一种三维多层多井压裂支撑裂缝实时监测实验系统与方法技术方案

本发明专利技术公开了一种三维多层多井压裂支撑裂缝实时监测实验系统与方法，其中实验系统包括：岩心试件、岩心夹持装置、全三维多层应力加载装置、压裂泵注装置、裂缝扩展实时监测装置和控制装置。本发明专利技术公开提供了一种三维多层多井压裂支撑裂缝实时监测实验系统与方法，在施加三向应力、且水平两个方向为分层应力条件下，包含多个井筒的岩心试件模拟水力压裂、加砂支撑，通过对压裂裂缝起裂及扩展过程裂缝诱导应力实时、定量监测与后期解释，实现三维多层多井压裂支撑裂缝起裂及扩展过程定量化描述，并可获得支撑剂在裂缝内的铺置状态。

A real time monitoring system and method for fracturing of three dimensional and multi well fracturing

The invention discloses a three-dimensional multi-well fracturing support fracture real-time monitoring experimental system and method, in which the experimental system includes core specimen, core clamping device, full three-dimensional multi-layer stress loading device, fracturing pump injection device, fracture propagation real-time monitoring device and control device. The invention discloses a three-dimensional multi-well fracturing support fracture real-time monitoring experimental system and method. Under the condition of applying three-dimensional stress and layering stress in two horizontal directions, a core sample containing multiple wellbores simulates hydraulic fracturing and sand-adding support, and induces fractures during fracturing initiation and propagation. Stress real-time, quantitative monitoring and post-interpretation can realize the quantitative description of the initiation and propagation process of 3D multi-layer and multi-well fracturing propping fractures, and the laying state of proppant in fractures can be obtained.

