本發(fā)明屬于油田開發(fā)，具體是一種適用于壓驅(qū)技術(shù)的水力致裂試驗裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、進入21世紀(jì)，低滲透油藏已成為勘探開發(fā)最重要的領(lǐng)域之一。但是低滲透油藏受到儲層物性、注水水質(zhì)等因素的影響，在開發(fā)一段時間后普遍存在注水壓力高、欠注比例高的問題，導(dǎo)致油水井無法建立有效驅(qū)替，產(chǎn)能遞減快。國內(nèi)外的實踐經(jīng)驗表明，水力壓裂是現(xiàn)階段開采低滲透油藏?zé)o可取代的技術(shù)。2020年以來，勝利油田提出壓驅(qū)技術(shù)是采用低粘度的清水為壓裂液，通過高壓高速注入，較短時間內(nèi)提高油藏壓力、改善滲流能力，實現(xiàn)提高油井產(chǎn)能及油藏采收率的一項新技術(shù)。

2、壓驅(qū)技術(shù)以清水為注入介質(zhì)，注入液濾失程度高，更容易形成微裂縫，對壓驅(qū)裂縫的觀測精度要求更高。目前巖石常規(guī)三軸試驗通過液壓油給試件施加水平向相等的側(cè)向壓力，難以模擬儲層真實受力情況。巖石真三軸試驗所用的試件通常為大尺寸立方體試件，無論利用巖芯還是露頭加工巖石試件都面臨獲取困難、加工困難的問題。在巖石真三軸水力壓裂試驗結(jié)束后，對裂縫的觀測多采用聲發(fā)射結(jié)合巖芯剖切等間接手段，對裂縫的觀測精度較低。

3、因此，開發(fā)一種適用于壓驅(qū)技術(shù)的新的試驗裝置及室內(nèi)物理模擬方法對于深化壓驅(qū)機理認(rèn)識及指導(dǎo)油田壓驅(qū)礦場實踐具有重要意義。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種適用于壓驅(qū)技術(shù)的水力致裂試驗裝置及方法。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：

3、第一方面，一種適用于壓驅(qū)技術(shù)的水力致裂試驗裝置，包括側(cè)油缸及其一側(cè)的巖石試樣，所述巖石試樣上下方分別設(shè)有上壓板和下壓板，所述上壓板和下壓板通過承載拉桿相連，并通過承載螺帽固定，所述巖石試樣底部設(shè)有滲流底座，所述巖石試樣上下側(cè)均設(shè)有密封板，所述巖石試樣四周均設(shè)有側(cè)壓板。

4、優(yōu)選的，所述巖石試樣采用平板結(jié)構(gòu)，其一端面中心處開設(shè)有圓柱形盲孔，圓柱形盲孔通過環(huán)氧樹脂與轉(zhuǎn)換壓頭進行密封，壓力水通過注入頭中間的通道經(jīng)過轉(zhuǎn)換壓頭滲入巖石試樣中。

5、優(yōu)選的，所述注入頭設(shè)于滲流底座頂部中心處，所述轉(zhuǎn)換壓頭設(shè)于注入頭的上端，所述轉(zhuǎn)換壓頭、注入頭插設(shè)于圓柱形盲孔內(nèi)。

6、優(yōu)選的，所述下壓板設(shè)于底桌頂部，所述底桌內(nèi)設(shè)有主油缸。

7、優(yōu)選的，所述側(cè)油缸通過后端固定支架和固定支架設(shè)于樣品支架上，所述后端固定支架和固定支架均與樣品支架上的直線導(dǎo)軌相連。

8、優(yōu)選的，所述密封板用于阻隔流體串流。

9、優(yōu)選的，所述注入頭與滲流底座均設(shè)有壓力水通道，上、下密封板通過垂向加載缸壓緊緊貼在巖石試樣上、下端面阻隔壓力水的滲出。

10、優(yōu)選的，所述注入頭采用凸字形結(jié)構(gòu)，其中直徑較大的一端上有密封圈與滲流底座進行配合密封，直徑較小的一端通過連接轉(zhuǎn)換壓頭插入巖石試樣的圓柱形盲孔中，所述轉(zhuǎn)換壓頭上涂抹有環(huán)氧樹脂膠，用于密封，壓力水通過注入頭中間的通道進入轉(zhuǎn)換壓頭后滲入巖石試樣中。

11、第二方面，一種適用于壓驅(qū)技術(shù)的水力致裂試驗方法，包括以下步驟：

12、s1巖石試樣的制備及裝載；

13、s2壓驅(qū)致裂模擬；

14、s3追蹤裂縫形態(tài)。

15、優(yōu)選的，所述步驟s1中，具體包括以下步驟：

16、s11制備平板形巖石試件；

17、s12鉆取盲孔；

18、s13裝載巖石試樣。

19、優(yōu)選的，所述步驟s11中，制備平板形巖石試件，包括：

20、在采集的地下巖心或露頭巖體上利用鉆床和切床將試樣初步加工成平板形巖石試件，使用磨床對平板形巖石試件的各個平面進行打磨，使其平整光滑。

21、優(yōu)選的，所述步驟s11中，平板形巖石試件的尺寸為長度48～52cm、寬度48～52cm、高度3～5cm。

22、優(yōu)選的，所述步驟s12中，鉆取盲孔，包括：

23、利用電鉆在試件一面中心位置鉆取盲孔，加工完成后，對盲孔進行清洗，保證無殘渣遺留孔中。

24、優(yōu)選的，所述步驟s12中，盲孔采用圓柱狀結(jié)構(gòu)，其直徑為5～7mm、深度為平板形樣品厚度的1/2，為1～3cm，且圓柱狀盲孔直徑大于轉(zhuǎn)換壓頭小端直徑。

