专利名称：对压裂裂缝进行可视化监测的方法
技术领域：
本发明是关于一种对压裂裂缝进行监测的方法，尤其涉及一种对压裂裂缝进行可 视化监测的方法
背景技术：
水力压裂是油气田提高油气采收率的一种主要措施，而室内的水力压裂物理实验 模拟则是认识压裂过程中裂缝扩展的重要手段。目前在对压裂裂缝的监测方面，传统的方 法虽然可行，但都具有一定的局限性，特别是在裂缝的直观观测上。例如现有的一种观测 方法是将岩样压裂后用钢锯、铁钎等工具将试样劈开，从而观测裂缝的形状；这种观测方法 有两个缺点一是在劈裂试样的过程中，原有的压裂裂缝势必会遭到破坏，或者在原有的裂 缝基础上产生新的裂缝，将会极大地影响实验结果的准确性；二是在多裂缝的观测方面，这 种现有压裂后的观测方法是沿着主裂缝劈开试样，其结果只能是对主裂缝面进行观测，而 其他的裂缝发育均遭到破坏。除此之外，现有的实验室内对裂缝的观测手段主要还有1.利用声发射技术监测裂缝扩展过程和形态。此种技术的优点是可以实时检测裂 缝的扩展情况；但缺点是误差较大，最终仍是利用计算机对实验结果进行模拟，模拟结果不 够直观。2.利用透明材料制作实验样本，对压裂裂缝的扩展进行直观地观测。此种技术优 点是可以直观地观测裂缝扩展情况；但其局限性在于材料选择的单一性，且成本较高。3.超声波监测裂缝技术。此种技术的优点是灵敏度高、速度快、成本低；但缺点是 只能监测到裂缝的深度，裂缝的显示不直观，容易受到主客观因素的影响。类似的技术还有 冲击回波法检测技术。4.利用CT扫描仪和红外线热成像等技术对裂缝进行监测。此类技术能够直观地 观测到裂缝的扩展形态；但成本较高，操作难度大。有鉴于此，为了克服现有对压裂裂缝监测技术中存在的缺陷，本发明提出了一种 成本低、易操作且能够比较直观地观测压裂裂缝扩展的监测方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种对压裂裂缝进行可视化监测的方法，该方法可以直观 地观测到压裂后裂缝的扩展形态，避免压裂后裂缝的原始形态遭到破坏，有效地克服现有 对压裂裂缝监测技术中存在的缺陷。本发明的另一目的在于提供一种对压裂裂缝进行可视化监测的方法，该方法采用 的实验装置结构简单、成本低，实验过程容易操作。本发明的目的是这样实现的，一种对压裂裂缝进行可视化监测的方法，该方法是 采用室温固化型流体材料作为压裂液，将流体材料注入岩心试样的模拟井筒中，在岩心试 样被压裂产生裂缝的同时，该流体材料填充到所述裂缝中并充满所述裂缝，待流体材料同化形成模拟裂缝后，将模拟裂缝取出并观测该模拟裂缝的形态。在本发明的一较佳实施方式中，所述室温固化型流体材料为室温双组份液体硅 胶。在本发明的一较佳实施方式中，所述室温双组份液体硅胶中加入低于其重量10% 的硅油，该硅油采用二甲基硅油，硅油粘度小于20mPa · s。在本发明的一较佳实施方式中，所述岩心试样是由水泥和石英砂混合浇铸而成， 岩心试样为正方体形状，岩心试样尺寸为300mm X 300mm X 300mm，该岩心试样由顶面向下设 有一模拟裸眼井孔，该模拟裸眼井孔的孔径为10mm，模拟裸眼井孔长度为170mm;所述模拟 井筒设置在模拟裸眼井孔中，该模拟井筒的内径为7mm，模拟井筒的长度为120mm。