【技术实现步骤摘要】
一种三维多层多井压裂支撑裂缝实时监测实验系统与方法
本专利技术涉及油气藏压裂改造
，更具体的说是涉及一种三维多层多井压裂支撑裂缝实时监测实验系统与方法。
技术介绍
水力压裂技术目前已成为低渗透致密储层开发中的核心技术，煤层气开采的重要技术。通过水力压裂压开岩石沟通天然裂缝，并以支撑剂将裂缝支撑，产生高渗透路径，达到增产的目的。如何实现储层改造体积的最大化，是制约当前低渗透致密储层高效开发的技术难题，然而其关键在于如何确定原始地应力条件下裂缝起裂、扩展规律以及真实裂缝条件下支撑剂的铺置形态。当前有关裂缝起裂、扩展规律室内实验大多应用岩石三轴试验机开展，岩样通过三向应力加载后，通过恒压恒速泵泵注高压染色液体，岩样表面事先放置声发射监测装置，通过监测压裂过程中的声发射事件半定性评价裂缝扩展过程，后期将岩样剖开观察染色情况确定裂缝形态。上述实验存在以下不足：1、目前大多采用的真三轴压裂装置，三向应力加载方式，未涉及多层；2、裂缝监测手段采用声发射，该方式仅能半定性评价裂缝形成过程，不能定量评价诱导应力；3、目前仅能在Z方向采用单一直井，不能实现多井/复杂井型模拟；4、仅使用单一压裂液体进行压裂，不能评价支撑剂在裂缝中的铺置情况。因此，基于以上不足，开发一种三维多层多井压裂支撑裂缝实时监测实验系统与实验方法是本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种三维多层多井压裂支撑裂缝实时监测实验系统与方法，通过对压裂裂缝起裂及扩展过程中裂缝诱导应力实时、定量监测与后期解释，实现三维多层多井压裂支撑裂缝起裂及扩展过程定量化描述，有效解决了现有技术中的问题。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种三维多层多井压裂支撑裂缝实时监测实验系统，包括：岩心试件、岩心夹持装置、全三维多层应力加载装置、压裂泵注装置、裂缝扩展实时监测装置和控制装置；其中，岩心试件上预制有多个井筒；所述岩心试件在X方向、Y方向和Z方向均设置有压板，其中，X方向和Y方向上安装有多个压板；且各个压板均通过液压缸与所述全三维多层应力加载装置连接；所述岩心夹持装置夹持所述岩心试件；所述全三维多层应力加载装置与所述岩心试件相连，为所述岩心试件加载三维多层应力；所述压裂泵注系统与所述井筒连接，为所述井筒提供压裂液；所述裂缝扩展实时监测装置安装于所述岩心试件上，实时监测应力/应变信息，并通过数据采集模块将监测应力/应变信息发送给所述控制装置；所述全三维多层压力加载装置、所述压裂泵注装置、所述数据采集模块均与所述控制装置电连接；所述控制装置控制所述全三维多层压力加载装置和所述压裂泵注装置的启停，并记录、分析接收到的各种信息。优选的，所述岩心夹持装置包括：外腔体，所述岩心试件设置在外腔体内；所述外腔体的顶部通过上法兰压板固定，所述外腔体的底部通过下法兰压板固定；所述外腔体的周围通过拉杆穿过所述上法兰压板和所述下法兰压板进行固定；其中，所述上法兰压板预留有与所述井筒匹配的压裂注入口；所述下法兰压板预留有与所述液压缸连通的注入口；且所述下法兰压板顶部还铺设有定位板。优选的，所述全三维多层应力加载装置包括：通过第二管路和所述注入口与所述液压缸相连的电动加压泵和第二储液容器；其中，所述第二管路上且位于所述电动加压泵和所述液压缸之间还连通有三维应力加载系统泄压池；所述三维应力加载系统泄压池处设置有阀门；且所述电动加压泵与所述控制装置电连接。优选的，压裂泵注系统包括：通过第一管路与所述压裂注入口均连接的泵注装置泄压池和泵注分路；其中，所述泵注分路包括依次连接的第一储液容器、恒速恒压泵和中间活塞容器；其中，所述中间活塞容器包括：并列设置的第一中间活塞容器和第二中间活塞容器；所述第一中间活塞容器和所述第二中间活塞容器的输入端均通过阀门与所述恒速恒压泵连接，输出端均通过阀门与所述第一管路连通；且所述恒速恒压泵与所述控制装置电连接；所述泵注装置泄压池处设置有阀门。优选的，在所述第一管路上，且位于所述压裂注入口与所述第二中间活塞容器之间安装有压力传感器，所述压力传感器通过数据采集模块与所述控制装置电连接。优选的，所述岩心试件包括：人造岩心或天然岩心；所述人造岩心或所述天然岩心内预制有多个井筒；且所述人造岩心或天然岩心在X方向上等距安装有三个所述压板，Y方向上等距安装有三个所述压板，Z方向安装有一个所述压板，且每个压板均连接有液压缸，且每个所述液压缸均通过压力传感器和阀门与第二管路连通。优选的，所述恒速恒压泵靠近所述第一中间活塞容器和所述第二中间活塞容器的一侧安装有压力传感器。优选的，所述第一管路上，且位于所述井筒和所述第二中间活塞容器之间安装有压力传感器。优选的，所述裂缝扩展实时监测装置包括：应变花；所述应变花安装在岩心试件上，且所述应变花与所述控制装置电连接。一种三维多层多井压裂支撑裂缝实时监测实验方法，包括：S1：制作岩心试件；S2：将裂缝扩展实时监测装置贴合于岩心试件的测试点，之后将岩心试件置于岩心夹持装置内；S3：将岩心试件与全三维多层应力加载装置和压裂泵注装置进行管线连接；将全三维多层应力加载装置、压裂泵注装置和裂缝扩展实时监测装置分别与控制装置电连接；S4：根据预先设定好的三向应力值，启动全三维多层应力加载装置进行三向应力加载，加载完成后查看管线是否有渗漏；S5：启动裂缝扩展实时监测装置，对测试点处应力/应变情况进行数据采集；S6：启动压裂泵注装置，向岩心试件注入压裂液，开始压裂实验；在压裂实验过程中采集并记录注入压力、排量数据；将压裂液进入岩心试件后，将在岩体内部产生的裂缝延伸扩展，在裂缝延伸扩展中裂缝周围岩体受到裂缝内流体压力挤压产生诱导应力，裂缝扩展实时监测装置实时记录应力/应变数据；在注入过程中，在第一中间活塞容器和第二中间活塞容器中间进行切换，将混合均匀的携砂压裂液进行变排量注入，观察砂在裂缝中的铺置状态；S7：当岩心试件出液或注入压力长时间保持为0后，判断实验结束，保存采集到的各种数据，关闭压裂泵注装置，通过泵注装置泄压池进行泄压，取出岩心试件；S8：通过对采集到的诱导应力、注入压力、排量随时间的变化情况综合分析，得到裂缝延伸扩展过程中岩心试件某位置三轴方向诱导应力形成结果；并借助工业CT扫描对岩心试件压裂前后进行扫描，对压后岩心试件解剖进行综合分析。经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术公开提供了一种三维多层多井压裂支撑裂缝实时监测实验系统与方法，在施加三向应力、且水平两个方向为分层应力条件下，包含多个井筒的岩心试件模拟水力压裂、加砂支撑，通过对压裂裂缝起裂及扩展过程裂缝诱导应力实时、定量监测与后期解释，实现三维多层多井压裂支撑裂缝起裂及扩展过程定量化描述，并可获得支撑剂在裂缝内的铺置状态。本专利技术提供的实验系统和实验方法适用于砂岩、页岩等多种油气藏中定向井、水平井水力压裂裂缝扩展诱导应力实时、定量测试，并可实现不同水平应力差下的多层携砂压裂实验，为定量研究不同井型/多井筒、不同地应力差、不同排量、不同砂比下压裂裂缝起裂与扩展诱导应力提供实验支撑。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三维多层多井压裂支撑裂缝实时监测实验系统，其特征在于，包括：岩心试件(1)、岩心夹持装置(2)、全三维多层应力加载装置(3)、压裂泵注装置(4)、裂缝扩展实时监测装置(5)和控制装置(6)；其中，岩心试件(1)上预制有多个井筒(11)；所述岩心试件(1)在X方向、Y方向和Z方向均设置有压板(12)，其中，X方向和Y方向上安装有多个压板(12)；且各个压板(12)均通过液压缸(13)与所述全三维多层应力加载装置(3)连接；所述岩心夹持装置(2)夹持所述岩心试件(1)；所述全三维多层应力加载装置(3)与所述岩心试件(1)相连，为所述岩心试件(1)加载三维多层应力；所述压裂泵注系统(4)与所述井筒(11)连接，为所述井筒(11)提供压裂液；所述裂缝扩展实时监测装置(5)安装于所述岩心试件(1)上，实时监测应力/应变信息，并通过数据采集模块(9)将监测应力/应变信息发送给所述控制装置(6)；所述全三维多层压力加载装置(3)、所述压裂泵注装置(4)、所述数据采集模块(9)均与所述控制装置(6)电连接；所述控制装置(6)控制所述全三维多层压力加载装置(3)和所述压裂泵注装置(4)的启停，并记录、分析接收到的各种信息。...

