一种基于应力路径的水力压裂试验方法技术

本发明专利技术的基于应力路径的水力压裂试验方法能够模拟页岩不同结构面倾角、不同三向应力状态及不同的扰动荷载下的水力压裂过程，压裂试件及整体试验过程与原位压裂页岩储层具有典型相似性。根据不用应力路径的试验设计，在依据地质深度设定的不同级别的荷载应力状态下做单向增压降压、双向增压降压扰动压裂试验。本发明专利技术真三轴状态扰动荷载作用下的页岩压裂过程和破裂特征，为了解和掌握附加应力场影响下页岩体积压裂效果研究奠定了基础，同时能为现场多级多井压裂提供理论与技术支持。

A hydraulic fracturing test method based on stress path

Should the hydraulic fracturing stress path test method can simulate different obliquity, shale to three different stress state and different disturbance loads based on the hydraulic fracturing process of the invention, the specimen and the test of the whole process of fracturing and fracturing in situ shale reservoirs with typical similarity. According to the test design without stress path, we do unidirectional boosting and pressure reduction, two-way pressurization and pressure disturbance fracturing test according to the different level load stress state set at the depth of geology. The shale fracture process and fracture characteristics under the condition of three axis state disturbance load can provide a theoretical basis for understanding and grasping the effect of additional stress field on shale volume fracturing, and providing theoretical and technological support for on-site multi stage well fracturing.

【技术实现步骤摘要】
一种基于应力路径的水力压裂试验方法
本专利技术涉及页岩储层改造中的水力压裂增产
，具体涉及一种基于应力路径的水力压裂试验方法。
技术介绍
随着我国页岩气勘探开采力度逐渐加大，页岩储层的大规模体积压裂作为影响产能的核心科学技术，越来越多的得到重视。我国海陆相沉积页岩及页岩储层基质渗透率极低，页岩物性差异大，而且脆度比北美页岩低，这样就制约着压裂作业页岩储层立体缝网的形成，不能有效的形成页岩气流通道，达不到工业化开采的目的。针对以上问题，采用新的工艺和压裂手段势在必行。水平井分段多簇、多井同步或者脉冲法体积压裂是实现页岩储层有效改造的新型工艺。这些尚处于起步阶段的体积压裂新方法，在储层压裂过程中会对附近页岩体产生压力扰动，改变储层所处的地应力环境，目的是实现和控制压裂裂缝的形成和转向，达到有效立体缝网的形成。在新的压裂工艺上，大量学者通过对压裂储层应力场的叠加效应、水力压裂裂缝网络的密度及表面积、裂缝转向形成网状裂缝的力学条件等方面的研究，均指出扰动荷载作用对储层有效体积改造提高产能的重要性。但是，真实页岩储层受到构造应力、流体压力、重力、热应力等应力场的叠加作用，应力状况复杂多变本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于应力路径的水力压裂试验方法，其特征在于，所述方法包括：将天然岩石块切割成预设尺寸的立方体岩石块，在立方体岩石块外面包裹材料与天然岩石相似的混凝土，制作成压裂试件；在所述压裂试件中心钻出预设直径和深度的圆孔作为井筒，在所述井筒内安装压裂液注射管并密封固定，注射管底部与圆孔底部之间留有预设距离；根据岩体所处的原始地应力状态，设定真三轴状态三向载荷，对所述压裂试件进行真三轴状态三向荷载作用下水力压裂试验。

