本发明专利技术公开了一种模拟深层页岩储层井眼原位水化损伤的试验装置及方法，其试验装置包括用于存放页岩试样并对其进行高温高压加载的真三轴应力室、对页岩试样进行地层原位状态下水化模拟实验的原位水化组件、用于采集水化模拟实验前后页岩试样内图像数据的采集装置。本发明专利技术统筹了深层页岩储层高地温高应力的原位状态下井壁因自吸和强制渗吸而引起的水化损伤，能够在实验室完成对原位状态下水化损伤引起的应力集中特征与应变场分布特征的模拟研究，能为我国深层页岩气开采涉及的井壁稳定性研究提供技术支持和科学指导。性研究提供技术支持和科学指导。性研究提供技术支持和科学指导。
【技术实现步骤摘要】
模拟深层页岩储层井眼原位水化损伤的试验装置及方法
[0001]本专利技术涉及页岩气开采相关
，尤其涉及一种模拟深层页岩储层井眼原位水化损伤的试验装置及方法。
技术介绍
[0002]页岩气作为新型清洁能源，在全球传统能源枯竭加剧和对清洁能源的需求不断扩大的时代背景下，正逐渐引发全球的高度关注。页岩气也被寄予极有可能在全球一次能源消费结构中占据主要地位的厚望。
[0003]水平井和水力压裂是页岩气开采储层改造的相对成熟手段，即通过在页岩储层内布置水平井，并向水平井内泵入高压水，以达到高压水通过射孔后直接压裂岩石的目的。但是，页岩储层井壁失稳问题却直接影响着页岩气的高效开发，是目前的重大技术难题之一。
[0004]页岩地层井壁失稳的主要原因是页岩水化损伤造成的，由于页岩的强水化特征，钻井液与井壁岩石接触，极易形成造成强水化损伤，导致井壁稳定性降低，从而出现井壁垮塌失稳的工程灾害。
[0005]在硬脆性页岩储层钻水平井并使井壁失稳的问题更加突出，容易导致卡钻、埋钻等井下复杂的工程事故，严重时甚至可能导致当前井眼报废，造成巨大的经济损失。
[0006]考虑到页岩气储层井壁水化损伤不仅仅是物理力学行为，还有伴有化学作用，是一个典型的多场耦合作用的问题。特别是对于深层页岩气储层，高温高应力的原位环境使得水化损伤变得更加复杂。
[0007]因此，了解其水化过程对于分别开展各作用机理的直接影响研究具有重要意义，尤其是针对深层页岩储层。然而，目前仍没有成熟可靠的试验设备可以开展原味高温高应力状态下页岩水平井因自吸和强制渗吸而发生的水化损伤。
[0008]为填补这一技术空白，更好地为我国深层页岩气开采提供技术支持，保障能源安全，一种能够模拟原位状态下深层页岩储层井眼水化损伤的试验设备具有重大的现实意义。
技术实现思路
[0009]本专利技术的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种既能够真实地模拟深层页岩储层的高温高应力环境，又能够统筹研究页岩储层中井壁的自吸和强制渗吸造成的水化损伤以及其在三轴应力状态下分布特征的试验装置及方法。
[0010]本专利技术提供的这种模拟深层页岩储层井眼原位水化损伤的试验装置，包括用于存放页岩试样并对其进行高温高压加载的真三轴应力室、对页岩试样进行地层原位状态下水化模拟实验的原位水化组件、用于采集水化模拟实验前后页岩试样内图像数据的采集装置，
[0011]所述真三轴应力室由底板、侧板及顶板合围而成，在两相平行布置的侧板上对称布置有连通真三轴应力室内外两侧的试验孔；
[0012]所述页岩试样紧密布置在底板、侧板及顶板之间，在页岩试样内水平开有连通两试验孔内端口的模拟井眼；
[0013]所述原位水化组件包括架设在真三轴应力室外的框架，在试验孔上方的框架上安装有从上至下依次连通布置的钻井液箱、双向水泵、控制阀、流量计和流量观察管，所述流量观察管的底部通过贯穿试验孔的耐高温高压软管与模拟井眼内部连通布置，所述耐高温高压软管与试验孔密封连接，所述钻井液箱内的钻井液经耐高温高压软管输出对真三轴应力室内的页岩试样进行地层原位状态下的水化模拟实验；