在本发明的一较佳实施方式中，将所述岩心试样放置在真三轴模拟压裂试验装置 中，通过液压稳压源向岩心试样外侧的空间三个方向施加压力，将所述压裂液置入一油水 分离器中，将油水分离器的出口与模拟井筒上端的井口部密封连接，通过MTS伺服增压器 控制所述油水分离器将压裂液注入所述模拟井筒中。本发明的目的还可以这样实现，一种对压裂裂缝进行可视化监测的方法，该方法 是将压裂液注入岩心试样的模拟井筒中，在岩心试样被压裂产生裂缝后，再将室温固化型 流体材料注入岩心试样的模拟井筒中，使该流体材料填充到所述裂缝中置换所述压裂液并 充满所述裂缝，待流体材料固化形成模拟裂缝后，将模拟裂缝取出并观测该模拟裂缝的形 态。在本发明的一较佳实施方式中，所述压裂液采用二甲基硅油，该硅油粘度小于 200mPa · s。在本发明的一较佳实施方式中，所述室温固化型流体材料为室温双组份液体硅 胶。在本发明的一较佳实施方式中，所述室温双组份液体硅胶中加入低于其重量10% 的硅油，该硅油采用二甲基硅油，加入的硅油粘度小于20mPa · s。在本发明的一较佳实施方式中，所述岩心试样是由水泥和石英砂混合浇铸而成， 岩心试样为正方体形状，岩心试样尺寸为300mm X 300mm X 300mm，该岩心试样由顶面向下设 有一模拟裸眼井孔，该模拟裸眼井孔的孔径为10mm，模拟裸眼井孔长度为170mm;所述模拟 井筒设置在模拟裸眼井孔中，该模拟井筒的内径为7mm，模拟井筒的长度为120mm。在本发明的一较佳实施方式中，将所述岩心试样放置在真三轴模拟压裂试验装置 中，通过液压稳压源向岩心试样外侧的空间三个方向施加压力，将所述压裂液置入一油水 分离器中，将油水分离器的出口与模拟井筒上端的井口部密封连接，通过MTS伺服增压器 控制所述油水分离器将压裂液注入所述模拟井筒中。在本发明的一较佳实施方式中，经判断岩心试样被压裂产生裂缝后，停止注入压 裂液；将油水分离器中的压裂液更换为所述室温固化型流体材料，通过MTS伺服增压器控 制所述油水分离器将室温固化型流体材料注入所述模拟井筒中，使该室温固化型流体材料 填充到所述裂缝中并充满所述裂缝。由上所述，本发明的对压裂裂缝进行可视化监测的方法，通过选用硅油和液体硅 胶作为压裂液，在实验室内对已制备的混凝土岩心试样进行压裂实验，在压裂液填充压裂 裂缝并固化之后，取出由硅胶模拟的裂缝，通过观察该模拟裂缝的形态以重现裂缝当时的扩展形态，达到可视化的目的。
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 为本发明中对岩心试样进行压裂实验的装置结构示意图；图2 为本发明中岩心试样及模拟井筒的结构示意图。
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
本发 明的具体实施方式
。实施方式1本发明提出一种对压裂裂缝进行可视化监测的方法，该方法是采用室温固化型流 体材料作为压裂液，将流体材料注入岩心试样的模拟井筒中，在岩心试样被压裂产生裂缝 的同时，该室温固化型流体材料填充到所述裂缝中并充满所述裂缝，待室温固化型流体材 料固化形成模拟裂缝后，将模拟裂缝取出并观测该模拟裂缝的形态；在本实施方式中，所述室温固化型流体材料为室温双组份液体硅胶；该室温双组 份液体硅胶是由SYLGARD184液体硅胶与催化剂混合构成；所述SYLGARD184液体硅胶具有 较低的粘性以及较强的拉伸强度、断裂伸长度和撕裂强度，操作时间为2小时。液体硅胶有 很多种类，在电力电气、医学、模具制造等领域都有着广泛的应用；其中室温双组份液体硅 胶也称RTV-2硅胶，其具有更好的流动性，可在常温下进行操作，固化后撕裂强度高，收缩 率低，容易脱模，可以满足实验要求。本发明采用室温固化型流体材料(即液体硅胶)作为压裂液，压裂时，室温固化 型流体材料可以填充到所述裂缝中并充满所述裂缝，室温固化型流体材料固化后可以形成 模拟裂缝；取出固化后的室温固化型流体材料(硅胶)形成的模拟裂缝，可以直观地观测到 岩心试样的压裂裂缝在三维空间内的扩展形态；由于所述硅胶固化形成的模拟裂缝的形态 与岩心试样未遭破坏前裂缝的真实形态相同，因此，使实验结果更加准确和直观。