一种可实现深层页岩多尺度水压裂缝动态监测的实验方法技术

本发明专利技术公开一种可实现深层页岩多尺度水压裂缝动态监测的实验方法，应用于页岩水力压裂开发技术领域，本发明专利技术的方法具体包括深层页岩水力压裂过程中多尺度裂缝开启次序、裂缝扩展方向及裂缝扩展高度监测，本发明专利技术的方法可以实现在模拟深部地层三向应力条件下，通过确定试样参数(水泥石配方、层理数量、天然裂缝数量等)及水力压裂参数(泵压排量、射孔布置等)进行室内水力压裂模拟，获得水力压裂过程中多尺度裂缝开启次序、裂缝扩展走向、裂缝扩展高度的监测数据，并与泵压曲线、试样剖切特征、电镜扫描特征同步对比分析，为深层页岩水力压裂优化设计提供技术支持。化设计提供技术支持。化设计提供技术支持。

【技术实现步骤摘要】
一种可实现深层页岩多尺度水压裂缝动态监测的实验方法


[0001]本专利技术属于页岩水力压裂开发
，特别涉及一种室内深层页岩水力压裂实验技术。

技术介绍

[0002]我国页岩气有利区的技术可采资源量高达21.8万亿m3，目前探明率仅4.79％，资源潜力巨大。涪陵、威远、长宁等区块已经实现了深度小于3500m的中浅层页岩气的商业开发，但深层(深度大于3500m)页岩气资源量仍然巨大，目前在丁山、南川、永川和焦石外围区块深层页岩的勘探开发工作已逐步开展。深层页岩压裂，主要借鉴中浅层的模式及参数，最终主要形成了单一的裂缝形态，即主裂缝占据主导，分支缝及其它微裂隙等多尺度裂缝占比很小或几乎没有形成。随着地层深度的增加，三向应力增加，各种高角度天然裂缝及水平层理缝/纹理缝的原始缝宽窄，破裂难度大幅度增加，开发难度也大幅度增加，因此要实现压裂形成多尺度裂缝，研究多尺度裂缝开启次序、扩展裂缝走向及裂缝扩展高度，具有重要意义，可以对深层页岩压裂技术改造、优化压裂施工参数、支撑剂选型配比、压后反排等提供解决方案。