[0014]所述图像采集装置包括伸缩杆，在伸缩杆前端安装有可绕其轴线360
°
取景的高清摄像头，所述伸缩杆水平安装在模拟井眼一端的侧板上，所述高清摄像头由伸缩杆驱动伸入模拟井眼中采集水化模拟实验前后模拟井眼内部的图像数据。
[0015]所述耐高温高压软管通过密封圈与试验孔外端口密封连接。
[0016]所述页岩试样由取自页岩气产区域的完整页岩岩块通过线切割加工而成，所述页岩试样为500
×
500
×
500mm的立方体试样。
[0017]所述模拟井眼是由便携式电钻钻出，直径为25～35mm。
[0018]在所述流量计下端并联有两个等高布置的流量观察管，两流量观察管的底部与置于各试验孔内的两耐高温高压软管一对一连接。
[0019]所述流量计的误差小于0.1％；所述双向水泵的最大出水压力40MPa，最大进水压力10Mpa；所述耐高温高压软管的承压能力为55Mpa；所述流量观察管的容量为100～500ml。
[0020]所述伸缩杆的最大长度为550mm，所述高清摄像头的帧率可达125fps每秒，且伸缩杆和高清摄像头均为远程无线控制模式。
[0021]一种用于上述试验装置的试验方法，包括以下步骤：
[0022]S1、选择页岩气开采目标区域的页岩岩芯，采用线切割方式加工成尺寸为500
×
500
×
500mm立方体的页岩试样；
[0023]S2、使用便携式钻机在页岩试样上钻出连通两试验孔的、直径为25
‑
35mm的模拟井眼；
[0024]S3、将带有模拟井眼的页岩试样放置于通风良好的恒温试验室中，直至页岩试样达到完全干燥；
[0025]S4、将页岩试样取出置于真三轴应力室内；
[0026]S5、将原位水化组件组装好；
[0027]S6、启动真三轴应力室的温度控制器和三向应力加载控制器，按照实际工程井眼原位状态开展页岩试样的温度与应力的加载，当达到预定的温度与应力状态后，保持各加载数值不变；
[0028]S7、启动图像采集装置，对模拟井眼全程全断面的图像进行采集，采集完成后自动复位；
[0029]S8、启动原位水化组件，对处于地层原位状态的模拟井眼进行自吸或强制渗吸的水化模拟实验，
[0030]所述自吸水化模拟实验的具体步骤如下：
[0031]SA1、打开原位水化组件中的控制阀，钻井液箱内的钻井液在高度差的作用下自发地浸入处于地层原位状态的模拟井眼；
[0032]SA2、观察流量观察管，当流量观察管内液面的高度达到其容量刻度线的上线时，关闭控制阀；继续观察流量观察管，当其内部液面高度连续2分钟保持不变时，记录下此时的容量值V1；继续观察流量观察管，直至其内部液面高度连续24小时保持不变后，记录下此时的容量值V2；
[0033]SA3：正向开启双向水泵，将钻井液由模拟井眼吸回钻井液箱，待流量观察管内没有钻井液后，关闭控制阀和双向水泵，等待下次实验；
[0034]所述强制渗吸水化模拟实验的具体步骤如下：
[0035]SB1、打开原位水化组件中的控制阀和流量计，并反向开启双向水泵，使钻井液箱内的钻井液在高度差及泵压的双作用力下地强制渗入处于地层原位状态的模拟井眼；
[0036]SB2、观察流量计，当流量计上数值形成稳定压差后开启页岩强制渗吸水化记录，记录下此时的数值V3；继续观察流量计，直至数值连续24小时保持不变后，记录下此时的数值V4；
[0037]SB3：正向开启双向水泵，将钻井液由模拟井眼吸回钻井液箱，待流量观察管内没有钻井液后，关闭控制阀、双向水泵和流量计，等待下次实验；