在本实施方式中，所述SYLGARD184液体硅胶与催化剂的混合比例为重量比 10 1。进一步，为了更容易使液体硅胶在高压环境下注入岩心试样的模拟井筒中，可 以向液体硅胶中加入一定量的硅油，以降低液体硅胶的粘度；在本实施方式中，所述室温 双组份液体硅胶中加入低于其重量10%的硅油，该硅油采用二甲基硅油，硅油粘度小于 20mPa · s。在本实施方式中，如图2所示，所述岩心试样1是由水泥和石英砂按重量比1 1 混合浇铸而成，水泥牌号为425建筑水泥，砂子为细河砂。岩心试样1为正方体形状，岩心 试样1尺寸为300mmX 300mmX 300mm，该岩心试样1由顶面向下设有一模拟裸眼井孔11，该 模拟裸眼井孔11的孔径为10mm，模拟裸眼井孔11长度为170mm ；所述模拟井筒12设置在 模拟裸眼井孔11中，该模拟井筒12的内径为7mm，模拟井筒12的长度为120mm。在本实施方式中，如图1所示，是将所述岩心试样1放置在一个真三轴模拟压裂试 验装置2中，所述真三轴模拟压裂试验装置2可以是现有装置，通过液压稳压源3向岩心试样1外侧的空间三个方向施加压力，将所述压裂液(即室温固化型流体材料)置入一油水分离器4中，将油水分离器4的出口与模拟井筒12上端的井口部密封连接，此处连接的高 压管线41其内径为7mm，长度小于1. 5m,以减小压差；通过MTS伺服增压器5控制所述油水 分离器4将压裂液注入所述模拟井筒12中。模拟压裂实验具体过程如下(如图1、图2所示)1.将制备好的300mm X 300mm X 300mm岩心试样1放置在一真三轴模拟压裂试验装 置2中，调整好岩心试样1位置，在岩心试样1周围加上压力板21，用起吊机将顶板22放置 于岩心试样顶部；2.连接液压稳压源3、液压缸31之间的管线；连接岩心试样1顶面的模拟井筒12 的井口与油水分离器4之间的管线；3.开启液压稳压源3向岩心试样1外侧的空间三个方向施加围压，根据不同的实 验要求，于动将压力增至预定压力值，并保持压力不变；4.将制备好的室温双组份液体硅胶(600ml)放入油水分离器4中；5.开启MTS伺服增压器5，并开启与MTS控制器5连接的计算机6中的注入压力 控制系统和数据采集系统；6.缓慢增加注入压力，将注入速度设定为lml/s ；观察压力注入系统和数据采集 系统；观察压力-时间曲线和排量_时间曲线，当曲线上出现明显的拐点时，判断岩心试样 1破裂后停泵，关闭液压稳压源3卸掉岩心试样1的围压，并做好数据记录工作；7.保持岩心试样1原有位置不动，待液体硅胶固化24小时后再进行脱模处理；可 通过切割锯或铁钎等工具打开压裂后的岩心试样1，取出同化后的硅胶，观察其裂缝形态并 做好试验记录。由上所述，本发明的对压裂裂缝进行可视化监测的方法，通过选用液体硅胶作为 压裂液，在实验室内对已制备的混凝土岩心试样进行压裂实验，在压裂液填充压裂裂缝并 固化之后，取出由硅胶模拟的裂缝，通过观察该模拟裂缝的形态以重现裂缝当时的扩展形 态，达到可视化的目的。实施方式2本实施方式与实施方式1的原理、结构基本相同，其区别在于，在本实施方式中是 将硅油作为压裂液注入岩心试样1的模拟井筒12中，在岩心试样1被压裂产生裂缝后，再 将室温固化型流体材料(即前述的室温双组份液体硅胶)作为填充材料注入岩心试样1 的模拟井筒12中，使该液体硅胶填充到所述裂缝中置换出所述硅油并充满所述裂缝，待液 体硅胶固化形成模拟裂缝后，将模拟裂缝取出并观测该模拟裂缝的形态。在本实施方式中，所述作为压裂液的硅胶采用二甲基硅油。所述二甲基硅油具有 生理惰性、良好的化学稳定性、电缘性和耐候性，粘度范围广(0. 