一种用于水力压裂实验的人工湖相页岩试件及其制作方法技术

本发明专利技术提供了一种用于水力压裂实验的人工湖相页岩试样及其制作方法，属于油气田开发领域。所述人工湖相页岩试样由混凝土浆分层浇筑而成，从下至上依次包括多层混凝土层；不同层的混凝土浆的配比相同或者不同；在相邻两层混凝土层之间不设置模拟层或者设置模拟层。利用本发明专利技术实现了对湖相页岩天然岩样结构与性质的有效模拟，可以满足水力压裂实验对岩样外形的各种要求，进而提高了压裂实验的准确率；而且本发明专利技术原理简洁、明确、可操作性强，易于批量化制作。量化制作。量化制作。

【技术实现步骤摘要】
一种用于水力压裂实验的人工湖相页岩试件及其制作方法


[0001]本专利技术属于油气田开发领域，具体涉及一种用于水力压裂实验的人工湖相页岩试样及其制作方法。

技术介绍

[0002]随着我国页岩气开发技术的不断进步，目前已基本掌握了3500米以内浅海相页岩气规模有效开发的理论和关键技术，但对于湖相沉积的陆相页岩气的开发工作却鲜有突破。与海相页岩相比，湖相页岩黏土含量高，基质脆性差，压裂改造复杂裂缝网络难度大，储层纵向非均质性强，层间岩性与应力差异大，泥灰岩、粉砂岩等夹互层发育，水力裂缝穿层扩展困难，难以获得较大的储层改造体积，导致湖相页岩体积压裂改造效果不佳。开展湖相页岩中水力裂缝穿层扩展规律研究，对实现湖相页岩油气的高效开发具有重要指导意义。
[0003]目前，大尺寸真三轴水力压裂实验是研究水力裂缝穿层扩展规律最常用的方法之一。开展这类实验一般需要先制作较大尺寸的岩样试件，最常用的岩样试件尺寸为30cm
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30cm
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30cm。针对海相页岩，一般采用切割好的露头岩样或混凝土浇筑的等效岩样试件开展实验。然而，对于湖相页岩，由于其层间岩性发育差异大，部分岩层界面胶结程度较弱，导致大多数出露在地表的湖相页岩露头岩样风化严重，完整性较差，难以切割出满足水力压裂实验尺寸要求的岩样试件。
[0004]中国专利公开文献CN108801739B公开了一种人工物理岩心制作方法，其利用石英、水泥、减水剂混合物来模拟天然砂岩岩心的脆性矿物成份；利用黏土材料来模拟天然砂岩岩心的黏土矿物成份，通过调整石英、水泥、减水剂和黏土材料的配比，使得人工物理岩心在力学性质(包括抗压强度、弹性模量和泊松比)、全岩矿物成份和黏土矿物成分上和天然砂岩一致。该专利提供了一种通过材料配比制作人工砂岩岩样的技术措施，但是其并没有考虑湖相页岩储层纵向岩性非均质性和层间界面发育特征，从而对人工湖相页岩岩样制作进行针对性设计。
[0005]中国公开文献“一种分散泥质胶结疏松砂岩的人工岩样制作新方法”(地球物理学进展、2013年12月)研究开发了一种分散泥质胶结疏松砂岩的人工岩样制作新方法,并考察了石英粒度、粘土含量、胶结剂用量、压制压力等因素对物性的影响。结果表明,制作的人工岩样在结构上与分散泥质胶结疏松砂岩有很好的相似性,孔喉分选性好,可通过控制石英粒度、泥质(粘土)含量和制作压力获得期望孔隙度、孔隙结构、渗透率的人工岩样。该方法制作的人工岩样具有惰性好(物理化学性质稳定)、制作成功率高、价格低廉等优点,可为开展相关储层物理性质及其机理的研究提供满意的实验样品。该文献主要从工艺上提出了提高岩心制作的成功率，但是并没有考虑湖相页岩储层纵向岩性非均质性和层间界面发育特征，从而对人工湖相页岩岩样制作进行针对性设计。
[0006]中国公开文献“渤海地区疏松砂岩岩样制备方法”(科学技术与工程、2015年4月)针对渤海地区32
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6和36
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1油田储层岩样的胶结类型多样性、渗透率差异较大等现有特征，提出了露头岩石制取、人工压制、液压机压制三种方法制取疏松砂岩岩样，并对三种方法获
取的疏松岩样进行了渗透率、矿物成分、岩石力学、胶结程度等四方面的测试，与天然储层岩样进行比较，探究了三种方法制取疏松砂岩岩样代替目标区块岩样进行相关实验方法的可行性。该文献主要针对渤海地区疏松砂岩地层从工艺上提出了提高岩样制备合格率的设计思路，但是其并没有涉及其他地区岩层的差异性，特别是湖相页岩储层纵向岩性非均质性和层间界面发育特征，从而对人工湖相页岩岩样制作进行针对性设计。
[0007]从上面的分析可知，现有的用于海相页岩水力压裂实验的混凝土岩样试件制作方法不适用于湖相页岩，因为现有的海相页岩水力压裂实验的混凝土岩样试件制作方法为一体化浇筑，岩样试件整体岩性和力学性质一致，且内部不存在层间界面，所以其无法准确表征湖相页岩储层纵向岩性非均质性和层间界面发育特征。
