一种水平井分段压裂或同步压裂模拟实验系统技术方案

本发明专利技术提供一种水平井分段压裂或同步压裂模拟实验系统，用于对立方体人工岩样进行压裂模拟，包括：压裂模拟组件、应力加载装置和裂缝监测装置，压裂模拟组件包括模拟井筒和注液管和位置调节装置；模拟井筒位于人工岩样内部，注液管位于模拟井筒内，模拟井筒与注液管上具有相同数量但位置不同的至少两个模拟射孔。通过位置调节装置对注液管的位置进行控制，实现不同压裂段模拟射孔之间的连通顺序，分别对不同压裂段进行压裂。采用两组压裂模拟组件可以模拟两口水平井的同步压裂过程。该水平井分段压裂或同步压裂模拟实验系统可以模拟水平井分段压裂和两口水平井同步压裂时的缝间干扰现象，为认识水力裂缝扩展规律和裂缝形态提供实验方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及真三轴水力压裂裂缝起裂和扩展规律的物理模拟实验技术，尤其涉及一种水平井分段压裂或同步压裂模拟实验系统。
技术介绍
水力压裂是油气田增产改造的关键技术之一。随着以页岩气和致密油为代表的非常规油气资源的开采，水平井分段分簇压裂技术已经得到大规模应用。近年来，又涌现出了多井同步压裂等新技术，大大改善了储层改造效果。水平井分段压裂是指根据储层的物性特征针对水平井段不同位置地层进行分段压裂，用多压裂段数来增大裂缝与地层的接触面积，获得较高的初始产量和提高采收率。同步压裂技术是指对多口水平井同时进行压裂施工，目的是利用井间连通的优势来增大水力裂缝的密度和复杂程度。真三轴水力压裂模拟实验系统是研究水力裂缝起裂和扩展规律的有效手段。其是模拟油田水力压裂过程，将流体通过高压泵组注入岩样中预制模拟井筒并在井筒底部产生憋压，当流体压力超过岩石的抗张强度时，发生破裂并继续扩展。目前，国内外众多学者对水力裂缝起裂扩展规律进行了大量实验研究，但现有技术方案仅能够实现对单井单段压裂的物理模拟，无法对水平井分段压裂过程中段间裂缝干扰等相关问题开展实验研究。中国专利技术专利(CN104563993A)公布了一种页岩水平井分段压裂模拟实验方法。具体是在水平井筒内充填无声破碎剂浆体，利用分割件控制模拟的水平井分段数，通过无声破碎剂浆体配制的先后顺序控制充填段裂缝的起裂顺序。无声破碎剂浆体多使用经高温煅烧以氧化钙为主体的无机化合物，掺入适量外加剂共同粉磨制成的具备高膨胀性能的非爆破性破碎用粉状材料，在其失水膨胀固化过程中，形成高压作用于岩样，产生裂缝。但是在目前的研究中主要存在以下两点问题：1)专利技术专利(CN104563993A)中的方法所采用的无声破碎剂浆体是以形成固体过程挤压岩样产生裂缝，即对裂缝的作用力仅集中在裂缝形成点，并不会随裂缝扩展而移动，因此无法研究动态作用力水力压裂过程中流体作用下的对裂缝形成和扩展规律的影响；2)并且目前针对分段压裂或同步压裂的研究较少，无法从理论实验中总结出多条裂缝的缝间干扰对裂缝形成和扩展形态的影响规律。因此目前的实验系统与实际矿场水压致裂的原理存在本质的区别，实验结论无法为矿产实践提供有效的指导。
技术实现思路
本专利技术提供一种水平井分段压裂或同步模拟实验系统，能够在模拟实际矿场水压致裂的前提下研究流体作用力对裂缝形成和扩展规律的影响，为矿产提供更加有效的指导；在实现分段压裂模拟时减少可注液管的移动距离，节约实验系统安装所需空间；实现认识裂缝扩展规律并研究水平井分段压裂的段间裂缝干扰现象和同步压裂产生的井间裂缝干扰增加裂缝复杂程度的作用机理。本专利技术提供一种水平井分段压裂或同步压裂模拟实验系统，用于对立方体人工岩样进行压裂模拟，包括：压裂模拟组件、应力加载装置和裂缝监测装置，压裂模拟组件包括模拟井筒和注液管；模拟井筒位于人工岩样内部，模拟井筒的筒底封闭，且模拟井筒的筒口位于人工岩样的外部；模拟井筒的筒壁上开设有至少两个沿模拟井筒轴向排列的模拟射孔。