【技术特征摘要】
1.一种三维多层多井压裂支撑裂缝实时监测实验系统，其特征在于，包括：岩心试件(1)、岩心夹持装置(2)、全三维多层应力加载装置(3)、压裂泵注装置(4)、裂缝扩展实时监测装置(5)和控制装置(6)；其中，岩心试件(1)上预制有多个井筒(11)；所述岩心试件(1)在X方向、Y方向和Z方向均设置有压板(12)，其中，X方向和Y方向上安装有多个压板(12)；且各个压板(12)均通过液压缸(13)与所述全三维多层应力加载装置(3)连接；所述岩心夹持装置(2)夹持所述岩心试件(1)；所述全三维多层应力加载装置(3)与所述岩心试件(1)相连，为所述岩心试件(1)加载三维多层应力；所述压裂泵注系统(4)与所述井筒(11)连接，为所述井筒(11)提供压裂液；所述裂缝扩展实时监测装置(5)安装于所述岩心试件(1)上，实时监测应力/应变信息，并通过数据采集模块(9)将监测应力/应变信息发送给所述控制装置(6)；所述全三维多层压力加载装置(3)、所述压裂泵注装置(4)、所述数据采集模块(9)均与所述控制装置(6)电连接；所述控制装置(6)控制所述全三维多层压力加载装置(3)和所述压裂泵注装置(4)的启停，并记录、分析接收到的各种信息。2.根据权利要求1所述的三维多层多井压裂支撑裂缝实时监测实验系统，其特征在于，所述岩心夹持装置(2)包括：外腔体(21)，所述岩心试件(1)设置在外腔体(21)内；所述外腔体(21)的顶部通过上法兰压板(221)固定，所述外腔体(21)的底部通过下法兰压板(222)固定；所述外腔体(21)的周围通过拉杆(23)穿过所述上法兰压板(221)和所述下法兰压板(222)进行固定；其中，所述上法兰压板(221)预留有与所述井筒(11)匹配的压裂注入口(24)；所述下法兰压板(222)预留有与所述液压缸(13)连通的注入口(25)；且所述下法兰压板(222)顶部还铺设有定位板(26)。3.根据权利要求2所述的三维多层多井压裂支撑裂缝实时监测实验系统，其特征在于，所述全三维多层应力加载装置(3)包括：通过第二管路(31)和所述注入口(25)与所述液压缸(13)相连的电动加压泵(32)和第二储液容器(33)；其中，所述第二管路(31)上且位于所述电动加压泵(32)和所述液压缸(13)之间还连通有三维应力加载系统泄压池(34)；所述三维应力加载系统泄压池(35)处设置有阀门(7)；且所述电动加压泵(32)与所述控制装置(6)电连接。4.根据权利要求3所述的三维多层多井压裂支撑裂缝实时监测实验系统，其特征在于，压裂泵注系统(4)包括：通过第一管路(41)与所述压裂注入口(24)均连接的泵注装置泄压池(42)和泵注分路；其中，所述泵注分路包括依次连接的第一储液容器(43)、恒速恒压泵(44)和中间活塞容器；其中，所述中间活塞容器包括：并列设置的第一中间活塞容器(45)和第二中间活塞容器(46)；所述第一中间活塞容器(45)和所述第二中间活塞容器(46)的输入端均通过阀门(7)与所述恒速恒压泵(44)连接，输出端均通过阀门(7)与所述第一管路(41)连通；且所述恒速恒压泵(44)与所述控制装置电连接；所述泵注装置泄压池处设置有阀门。5.根据权利要求4所述的三维多层多井压裂支撑裂缝实时监测实验系统，其特征在于，在所述第一管路(41)上，且位于所述压裂注入口(24)与所述第二中间活塞容器(46)之间安装有压力传感器(8)，所述压力传感器(8)通过数据采集模块(9)与所述控制装置(6)电...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟德利，杨英祥，
申请(专利权)人：东营市鼎晟宸宇油气科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37