【技术特征摘要】
1.一种基于应力路径的水力压裂试验方法，其特征在于，所述方法包括：将天然岩石块切割成预设尺寸的立方体岩石块，在立方体岩石块外面包裹材料与天然岩石相似的混凝土，制作成压裂试件；在所述压裂试件中心钻出预设直径和深度的圆孔作为井筒，在所述井筒内安装压裂液注射管并密封固定，注射管底部与圆孔底部之间留有预设距离；根据岩体所处的原始地应力状态，设定真三轴状态三向载荷，对所述压裂试件进行真三轴状态三向荷载作用下水力压裂试验。2.根据权利要求1所述的基于应力路径的水力压裂试验方法，其特征在于，所述真三轴状态三向荷载作用下水力压裂试验包括真三轴状态三向恒定荷载作用下水力压裂试验，所述真三轴状态三向恒定荷载作用下水力压裂试验包括：根据岩体所处的原始地应力状态，设定真三轴状态三向载荷：第一水平载荷、第二水平载荷、以及垂向载荷的最大值；对所述压裂试件施加真三轴状态三向载荷的最大值并保持不变，同时用压裂液注射管以预设速率向井筒内注入压裂液，直至试件破裂；记录试验过程数据，包括试件起裂时井筒中的注射压力Pi、试件被压裂破坏时的注射压力Pf，以及试验开始至试件起裂所需的时间Ti和试验开始至试件破裂所需的时间Tf。3.根据权利要求1所述的基于应力路径的水力压裂试验方法，其特征在于，所述真三轴状态三向荷载作用下水力压裂试验包括真三轴状态单向增压扰动荷载作用下水力压裂试验，所述真三轴状态单向增压扰动荷载作用下水力压裂试验包括：根据岩体所处的原始地应力状态，设定真三轴状态三向载荷：垂向载荷、第一水平载荷和第二水平载荷的最大值，以及注射管向井筒的注射压力的初始值；对所述压裂试件施加第一水平载荷、垂向载荷的最大值并保持不变，利用注射管以注射压力的初始值向井筒内注入压裂液，同时对所述压裂试件施加第二水平载荷，将第二水平载荷按照预设阶梯值从0逐级增大至第二水平载荷的最大值，每级预设阶梯值相同或不同，每级载荷保持预设时间段，测试试件是否破裂，如果试件破裂则试验结束；如果试件未破裂，则将注射管向井筒的注射压力从初始值增加至第一预设压力并保持不变，同时进行以下第一卸载加载操作：将第二水平载荷由最大值直接卸载至预设值，然后再按照预设阶梯值逐级增大至第二水平载荷的最大值，每级预设阶梯值相同或不同，每级载荷保持预设时间段；测试试件是否破裂，如果试件破裂，则试验结束；如果试件未破裂，则将注射管向井筒的注射压力由第一预设压力增加至第二预设压力，同时进行所述第一卸载加载操作，测试试件是否破裂，如果试件破裂，则试验结束；如果试件未破裂，则将注射管向井筒的注射压力继续增大并保持预设时间段，同时进行所述第一卸载加载操作，直至试件破裂；记录试验过程数据，包括试件起裂时井筒中的注射压力Pi、试件被压裂破坏时的注射压力Pf，以及试验开始至试件起裂所需的时间Ti和试验开始至试件破裂所需的时间Tf。4.根据权利要求1所述的基于应力路径的水力压裂试验方法，其特征在于，所述真三轴状态三向荷载作用下水力压裂试验包括真三轴状态单向降压扰动荷载作用下水力压裂试验，所述真三轴状态单向降压扰动荷载作用下水力压裂试验包括：根据岩体所处的原始地应力状态，设定真三轴状态三向载荷：垂向载荷，第一水平载荷和第二水平载荷的最大值，以及注射管向井筒的注射压力的初始值；对所述压裂试件施加第一水平载荷、垂向载荷的最大值并保持不变，利用注射管以注射压力的初始值向井筒内注入压裂液，同时对压裂试件施加第二水平载荷的最大值，将第二水平载荷按照预设阶梯值从最大值逐级降低至预设值，每级预设阶梯值相同或不同，每级载荷保持预设时间段，测试试件是否破裂，如果试件破裂则试验结束；如果试件未破裂，则将注射管向井筒的注射压力增加至第一预设压力并保持不变，同时进行以下第一加载卸载操作：将第二水平载荷再次加载至第二水平载荷的最大值，然后按照预设阶梯值逐级降低至预设值，每级预设阶梯值相同或不同，每级载荷保持预设时间段；测试试件是否破裂，如果试件破裂则试验结束；如果试件未破裂，则将注射管向井筒的注射压力增加至第二预设压力并保持不变，同时进行所述第一加载卸载操作，测试试件是否破裂，如果试件破裂，则试验结束；如果试件未破裂，则将注射管向井筒的注射压力继续增大并保持预设时间段，同时进行所述第一加载卸载操作，直至试件破裂；记录试验过程数据，包括试件起裂时井筒中的注射压力Pi、试件被压裂破坏时的注射压力Pf，以及试验开始至试件起裂所需的时间Ti和试验开始至试件破裂所需的时间Tf。5.根据权利要求1所述的基于应力路径的水力压裂试验方法，其特征在于，所述真三轴状态三向荷载作用下水力压裂试验包括真三轴状态双向增压扰动荷载作用下水力压裂试验，所述真三轴状态双向增压扰动荷载作用下水力压裂试验包括：根据岩体所处的原始地应力状态，设定真三轴状态三向载荷：垂向载荷、第一水平载荷和第二水平载荷的最大值，以及注射管向井筒的注射压力的初始值；对所述压裂试件施加垂向载荷的最大值并保持不变；利用注射管以注射压力的初始值向井筒内注入压裂液；并对压裂试件施加第二水平载荷，将第二水平载荷按照预设阶梯值从0逐级增大至第二水平载荷的最大值，每级预设阶梯值相同或不同，每级载荷保持预设时间段；同时对压裂试件施加第一水平载荷，将第一水平载荷按照预设阶梯值从0逐级增大至第一水平载荷的最大值，每级预设阶梯值相同或不同，每级载荷保持预设时间段；测试试件是否破裂，如果试件破裂则试验结束；如果试件未破裂，则将注射管向井筒的注射压力增加至第一预设压力并保持不变，并进行以下第一卸载加载操作：将第二水平载荷由最大值直接卸载至预设值，然后再按照预设阶梯值逐级增大至第二水平载荷的最大值，每级预设阶梯值相同或不同，每级载荷保持预设时间段...

【专利技术属性】
技术研发人员：王洪建，赵菲，陈世仲，黄志全，董金玉，于怀昌，袁广祥，姚亚明，吴琦，
申请(专利权)人：华北水利水电大学，
类型：发明
国别省市：河南,41