[发明专利]一种可视化蓄能压裂物理模拟试验装置及其试验方法

说明书

本发明提供了可视化蓄能压裂物理模拟试验装置及其试验方法，包括透明密封箱，透明密封箱的内腔置有物模试件，物模试件内嵌有模拟井筒，模拟井筒的外壁贴附有第一分布式监测光纤，且在物模试件内封装有若干层围绕模拟井筒敷设的第二分布式监测光纤，第一分布式监测光纤和第二分布式监测光纤均用于监测温度和声波；透明密封箱的外部设有气体相态转换系统、压裂液注入系统和地层模拟系统，三个系统均通过管线伸入透明密封箱内。本发明采用光纤技术采集温度、压力、声波、振动信号，实现蓄能压裂物模的可视化监测和实时控制，对裂缝延伸过程进行全程监测，确定蓄能压裂过程中气体的相态，为研究气体蓄能压裂提供了现实手段。

技术领域

本发明属于水力压裂模拟试验领域，具体涉及一种可视化蓄能压裂物理模拟试验装置及其试验方法。

背景技术

水力压裂已经成为常规单井增产增注技术，在油气井增产措施领域发挥着至关重要的作用，然而，水力压裂过程会消耗大量的水资源，由于气体蓄能压裂技术兼具气体的流动性和液体的高密度特性，能够代替清水实施压裂，并且可以排除地层与水接触的机会，降低压裂过程中水锁和水敏对地层的伤害，补充地层能量，无水相无残渣易返排，能够减少环境污染、节约水资源，可有效地提高油气藏的增产效果，已经日益成为最具增产潜力的压裂增产技术。

目前的气体蓄能压裂监测技术，不能直接观察到气体蓄能压裂所产生的实际裂缝形态，以及气体在地层中的相态变化，因此对气体蓄能压裂裂缝扩展规律的影响因素和扩展机制认识严重不足，并最终影响了压裂作业效果。因此，通过室内模拟地层条件进行气体蓄能压裂物模试验（物理模拟试验）是认识裂缝扩展机制的重要手段，可以直接检测模拟气体蓄能压裂的物理过程、观察裂缝形态，对压裂设计和优化、改进工艺，具有重要意义，例如以下三项相关专利申请：

（1）申请文件CN102749275A提供了一种可视化人造岩心微观可视化模型的制备方法，包括按照设计要求称量石英砂和胶结物，加压、烘干、切割成长方形，之后放置在透明玻璃片上制成观察模型。

（2）申请文件CN201810605641.8提供了一种人造岩心微观可视化模型的制备方法，包括将高强高透光的树脂胶、氢氧化镁和石英砂混合、固化，按照设计尺寸切割获得人造岩心片，之后通过双面胶粘贴于有机玻璃基体，获得人造岩心微观可视化模型。

（3）CN107219127A提供了一种实验室用可视化水力压裂物理模拟装置及方法, 包括壳体、供液部以及设置于壳体内的一级缝压裂部、二级缝压裂部和三级缝压裂部。该专利介绍的可视化方法，是研究水力压裂过程中裂缝之间缝间干扰、主裂缝与分支缝之间影响关系的可视化方法，而不是研究裂缝延伸规律的物模可视化方法。

然而，以上申请文件以及其他室内模拟地层条件的气体蓄能压裂物模试验都是对压裂后劈开物模试件进行观察，或者对压后的试件进行CT扫描，其缺点是不能对裂缝延伸过程进行实时可视化监测，只能对最终的压裂结果进行观察，不能够确定蓄能压裂过程中气体的相态，不能观察到裂缝延伸的具体过程，不能观察到裂缝延伸的具体过程，因此亟需开展可视化的物模实验，深入研究气体蓄能压裂的裂缝扩展规律和气体相态变化规律。

发明内容

本发明实施方式的目的在于提供可视化蓄能压裂物理模拟试验装置及其试验方法，以克服上述技术缺陷。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种可视化蓄能压裂物理模拟试验装置，包括透明密封箱，透明密封箱的内腔置有物模试件，物模试件内嵌有模拟井筒，模拟井筒的外壁贴附有第一分布式监测光纤，且在物模试件内封装有若干个围绕模拟井筒敷设的第二分布式监测光纤，其中第一分布式监测光纤的结构和第二分布式监测光纤的结构相同，均用于监测温度和声波；

透明密封箱的外部设有气体相态转换系统、压裂液注入系统和地层模拟系统，三个系统均通过管线伸入透明密封箱内。

进一步地，气体相态转换系统包括冷却装置，冷却装置的入口接通有并联的气源和注入泵，冷却装置的出口通过保温管线接入透明密封箱。