真三轴加砂压裂试验机及其试验方法技术

本发明专利技术涉及一种真三轴加砂压裂试验机，包括围压系统和注入系统，所述注入系统包括压裂液容器Ⅰ、压裂液容器Ⅱ和活塞容器，活塞容器内设置两个活塞片挡板。其试验方法包括以下步骤：在压裂液容器Ⅱ中搅拌形成携砂压裂液，向压裂液容器Ⅰ中注入前置压裂液；利用压力分别将前置压裂液和携砂压裂液注入到活塞容器的中部腔体和上部腔体内；通过恒压恒速柱塞泵Ⅰ和/或恒压恒速柱塞泵Ⅱ，向活塞容器的下部腔体内排水；前置压裂液、携砂压裂液和替置压裂液依次注入井下岩心进行压裂，压裂结束后取出井下岩心，观察裂缝扩展情况。本发明专利技术的技术方案简单易懂、操作便捷，可实现围压系统和注入系统的统一控制，且便于更换压裂液。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于油气藏开发
，具体涉及一种真三轴加砂压裂试验机及其试验方法。
技术介绍
在油气藏开发过程中，由于储层的低渗透地质特性使油气在运移过程中受阻，此时加砂压裂成为高效开发此类油藏的重要手段。通过加砂压裂能够形成复杂、具有高导流能力的大规模裂缝网，从而增加油气的泄流面积、减少储层油气的流动阻力，因此开展室内物理模拟试验，研究裂缝的起裂及扩展行为具有十分重要的意义。压裂现场往往采用加砂压裂的方式，根据需要的裂缝规模和支撑缝长计算所需要压裂液的体积，根据前置液、携砂液、替置液的占比依次注入到储层内部。室内试验现有技术真三轴实验装置主要由真三轴实验架、三轴液压稳压源、油水分离器、MTS增压及控制器、数据采集及处理系统等组成，进行加砂压裂作业往往只能往岩石中注入单一作用的压裂液，无法真实模拟现场压裂过程，而且在在加压稳定性、实验效率、可操作性、安全性和维护保养等方面存在不足。一方面模拟地层岩石受力状态的三轴加围压装置和模拟压裂过程的注入装置分别由两个相互独立的系统控制，二者之间无法在同一平台上进行协调控制，同时对于高压实验，缺乏统一的监控措施，这不仅增加了操作程序、影响实验效率，而且还带来一定的安全隐患；另一方面由于加三轴围压的液压稳压源采用柱塞泵的形式进行加压作业，无法对加压速率进行有效控制，从而导致岩体的三轴压差过大，发生破碎变形，影响实验效果；此外油水隔离器的拆装不易操作，在更换压裂液方面存在一定困难。随着油气藏研究范围的不断深入，现有设备已无法满足实验的要求，压裂液作用单一，与现场真实过程不符。压裂设备之间连接的控制线、高压管线繁多，带来一定安全隐患，也不便于维修保养。因此急需开发一种新型的真三轴加砂压裂试验机及其试验方法，真实模拟现场加砂压裂，以提高实验的可操作性和安全性，尽可能真实地模拟井下岩石的压裂过程。
技术实现思路
为解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种真三轴加砂压裂试验机，包括围压系统、注入系统和真三轴试验架，所述围压系统和所述注入系统与所述真三轴试验架连接，所述真三轴试验架内放置井下岩心；所述注入系统和所述围压系统与计算机连接，所述注入系统包括压裂液容器Ⅰ、压裂液容器Ⅱ和活塞容器，所述压裂液容器Ⅱ内安装搅拌机构，所述搅拌机构与计算机连接，所述活塞容器内设置活塞片挡板Ⅰ和活塞片挡板Ⅱ，两个活塞片挡板的中部均开口。本专利技术的真三轴加砂压裂试验机的压裂液容器和推注容器（即活塞容器）分开设计，这样便于更换压裂液。当需要更换压裂液时，只需在压裂液容器中操作即可，将压裂液容器下端的放液阀门打开，使容器内的压裂液排出，然后在容器上端的开口处注入新的压裂液即可，也可以先清洗容器，再注入新的压裂液。