[0008]综上所述，亟需专利技术一种用于水力压裂实验的人工湖相页岩试样及其制作方法，以满足湖相页岩水力压裂实验研究的需求，为揭示湖相页岩中水力裂缝的穿层扩展规律提供有力保障。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种用于水力压裂实验的人工湖相页岩试样及其制作方法，可实现对湖相页岩天然岩样结构与性质的有效模拟，可以满足水力压裂实验对岩样外形的各种要求。
[0010]本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0011]本专利技术的第一个方面，提供了一种用于水力压裂实验的人工湖相页岩试样，所述人工湖相页岩试样由混凝土浆分层浇筑而成，从下至上依次包括多层混凝土层；
[0012]不同层的混凝土浆的配比相同或者不同；
[0013]在相邻两层混凝土层之间不设置模拟层或者设置模拟层。
[0014]本专利技术的进一步改进在于：
[0015]所述模拟层为弱胶结模拟层或者中胶结模拟层。
[0016]本专利技术的进一步改进在于：
[0017]如果两层相邻的混凝土层之间的层间界面胶结强度为弱胶结，则在该两层混凝土层之间铺置弱胶结模拟层；
[0018]如果两层相邻的混凝土层之间的层间界面胶结强度为中等胶结，则在该两层混凝土层之间铺置中等胶结模拟层；
[0019]如果两层相邻的混凝土层之间的层间界面胶结强度为强胶结，则在该两层混凝土层之间不铺置任何层。
[0020]优选的，所述弱胶结模拟层包括一层或多层A4纸；
[0021]所述中等胶结模拟层包括一层或多层宣纸。
[0022]优选的，所述模拟层铺置在混凝土层的层间界面的中部。
[0023]本专利技术的第二个方面，提供了一种用于水力压裂实验的人工湖相页岩试件的制作方法，所述方法采用不同配比的混凝土浆从下至上进行分层浇筑，制作出不同杨氏模量和断裂韧性的混凝土层；在分层浇筑的过程中，根据真实储层的层间界面强度在相邻混凝土层之间铺置模拟层或者不铺置模拟层。
[0024]本专利技术的进一步改进在于：
[0025]所述方法包括：
[0026](1)获取人工湖相页岩试件的岩层数量、厚度、各个岩层的力学参数和实验参数；同时，确定相邻岩层之间的层间界面胶结强度；
[0027](2)选择制备模具并完成制备模具的组装：
[0028](3)分别配置用于浇筑各个混凝土层的混凝土浆；
[0029](4)分层浇筑，并在需要铺置模拟层的层间界面上铺置模拟层；
[0030](5)浇筑完成后，待混凝土浆完全凝固后，拆除制备模具，获得岩样；
[0031](6)在岩样上钻孔，并埋置模拟井筒。
[0032]本专利技术的进一步改进在于：
[0033]所述步骤(1)中的确定相邻岩层之间的层间界面胶结强度的操作包括：
[0034]通过观察露头岩层与井下岩芯确定相邻岩层之间的层间界面胶结强度。
[0035]本专利技术的进一步改进在于：
[0036]所述步骤本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于水力压裂实验的人工湖相页岩试件，其特征在于：所述人工湖相页岩试样由混凝土浆分层浇筑而成，从下至上依次包括多层混凝土层；不同层的混凝土浆的配比相同或者不同；在相邻两层混凝土层之间不设置模拟层或者设置模拟层。2.根据权利要求1所述的用于水力压裂实验的人工湖相页岩试件，其特征在于：所述模拟层为弱胶结模拟层或者中胶结模拟层。3.根据权利要求2所述的用于水力压裂实验的人工湖相页岩试件，其特征在于：如果两层相邻的混凝土层之间的层间界面胶结强度为弱胶结，则在该两层混凝土层之间铺置弱胶结模拟层；如果两层相邻的混凝土层之间的层间界面胶结强度为中等胶结，则在该两层混凝土层之间铺置中等胶结模拟层；如果两层相邻的混凝土层之间的层间界面胶结强度为强胶结，则在该两层混凝土层之间不铺置任何层。4.根据权利要求3所述的用于水力压裂实验的人工湖相页岩试件，其特征在于：所述弱胶结模拟层包括一层或多层A4纸；所述中等胶结模拟层包括一层或多层宣纸。5.根据权利要求1所述的用于水力压裂实验的人工湖相页岩试件，其特征在于：所述模拟层铺置在混凝土层的层间界面的中部。6.一种用于水力压裂实验的人工湖相页岩试件的制作方法，其特征在于：所述方法采用不同配比的混凝土浆从下至上进行分层浇筑，制作出不同杨氏模量和断裂韧性的混凝土层；在分层浇筑的过程中，根据真实储层的层间界面强度在相邻混凝土层之间铺置模拟层或者不铺置模拟层。7.根据权利要求6所述的用于水力压裂实验的人工湖相页岩试件的制作方法，其特征在于：所述方法包括：(1)获取人工湖相页岩试件的岩层数量、厚度、各个岩层的力学参数和实验参数；同时，确定相邻岩层之间的层间界面胶结强度；(2)选择制备模具并完成制备模具的组装：(3)分别配置用于浇筑各个混凝土层的混凝土浆；(4)分层浇筑，并在需要铺置模拟层的层间界面上铺置模拟层；(5)浇筑完成后，待混凝土浆完全凝固后，拆除制备模具，获得岩样；(6)在岩样上钻孔，并埋置模拟井筒。8.根据权利要求7所述的用于水力压裂实验的人工湖相页岩试件的制...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾长贵，肖博，许文俊，王雷，赵彦昕，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院，
类型：发明
国别省市：