井下岩心的水力压裂物理模拟方法技术

本发明专利技术涉及一种井下岩心的水力压裂物理模拟方法，包括以下步骤：根据不同的完井井型将井下岩心加工成不同岩层倾角的圆柱体；在井下岩心上端面的中心部位开设注射槽；将辅助垫片、井下岩心和模拟井筒按从下到上的顺序依次摆放，并置于试件模具中；向试件模具中浇注配制好的包覆材料，制得井下岩心压裂试件；将井下岩心压裂试件放置在真三轴水力压裂试验机上，开展井下岩心的水力压裂物理模拟试验，试验结束后观察水力压裂扩展情况。该模拟方法使用了新型的真三轴水力压裂试验机，在整个压裂过程中，依次注入前置压裂液、携砂压裂液和替置压裂液，符合实际压裂情况，为形成最佳网络裂缝的泵注程序设计和准确认识水力裂缝垂向扩展形态奠定了基础。

Physical simulation method of hydraulic fracturing in underground core

Hydraulic fracturing physical simulation method of the present invention relates to a downhole core, which comprises the following steps: according to the different types of completion will the core processing into different obliquity of cylinder; the center end in the underground on the core open slot injection; the auxiliary gasket, the core shaft by simulation and from the bottom to the top of the order placed and, in the specimen mold; casting mould to test preparation of coating material good, made the core fracturing specimen; the underground core fracturing specimen placed in the three axle hydraulic fracturing test machine, hydraulic fracturing physical simulation experiment of downhole cores, observation of hydraulic fracturing test after expansion. The simulation method using three axle hydraulic fracturing testing machine of the utility model in the process of fracturing, injected into the pre fracturing fluid, fracturing fluid and replacing sand fracturing fluid, fracturing in line with the actual situation, for the pumping program design form the best network cracks and accurate understanding of hydraulic fracture vertical to lay the foundation for expanding form.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于油气藏开发
，具体涉及一种井下岩心的水力压裂物理模拟方法。
技术介绍