25、優(yōu)選的，所述步驟s13中，裝載巖石試樣，包括：

26、在巖石試樣內(nèi)放入轉(zhuǎn)換壓頭，并在轉(zhuǎn)換壓頭四周涂覆環(huán)氧樹脂膠，實現(xiàn)試樣與轉(zhuǎn)換壓頭的粘接，將粘接好的試樣與轉(zhuǎn)換壓頭靜置一段時間使環(huán)氧樹脂膠固化，粘接牢固；在滲流底座上放置下密封板，將粘接好轉(zhuǎn)換壓頭的試樣盲孔口對準(zhǔn)滲流底座的凸臺，放置于密封板上；在試樣上端面放置上密封板，將巖心推至下壓板上。

27、優(yōu)選的，所述步驟s2中，壓驅(qū)致裂模擬，包括：

28、利用壓驅(qū)水力致裂試驗機的主油缸泵和側(cè)油缸泵將巖石試樣x,y和z三個方向的壓力加至預(yù)定狀態(tài)，以流量控制模式施加水壓，持續(xù)注入流體一直至試件破裂。

29、優(yōu)選的，所述步驟s2中，泵入流體一為密度1.0142g/cm3，黏度0.9987mpa·s的氯化鉀溶液。

30、優(yōu)選的，所述步驟s3中，追蹤裂縫形態(tài)，包括：

31、試件破裂后，在流體二中加入油溶性染色劑一，持續(xù)攪拌至染色劑一充分融于流體二中，將流體二以低流量模式緩慢注入巖石試件中。

32、優(yōu)選的，所述步驟s3中，流體二為硅油，油溶性染色劑一為油溶藍(lán)，為了有效示蹤裂縫形態(tài)并防止流體向基質(zhì)濾失。

33、綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是：

34、本發(fā)明中，實現(xiàn)了室內(nèi)壓驅(qū)大尺寸巖心物理模擬實驗，對深化壓驅(qū)機理的認(rèn)識具有重大意義。

35、本發(fā)明中，只需在天然巖心上取一平板形試件即可，能有效降低試件加工及整個實驗的成本和時間。

36、本發(fā)明中，采用的平板形試件在進行裂縫觀測時不需對試件進行二次剖切，配合上述裂縫追蹤方法可以直觀的分析裂縫形態(tài)和展布范圍，有效降低實驗難度，提高裂縫觀測效果。

技術(shù)特征：

1.一種適用于壓驅(qū)技術(shù)的水力致裂試驗裝置，其特征在于：包括側(cè)油缸(1)及其一側(cè)的巖石試樣(15)，所述巖石試樣(15)上下方分別設(shè)有上壓板(7)和下壓板(12)，所述上壓板(7)和下壓板(12)通過承載拉桿(8)相連，并通過承載螺帽(6)固定，所述巖石試樣(15)底部設(shè)有滲流底座(13)，所述巖石試樣(15)上下側(cè)均設(shè)有密封板(9)，所述巖石試樣(15)四周均設(shè)有側(cè)壓板(10)。

2.如權(quán)利要求1所述的一種適用于壓驅(qū)技術(shù)的水力致裂試驗裝置，其特征在于：所述巖石試樣(15)采用平板結(jié)構(gòu)，其一端面中心處開設(shè)有圓柱形盲孔，圓柱形盲孔通過環(huán)氧樹脂與轉(zhuǎn)換壓頭(17)進行密封，壓力水通過注入頭(18)中間的通道經(jīng)過轉(zhuǎn)換壓頭(17)滲入巖石試樣(15)中。

3.如權(quán)利要求2所述的一種適用于壓驅(qū)技術(shù)的水力致裂試驗裝置，其特征在于：所述注入頭(18)設(shè)于滲流底座(13)頂部中心處，所述轉(zhuǎn)換壓頭(17)設(shè)于注入頭(18)的上端，所述轉(zhuǎn)換壓頭(17)、注入頭(18)插設(shè)于圓柱形盲孔內(nèi)。

4.如權(quán)利要求1所述的一種適用于壓驅(qū)技術(shù)的水力致裂試驗裝置，其特征在于：所述下壓板(12)設(shè)于底桌(14)頂部，所述底桌(14)內(nèi)設(shè)有主油缸(13)。

5.如權(quán)利要求1所述的一種適用于壓驅(qū)技術(shù)的水力致裂試驗裝置，其特征在于：所述側(cè)油缸(1)通過后端固定支架(2)和固定支架(3)設(shè)于樣品支架(5)上，所述后端固定支架(2)和固定支架(3)均與樣品支架(5)上的直線導(dǎo)軌(4)相連。

