簇压裂过程中裂缝扩展形态和延伸规律，实验结果能够为现场致密油气井分段压裂施工方案的优化提供理论指导。

2、一方面，本申请提供一种水平井分段分簇压裂实验方法，包括：

3、提供岩样，在所述岩样的一侧沿水平方向钻取盲孔；

4、将套管放入盲孔中，在所述套管与所述盲孔之间填充胶液，以将所述套管与所述盲孔固定；

5、将切槽工具放入所述套管内，并在预设深度切割所述套管，使所述套管上形成多个环形凹槽，所述环形凹槽延伸至所述岩样内部；

6、将带有多个开口的衬管放入所述套管内，并且使所述衬管上的多个所述开口与所述套管上的多个所述环形凹槽一一对应；

7、将注液管柱插入所述衬管内，所述注液管柱的外表面设有多个密封圈，所述密封圈抵接在所述衬管的内表面，多个所述密封圈两两一组将所述盲孔分隔成多个压裂段，每一个所述压裂段内设有两个所述环形凹槽；所述注液管柱内设有多条注液管线，每一条所述注液管线的出液口位于每一个所述压裂段内的两个所述环形凹槽之间；

8、向所述岩样表面施加三向应力，通过多条所述注液管线泵注液体，直至多个所述环形凹槽全部完成压裂；

9、卸载所述岩样表面的应力，并将所述套管从所述盲孔内取出，观察所述岩样内各所述压裂段的压裂裂缝的扩展形态。

10、如上所述的方法，可选地，所述岩样为致密油气天然岩块或人工合成岩样，所述致密油气天然岩块包括页岩或砂岩，所述人工合成岩样包括水泥、石膏或玻璃；所述岩样呈立方体状，所述盲孔位于所述岩样的一侧表面的中心。

11、如上所述的方法，可选地，所述套管的材料为聚氯乙烯管，所述胶液的材料为高强度环氧树脂胶。

12、如上所述的方法，可选地，所述环形凹槽的直径大于所述盲孔的直径，所述环形凹槽延伸至所述岩样内部的深度小于等于2mm。

13、如上所述的方法，可选地，所述衬管的材料为不锈耐酸钢管；所述注液管柱的材料为不锈耐酸钢管；所述密封圈的材料为聚氨酯橡胶；所述注液管线的材料为镍基耐蚀合金管；所述出液口的材料为耐蚀镍铬钼合金。

14、如上所述的方法，可选地，所述向所述岩样表面施加三向应力的方法为：通过真三轴压裂模拟实验装置向所述岩样的表面施加三向应力。

15、如上所述的方法，可选地，所述观察所述岩样内各段压裂裂缝的扩展形态的方法为：

16、通过ct扫描和岩样剖分的方法观察所述岩样内各段压裂裂缝的扩展形态。

17、另一方面，本申请提供一种水平井分段分簇压裂实验装置，包括：

18、岩样，所述岩样内设有水平设置的盲孔；

19、套管，所述套管位于所述盲孔内，所述套管与所述盲孔之间设有胶层；

20、多个环形凹槽，多个所述环形凹槽均贯穿所述套管且延伸至所述岩样内部；

21、衬管，所述衬管位于所述套管内，所述衬管上设有多个开口，多个所述开口与多个所述环形凹槽一一对应；

22、注液管柱，所述注液管柱位于所述衬管内，所述注液管柱的外表面设有多个密封圈，所述密封圈抵接在所述衬管的内表面，多个所述密封圈两两一组将所述盲孔分隔成多个压裂段，每一个所述压裂段内设有两个所述环形凹槽；所述注液管柱内设有多条注液管线，每一条所述注液管线的出液口位于每一个所述压裂段内的两个所述环形凹槽之间。

23、如上所述的水平井分段分簇压裂实验装置，可选地，所述套管的材料为聚氯乙烯管，所述胶层的材料为高强度环氧树脂胶。

24、如上所述的水平井分段分簇压裂实验装置，可选地，所述衬管的材料为不锈耐酸钢管；所述注液管柱的材料为不锈耐酸钢管；所述密封圈的材料为聚氨酯橡胶；所述注液管线的材料为镍基耐蚀合金管；所述出液口的材料为耐蚀镍铬钼合金。