由于非常规油气藏具有低孔低渗的地质特征，所以水力压裂技术成为高效开发此类油气藏的重要手段。通过大规模水力压裂作业，可在储层中形成复杂的、具有高导流能力的裂缝形态，进而增大储层油气的泄流体积和减少储层流体的油气运移阻力。采用物理模拟方法研究水力裂缝的起裂和扩展行为是认识实际储层压裂特征和指导现场施工的重要途径，现有的模拟方法主要有数值模拟和室内实验两种方式。由于真实岩石的非均质性和各向异性显著，如天然裂缝和层理发育的页岩、煤岩等，数值模拟方法的简化数学模型会影响模拟结果精度，造成一定程度的误差，因此作为最直观有效的室内水力压裂物理模拟试验便成为一种不可或缺的研究手段，也是目前科研学者广泛采用的模拟方法。但是室内模拟试验中的岩心试件多采用人造岩心或露头岩石，与井下岩心相比，其力学性质和裂缝特征都具有显著差别，无法准确反映岩石的破裂形态。另外，由于井下岩心在取芯过程中受到钻井液的浸泡后，力学强度低、易破碎，难以采用常规的模拟方法进行试验。申请公布号为CN104034563A的专利技术专利公开了一种节理性页岩人造岩心的制备方法，通过不同配比的水泥、石英砂、麦片和碎纸片模拟不同天然裂缝密度的层状页岩，层间界面差异通过涂抹不同配比的润滑油实现。该方法只能模拟随机分布的天然裂缝，而且天然裂缝的胶结强度和力学性质与井下岩心相比存在很大差异。申请公布号为CN105334090A的专利技术专利公开了一种含煤产层组压裂物模试样的制备方法，物模试件采用不同岩性的露头岩石粘固而成，模拟煤系地层中不同产层组的组合压裂行为。该方法较好地反映了真实岩心的岩石力学特性和裂缝发育特征，但是采用人工胶粘固不同岩心的方式处理岩性分界面，往往无法准确模拟实际储层的层间界面性质。因此，为了准确认识水力裂缝在实际储层中的扩展形态，为现场水力压裂施工提供基础数据和理论参考，急需开发一种井下岩心的水力压裂物理模拟试验方法。
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井下岩心的水力压裂物理模拟方法，按照先后顺序包括以下步骤：步骤一：制作模拟井筒、辅助垫片和试件模具，根据不同的完井井型将井下岩心加工成不同岩层倾角的圆柱体；步骤二：在井下岩心的外侧包覆隔水薄膜，并在井下岩心上端面的中心部位开设注射槽；步骤三：将辅助垫片、井下岩心和模拟井筒按从下到上的顺序依次摆放，并置于试件模具中；步骤四：向试件模具中浇注配制好的包覆材料，包覆材料在辅助垫片、井下岩心和模拟井筒的外侧形成包覆层，将试件模具拆卸下来，即可得到井下岩心压裂试件；步骤五：将井下岩心压裂试件放置在真三轴水力压裂试验机上，开展井下岩心的水力压裂物理模拟试验，试验结束后观察水力压裂的起裂特征和扩展形态。本专利技术的目的在于提供一种采用井下岩心模拟常规储层和页岩气、煤层气、致密气等非常规油气藏不同井型的水力压裂方法，该方法可以准确模拟水力裂缝与储层天然裂缝及层理面的交叉作用机理，更加真实地反映水力裂缝的穿层行为与岩层倾角的关系，可为现场水力压裂测试提供基础数据和理论支撑，试验操作简单、方便快捷。优选的是，步骤一中，不同的完井井型为直井、定向井、水平井中的任一种。在上述任一方案中优选的是，步骤一中，井下岩心为均质井下岩心或层状非均质井下岩心。所述井下岩心为地下几千米以下的真实岩心。在上述任一方案中优选的是，根据直井井型加工井下岩心，其岩层倾角为0°。在上述任一方案中优选的是，根据定向井井型加工井下岩心，其岩层倾角大于0°且小于90°。在上述任一方案中优选的是，根据水平井井型加工井下岩心，其岩层倾角为90°。井下岩心加工过程根据模拟的完井井型分为直井、定向井或水平井。根据完井井型不同，井下岩心加工过程中的处理方式也不同。对于层状井下岩心而言，需要准确切割获得层理面与水平面夹角，即岩层倾角，该夹角大小与井斜角保持一致，取值范围为0-90°，对于直井井型加工所得的岩层倾角为0°，对于水平井井型加工所得的岩层倾角为90°，对于任意井斜角大小的定向井井型加工所得的岩层倾角与井斜角相等。对于均质井下岩心而言，不发育层理面，岩心加工过程无需考虑岩层倾角问题，正常切割加工即可。井下岩心的整个切割和加工过程都采用液氮作为循环介质或采用干法切割，不能采用水作为循环介质，以防止井下岩心与水发生膨胀或者掉块。在上述任一方案中优选的是，步骤一中，制作的模拟井筒为直井井筒，其长度为10-15cm、外径为1.4-1.6cm、内径为0.5-0.8cm。在上述任一方案中优选的是，步骤一中，制作的辅助垫片为木质材料，辅助垫片的高度、模拟井筒的长度和井下岩心的高度三者之和等于井下岩心压裂试件的高度。辅助垫片用于保证井下岩心平稳放置，且保证井下岩心处于压裂试件的中心。也可以不需要辅助垫片，只要能够保证井下岩心位于压裂试件的中心即可。在上述任一方案中优选的是，步骤一中，制作的试件模具为不锈钢材料，其形状为立方体，立方体边长为30-50cm。