6.如權(quán)利要求1所述的一種適用于壓驅(qū)技術(shù)的水力致裂試驗裝置，其特征在于：所述密封板(9)用于阻隔流體串流。

7.如權(quán)利要求1所述的一種適用于壓驅(qū)技術(shù)的水力致裂試驗裝置，其特征在于：所述注入頭(18)與滲流底座(13)均設(shè)有壓力水通道，上、下密封板(9)通過垂向加載缸壓緊緊貼在巖石試樣(15)上、下端面阻隔壓力水的滲出。

8.如權(quán)利要求1所述的一種適用于壓驅(qū)技術(shù)的水力致裂試驗裝置，其特征在于：所述注入頭(18)采用凸字形結(jié)構(gòu)，其中直徑較大的一端上有密封圈與滲流底座(13)進行配合密封，直徑較小的一端通過連接轉(zhuǎn)換壓頭(17)插入巖石試樣(15)的圓柱形盲孔中，所述轉(zhuǎn)換壓頭(17)上涂抹有環(huán)氧樹脂膠，用于密封，壓力水通過注入頭(18)中間的通道進入轉(zhuǎn)換壓頭(17)后滲入巖石試樣(15)中。

9.一種適用于壓驅(qū)技術(shù)的水力致裂試驗方法，其特征在于，包括以下步驟：

10.如權(quán)利要求9所述的一種適用于壓驅(qū)技術(shù)的水力致裂試驗方法，其特征在于，所述步驟s1中，具體包括以下步驟：

11.如權(quán)利要求10所述的一種適用于壓驅(qū)技術(shù)的水力致裂試驗方法，其特征在于：所述步驟s11中，制備平板形巖石試件，包括：

12.如權(quán)利要求11所述的一種適用于壓驅(qū)技術(shù)的水力致裂試驗方法，其特征在于：所述步驟s11中，平板形巖石試件的尺寸為長度48～52cm、寬度48～52cm、高度3～5cm。

13.如權(quán)利要求10所述的一種適用于壓驅(qū)技術(shù)的水力致裂試驗方法，其特征在于：所述步驟s12中，鉆取盲孔，包括：

14.如權(quán)利要求13所述的一種適用于壓驅(qū)技術(shù)的水力致裂試驗方法，其特征在于：所述步驟s12中，盲孔采用圓柱狀結(jié)構(gòu)，其直徑為5～7mm、深度為平板形樣品厚度的1/2，為1～3cm，且圓柱狀盲孔直徑大于轉(zhuǎn)換壓頭小端直徑。

15.如權(quán)利要求10所述的一種適用于壓驅(qū)技術(shù)的水力致裂試驗方法，其特征在于：所述步驟s13中，裝載巖石試樣，包括：

16.如權(quán)利要求9所述的一種適用于壓驅(qū)技術(shù)的水力致裂試驗方法，其特征在于：所述步驟s2中，壓驅(qū)致裂模擬，包括：

17.如權(quán)利要求16所述的一種適用于壓驅(qū)技術(shù)的水力致裂試驗方法，其特征在于：所述步驟s2中，泵入流體一為密度1.0142g/cm3，黏度0.9987mpa·s的氯化鉀溶液。

18.如權(quán)利要求9所述的一種適用于壓驅(qū)技術(shù)的水力致裂試驗方法，其特征在于：所述步驟s3中，追蹤裂縫形態(tài)，包括：

19.如權(quán)利要求18所述的一種適用于壓驅(qū)技術(shù)的水力致裂試驗方法，其特征在于：所述步驟s3中，流體二為硅油，油溶性染色劑一為油溶藍(lán)，為了有效示蹤裂縫形態(tài)并防止流體向基質(zhì)濾失。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種適用于壓驅(qū)技術(shù)的水力致裂試驗裝置，包括側(cè)油缸及其一側(cè)的巖石試樣，巖石試樣上下方分別設(shè)有上壓板和下壓板，上壓板和下壓板通過承載拉桿相連，并通過承載螺帽固定，巖石試樣底部設(shè)有滲流底座，巖石試樣上下側(cè)均設(shè)有密封板，巖石試樣四周均設(shè)有側(cè)壓板，還公開了一種適用于壓驅(qū)技術(shù)的水力致裂試驗方法，本發(fā)明適用于油田開發(fā)技術(shù)領(lǐng)域，實現(xiàn)了室內(nèi)壓驅(qū)大尺寸巖心物理模擬實驗，對深化壓驅(qū)機理的認(rèn)識具有重大意義；只需在天然巖心上取一平板形試件即可，能有效降低試件加工及整個實驗的成本和時間，采用的平板形試件在進行裂縫觀測時不需對試件進行二次剖切，有效降低實驗難度，提高裂縫觀測效果。

技術(shù)研發(fā)人員：張翼飛,楊勇,王建,貝君平,段建輝,李新,孫志剛,于春磊,孫強,陳霆
受保護的技術(shù)使用者：中國石油化工股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/19