一种页岩水平井分段压裂物理模拟实验的井筒装置及方法.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CN112814642A(43)申请公布日2021.05.18(21)申请号202110345075.3(22)申请日2021.03.31(71)申请人中国科学院武汉岩土力学研究所地址430061湖北省武汉市武昌区水果湖街小洪山2号(72)发明人常鑫郭印同郭武豪张晓宇李奎东肖佳林(74)专利代理机构成都虹盛汇泉专利代理有限公司51268代理人周永宏(51)Int.Cl.E21B43/26(2006.01)E21B49/00(2006.01)E21B47/11(2012.01)E21B47/00(2012.01)权利要求书2页说明书5页附图2页(54)发明名称一种页岩水平井分段压裂物理模拟实验的井筒装置及方法(57)摘要本发明公开一种页岩气水平井分段多簇压裂物理模拟实验的井筒装置及方法，应用于页岩气储层增产改造技术领域，针对现有的技术中存在的分段压裂物理模拟实验装置重复利用率低，操作复杂的问题，本发明模拟套管由多个套管短节通过螺纹连接组成，每个套管短节包含多个射孔簇；注液活塞预留与套管短节匹配的射孔簇，并通过活塞上、下端橡胶密封圈在模拟套管内部形成独立的进液通道；空心丝杠内置压裂液导流管，并与注液活塞顶部连接，旋转丝杠连接手柄可对注液活塞位置进行调节，进而实现不同压裂段射孔孔眼的相互连通，分别对不同压裂段进行压裂。CN112814642ACN112814642A权利要求书1/2页1.一种页岩水平井分段压裂物理模拟实验的井筒装置，其特征在于，包括：模拟套管、注液管汇以及位置调节机构；模拟套管包括多个套管短节，所述多个套管短节通过螺纹连接，每个套管短节包含多个射孔簇；注液管汇包括压裂液导流管和注液活塞，注液活塞预留与套管短节相同数量的射孔簇，且注液活塞的射孔簇与套管短节的射孔簇对应，注液活塞通过其上端与下端还设置的橡胶密封圈在模拟套管内部形成独立的进液通道；位置调节机构包括空心丝杠、手柄，空心丝杠内置压裂液导流管，并与注液活塞顶部通过卡簧进行连接，通过旋转丝杠连接的手柄对注液活塞位置进行调节。2.根据权利要求1所述的一种页岩水平井分段压裂物理模拟实验的井筒装置，其特征在于，距离手柄最远的那个套管短节末端密封。3.根据权利要求2所述的一种页岩水平井分段压裂物理模拟实验的井筒装置，其特征在于，还包括：法兰盘，所述法兰盘与空心丝杆配合将旋转运动转换成直线运动。4.根据权利要求3所述的一种页岩水平井分段压裂物理模拟实验的井筒装置，其特征在于，还包括加载板，所述法兰盘通过螺栓与加载板连接。5.根据权利要求4所述的一种页岩水平井分段压裂物理模拟实验的井筒装置，其特征在于，所述模拟套管外壁包括螺纹凹槽，所述相邻螺纹凹槽间隔2mm。6.根据权利要求5所述的一种页岩水平井分段压裂物理模拟实验的井筒装置，其特征在于，所述单个螺纹凹槽深度为1mm、宽度为2mm。7.一种页岩水平井分段多簇压裂物理模拟实验的方法，其特征在于，采用权利要求1‑6任意一项权利要求所述的井筒装置进行实验，包括以下步骤：S1、选取初步的试样，并将其加工成的标准立方体试样，对立方体试样表面进行观察，记录层理及天然裂缝分布形态；S2、在立方体试样中部沿着平行于层理面的方向，钻取盲孔作为模拟井眼，并用酒精清洗干净；S3、将井筒装置置于立方体试样盲孔内，并进行分段密封，S4、采用经步骤S3制备后的试样进行实验，具体过程为：S41、将经步骤S3制备后的试样置于三轴加载装置内，根据实验方案对试样施加三向地应力，保证井眼方向与最小水平地应力方向平行；S42、开启注液系统，以恒定排量向井筒内泵注压裂液，同时利用压力传感器记录井口压力变化，直至完成单段压裂实验，停泵，关闭注液管线阀门；还包括向压裂液中添加示踪剂，得到压裂液示踪剂显示；S43、旋转空心丝杠手柄，调节注液活塞移动至下一压裂段，执行步骤S42；S44、重复步骤S42‑S43，直至压开所有压裂段；步骤S4还包括将声发射探头粘贴在加载板上，用于同步监测不同压裂段压裂过程中的声发射信号；S5、实验结束后，取出试样，对其表面进行拍照，记录不同压裂段裂缝扩展路径，并用线切割机对试样进行剖切，重点分析近井筒附近多裂缝起裂及扩展形态；S6、综合步骤S1得到的实验前页岩层理/天然裂缝分布形态、步骤S4得到的压裂液示踪2CN112814642A权利要求书2/2页剂显示结果、压力传感器记录井口压力变化得到的泵压曲线、声发射探头探测得到的声发射定位、以及步骤S5得到的试样剖切结果，完成页岩水平井分段多簇压裂缝间应力干扰机制的综合分析。8.根据权利要求7所述的一种页岩水平井分段多簇压裂物理模拟实验的方法，其特征在于，步骤S3采用卡夫特K‑9741环氧树脂灌封胶进行分段密封，固化剂和环氧树脂