[发明专利]一种用于模拟水平井裂缝同步扩展实验的井筒装置及方法

说明书

本发明公开一种用于模拟水平井裂缝同步扩展实验的井筒装置及方法，应用于致密砂岩储层增产改造技术领域，针对现有技术难以实现分段压裂多裂缝同步扩展的问题，本发明采用包括多个不同外径的井筒段的模拟井筒，并进行分段密封，每个分段作为一个压裂段，每个压裂段各自一套独立的注液管线，各密封压裂段中的井筒段外壁与模拟井眼之间填充尿素，避免了压裂过程中压裂液窜流影响实验效果的问题，采用本发明的技术方案可以分别对不同压裂段进行同步压裂，实现多裂缝同步扩展的实验。

技术领域

本发明属于致密砂岩储层增产改造技术领域，特别涉及一种物理模拟实验的井筒装置设计技术。

背景技术

随着油气勘探开发的不断深入，深层、超深层储层逐渐成为油气资源增储上产的重要领域。致密砂岩储层埋藏深、物性差，传统油气开采手段不能满足生产需求，必须对这类储层进行水平分段多簇压裂改造才能使其进行工业化开采。水平井分段多簇压裂技术通过在同一压裂段内进行多簇射孔，一次性压开多簇裂缝，减小油气到水力裂缝的渗流距离，增大改造体积，降低施工时间和施工成本，但是现场压裂施工和压后生产数据均表明部分射孔簇未能形成有效裂缝。已有的研究表明，这主要是由于在压裂过程中水平井分段多簇压裂过程中存在较强的缝间应力干扰，即“应力阴影”效应，其对水力裂缝扩展路径及缝宽具有重要的影响，集中体现在以下两个方面：首先，在同一压裂段内，中间射孔簇由于受到两侧裂缝附加应力场的影响，裂缝宽度减小，甚至会出现停止扩展或聚并，造成水力裂缝的非均匀扩展，降低储层改造效率；其次，先压开裂缝会对后续压裂段的水力裂缝扩展产生严重干扰，使得后压裂缝不再沿着垂直于井筒方向扩展，裂缝发生偏转，甚至沿着平行于井筒方向扩展，导致缝长减小，缝网波及体积缩小。因此，为了揭示分段多簇压裂过程中多裂缝非均匀延伸机制，综合考虑缝间应力干扰和簇间流量动态分配过程，有诸多问题需要研究，比如：(1)每一段内是否所有射孔簇都能起裂；(2)裂缝同步扩展是否是设计预期的裂缝形态(3)每一段内最优射孔簇是多少，等等。但是目前针对致密砂岩储层水平井段内多裂缝扩展形态的研究模式相对单一，且现有研究采用的井筒结构较为复杂，操作较为繁琐。因此，急需一种能够实现上述功能的实验装置及方法。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出一种用于模拟水平井裂缝同步扩展实验的井筒装置及方法，有助于分析不同段间距、射孔簇数量和间距、压裂顺序、水平应力差以及水平段固井质量等对致密砂岩水平井分段压裂多裂缝同步扩展形态的影响规律。

本发明采用的技术方案之一为：一种用于模拟水平井裂缝同步扩展实验的井筒装置，包括：模拟井眼、模拟井筒、注液管线以及密封圈；所述模拟井筒置于模拟井眼中，模拟井筒包括多个不同外径的井筒段，每一个井筒段对应一个密封压裂段，具体采用环氧树脂灌封胶进行密封；

所述注液管线置于井筒中，各压裂段对应一套独立的注入管线，一套注液管线包括压裂注液管、压裂液导流管和射孔簇，射孔簇位于对应压裂段的井筒段中部，压裂液导流管从模拟井筒端部延伸至对应井筒段中与射孔簇相连；压裂液导流管另一端通过高压螺纹接头与压裂注液管相连。

各密封压裂段中的井筒段外壁与模拟井眼之间填充尿素。

还包括密封垫圈，所述密封垫圈内径与井筒段之间连接处外径匹配，用于装载环氧树脂灌封胶。

射孔簇间距为模拟井筒最大外径井筒段外壁到模拟井眼内壁距离3～7倍。

本发明采用的技术方案之二为：一种用于模拟水平井裂缝同步扩展实验的方法，包括：

S1、选取致密砂岩天然露头，加工成标准立方体试样，拍照并记录试样周面的层理及天然裂缝的状态；

S2、在试样中部沿着平行层理方向钻取盲孔作为模拟井眼；

S3、将模拟井筒置于模拟井眼中，采用环氧树脂灌封胶进行分段密封，分段后的模拟井筒外壁与井眼之间采用尿素进行填充；