[0038]S9、启动图像采集装置，对模拟井眼全程全断面图像采本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种模拟深层页岩储层井眼原位水化损伤的试验装置，其特征在于：包括用于存放页岩试样(1)并对其进行高温高压加载的真三轴应力室(2)、对页岩试样进行地层原位状态下水化模拟实验的原位水化组件(3)、用于采集水化模拟实验前后页岩试样内图像数据的采集装置(4)，所述真三轴应力室由底板(21)、侧板(22)及顶板(23)合围而成，在两相平行布置的侧板上对称布置有连通真三轴应力室内外两侧的试验孔(221)；所述页岩试样紧密布置在底板、侧板及顶板之间，在页岩试样内水平开有连通两试验孔内端口的模拟井眼(11)；所述原位水化组件包括架设在真三轴应力室外的框架(31)，在试验孔上方的框架上安装有从上至下依次连通布置的钻井液箱(32)、双向水泵(33)、控制阀(34)、流量计(35)和流量观察管(36)，所述流量观察管的底部通过贯穿试验孔的耐高温高压软管(37)与模拟井眼内部连通布置，所述耐高温高压软管与试验孔密封连接，所述钻井液箱内的钻井液经耐高温高压软管输出对真三轴应力室内的页岩试样进行地层原位状态下的水化模拟实验；所述图像采集装置包括伸缩杆(41)，在伸缩杆前端安装有可绕其轴线360
°
取景的高清摄像头(42)，所述伸缩杆水平安装在模拟井眼一端的侧板上，所述高清摄像头由伸缩杆驱动伸入模拟井眼中采集水化模拟实验前后模拟井眼内部的图像数据。2.根据权利要求1所述的模拟深层页岩储层井眼原位水化损伤的试验装置，其特征在于：所述耐高温高压软管通过密封圈(38)与试验孔外端口密封连接。3.根据权利要求1所述的模拟深层页岩储层井眼原位水化损伤的试验装置，其特征在于：所述页岩试样由取自页岩气产区域的完整页岩岩块通过线切割加工而成，所述页岩试样为500
×
500
×
500mm的立方体试样。4.根据权利要求1所述的模拟深层页岩储层井眼原位水化损伤的试验装置，其特征在于：所述模拟井眼是由便携式电钻钻出，直径为25～35mm。5.根据权利要求1所述的模拟深层页岩储层井眼原位水化损伤的试验装置，其特征在于：在所述流量计下端并联有两个等高布置的流量观察管，两流量观察管的底部与置于各试验孔内的两耐高温高压软管一对一连接。6.根据权利要求1所述的模拟深层页岩储层井眼原位水化损伤的试验装置，其特征在于：所述流量计的误差小于0.1％；所述双向水泵的最大出水压力40MPa，最大进水压力10Mpa；所述耐高温高压软管的承压能力为55Mpa；所述流量观察管的容量为100～500ml。7.根据权利要求1所述的模拟深层页岩储层井眼原位水化损伤的试验装置，其特征在于：所述伸缩杆的最大长度为550mm，所述高清摄像头的帧率可达125fps每秒，且伸缩杆和高清摄像头均为远程无线控制模式。8.一种用于权利要求1至7任一所述试验装置的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、选择页岩气开采目标区域的页岩岩芯，采用线切割方式加工成尺寸为500
×
500
×
500mm立方体的页岩试样(1)；S2、使用便携式钻机在页岩试样上钻出连通两试验孔(221)的、直径为25...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄麟淇，郭懿德，李夕兵，孙景楠，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：
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