[发明专利]干热岩水平井分段顺序压裂或同时压裂的模拟装置及方法

说明书

本发明实施例涉及一种干热岩水平井分段顺序压裂或同时压裂的模拟装置及方法，所述干热岩水平井分段顺序压裂或同时压裂的模拟装置包括预制岩样、水平井组、压裂装置、恒温流体高压注入装置以及温度监测系统，水平井组包括外井筒、内井筒以及定位结构，所述外井筒的一端封闭且安装至所述预制岩样内，另一端具有第一敞口端，所述外井筒的内壁沿轴向间隔设置多个沿周向延伸的环形凹槽，所述多个环形凹槽的数量与分段压裂簇数量匹配且每个环形凹槽内设有间隔设置的两条割缝，所述内井筒设于所述外井筒内且具有封闭端以及与所述封闭端相对设置的开口端，且所述内井筒的外侧壁与所述外井筒的内侧壁通过螺纹结构密封连接。

技术领域

本发明实施例涉及油气田开发技术领域，特别涉及一种干热岩水平井分段顺序压裂或同时压裂的模拟装置及方法。

背景技术

目前国内对能源消费的需求量极大，但不匹配的是，我国能源供应存在缺口，2020年，我国石油和天然气的进口依存度已经上升至73％和43％，对我国能源安全提出了重大挑战。地热能是一种分布广泛、低碳环保且具有竞争力的可持续利用的清洁能源，而我国具有世界上最丰富的地热资源，其中干热岩作为一种新兴的地热资源越来越受到人们的关注，利用干热岩发电具有不受季节、气候制约和成本低的特点。干热岩岩性以花岗岩为主，具有低孔隙度、低渗透率的性质，难以直接钻井注水开发其中的热能，此时就需要利用石油工程中的水力压裂技术，在地下热储层中压裂形成裂缝或者缝网，形成增强型地热系统(Enhanced Geothermal System，EGS)，通过注入低温冷水和采出高温热水对地热能进行开发利用。干热岩具有巨大的开发潜力，成功开发地热能具有显著的经济效益、环境效益，对干热岩实施有效的开发是利国利民的事业。

干热岩地热能高效开发的关键在于形成有效的裂缝网络，国内外相关技术通过数值模拟方法分析了增强型地热系统的开发情况，结果表明水平井多段压裂的开发效果最佳。在常规油气储层中，已经开展了一系列水平井多段压裂物理实验和数值模拟研究，对其已经有了比较充分的认识。但是在干热岩地层中，由于其特殊的高温高压环境以及不同于油气储层的低孔、低渗和不含水的岩石特征，水平井多段压裂裂缝起裂及扩展的控制机制尚不明确。与直井压裂相比，水平井多段压裂存在着各段裂缝间的应力干扰现象，不同压裂施工方式(顺序压裂或同时压裂)产生的裂缝形态不同，因此，有必要展开干热岩水平井多段顺序压裂和同时压裂的研究。而目前我国尚未拥有整套成熟的干热岩水平井多段压裂物理模拟方法，特别是对于高温高压环境下干热岩顺序压裂和同时压裂的室内实验方法尚不完善。

发明内容

本发明实施方式的目的在于提供一种干热岩水平井分段顺序压裂或同时压裂的模拟装置及方法，旨在解决现有技术中缺乏对干热岩水平井多段压裂物理模拟方法的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种干热岩水平井分段顺序压裂或同时压裂的模拟装置，包括：

预制岩样；

水平井组，包括外井筒、内井筒以及定位结构，所述外井筒的一端封闭且安装至所述预制岩样内，另一端具有第一敞口端，所述外井筒的内壁沿轴向间隔设置多个沿周向延伸的环形凹槽，所述多个环形凹槽的数量与分段压裂簇数量匹配且每个环形凹槽内设有间隔设置的两条割缝，所述内井筒设于所述外井筒内且具有封闭端以及与所述封闭端相对设置的开口端，且所述内井筒的外侧壁与所述外井筒的内侧壁通过螺纹结构密封连接；其中，所述内井筒分别与每个所述环形凹槽对应位置设有四个沿周向分布的第一通孔，所述定位结构安装在所述内井筒，以使所述第一通孔与对应的所述环形凹槽相连通；或者，所述内井筒在靠近所述封闭端设置四个沿周向分布的第一通孔，所述定位结构安装在所述内井筒，以使所述第一通孔分别与所述多个环形凹槽连接；

压裂装置，具有压裂腔体、应力加载装置、以及加热装置，所述压裂腔体内容置所述预制岩样，所述应力加载装置用于对所述预制岩样施加X、Y以及Z轴方向的环境应力，所述加热装置设于所述压力腔体的内壁，用于所述预制岩样进行加热；

恒温流体高压注入装置，与所述内井筒的开口端连接，用于模拟压裂高压流体的注入；以及，