一种水平井压裂物理模拟样品及其制作方法技术

本发明专利技术提出了一种水平井压裂物理模拟样品及其制作方法。这种水平井压裂物理模拟样品设置了上、下胶结层，并且上、下胶结层内的支撑剂处形成高渗区域。在对水平井压裂物理模拟样品进行穿层压裂时可以获得穿层压裂在上胶结层和下胶结层处的响应。为研究不同储层厚度、不同井筒尺寸、不同压裂液体、不同水平段长度、不同起裂位置等对水平井穿层压裂裂缝扩展的影响提供了有效的模拟样品。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及油气工程领域，特别涉及一种水平井压裂物理模拟样品及其制作方法。
技术介绍
目前，我国低渗透油气采用水平井分段压裂技术进行增产作业。水平井分段压裂技术应用的最为广泛也最为有效，在不同的油气储层取得了不同程度的效果。但是，由于对储层认识差异，水平井分段压裂技术在不同储层的应用过程中，裂缝扩展的规律和相关影响等方面的认识尚不明确。物理模拟压裂是认识压裂裂缝延伸规律的重要手段，因此，针对不同储层的物理模拟试件制备形成了很多成果。现有的压裂试件制备技术按材质可分为两类：一类是以水泥等材料制作的人造岩样压裂试件制备方法。采用人造岩样的方式开展压裂样品的制备，其特点在于可在层内形成均质样品，如在科学文献《水力压裂多裂缝起裂模拟实验与分析》(作者：刘洪)以及专利文献《一种用于水力压裂物理模拟试验的层状模型的制作方法》(CN103234791A)中分别采用纯水泥与石英砂按比例混合，模型原料与水搅拌等方式进行了人造岩样试件的制作。另一类是以天然岩样进行加工制作压裂试件的方法。这样使得压裂试件更加接近真实的储层岩性，如在科学文献《页岩气储层水力压裂物理模拟试验研究》(作者：张旭等)、《煤岩水力裂缝扩展规律试验研究》(作者：杨焦生)、以及专利文献《一种煤层气井水力压裂物理模拟试件制作方法》(CN103883302A)中，分别针对煤岩和页岩压裂，采用天然岩样和页岩露头加工方式进行模拟制样。但是这些方法都存在一些问题。首先，采用水泥、树脂等材料制作的压裂试件，与实际岩样物性和岩石力学性质相差较大，不能真实的模拟出裂缝延伸规律。其次，以往的压裂试件主要是针对模拟直井的试验，直井的井筒竖直设置且通常垂直于层理面，根据这些压裂试件所得到的试验结果不能反应水平井的压裂裂缝
延伸规律。再次，简单考虑岩性差异的试件制作方法，没有设计层面对应的处理方法，无法在实验中明显反应出裂缝延伸在层面的相关规律。此外，以往试件大多采用注入管柱直接固结在井筒里，这样既不够真实模拟压裂时注入管柱的液体注入，也不能较好的模拟不同尺寸井筒对压裂裂缝眼神的影响。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题为提供一种水平井压裂物理模拟样品及其制作方法，这种水平井压裂物理模拟样品可以模拟层面的力学性质以及在进行压裂模拟试验时可以获得判断裂缝延伸到层面时的响应。为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种水平井压裂物理模拟样品及其制作方法。该水平井压裂物理模拟样品包括：管柱以及依次层叠的下岩块、下胶结层、压裂岩块、上胶结层、上岩块，其中，压裂岩块包括从压裂岩块的侧面延伸至压裂岩块的中心的盲孔，管柱的一端插入盲孔且不抵接于盲孔的底端，管柱的外周壁与所压盲孔的内周壁之间密封，上胶结层包括设置在上岩块与压裂岩块之间的且位于压裂岩块的上底面中部的上垫圈、设置在上垫圈内的支撑剂、以及设置在上岩块和压裂岩块之间的且位于上垫圈外侧的密封胶，下胶结层包括设置在下岩块与压裂岩块之间的且位于压裂岩块的下底面中部的下垫圈、设置在下垫圈内的支撑剂、以及设置在下岩块和压裂岩块之间的且位于下垫圈外侧的密封胶。在一个具体的实施例中，下岩块、压裂岩块以及上岩块均为立方体。在一个具体的实施例中，管柱平行于压裂岩块的上底面且垂直于侧面，并贯穿侧面的中心。在一个具体的实施例中，下岩块、压裂岩块、上岩块的每个底面均为边长等于a的正方形，下岩块、压裂岩块、上岩块、上胶结层、下胶结层的厚度依次分别为b、c、d、e、f，其中 e + f = a 30 , b + c + d = 29 a 30 , 29 a 30 > c ≥ a 6 , ]]>a、b、c、d、e、f的长度单位均相同。在一个具体的实施例中，从管柱插入压裂岩块内的端部到盲孔的底端的长度范围为在一个具体的实施例中，a＝300mm。在一个具体的实施例中，盲孔从管柱插入压裂岩块的端部到盲孔的底端的部
