一种组合式3D螺旋射孔模拟注入装置及模拟方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及的是一种组合式3D螺旋射孔模拟注入装置及模拟方法，其中组合式3D螺旋射孔模拟注入装置由接头部件、多个连接部件、多个射孔部件、尾部接头相互连通，且依次可拆卸连接形成；射孔部件包括本体、上盖、射孔球座和水溶性射孔，本体外壁具有球座孔，射孔球座设置于本体内，固定螺丝穿过上盖上的螺栓孔和螺栓连接块上的螺栓孔后，将射孔球座顶固住，射孔球座设置入水口，入水口与射孔部件上端的中心孔相通，水溶性射孔为尖端封闭的锥形壳体，水溶性射孔的根部插入从球座孔处祼露出来的射孔球座的孔洞中，水溶性射孔采用PVA聚乙烯醇水溶性材料制作。本发明专利技术能够灵活的调整射孔数量和射孔角度，实现各种3D射孔方式的模拟研究。

【技术实现步骤摘要】
一种组合式3D螺旋射孔模拟注入装置及模拟方法
本专利技术涉及的是岩石力学工程、石油工程、储层改造等领域中的一种模拟储层射孔的注入装置，具体涉及的是一种组合式3D螺旋射孔模拟注入装置及模拟方法。
技术介绍
目前，页岩油、致密油等非常规油气资源通常需要在储层中进行大规模水力压裂改造才能形成有效的产能，水力压裂的基础是依靠射孔弹在井筒周围形成的具有一定引导性的初始射孔。近年来，非常规储层水力压裂技术逐渐发展，射孔轴线和井筒轴线不垂直的3D射孔技术能够使储层产生更多的起裂裂缝，从而增加油气运移通道，提高了产量。因此，通过室内试验模拟分析不同射孔方式下的水力裂缝起裂延伸特征对压裂方案设计以及现场压裂施工具有重要的指导意义。目前，常规射孔水力压裂试验通常是在注入管上钻出射孔孔洞，并将滤纸卷塞入射孔孔洞内来模拟真实的射孔情况。随后，将注入管浇筑到人造岩芯中，以高压流体通过注入管，射孔处的岩石在高压流体作用下破裂，形成延伸裂缝。这样的实验方法存在4个方面的局限：（1）该方法只能模拟一般的二维射孔方式，即只能模拟射孔和井筒轴线垂直一种情况；（2）钻出射孔孔洞的注入管为消耗品，只能进行一次试验；（3）滤纸卷残留在人造岩石射孔处，对模拟结果的真实性产生极大的影响；（4）光滑的注入管和人造岩芯胶结较差，试验时高压流体容易沿着注入管和人造岩芯的胶结面滤失，造成试验失败。可见，目前射孔水力压裂试验中的射孔注入装置无法有效模拟水力裂缝在射孔处的起裂特征，也无法对3D射孔条件下的多裂缝起裂开展模拟分析。专利技术一种能够模拟3D螺旋射孔的注入装置是十分必要的，该装置能够用于研究射孔方式对裂缝起裂的控制作用，为现场压裂方案的制定提供指导。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种组合式3D螺旋射孔模拟注入装置，这种组合式3D螺旋射孔模拟注入装置用于解决目前常规射孔注入装置无法模拟真实射孔情况的问题，同时能够用于模拟分析3D螺旋射孔条件下的裂缝起裂特征；本专利技术的另一个目的是提供这种组合式3D螺旋射孔模拟注入装置的模拟方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：这种组合式3D螺旋射孔模拟注入装置包括接头部件、多个连接部件、多个射孔部件、尾部接头，接头部件上端有注入孔，下端有连接孔；连接部件、射孔部件上端均有中心孔，中心孔外设置密封圈，下端均有连接孔；尾部接头上端有中心孔，中心孔外设置密封圈，下端为封闭的，相邻两个射孔部件通过下一个射孔部件的密封圈连接上一个射孔部件的连接孔相连接，通过多个射孔部件设置射孔相位角，接头部件、多个连接部件、多个射孔部件、尾部接头相互连通，且依次可拆卸连接形成组合式3D螺旋射孔模拟注入装置；射孔部件包括本体、上盖、射孔球座和水溶性射孔，本体外壁具有球座孔，本体上端口内壁向内伸出3个螺栓连接块，每个螺栓连接块上设置螺栓孔，上盖具有3个螺栓孔，射孔球座设置于本体内，固定螺丝穿过上盖上的螺栓孔和螺栓连接块上的螺栓孔后，将射孔球座顶固住，射孔球座设置入水口，入水口与射孔部件上端的中心孔相通，水溶性射孔为尖端封闭的锥形壳体，水溶性射孔的根部插入从球座孔处祼露出来的射孔球座的孔洞中，水溶性射孔采用PVA聚乙烯醇水溶性材料，由3D打印机制作。