65mPa 1 X 106mPa -s)， 凝固点低，疏水性能好，并具有很高的抗剪能力。本实施方式中的硅油粘度小于200mPa*s。由于液体硅胶与混凝土界面之间的粘结力较大，为了减小液体硅胶的流动阻力， 并使其能够充分的渗入到压裂的裂缝中去，在本发明中，先用低粘度硅油作为压裂液，待岩 心试样被压裂产生裂缝后，再用液体硅胶进行置换。因此，在本实施方式中，是采用二甲基 硅油作为前置压裂液并充当脱模剂(硅油是一种很好的脱模剂，可以有效地降低硅胶与混 凝土界面之间的阻力)，液体硅胶作为后期填充和固化材料。作为前置压裂液的硅油，可根据实验要求配制成不同的粘度(本实施方式中的硅油粘度小于200mPa · s。)，岩心试样被 压裂形成裂缝后，再用粘度较大的液体硅胶缓慢置换出硅油，并填充压裂后的裂缝。本实施 方案为本发明的较佳实施方案。
在本实施方式中，模拟压裂实验具体过程如下(如图1、图2所示)1.将制备好的300mm X 300mm X 300mm岩心试样1放置在一真三轴模拟压裂试验装 置2中，调整好岩心试样1位置，在岩心试样1周围加上压力板21，用起吊机将顶板22放置 于岩心试样顶部；2.连接液压稳压源3、液压缸31之间的管线；连接岩心试样1顶面的模拟井筒12 的井口与油水分离器4之间的管线；3.开启液压稳压源3向岩心试样1外侧的空间三个方向施加围压，根据不同的实 验要求，手动将压力增至预定压力值；4.将制备好的硅油(600ml、粘度< 200mPa · s)放入油水分离器4中；5.开启MTS伺服增压器5，并开启与MTS控制器5连接的计算机6中的注入压力 控制系统和数据采集系统；6.缓慢增加注入压力；观察压力注入系统和数据采集系统；观察压力_时间曲线 和排量_时间曲线，当曲线上出现明显的拐点时，判断岩心试样1破裂后停泵，关闭液压稳 压源3卸掉岩心试样1的围压；7.将油水分离器4拆下并清洗干净；将SYLGARD184液体硅橡胶和催化剂按10 1 比例混合，并加入不超过10%的硅油(该硅油也采用二甲基硅油，其粘度小于20mPa *s，以 减小液体硅胶的粘度。)，将配备好的液体硅胶(600ml)加入到油水分离器4中；8.重新开启MTS伺服增压器，开启与MTS控制器连接的计算机中的注入压力控 制系统和数据采集系统；缓慢增加注入压力，按照排量-时间模式注入，将注入速度设定为 lml/s ；9.观察压力时间曲线，开始时曲线会有波动，待曲线趋于平缓且排量> 500ml时 停泵，并做好数据记录工作；10.保持岩心试样1原有位置不动，待液体硅胶固化24小时后再进行脱模处理； 可通过切割锯或铁钎等工具打开压裂后的岩心试样1，取出固化后的硅胶，观察其裂缝形态 并做好试验记录。本实施方式的其他结构、工作原理和有益效果与实施方式1的相同，在此不再赘 述。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出的等同变化与修改，均 应属于本发明保护的范围。
权利要求
一种对压裂裂缝进行可视化监测的方法，该方法是采用室温固化型流体材料作为压裂液，将流体材料注入岩心试样的模拟井筒中，在岩心试样被压裂产生裂缝的同时，该流体材料填充到所述裂缝中并充满所述裂缝，待流体材料固化形成模拟裂缝后，将模拟裂缝取出并观测该模拟裂缝的形态。
2.如权利要求1所述的对压裂裂缝进行可视化监测的方法，其特征在于所述室温固 化型流体材料为室温双组份液体硅胶。
3.如权利要求2所述的对压裂裂缝进行可视化监测的方法，其特征在于所述室温 双组份液体硅胶中加入低于其重量10%的硅油，该硅油采用二甲基硅油，硅油粘度小于 20mPa · s。