在上述任一方案中优选的是，步骤一中，将井下岩心加工成圆柱体形状，其高度为10-20cm、直径为10-15cm。在上述任一方案中优选的是，步骤二中，在井下岩心的外侧包覆1-3层隔水薄膜，防止后期采用包覆层包裹时井下岩心遇水膨胀软化。在上述任一方案中优选的是，所述隔水薄膜为塑料和/或铝箔。在上述任一方案中优选的是，步骤二中，所述注射槽由两个矩形平面和两个三角形平面形成。在上述任一方案中优选的是，所述两个矩形平面分别从井下岩心的上端面向下倾斜，并在井下岩心内部形成一条直线。在上述任一方案中优选的是，所述两个三角形平面分别位于注射槽的两端，形成注射槽的两个侧面。所述注射槽也可以由两个矩形平面和两个梯形平面形成，两个梯形平面位于注射槽的两端，形成注射槽的两个侧面，此时注射槽的底部也为矩形平面。在上述任一方案中优选的是，所述注射槽的长度为9.9-14.9cm、深度为0.2-0.3cm，槽口宽度为0.6-1.0cm。在井下岩心的上端面中心设置注射槽，以保证压裂过程中，裂缝沿着该注射槽初始起裂并扩展。槽口宽度需根据模拟井筒内径尺寸设计，原则为槽口宽度比模拟井筒内径大0.1-0.2cm。在上述任一方案中优选的是，步骤三中，所述模拟井筒的下端位于所述井下岩心上端面的注射槽的中心位置。在上述任一方案中优选的是，步骤四中，所述包覆层由水泥、石英砂、粘土和石膏粉制备而成，该四种物质的体积配比为3-6:3-7:0.5-1.5:0.3-1.5。具体配比根据井下岩心的岩石力学参数大小而定，需保证包覆层与井下岩心的岩石力学性质相同或者相近。在上述任一方案中优选的是，所述包覆层还包括麦片、碎纸片和水，该三种物质的添加量占包覆层总质量的百分比分别为0.1-0.3%、0.05-0.15%和10-30%。具体配比根据井下岩心的岩石力学参数大小而定，需保证包覆层与井下岩心的岩石力学性质相同或者相近。在上述任一方案中优选的是，所述包覆层的制备方法包括以下步骤：A、将水泥、石英砂、粘土和石膏粉进行混合搅拌；B、向步骤A中的混合物中加入少量麦片、碎纸片，再加入水搅拌均匀；C、将步骤B中的混合物浇注到试件模具中，混合物包裹在模拟井筒、井下岩心和辅助垫片的外侧，形成本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种井下岩心的水力压裂物理模拟方法，按照先后顺序包括以下步骤：步骤一：制作模拟井筒、辅助垫片和试件模具，根据不同的完井井型将井下岩心加工成不同岩层倾角的圆柱体；步骤二：在井下岩心的外侧包覆隔水薄膜，并在井下岩心上端面的中心部位开设注射槽；步骤三：将辅助垫片、井下岩心和模拟井筒按从下到上的顺序依次摆放，并置于试件模具中；步骤四：向试件模具中浇注配制好的包覆材料，包覆材料在辅助垫片、井下岩心和模拟井筒的外侧形成包覆层，将试件模具拆卸下来，即可得到井下岩心压裂试件；步骤五：将井下岩心压裂试件放置在真三轴水力压裂试验机上，开展井下岩心的水力压裂物理模拟试验，试验结束后观察水力压裂的起裂特征和扩展形态。

【技术特征摘要】
1.一种井下岩心的水力压裂物理模拟方法，按照先后顺序包括以下步骤：步骤一：制作模拟井筒、辅助垫片和试件模具，根据不同的完井井型将井下岩心加工成不同岩层倾角的圆柱体；步骤二：在井下岩心的外侧包覆隔水薄膜，并在井下岩心上端面的中心部位开设注射槽；步骤三：将辅助垫片、井下岩心和模拟井筒按从下到上的顺序依次摆放，并置于试件模具中；步骤四：向试件模具中浇注配制好的包覆材料，包覆材料在辅助垫片、井下岩心和模拟井筒的外侧形成包覆层，将试件模具拆卸下来，即可得到井下岩心压裂试件；步骤五：将井下岩心压裂试件放置在真三轴水力压裂试验机上，开展井下岩心的水力压裂物理模拟试验，试验结束后观察水力压裂的起裂特征和扩展形态。2.如权利要求1所述的井下岩心的水力压裂物理模拟方法，其特征在于：步骤一中，不同的完井井型为直井、定向井、水平井中的任一种。3.如权利要求1所述的井下岩心的水力压裂物理模拟方法，其特征在于：步骤一中，井下岩心为均质井下岩心或层状非均质井下岩心。4.如权利要求2所述的井下岩心的水力压裂物理模拟方法，其特征在于：根据直井井型加工...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯冰，谭鹏，郭小锋，张儒鑫，金衍，陈勉，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