分的直径小于管柱外径。在一个具体的实施例中，上岩块、压裂岩块以及下岩块均由天然岩样制成。在一个具体的实施例中，上岩块的层理面、压裂岩块的层理面和下岩块的层理面均与压裂岩块的上底面平行。本专利技术还提出了一种制作水平井压裂物理模拟样品的方法，其包括以下步骤：根据实验所需要模拟的目标层位、目标层位的上覆岩层、目标层位的下覆岩层的力学性质来选取三块天然岩样，并分别对应切割成层状的压裂岩块、上岩块、下岩块；在压裂岩块的侧面钻取盲孔，将管柱插入孔中，并在盲孔的周壁与管柱的外周壁之间形成密封；在压裂岩块的上底面的中部设置填充满支撑剂的上垫圈，在上垫圈的外侧涂布密封胶层，将上岩块的下底面覆盖在上垫圈内的支撑剂上；在下岩块的上底面的中部设置填充满支撑剂的下垫圈，在下垫圈的外侧涂布密封胶层，将压裂岩块的下底面覆盖在下垫圈内的支撑剂上。这种水平井压裂物理模拟样品设置了上、下胶结层，并且上、下胶结层内的支撑剂处形成高渗区域。在对水平井压裂物理模拟样品进行穿层压裂时可以获得穿层压裂在上胶结层和下胶结层处的响应。为研究不同储层厚度、不同井筒尺寸、不同压裂液体、不同水平段长度、不同起裂位置等对水平井穿层压裂裂缝扩展的影响提供了有效的模拟样品。附图说明在下文中将基于实施例并参考附图来对本专利技术进行更详细的描述。其中：图1显示了本专利技术一种实施方式的水平井压裂物理模拟样品的结构示意图；图2显示了图1中压裂岩块的立体示意图。图3显示了在水力压裂模拟试验过程中，压裂液的注入速率、压裂液的注入压力与时间的关系图。在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术作进一步说明。如图1所示，水平井压裂物理模拟样品10包括上岩块1、上胶结层2、压裂岩块3、下胶结层4、下岩块5以及管柱8。管柱8优选为金属管。在制作水平井压裂物理模拟样品10时，首先，根据实验所需要模拟的目标层位、目标层位的上覆岩层、目标层位的下覆岩层的力学性质来选取与各个岩层的力学性质相同或相近的三块天然岩样。与目标层位的力学性质相同或相近的天然岩样用于制作压裂岩块3，与上覆岩层的力学性质相同的天然岩样用于制作上岩块1，与下覆岩层力学性质相同的天然岩样用于制作下岩块5。上岩块1、压裂岩块3、下岩块5分别用于模拟上覆岩层、目标层位、下覆岩层。将三块天然岩样切割成型，形成正棱柱体状的上岩块1、压裂岩块3和下岩块5。上岩块1、压裂岩块3和下岩块5的底面形状和尺寸相同。下岩块5、压裂岩块3、上岩块1的厚度之比等于下覆岩层、目标层位、上覆岩层的厚度之比。从压裂岩块3的侧面31向压裂岩块3中心钻孔。如图2所示，这样就在压裂岩块3中形成从该侧面31延伸至压裂岩块3中心的盲孔32。盲孔32用于模拟裸井井眼。将密封胶涂布在管柱8的外周壁上，然后将管柱8插入盲孔32中，管柱8不抵接于盲孔32的底端。这样，在密封胶凝固以后，管柱8的外周壁与盲孔本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水平井压裂物理模拟样品，其特征在于，包括：管柱以及依次层叠的下岩块、下胶结层、压裂岩块、上胶结层、上岩块，其中，所述压裂岩块包括从所述压裂岩块的侧面延伸至所述压裂岩块的中心的盲孔，所述管柱的一端插入所述盲孔且不抵接于盲孔的底端，所述管柱的外周壁与所压盲孔的内周壁之间密封，所述上胶结层包括设置在所述上岩块与所述压裂岩块之间的且位于所述压裂岩块的上底面中部的上垫圈、设置在所述上垫圈内的支撑剂、以及设置在所述上岩块和所述压裂岩块之间的且位于所述上垫圈外侧的密封胶，所述下胶结层包括设置在所述下岩块与所述压裂岩块之间的且位于所述压裂岩块的下底面中部的下垫圈、设置在所述下垫圈内的支撑剂、以及设置在所述下岩块和所述压裂岩块之间的且位于所述下垫圈外侧的密封胶。

【技术特征摘要】
1.一种水平井压裂物理模拟样品，其特征在于，包括：管柱以及依次层叠的下岩块、下胶结层、压裂岩块、上胶结层、上岩块，其中，所述压裂岩块包括从所述压裂岩块的侧面延伸至所述压裂岩块的中心的盲孔，所述管柱的一端插入所述盲孔且不抵接于盲孔的底端，所述管柱的外周壁与所压盲孔的内周壁之间密封，所述上胶结层包括设置在所述上岩块与所述压裂岩块之间的且位于所述压裂岩块的上底面中部的上垫圈、设置在所述上垫圈内的支撑剂、以及设置在所述上岩块和所述压裂岩块之间的且位于所述上垫圈外侧的密封胶，所述下胶结层包括设置在所述下岩块与所述压裂岩块之间的且位于所述压裂岩块的下底面中部的下垫圈、设置在所述下垫圈内的支撑剂、以及设置在所述下岩块和所述压裂岩块之间的且位于所述下垫圈外侧的密封胶。2.根据权利要求1所述的水平井压裂物理模拟样品，其特征在于，所述下岩块、所述压裂岩块以及所述上岩块均为立方体。3.根据权利要求2所述的水平井压裂物理模拟样品，其特征在于，所述管柱平行于所述压裂岩块的上底面且垂直于所述侧面，并贯穿所述侧面的中心。4.根据权利要求2或3所述的水平井压裂物理模拟样品，其特征在于，所述下岩块、所述压裂岩块、所述上岩块的每个底面均为边长等于a的正方形，所述下岩块、所述压裂岩块、所述上岩块、所述上胶结层、所述下胶结层的厚度依次分别为b、c、d、e、f，其中 e + f = a 30 , b + c + d = 29 a 30 , 29...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺甲元，苏建政，黄志文，刘长印，李凤霞，李萍，杨科峰，林鑫，孙志宇，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11