注液管一端封闭，另一端与供液管线连接，注液管的外径与模拟井筒的内径相匹配，以使注液管套设在模拟井筒内，注液管的管壁上开设有至少两个沿注液管轴向排列的出液孔，相邻出液孔之间的孔距与模拟射孔之间的孔距不相同。注液管在模拟井筒内沿轴向移动时，至多一个出液孔与模拟射孔位置相对并连通，以使流入注液管内的压裂液通过与出液孔相连通的模拟射孔进入人工岩样。应力加载装置为三个，每个应力加载装置对应一个与人工岩样的外立面垂直的方向，且不同压裂模拟组件所对应的方向彼此垂直。裂缝监测装置的传感器安设在人工岩样的表面。可选的，压裂模拟组件为一个时，完成水平井分段压裂模拟实验；压裂模拟组件为两个时，完成水平井同步压裂模拟实验，两个压裂模拟组件均设置在人工岩样的同一外立面侧，每个压裂模拟组件均包括一根模拟井筒与一根注液管。可选的，模拟井筒的筒壁上开设有由模拟井筒的筒底至筒口依次设置的第一级压裂段模拟射孔、第二级压裂段模拟射孔和第三级压裂段模拟射孔。注液管的管壁上开设有由注液管的管底至管口依次设置的第一级压裂段出液孔、第二级压裂段出液孔和第三级压裂段出液孔。可选的，每个压裂模拟组件还包括位置调节装置，位置调节装置包括螺纹接头、平板、丝杠和四个支撑柱，螺纹接头具有内螺纹孔，且螺纹接头具有和注液管端部连接的端面。支撑柱对称固定在平板上，丝杠一端固定在平板上，丝杠另一端和螺纹接头的内螺纹孔旋合。可选的，丝杠端部的活动范围位于螺纹接头的内螺纹孔之内。可选的，人工岩样表面设有顶板，位置调节装置设置在顶板上，顶板上还设有用于使模拟井筒穿过的中心孔。可选的，注液管的管口还设有转接头，转接头与螺纹接头抵接。可选的，第一级压裂段出液孔、第二级压裂段出液孔和第三级压裂段出液孔的两侧均设有密封圈。可选的，裂缝监测装置为声发射裂缝监测装置。可选的，两个压裂模拟组件分别为第一压裂模拟组件和第二压裂模拟组件，第一压裂模拟组件的第一模拟井筒和第二压裂模拟组件的第二模拟井筒上具有相同数量和间距的模拟射孔。本专利技术提供一种水平井分段压裂或同步模拟实验系统，通过以液体为压裂介质，能够在模拟实际矿场水压致裂的前提下研究流体作用力对裂缝形成和扩展规律的影响，为矿产提供更加有效的指导；通过合理设计模拟射孔孔眼距离和出液孔孔眼位置，在实现分段压裂模拟时减少可注液管的移动距离，节约实验系统安装所需空间；通过分段设置模拟射孔，两个模拟井筒同步压裂，实现认识裂缝扩展规律并研究水平井分段压裂的段间裂缝干扰现象和同步压裂产生的井间裂缝干扰增加裂缝复杂程度的作用机理。附图说明图1是本专利技术提供的水平井分段压裂或同步压裂模拟实验系统的结构示意图；图2是本专利技术提供的水平井分段压裂或同步压裂模拟实验系统的模拟井筒的结构示意图；图3是本专利技术提供的水平井分段压裂或同步压裂模拟实验系统的模拟井筒和人工岩样的结构示意图；图4是本专利技术提供的水平井分段压裂或同步压裂模拟实验系统的注液管的结构示意图；图5是本专利技术提供的水平井分段压裂或同步压裂模拟实验系统的位置调节装置的结构示意图；图6是本专利技术提供的水平井分段压裂或同步压裂模拟实验系统的螺纹接头的结构示意图；图7是本专利技术提供的图6的右视图；图8是本专利技术提供的水平井分段压裂或同步压裂模拟实验系统的顶板的结构示意图；图9是本专利技术提供的水平井分段压裂或同步压裂模拟实验系统的分段压裂模拟实验中注液管与模拟井筒相对位置示意图；图10是本专利技术提供的水平井分段压裂或同步压裂模拟实验系统的同步压裂模拟实验的第一种位置关系示意图；图11是本专利技术提供的水平井分段压裂或同步压裂模拟实验系统的同步压裂模拟实验的第二种位置关系示意图；图12是本专利技术提供的水平井分段压裂或同步压裂模拟实验系统的同步压裂模拟实验的第三种位置关系示意图；图13是本专利技术提供的水平井分段压裂或同步压裂模拟实验系统的同步压裂模拟实验的第四种位置关系示意图。