而现有技术中，压裂液容器和推注容器由一个装置（油水隔离器）实现，当需要更换压裂液时，将油水隔离器拆开，倒出容器内的水、油，然后手动或使用工具将容器内的活塞片向容器底部推压，再在活塞片上部腔体内注入新的压裂液，操作困难，容器不易清洗干净，并且每次更换压裂液都要拆卸油水隔离器，经过几次拆卸后，将导致油水隔离器的密封性变差，部件连接松动，也会导致注入液体的精度降低，压裂状态不稳定。优选的是，所述压裂液容器Ⅰ的上端通过管线与高压气瓶连接，管线上安装开关阀门Ⅰ；所述压裂液容器Ⅰ的下端通过管线与活塞容器的中部腔体连接，管线上安装开关阀门Ⅱ。在上述任一方案中优选的是，所述压裂液容器Ⅰ的底部设置放液阀门Ⅰ。在上述任一方案中优选的是，所述压裂液容器Ⅱ的上端通过管线与高压气瓶连接，管线上安装开关阀门Ⅲ；所述压裂液容器Ⅱ的下端通过管线与活塞容器的上部腔体连接，管线上安装开关阀门Ⅳ。在上述任一方案中优选的是，所述压裂液容器Ⅱ的底部设置放液阀门Ⅱ。在上述任一方案中优选的是，所述活塞片挡板Ⅰ和所述活塞片挡板Ⅱ将所述活塞容器分为三个腔体。在上述任一方案中优选的是，所述活塞容器内设置活塞片Ⅰ和活塞片Ⅱ，两个活塞片可上下移动。在上述任一方案中优选的是，所述活塞片Ⅰ在所述活塞片挡板Ⅰ的上方，所述活塞片Ⅱ在所述活塞片挡板Ⅱ的上方。在上述任一方案中优选的是，所述活塞容器的上部腔体通过管线与所述井下岩心连接，管线上安装开关阀门Ⅴ；所述活塞容器的中部腔体通过管线与所述井下岩心连接，管线上安装开关阀门Ⅵ；所述活塞容器的下部腔体通过管线与水槽连接。在上述任一方案中优选的是，所述水槽通过管线分别与恒压恒速柱塞泵Ⅰ和恒压恒速柱塞泵Ⅱ连接。在上述任一方案中优选的是，所述恒压恒速柱塞泵Ⅰ和所述恒压恒速柱塞泵Ⅱ与计算机连接。在上述任一方案中优选的是，所述围压系统包括高压平流泵Ⅰ、高压平流泵Ⅱ和高压平流泵Ⅲ，三个泵体均与计算机连接。在上述任一方案中优选的是，所述高压平流泵Ⅰ通过管线与所述井下岩心的前后两个面连接，管线上安装背压阀Ⅰ；所述高压平流泵Ⅱ通过管线与所述井下岩心的左右两个面连接，管线上安装背压阀Ⅱ；所述高压平流泵Ⅲ通过管线与所述井下岩心的上下两个面连接，管线上安装背压阀Ⅲ。当产生的围压超过设定值时，背压阀自动打开，卸压至设定值。本专利技术还提供一种真三轴加砂压裂试验方法，使用上述任一种真三轴加砂压裂试验机，其按照先后顺序包括以下步骤：步骤一：关闭所有的开关阀门和放液阀门，将压裂液和支撑剂按一定比例注入到压裂液容器Ⅱ中，设定搅拌时间，并启动搅拌机构进行搅拌，形成均匀的携砂压裂液；先打开开关阀门Ⅲ和开关阀门Ⅳ，再打开高压气瓶，此时携砂压裂液进入活塞容器的上部腔体内；待携砂压裂液全部进入后，先关闭高压气瓶，再关闭开关阀门Ⅲ和开关阀门Ⅳ；步骤二：向压裂液容器Ⅰ中注入前置压裂液，先打开开关阀门Ⅰ和开关阀门Ⅱ，再打开高压气瓶，此时前置压裂液进入活塞容器的中部腔体内；待前置压裂液全部进入后，先关闭高压气瓶，再关闭开关阀门Ⅰ和开关阀门Ⅱ；步骤三：根据试验要求设定围压值，并通过高压平流泵Ⅰ、高压平流泵Ⅱ和高压平流泵Ⅲ分别给井下岩心的三个轴向同时施加围压；步骤四：打开开关阀门Ⅵ，并启动恒压恒速柱塞泵Ⅰ和恒压恒速柱塞泵Ⅱ，若两个柱塞泵内腔中的水没有满，则两个柱塞泵通过管线分别从水槽中吸满水，然后进行压裂作业；若两个柱塞泵内腔中的水已满，则直接进行压裂作业；步骤五：根据试验要求设定排水量，当排水量小于等于50ml/min时，只有恒压恒速柱塞泵Ⅰ向活塞容器的下部腔体内排水，此时恒压恒速柱塞泵Ⅱ处于待命状态，当恒压恒速柱塞泵Ⅰ中的水全部排完后，恒压恒速柱塞泵Ⅱ开始向活塞容器的下部腔体内排水，此时恒压恒速柱塞泵Ⅰ从水槽中吸水；当排水量大于50ml/min时，恒压恒速柱塞泵Ⅰ和恒压恒速柱塞泵Ⅱ同时向活塞容器的下部腔体内排水；步骤六：随着恒压恒速柱塞泵Ⅰ和/或恒压恒速柱塞泵Ⅱ的排水工作，前置压裂液注入到