上述方案中组合式3D螺旋射孔模拟注入装置浇筑到人造岩芯后，通过注入孔注入蒸馏水将水溶性射孔溶解，在人造岩芯内形成接近真实射孔条件的射孔孔洞。上述方案中接头部件与恒速恒压泵的注入管线连接，用于流体的注入。上述方案中射孔部件根据射孔方案安装不同角度的、不同孔数的射孔球座。上述方案中射孔球座为单孔射孔球座或三孔射孔球座，通过任意角度旋转射孔球座，来模拟不同的3D射孔情况。上述方案中接头部件、连接部件、射孔部件、尾部接头均具有外螺纹，增加和人造岩芯的胶结强度。上述组合式3D螺旋射孔模拟注入装置的模拟方法：（1）按设计好的试验方案，确定好接头部件、连接部件、射孔部件、尾部接头的数量以及3D射孔的角度；（2）将接头部件、连接部件、射孔部件、尾部接头通过上端密封圈和下端连接孔相互连接，完成组合式3D螺旋射孔模拟注入装置的组装；（3）将组合式3D螺旋射孔模拟注入装置安装到人造岩芯模具中，浇筑水泥砂浆，完成人造岩芯的制备；（4）向组合式3D螺旋射孔模拟注入装置中注入蒸馏水，将水溶性射孔溶解，在人造岩芯内形成射孔孔洞；（5）将包含组合式3D螺旋射孔模拟注入装置的人造岩芯放入试验机内，开始水力压裂模拟实验，模拟研究不同3D螺旋射孔条件下的裂缝起裂延伸特征。更进一步的是，上述组合式3D螺旋射孔模拟注入装置的模拟方法：（1）根据现场条件设计试验方案，设计相位角90°的8孔3D射孔的组合式3D螺旋射孔模拟注入装置，首先将射孔部件上的3个固定螺丝拧开，按试验要求放入单孔射孔球座，并在单孔射孔球座的孔洞内插入水溶性射孔，调整好水溶性射孔的方向后拧紧固定螺丝，射孔部件准备完成，同样完成8个射孔部件的组装工作；（2）将射孔部件上端的密封圈卡入另一射孔部件下端的孔洞中，如此完成8个射孔部件的首尾相连，旋转各射孔部件，使射孔相位角为90°；（3）按照人造岩芯尺寸，确定连接部件的个数，并将所有连接部件依次连接起来，将最下面的连接部件连接到最上面的射孔部件上部，将接头部件连接到最上面的连接部件上，将尾部接头连接到最下面的射孔部件下，完成组合式3D螺旋射孔模拟注入装置的组装；（4）在组合式3D螺旋射孔模拟注入装置的各部件接缝处均匀涂抹环氧树脂胶，增加注入装置的密封效果，随后安装到人造岩芯模具中，浇筑水泥砂浆，完成人造岩芯的制备；（5）包含3D螺旋射孔模拟注入装置的人造岩芯养护完成后，将接头部件和恒速恒压泵连接，向包含3D螺旋射孔模拟注入装置中注入蒸馏水，将水溶性射孔溶解，再将人造岩芯倒置，接头部件向下空出水溶性射孔的溶解液；（6）将包含3D螺旋射孔模拟注入装置的人造岩芯放入试验机内，开始水力压裂模拟实验，模拟研究不同3D螺旋射孔条件下的裂缝起裂延伸特征。本专利技术具有以下有益效果：1、本专利技术提供了一种组合式3D螺旋射孔模拟注入装置，能够灵活的调整射孔数量和射孔角度，实现各种3D射孔方式的模拟研究，试验结果能够为现场3D射孔方案的制定提供指导；2、本专利技术提供了一种组合式3D螺旋射孔模拟注入装置，由不同功能的部件组合而成，部件之间采用机械式密封连接，组装和拆除十分方便，能够用于多次试验的模拟，降低了试验成本；3、本专利技术中射孔由PVA聚乙烯醇水溶性材料3D打印而成，不仅可以按照要求打印不同规格的射孔，同时可以被蒸馏水溶解，在人造岩芯中形成射孔孔洞，更接近储层中的真实射孔情况；4、本专利技术中所有部件外部都车有螺纹，增加了人造岩芯的胶结强度，避免了由于压裂液滤失造成试验失败的问题。附图说明：图1是本专利技术中组合式3D螺旋射孔模拟注入装置整体结构图；图2是本专利技术中第一种实施方式的射孔部件结构图；图3是本专利技术中第二种实施方式的射孔部件结构图。...