附图标记说明：1-压裂模拟组件；2-人工岩样；11-模拟井筒；12-注液管；13-应力加载装置；14-裂缝监测装置；15-供液管线；16-位置调节装置；111-模拟射孔；112-第一模拟井筒；113-第二模拟井筒；121-出液孔；122-转接头；123-密封圈；161-螺纹接头；162-平板；163-丝杠；1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水平井分段压裂或同步压裂模拟实验系统，用于对立方体人工岩样进行压裂模拟，其特征在于，包括：压裂模拟组件、应力加载装置和裂缝监测装置，所述压裂模拟组件包括模拟井筒和注液管；所述模拟井筒位于所述人工岩样内部，所述模拟井筒的筒底封闭，且所述模拟井筒的筒口位于所述人工岩样的外部；所述模拟井筒的筒壁上开设有至少两个沿所述模拟井筒轴向排列的模拟射孔；所述注液管一端封闭，另一端与供液管线连接，所述注液管的外径与所述模拟井筒的内径相匹配，以使所述注液管套设在所述模拟井筒内，所述注液管的管壁上开设有至少两个沿所述注液管轴向排列的出液孔，相邻所述出液孔之间的孔距与所述模拟射孔之间的孔距不相同；所述注液管在所述模拟井筒内沿轴向移动时，至多一个所述出液孔与所述模拟射孔位置相对并连通，以使流入所述注液管内的压裂液通过与所述出液孔相连通的模拟射孔进入所述人工岩样；所述应力加载装置为三个，每个所述应力加载装置对应一个与所述人工岩样的外立面垂直的方向，且不同所述压裂模拟组件所对应的方向彼此垂直；所述裂缝监测装置的传感器安设在所述人工岩样的表面。

【技术特征摘要】
1.一种水平井分段压裂或同步压裂模拟实验系统，用于对立方体人工岩样进行压裂模拟，其特征在于，包括：压裂模拟组件、应力加载装置和裂缝监测装置，所述压裂模拟组件包括模拟井筒和注液管；所述模拟井筒位于所述人工岩样内部，所述模拟井筒的筒底封闭，且所述模拟井筒的筒口位于所述人工岩样的外部；所述模拟井筒的筒壁上开设有至少两个沿所述模拟井筒轴向排列的模拟射孔；所述注液管一端封闭，另一端与供液管线连接，所述注液管的外径与所述模拟井筒的内径相匹配，以使所述注液管套设在所述模拟井筒内，所述注液管的管壁上开设有至少两个沿所述注液管轴向排列的出液孔，相邻所述出液孔之间的孔距与所述模拟射孔之间的孔距不相同；所述注液管在所述模拟井筒内沿轴向移动时，至多一个所述出液孔与所述模拟射孔位置相对并连通，以使流入所述注液管内的压裂液通过与所述出液孔相连通的模拟射孔进入所述人工岩样；所述应力加载装置为三个，每个所述应力加载装置对应一个与所述人工岩样的外立面垂直的方向，且不同所述压裂模拟组件所对应的方向彼此垂直；所述裂缝监测装置的传感器安设在所述人工岩样的表面。2.根据权利要求1所述的水平井分段压裂或同步压裂模拟实验系统，其特征在于，所述压裂模拟组件为一个时，完成水平井分段压裂模拟实验；所述压裂模拟组件为两个时，完成水平井同步压裂模拟实验，所述两个所述压裂模拟组件均设置在所述人工岩样的同一外立面侧，每个所述压裂模拟组件均包括一根所述模拟井筒与一根所述注液管。3.根据权利要求2所述的水平井分段压裂或同步压裂模拟实验系统，其特征在于，所述模拟井筒的筒壁上开设有由所述模拟井筒的筒底至筒口依次设置的第一级压裂段模拟射孔、第二级压裂段模拟射孔和第三级压裂段模拟射孔；所述注液管的...

【专利技术属性】
技术研发人员：马新仿，李宁，邹雨时，张一诺，王雷，陈铭，李四海，刘自中，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：北京;11