多尺度真三轴水平井水力压裂承压缸及使用方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN106640016A(43)申请公布日2017.05.10(21)申请号201510741520.2(22)申请日2015.11.03(71)申请人中国科学院地质与地球物理研究所地址100029北京市朝阳区北土城西路19号(72)发明人高玮许丹胡瑞林李志清(51)Int.Cl.E21B43/26(2006.01)权利要求书1页说明书2页附图3页(54)发明名称多尺度真三轴水平井水力压裂承压缸及使用方法(57)摘要本发明属于油气藏开采技术研究领域，具体涉及一种多尺度真三轴水平井水力压裂承压缸及使用方法。该装置由承压缸本体，可伸缩拉杆和滑轮底座组成，承压缸本体与滑轮底座通过卡槽连接，可伸缩拉杆与滑轮底座通过螺栓连接，承压缸本体侧壁开有通道孔，用于试验岩样中预埋的水平井筒穿出，通过压裂管连接水压致裂控制系统，钢制承压板置于试验岩样三侧临空面，与围压加载系统紧密接触。本发明制造、操控简单，占地面积小，测量精度高，满足三向应力要求，可针对不同结构岩体储层水平井水力压裂进行有效的室内模拟研究，特别是有利于研究储层本身结构及岩石力学性质对多尺度岩样水平井水力压裂过程中裂缝延伸规律的影响，为常规或非常规致密性油气藏的水力压裂工艺设计和方案优化提供理论依据。CN106640016ACN106640016A权利要求书1/1页1.一种用于多尺度真三轴水平井水力压裂承压缸及使用方法，其特征是该装置由承压缸本体(1)，可伸缩拉杆(2)和滑轮底座(3)组成，承压缸本体(1)与滑轮底座(3)通过内嵌底座的卡槽(4)连接，可伸缩拉杆(2)与滑轮底座(3)通过螺栓(5)连接，承压缸本体(1)侧壁开有通道孔(6)、(7)、(8)、(9)，用于试验岩样(10)中预埋的水平井筒(11)穿出，通过压裂管(20)连接水压致裂控制系统(12)，钢制承压板(13)置于试验岩样(10)三侧临空面，与围压加载系统(14)紧密接触。2.按照权利要求1所述的承压缸本体(1)，其特征是该承压缸本体(1)是由两块L形钢板、两块矩形钢板、两块正方形钢板焊接而成，整缸刚度≥30MN/mm，一侧开口作为操作口(21)，用于放置不同尺寸岩样。3.按照权利要求1所述的通道孔(6)、(7)、(8)、(9)，其特征是该通道孔(6)、(9)分别布置于两块L形钢板上，通道孔(7)、(8)分别布置于侧壁正方形钢板上，通道孔直径d≤50mm，大于井筒头(15)外径，通道孔中心位置关系由承压缸本体(1)各边及试验岩样(10)横截面边长所确定。四个通道孔分别对应四种不同尺寸岩样，当试验岩样(10)横截面边长为a1时，通道孔(6)中心位置距AB边BF边均为a1/2，当试验岩样(10)横截面边长为a2时，通道孔(7)中心位置距BC边、BF边为a2/2，当试验岩样(10)横截面边长为a3时，通道孔(8)中心位置距BC边、CE边为a3/2，当试验岩样(10)横截面边长为a4时，通道孔(9)中心位置距CD边、CE边为a4/2。4.按照权利要求1所述的水平井筒(11)，其特征是该水平井筒(11)由井筒头(15)、井身(16)及井身上的射孔孔眼(17)构成，井身(16)为高强度钢管，长度及外径根据试验岩样尺寸确定。水平井筒射孔段位于试验岩样中心位置，从而使水力裂缝在试验岩样中部起裂，达到充分扩展的目的。射孔孔眼(17)布置方式为螺旋形，采用棉纱充填，以防止预埋时阻塞孔眼。5.按照权利要求1所述的水平井筒(11)，其特征是，当试验岩样为人造岩样时，待人造岩样浇筑成型10min后，插入水平井筒(11)于设定位置，当试验岩样为原状岩样时，切割原状样为设计尺寸，采用金刚石钻头钻进预制井眼(18)，采用高强度黏结剂(19)将水平井筒(11)封固于预制井眼(18)的设定位置。6.按照权利要求1所述钢制承压板(13)，其特征在于，所述尺寸与试验岩样(10)横截面尺寸一致。7.将权利要求1中所述的承压缸用于多尺度真三轴水平井水力压裂试验，其特征是该装置进行试验的方法如下，1)将预埋有水平井筒(11)的试验岩样(10)放置于承压缸(1)内，将水平井筒穿过对应的通道孔，使试验岩样(10)三个面与承压缸(1)内壁紧密贴合。2)将钢制承压板(13)放置于试验岩样(10)三侧临空面，连接围压加载系统(14)，向试验岩样施加设定的水平应力和垂向应力。3)将井筒头(15)通过压裂管(20)与水压致裂控制系统(12)相连，设定注入流量和流速，启动水压致裂控制系统(12)，同时监测水压致裂系统的泵压。4)试验结束后，观察岩样破坏特征与裂缝扩展方式，并拍照。5)分析压裂数据，岩样破坏特征及裂缝扩展参数。2CN106640016A说明书1/2页多尺度真三轴水平井水力压裂承压缸及使用方法