井下岩心中，当前置压裂液的注入量达到试验要求时，关闭开关阀门Ⅵ，同时打开开关阀门Ⅴ，此时携砂压裂液注入到井下岩心中，当携砂压裂液的注入量达到试验要求时，关闭开关阀门Ⅴ，同时打开开关阀门Ⅵ，此时替置压裂液驱替管线中的携砂压裂液，并最终注入到井下岩心中；步骤七：随着恒压恒速柱塞泵Ⅰ和/或恒压恒速柱塞泵Ⅱ的排水工作，前置压裂液、携砂压裂液和替置压裂液依次注入到井下岩心中，同时观察计算机上显示的入口压力与时间的变化关系曲线，当入口压力降到低点，并处于平稳状态时，判断压裂过程结束，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种真三轴加砂压裂试验机，包括围压系统、注入系统和真三轴试验架，所述围压系统和所述注入系统与所述真三轴试验架连接，所述真三轴试验架内放置井下岩心，其特征在于：所述注入系统和所述围压系统与计算机连接，所述注入系统包括压裂液容器Ⅰ、压裂液容器Ⅱ和活塞容器，所述压裂液容器Ⅱ内安装搅拌机构，所述搅拌机构与计算机连接，所述活塞容器内设置活塞片挡板Ⅰ和活塞片挡板Ⅱ，两个活塞片挡板的中部均开口。

【技术特征摘要】
1.一种真三轴加砂压裂试验机，包括围压系统、注入系统和真三轴试验架，所述围压系统和所述注入系统与所述真三轴试验架连接，所述真三轴试验架内放置井下岩心，其特征在于：所述注入系统和所述围压系统与计算机连接，所述注入系统包括压裂液容器Ⅰ、压裂液容器Ⅱ和活塞容器，所述压裂液容器Ⅱ内安装搅拌机构，所述搅拌机构与计算机连接，所述活塞容器内设置活塞片挡板Ⅰ和活塞片挡板Ⅱ，两个活塞片挡板的中部均开口。2.如权利要求1所述的真三轴加砂压裂试验机，其特征在于：所述压裂液容器Ⅰ的上端通过管线与高压气瓶连接，管线上安装开关阀门Ⅰ；所述压裂液容器Ⅰ的下端通过管线与活塞容器的中部腔体连接，管线上安装开关阀门Ⅱ。3.如权利要求2所述的真三轴加砂压裂试验机，其特征在于：所述压裂液容器Ⅰ的底部设置放液阀门Ⅰ。4.如权利要求1所述的真三轴加砂压裂试验机，其特征在于：所述压裂液容器Ⅱ的上端通过管线与高压气瓶连接，管线上安装开关阀门Ⅲ；所述压裂液容器Ⅱ的下端通过管线与活塞容器的上部腔体连接，管线上安装开关阀门Ⅳ。5.如权利要求4所述的真三轴加砂压裂试验机，其特征在于：所述压裂液容器Ⅱ的底部设置放液阀门Ⅱ。6.如权利要求1所述的真三轴加砂压裂试验机，其特征在于：所述活塞片挡板Ⅰ和所述活塞片挡板Ⅱ将所述活塞容器分为三个腔体。7.如权利要求6所述的真三轴加砂压裂试验机，其特征在于：所述活塞容器内设置活塞片Ⅰ和活塞片Ⅱ，两个活塞片可上下移动。8.如权利要求7所述的真三轴加砂压裂试验机，其特征在于：所述活塞片Ⅰ在所述活塞片挡板Ⅰ的上方，所述活塞片Ⅱ在所述活塞片挡板Ⅱ的上方。9.如权利要求6所述的真三轴加砂压裂试验机，其特征在于：所述活塞容器的上部腔体通过管线与所述井下岩心连接，管线上安装开关阀门Ⅴ；所述活塞容器的中部腔体通过管线与所述井下岩心连接，管线上安装开关阀门Ⅵ；所述活塞容器的下部腔体通过管线与水槽连接。10.一种真三轴加砂压裂试验方法，使用权利要求1-9中任一项所述的真三轴加砂压裂试验机，其按照先后顺序包括以下步骤：步骤一：关闭所有的开关阀门和放液阀门，将压裂液和支撑剂按一定比例注入到压裂液容器Ⅱ中，设定搅拌时间，并启动搅拌机构进行搅拌，形成均匀的携砂压裂液；先打开开关阀门Ⅲ和开关阀门Ⅳ，再打开高压...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯冰，郭小锋，谭鹏，张儒鑫，陈勉，金衍，林伯韬，卢运虎，周舟，
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