[发明专利]一种模拟页岩储层水平井体积压裂的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种模拟页岩储层水平井体积压裂的装置及方法，属于非常规油气资源开发技术领域。

背景技术

页岩油气属于非常规油气资源，由于页岩储层渗透率低(纳米达西级)，油气渗流阻力大，通常无自然产能，需要采取压裂措施才能有效开采。而现场压裂试验施工难度大，井下情况复杂，且同一层位无法重复进行多次试验，因此通过需要室内对压裂过程模拟研究。CN201724868U(CN201020283533.2)提供一种水力压裂破裂过程模拟的室内装置，是室内模拟地层条件下岩石在液体压力下破裂过程的测试装置。这种水力压裂破裂过程模拟的室内装置包括方形的承压体(1)，承压体(1)内部是承压腔，承压体(1)上盖用高强度螺钉拧紧，可以打开和密封，三个正交的加载机构的压力板(2)均伸入到承压腔中，承压体(1)的一侧连接外承压体(14)，外承压体(14)内部是外承压室，承压腔与外承压室相通，承压腔与外承压室之间安装导轨(13)，试样小车(12)在导轨(13)上，试样小车上安装有压力板(2)和固定承压柱(6)，压力板(2)和固定承压柱(6)上有连通的注液通道(5)，注液通道(5)与承压腔相通。

页岩储层的开采以水平井为主，携砂液一般选用滑溜水、线性胶或清水，采用大排量、大规模的方式对水平井进行分段压裂，少则分3-5段，多则10-20段，甚至更多，液量从几千方到几万方，在页岩储层中形成裂缝网络(缝网)，增大储层的改造体积，为页岩油气提供渗流通道，提高页岩井的产能。由于页岩储层水平井压裂施工规模大、而且裂缝在几千米的地下，无法观察到裂缝的起裂和延伸，无法准确得到裂缝网络的密度和储层改造体积等数据，也无法分析页岩储层中油气的渗流规律、裂缝网络对产能影响，因此，需要应用实验的方法来模拟页岩储层水平井体积压裂。而当前国内外关于页岩压裂主要是立足于理论研究，缺少相关的模拟装置和方法。存在的主要问题有：1、缺少能够模拟页岩储层物性、模拟地下条件的实验装置，实验介质主要采用石英砂或岩石露头，和页岩储层有较大的差异；2、缺少能够模拟水平井分段压裂的装置，特别是能够模拟二十段以上的模拟装置；3、无发测定裂缝网络的密度和页岩储层压裂的体积；4、不能模拟水平井射孔孔径、密度和相位对裂缝起裂、延伸和压裂井产能的影响。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出了一种模拟页岩储层水平井体积压裂的装置。

本发明还提供利用该装置模拟页岩储层水平井体积压裂的方法。

术语解释：

相似性准则：流体力学领域公知原理，参见袁恩熙《工程流体力学[M]》，石油工业出版社，105-109。

射孔相位角：相邻两射孔弹之间的空间夹角，是射孔工艺设计的关键参数。

本发明的技术方案如下：

一种模拟页岩储层水平井体积压裂的装置，包括模拟储层腔体、数据采集控制面板、计算机、在模拟储层腔体内设置的水平井筒，所述的数据采集控制面板与计算机相连；所述模拟储层腔体包括上盖和矩形腔，所述上盖通过螺栓密封设置在矩形腔上；

在模拟储层腔体的一侧壁上贯通设置有若干个进液孔，所述进液孔在模拟储层腔体的一侧壁上呈同一水平直线设置，所述水平井筒穿过其中一个进液孔设置在模拟储层腔体内，其余进液孔封堵备用；水平井筒筒壁上分段间隔设有射孔孔眼，水平井筒一端为进液口，水平井筒的另一端封闭；在模拟储层腔体内壁上设置有多条供给源管，所述多条供给源管均与模拟储层腔体外壁上设置的供给源进液口相连，在供给源进液口处设置有阀门，在供给源管上设置均匀设置有孔眼；

在模拟储层腔体内填充有介质(该介质是模拟页岩储层的岩层)；在模拟储层腔体内上、中、下分布三层压力传感器，每层均匀分布30～40只压力传感器；每只压力传感器均通过电缆25与数据采集控制面板相连；

本发明还包括储液罐和气罐，在储液罐外设加热套，加热套上设有温度传感器，所述温度传感器与数据采集控制面板连接，所述储液罐的出料口通过柱塞泵与管线相连，在所述管线上设置有流量计和压力表，所述流量计和压力表分别与数据采集控制面板连接；所述气罐的出气口与气体管道相连，在气体管道上设置有气体流量计，所述气体流量计与数据采集控制面板连接；

根据本发明，当模拟页岩储层压裂缝扩展时，供给源进液口处的阀门关闭设置，所述储液罐通过管线与水平井筒的进液口相连通。