【技术保护点】
1.一种组合式3D螺旋射孔模拟注入装置，其特征在于：这种组合式3D螺旋射孔模拟注入装置包括接头部件（1）、多个连接部件（2）、多个射孔部件（3）、尾部接头（4），接头部件（1）上端有注入孔，下端有连接孔；连接部件（2）、射孔部件（3）上端均有中心孔，中心孔外设置密封圈（5），下端均有连接孔；尾部接头（4）上端有中心孔，中心孔外设置密封圈（5），下端为封闭的，相邻两个射孔部件（3）通过下一个射孔部件（3）的密封圈（5）连接上一个射孔部件（3）的连接孔相连接，通过多个射孔部件（3）设置射孔相位角，接头部件（1）、多个连接部件（2）、多个射孔部件（3）、尾部接头（4）相互连通，且依次可拆卸连接形成组合式3D螺旋射孔模拟注入装置；射孔部件（3）包括本体、上盖、射孔球座和水溶性射孔（7），本体外壁具有球座孔，本体上端口内壁向内伸出3个螺栓连接块，每个螺栓连接块上设置螺栓孔，上盖具有3个螺栓孔，射孔球座设置于本体内，固定螺丝（8）穿过上盖上的螺栓孔和螺栓连接块上的螺栓孔后，将射孔球座顶固住，射孔球座设置入水口，入水口与射孔部件（3）上端的中心孔相通，水溶性射孔（7）为尖端封闭的锥形壳体，水溶性射孔（7）的根部插入从球座孔处祼露出来的射孔球座的孔洞中，水溶性射孔（7）采用PVA聚乙烯醇水溶性材料，由3D打印机制作。/n...

【技术特征摘要】
1.一种组合式3D螺旋射孔模拟注入装置，其特征在于：这种组合式3D螺旋射孔模拟注入装置包括接头部件（1）、多个连接部件（2）、多个射孔部件（3）、尾部接头（4），接头部件（1）上端有注入孔，下端有连接孔；连接部件（2）、射孔部件（3）上端均有中心孔，中心孔外设置密封圈（5），下端均有连接孔；尾部接头（4）上端有中心孔，中心孔外设置密封圈（5），下端为封闭的，相邻两个射孔部件（3）通过下一个射孔部件（3）的密封圈（5）连接上一个射孔部件（3）的连接孔相连接，通过多个射孔部件（3）设置射孔相位角，接头部件（1）、多个连接部件（2）、多个射孔部件（3）、尾部接头（4）相互连通，且依次可拆卸连接形成组合式3D螺旋射孔模拟注入装置；射孔部件（3）包括本体、上盖、射孔球座和水溶性射孔（7），本体外壁具有球座孔，本体上端口内壁向内伸出3个螺栓连接块，每个螺栓连接块上设置螺栓孔，上盖具有3个螺栓孔，射孔球座设置于本体内，固定螺丝（8）穿过上盖上的螺栓孔和螺栓连接块上的螺栓孔后，将射孔球座顶固住，射孔球座设置入水口，入水口与射孔部件（3）上端的中心孔相通，水溶性射孔（7）为尖端封闭的锥形壳体，水溶性射孔（7）的根部插入从球座孔处祼露出来的射孔球座的孔洞中，水溶性射孔（7）采用PVA聚乙烯醇水溶性材料，由3D打印机制作。


2.根据权利要求1所述的组合式3D螺旋射孔模拟注入装置，其特征在于：所述的组合式3D螺旋射孔模拟注入装置浇筑到人造岩芯后，通过注入孔注入蒸馏水将水溶性射孔（7）溶解，在人造岩芯内形成接近真实射孔条件的射孔孔洞。


3.根据权利要求2所述的组合式3D螺旋射孔模拟注入装置，其特征在于：所述的接头部件（1）与恒速恒压泵的注入管线连接，用于流体的注入。


4.根据权利要求3所述的组合式3D螺旋射孔模拟注入装置，其特征在于：所述的射孔部件（3）根据射孔方案安装不同角度的、不同孔数的射孔球座。


5.根据权利要求4所述的组合式3D螺旋射孔模拟注入装置，其特征在于：所述的射孔球座为单孔射孔球座（6）或三孔射孔球座（9），通过任意角度旋转射孔球座，来模拟不同的3D射孔情况。


6.根据权利要求5所述的组合式3D螺旋射孔模拟注入装置，其特征在于：所述的接头部件（1）、连接部件（2）、射孔部件（3）、尾部接头（4）均具有外螺纹。


7.一种权利要求6所述的组合式3D螺...

【专利技术属性】
技术研发人员：张军，曾佳，严茂森，张玖，程正华，余前港，
申请(专利权)人：东北石油大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23