25、本申请提供一种水平井分段分簇压裂实验装置及方法，该方法包括：提供岩样，在岩样的一侧沿水平方向钻取盲孔；将套管放入盲孔中，在套管与盲孔之间填充胶液，以将套管与盲孔固定；将切槽工具放入套管内，并在预设深度切割套管，使套管上形成多个环形凹槽，环形凹槽延伸至岩样内部；将带有多个开口的衬管放入套管内，并且使衬管上的多个开口与套管上的多个环形凹槽一一对应；将注液管柱插入衬管内，注液管柱的外表面设有多个密封圈，密封圈抵接在衬管的内表面，多个密封圈两两一组将盲孔分隔成多个压裂段，每一个压裂段内设有两个环形凹槽；注液管柱内设有多条注液管线，每一条注液管线的出液口位于每一个压裂段内的两个环形凹槽之间；向岩样表面施加三向应力，通过多条注液管线泵注液体，直至多个环形凹槽全部完成压裂；卸载岩样表面的应力，并将套管从盲孔内取出，观察岩样内各压裂段的压裂裂缝的扩展形态。本申请通过注液管柱表面的多个密封圈，将盲孔内封隔成多个压裂段，每一段内开设有两个环形凹槽，将多条注液管线的出液口分别对应设置在每一个压裂段的两个环形凹槽之间，然后再通过多条注液管线泵注液体以控制不同压裂段之间的分离注液，从而能够保证岩样内各压裂段均衡起裂扩展，较好的模拟水平井分段分簇压裂过程中裂缝扩展形态和延伸规律，使得实验结果能够为现场致密油气井分段压裂施工方案的优化提供理论指导。

技术特征：

1.一种水平井分段分簇压裂实验方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述岩样为致密油气天然岩块或人工合成岩样，所述致密油气天然岩块包括页岩或砂岩，所述人工合成岩样包括水泥、石膏或玻璃；所述岩样呈立方体状，所述盲孔位于所述岩样的一侧表面的中心。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述套管的材料为聚氯乙烯管，所述胶液的材料为高强度环氧树脂胶。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述环形凹槽的直径大于所述盲孔的直径，所述环形凹槽延伸至所述岩样内部的深度小于等于2mm。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述衬管的材料为不锈耐酸钢管；所述注液管柱的材料为不锈耐酸钢管；所述密封圈的材料为聚氨酯橡胶；所述注液管线的材料为镍基耐蚀合金管；所述出液口的材料为耐蚀镍铬钼合金。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述向所述岩样表面施加三向应力的方法为：通过真三轴压裂模拟实验装置向所述岩样的表面施加三向应力。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述观察所述岩样内各段压裂裂缝的扩展形态的方法为：

8.一种水平井分段分簇压裂实验装置，其特征在于，包括：

9.根据权利要求8所述的水平井分段分簇压裂实验装置，其特征在于，所述套管的材料为聚氯乙烯管，所述胶层的材料为高强度环氧树脂胶。

10.根据权利要求9所述的水平井分段分簇压裂实验装置，其特征在于，所述衬管的材料为不锈耐酸钢管；所述注液管柱的材料为不锈耐酸钢管；所述密封圈的材料为聚氨酯橡胶；所述注液管线的材料为镍基耐蚀合金管；所述出液口的材料为耐蚀镍铬钼合金。

技术总结
本申请提供一种水平井分段分簇压裂实验装置及方法，该方法包括：提供岩样，在岩样的一侧沿水平方向钻取盲孔；将套管放入盲孔中，在套管与盲孔之间填充胶液；在预设深度切割套管，使套管上形成多个环形凹槽；将衬管放入套管内；将注液管柱插入衬管内，注液管柱的外表面设有多个密封圈，多个密封圈将盲孔分隔成多个压裂段，每一条注液管线的出液口位于每一个压裂段内的两个环形凹槽之间；向岩样表面施加应力，并向注液管线内泵注液体；卸载岩样表面的应力，并将套管从盲孔内取出，观察岩样内各段压裂裂缝的扩展形态。本申请能够保证岩样内各压裂段均衡起裂扩展，较好的模拟水平井分段分簇压裂过程中裂缝扩展形态和延伸规律。

技术研发人员：邹雨时,张士诚,张啸寰,马新仿,牟建业,王飞,王雷
受保护的技术使用者：中国石油大学（北京）
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13