4.如权利要求1所述的对压裂裂缝进行可视化监测的方法，其特征在于所述 岩心试样是由水泥和石英砂混合浇铸而成，岩心试样为正方体形状，岩心试样尺寸为 300mmX 300mmX 300mm，该岩心试样由顶面向下设有一模拟裸眼井孔，该模拟裸眼井孔的孔 径为10mm，模拟裸眼井孔长度为170mm;所述模拟井筒设置在模拟裸眼井孔中，该模拟井筒 的内径为7mm，模拟井筒的长度为120mm。
5.如权利要求4所述的对压裂裂缝进行可视化监测的方法，其特征在于将所述岩心 试样放置在真三轴模拟压裂试验装置中，通过液压稳压源向岩心试样外侧的空间三个方向 施加压力，将所述压裂液置入一油水分离器中，将油水分离器的出口与模拟井筒上端的井 口部密封连接，通过MTS伺服增压器控制所述油水分离器将压裂液注入所述模拟井筒中。
6.一种对压裂裂缝进行可视化监测的方法，该方法是将压裂液注入岩心试样的模拟井 筒中，在岩心试样被压裂产生裂缝后，再将室温固化型流体材料注入岩心试样的模拟井筒 中，使该流体材料填充到所述裂缝中置换所述压裂液并充满所述裂缝，待流体材料固化形 成模拟裂缝后，将模拟裂缝取出并观测该模拟裂缝的形态。
7.如权利要求6所述的对压裂裂缝进行可视化监测的方法，其特征在于所述压裂液 采用二甲基硅油，该硅油粘度小于200mPa · s。
8.如权利要求6所述的对压裂裂缝进行可视化监测的方法，其特征在于所述室温固 化型流体材料为室温双组份液体硅胶。
9.如权利要求8所述的对压裂裂缝进行可视化监测的方法，其特征在于所述室温双 组份液体硅胶中加入低于其重量10%的硅油，该硅油采用二甲基硅油，加入的硅油粘度小 于 20mPa · s。
10.如权利要求6所述的对压裂裂缝进行可视化监测的方法，其特征在于所述 岩心试样是由水泥和石英砂混合浇铸而成，岩心试样为正方体形状，岩心试样尺寸为 300mmX300mmX300mm，该岩心试样由顶面向下设有一模拟裸眼井孔，该模拟裸眼井孔的孔 径为10mm，模拟裸眼井孔长度为170mm;所述模拟井筒设置在模拟裸眼井孔中，该模拟井筒 的内径为7mm，模拟井筒的长度为120mm。
11.如权利要求10所述的对压裂裂缝进行可视化监测的方法，其特征在于将所述岩 心试样放置在真三轴模拟压裂试验装置中，通过液压稳压源向岩心试样外侧的空间三个 方向施加压力，将所述压裂液置入一油水分离器中，将油水分离器的出口与模拟井筒上端 的井口部密封连接，通过MTS伺服增压器控制所述油水分离器将压裂液注入所述模拟井筒 中。
12.如权利要求11所述的对压裂裂缝进行可视化监测的方法，其特征在于经判断岩 心试样被压裂产生裂缝后，停止注入压裂液；将油水分离器中的压裂液更换为所述室温固 化型流体材料，通过MTS伺服增压器控制所述油水分离器将室温固化型流体材料注入所述 模拟井筒中，使该室温固化型流体材料填充到所述裂缝中并充满所述裂缝。
全文摘要
本发明为一种对压裂裂缝进行可视化监测的方法，该方法是采用室温固化型流体材料作为压裂液，将流体材料注入岩心试样的模拟井筒中，在岩心试样被压裂产生裂缝的同时，该流体材料填充到所述裂缝中并充满所述裂缝，待流体材料固化形成模拟裂缝后，将模拟裂缝取出并观测该模拟裂缝的形态。本发明的对压裂裂缝进行可视化监测的方法，通过选用硅油和液体硅胶作为压裂液，在实验室内对已制备的混凝土岩心试样进行压裂实验，在压裂液填充压裂裂缝并固化之后，取出由硅胶模拟的裂缝，通过观察该模拟裂缝的形态以重现裂缝当时的扩展形态，达到可视化的目的。
文档编号G01B13/16GK101968348SQ201010275359
公开日2011年2月9日 申请日期2010年9月7日 优先权日2010年9月7日
发明者侯冰, 邱园, 金衍, 陈勉 申请人:中国石油大学(北京)