技术实现思路

[0003]为解决上述技术问题，本专利技术提出一种实现室内深层页岩多尺度裂缝动态全过程的实验方法。
[0004]本专利技术采用的技术方案为：一种实现室内深层页岩多尺度裂缝动态全过程的实验方法，包括：
[0005]S1、制备试样；
[0006]S2、在试样中布置电阻应变片；
[0007]S3、对经步骤S2处理后的试样进行水力压裂试验，得到泵压数据、声发射数据和应变数据；
[0008]S4、对得到的泵压数据、声发射数据和应变数据进行整理，剔除无效数据后，绘制时间-应变曲线图、时间-泵压、时间-声发射累计计数曲线图；
[0009]S5、以时间为主线，观察泵压—时间曲线图，当曲线产生一个波动时，定位泵压曲线波动区域的时间段，同时观察所有电阻应变片的应变数据图，找到该时间段内应变数据变化的电阻应变片，确定水力裂缝位置；
[0010]步骤S5还包括：分析该电阻应变片的变化程度，若变化为正，表明该电阻应变片位置受到拉应力，若变化为负，表明该电阻应变片位置受到压应力；将该电阻应变片的位置与声发射三维定位图进行对比，确定水力裂缝位置，判断起裂位置是人工预制裂缝或是试样起裂。
[0011]S6、通过重复步骤S5得到的不同时间下水力裂缝的位置，得到水力裂缝的扩展路径；
[0012]S7、根据步骤S6得到的水力裂缝的扩展路径及时间上的先后次序与井筒位置及预制人工裂缝的位置进行对比分析，得到水力裂缝的主缝及多尺度裂缝的开启次序；
[0013]S8、对步骤S5、S6中得到的应变数据变化的电阻应变片的应变数据保持观察，直至其数据稳定或电阻应变片受到破坏无数据，从而确定其水力裂缝缝宽；
[0014]步骤S8具体为：若该电阻应变片受到拉应力且周边电阻应变片无同样变化，则该应变程度为其水力裂缝缝宽；若该电阻应变片受到压应力且周边电阻应变片与其变化相同，则二者应变相加则为其水力裂缝缝宽；若该电阻应变片受到拉应力且周边电阻应变片变化相反，则二者应变相减则为其水力裂缝缝宽。
[0015]S9、确定裂缝高度。
[0016]步骤S9具体为：若是某裂缝的Z方向上某两分层的所有应变数据变化程度均较小(
±
5με)，同时声发射三维定位图在该分层并未监测到信号，说明裂缝高度位于上下两个层面之间，如果初始试样纵向分层越多，则对缝高的监测精度也越高。
[0017]本专利技术的有益效果：采用本专利技术的方法可以实现在模拟深部地层三向应力条件下，通过确定试样参数(试样性质、分层数量、天然裂缝数量等)及水力压裂参数(泵压排量、射孔布置等)进行室内水力压裂模拟，获得水力压裂过程中多尺度裂缝开启次序、裂缝扩展走向、裂缝扩展高度的监测数据，并与泵压曲线、试样剖切特征、电镜扫描特征同步对比分析，为深层页岩水力压裂提供了技术支持；并且本专利技术采用在人工试样中分层布置电阻应变片的实验方式，具备设计简单，操作方便的优点。
附图说明
[0018]图1是水力压裂时多尺度裂缝开启及走向示意图。
[0019]图2是预测法布置电阻应变片示意图。
[0020]图3是矩阵法布置电阻应变片示意图。
[0021]图4是二分法布置电阻应变片示意图。
[0022]图5是水力压裂试验示意图。
[0023]图6是水力裂缝缝宽示意图；
[0024]其中，图6(a)为电阻应变片受拉应力情况，图6(b)为电阻应变片受压应力情况，图6(c)为电阻应变片受拉应力、压应力情况。
具体实施方式
[0025]为便于本领域技术人员理解本专利技术的
技术实现思路
，下面结合附图对本
技术实现思路
进一步阐释。
[0026]如图1所示为水力压裂时多尺度裂缝开启及走向示意图。本专利技术的犯法包括以下技术步骤：
[0027]第一部分是试样制备。
[0028]为实现室内深层页岩水力压裂中多尺度裂缝动态过程的实验方法，具体包括室内深层页岩水力压裂过程中多尺度裂缝的开启次序、裂缝扩展方向及裂缝扩展高度监测的新方法，本次选择人工试样作为实验对象。人工试样的制备的原料选择PC52.5R复合硅酸盐水泥和40-80目石英砂进行制备，水泥：石英砂：水的质量配比为1:1：0.5。
[0029]人工试样的尺寸为300mm
×
300mm
×
300mm或500mm
×
500mm
×
500mm的立方体试样，采用分层浇筑的方法制作试样层理面，每层高为试样高度的1/5或1/4或1/3或1/2，分层浇筑时，可根据真实页岩层理面进行浇筑，如制作不同层理面角度的人工试样。为模拟真实层理面性质，可通过分层浇筑的时间不同改变新旧水泥间胶结性质或在层理面间铺洒重晶石粉模拟真实层理面。
[0030]为更加准确地模拟深层页岩真实情况，模拟水力压裂时多尺度裂缝的开启与贯通，在分层制备人工试样时，采用燕麦片模拟真实储层中的微裂缝，A4纸片模拟真实储层中的中等裂缝，硬纸板片模拟真实储层中的粗大裂缝，可随机分布在试样内部或与试样呈不同角度分布在试样间，记录预制人工裂缝的空间位置。
[0031]在人工试样的中心进行井筒的预埋，预埋前对井筒出水口可用面团或纸板进行封堵，防止水泥浆的灌入，堵塞井筒。预埋时要保证井筒的位置合理，记录井筒位置。
[0032]还可以通过改变试样参数，包括：试样性质、分层数量、天然裂缝数量等，制备不同的试样。
[0033]第二部分是电阻应变片的布置。
[0034]为实现对深层页岩水力压裂过程中多尺度裂缝开启次序、裂缝扩展方向及裂缝扩展高度的监测，在人工试样的分层上进行高精度电阻应变片的布置，其中电阻应变片的布置位置可以参照以下三种方法。
[0035]1、预测法。
[0036]如图2所示，根据井筒位置、加载应力分布及人工预制裂缝的位置，预测裂缝的起裂位置及扩展方向，在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种实现室内深层页岩多尺度水压裂缝动态监测的实验方法，其特征在于，包括：S1、制备试样；S2、在试样中布置电阻应变片；S3、对经步骤S2处理后的试样进行水力压裂试验，得到泵压数据、声发射数据和应变数据；S4、对得到的泵压数据、声发射数据和应变数据进行整理，剔除无效数据后，绘制时间-应变曲线图、时间-泵压、时间-声发射累计计数曲线图；S5、以时间为主线，观察泵压—时间曲线图，当曲线产生一个波动时，定位泵压曲线波动区域的时间段，同时观察所有电阻应变片的时间-应变曲线图，找到该时间段内应变数据变化的电阻应变片，结合时间-声发射累计计数曲线图确定水力裂缝位置；S6、通过重复步骤S5得到的不同时间下水力裂缝的位置，得到水力裂缝的扩展路径；S7、根据步骤S6得到的水力裂缝的扩展路径及时间上的先后次序与井筒位置及预制人工裂缝的位置进行对比分析，得到水力裂缝的主缝及多尺度裂缝的开启次序；S8、对步骤S5、S6中得到的应变数据变化的电阻应变片的应变数据保持观察，直至其数据稳定或电阻应变片受到破坏无数据，从而确定其水力裂缝缝宽；S9、确定裂缝高度。2.根据权利要求1所述的一种实现室内深层页岩多尺度裂缝动态全过程的实验方法，其特征在于，步骤S5还包括：分析应变数据变化的电阻应变片的变化程度，若电阻应变片的时间-应变曲线图变化为正，表明该电阻应变片位置受到拉应力，若电阻应变片的时间-应变曲线图变化为负，表明该电阻应变片位置受到压应力。3.根据权利要求2所述的一种实现室内深层页岩多尺度裂缝动态全过程的实验方法，其特征在于，步骤S8具体为：若该电阻应变片受到拉应力且周边电阻应变片无同样变化，则该应变程度为其水力裂缝缝宽；若该电阻应变片受到压应力且周边电阻应变片与其变化相同，则二者应变相加则为其水力裂缝缝宽；若该电阻应变片受到拉应力且周边电阻应变片变化相反，则二者应变相加则为其水力裂缝缝宽。4.根据权利要求1所述的一种实现室内深层页岩多尺度裂缝动态全过程的实验方法，其特征在于，步骤S9具体为：若是某裂缝的Z方向上某两分层的所有应变数据变化程度均较小，声发射三维定位图在该分层并未...

【专利技术属性】
技术研发人员：常鑫，郭武豪，毕振辉，郭印同，周俊，张晓宇，李奎东，肖佳林，
申请(专利权)人：中国科学院武汉岩土力学研究所，
类型：发明
国别省市：