本發(fā)明屬于油氣藏開采技術(shù)研究領(lǐng)域，具體涉及一種多尺度真三軸水平井水力壓裂承壓缸及使用方法。

背景技術(shù)：

中國(guó)陸地煤層氣、頁(yè)巖氣、致密油氣等非常規(guī)油氣藏分布廣泛，但這些油氣藏儲(chǔ)集層具有極低的孔隙度和滲透率，商業(yè)開采需大規(guī)模水力壓裂改造。在水力壓裂過(guò)程中，形成天然裂縫(沉積層理)與人工裂縫相互交錯(cuò)的裂縫網(wǎng)絡(luò)，是提高初始產(chǎn)量和最終采收率的關(guān)鍵。國(guó)內(nèi)外科研院所也正在積極尋求建立微觀結(jié)構(gòu)與宏觀裂縫力學(xué)特性的關(guān)聯(lián)關(guān)系，以及表征多裂縫間相互作用的力學(xué)機(jī)理。

影響壓后裂縫網(wǎng)絡(luò)形態(tài)的因素很多，除受施工因素和工藝技術(shù)影響外，最主要與儲(chǔ)層的地質(zhì)條件，如水平地應(yīng)力差、巖石脆性、尤其是儲(chǔ)層的結(jié)構(gòu)有關(guān)。由于裂縫系統(tǒng)的觀測(cè)和評(píng)價(jià)非常困難復(fù)雜，且目前儲(chǔ)層壓裂裂縫擴(kuò)展的結(jié)構(gòu)控制機(jī)理尚不明確，因而需要一種全新的、易操控的試驗(yàn)裝置，在兼顧儲(chǔ)層地應(yīng)力條件、巖石力學(xué)性質(zhì)和結(jié)構(gòu)形態(tài)的基礎(chǔ)上，對(duì)儲(chǔ)層的可壓性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

目前已有的真三軸水力壓裂承壓缸只能進(jìn)行單一尺寸巖樣，豎直井水力壓裂試驗(yàn)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)在真三軸受力條件下，變尺寸巖樣，水平井水力壓裂試驗(yàn)。并且已有的真三軸水力壓裂承壓缸配置操控復(fù)雜，儀器設(shè)備不但需要占據(jù)較大空間，裝卸也非常困難，這在空間、經(jīng)費(fèi)、人力、物力上都構(gòu)成較大的消耗。

本發(fā)明為一種多尺度真三軸水平井水力壓裂承壓缸及使用方法。該裝置制造、操控簡(jiǎn)單，占地面積小，測(cè)量精度高，滿足三向應(yīng)力要求，實(shí)現(xiàn)了不同結(jié)構(gòu)控制下，多尺度巖樣水平井水力壓裂裂縫擴(kuò)展路徑、延伸變化方式及規(guī)律的研究目的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是提供了一種能夠在真三軸受力條件下對(duì)不同結(jié)構(gòu)及尺寸巖樣進(jìn)行水平井水力壓裂模擬試驗(yàn)的承壓缸及使用方法，解決多尺度試樣水平井水力壓裂裂縫擴(kuò)展路徑、延伸變化方式及規(guī)律的研究問(wèn)題。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案，其特征是多尺度真三軸水平井水力壓裂承壓缸由承壓缸本體(1)，可伸縮拉桿(2)和滑輪底座(3)組成，承壓缸本體(1)與滑輪底座(3)通過(guò)內(nèi)嵌底座的 卡槽(4)連接，可伸縮拉桿(2)與滑輪底座(3)通過(guò)螺栓(5)連接，承壓缸本體(1)側(cè)壁開有通道孔(6)、(7)、(8)、(9)，用于試驗(yàn)巖樣(10)中預(yù)埋的水平井筒(11)穿出，通過(guò)壓裂管(20)連接水壓致裂控制系統(tǒng)(12)，鋼制承壓板(13)置于試驗(yàn)巖樣(10)三側(cè)臨空面，與圍壓加載系統(tǒng)(14)緊密接觸。承壓缸本體(1)是由兩塊L形鋼板、兩塊矩形鋼板、兩塊正方形鋼板焊接而成，整缸剛度≥30MN/mm，一側(cè)開口作為操作口(21)，用于放置不同尺寸巖樣。通道孔(6)、(9)分別布置于兩塊L形鋼板上，通道孔(7)、(8)分別布置于側(cè)壁正方形鋼板上，通道孔直徑d≤50mm，大于井筒頭(15)外徑，通道孔中心位置關(guān)系由承壓缸本體(1)各邊及試驗(yàn)巖樣(10)橫截面邊長(zhǎng)所確定。四個(gè)通道孔分別對(duì)應(yīng)四種不同尺寸巖樣，當(dāng)試驗(yàn)巖樣(10)橫截面邊長(zhǎng)為a₁時(shí)，通道孔(6)中心位置距AB邊BF邊均為a₁/2，當(dāng)試驗(yàn)巖樣(10)橫截面邊長(zhǎng)為a₂時(shí)，通道孔(7)中心位置距BC邊、BF邊為a₂/2，當(dāng)試驗(yàn)巖樣(10)橫截面邊長(zhǎng)為a₃時(shí)，通道孔(8)中心位置距BC邊、CE邊為a₃/2，當(dāng)試驗(yàn)巖樣(10)橫截面邊長(zhǎng)為a₄時(shí)，通道孔(9)中心位置距CD邊、CE邊為a₄/2。水平井筒(11)由井筒頭(15)、井身(16)及井身上的射孔孔眼(17)構(gòu)成，井身(16)為高強(qiáng)度鋼管，長(zhǎng)度及外徑根據(jù)試驗(yàn)巖樣尺寸確定。水平井筒射孔段位于試驗(yàn)巖樣中心位置，從而使水力裂縫在試驗(yàn)巖樣中部起裂，達(dá)到充分?jǐn)U展的目的。射孔孔眼(17)布置方式為螺旋形，采用棉紗充填，以防止預(yù)埋時(shí)阻塞孔眼。當(dāng)試驗(yàn)巖樣為人造巖樣時(shí)，待人造巖樣澆筑成型10min后，插入水平井筒(11)于設(shè)定位置，當(dāng)試驗(yàn)巖樣為原狀巖樣時(shí)，切割原狀樣為設(shè)計(jì)尺寸，采用金剛石鉆頭鉆進(jìn)預(yù)制井眼(18)，采用高強(qiáng)度黏結(jié)劑(19)將水平井筒(11)封固于預(yù)制井眼(18)的設(shè)定位置。鋼制承壓板(13)，尺寸與試驗(yàn)巖樣(10)橫截面尺寸一致。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明多尺度真三軸水平井水力壓裂承壓缸及使用方法示意圖。

圖2為本發(fā)明承壓缸俯視圖。

圖3為本發(fā)明承壓缸立體圖。

圖4為本發(fā)明承壓缸通道口位置示意圖。

圖5為人造樣模擬井筒示意圖。

圖6為原狀樣模擬井筒示意圖。

圖中：1-承壓缸本體，2-可伸縮拉桿，3-滑輪底座，4-卡槽，5-螺栓，6-通道孔，7-通道孔，8-通道孔，9-通道孔，10-試驗(yàn)巖樣，11-水平井筒，12-水壓致裂控制系統(tǒng)，13-鋼制承壓板，14-圍壓加載系統(tǒng)，15-井筒頭，16-井身，17-射孔孔眼，18-預(yù)制井眼，19-高強(qiáng)度黏結(jié)劑，20-壓裂管，21-操作口。

具體實(shí)施方式：

1)將預(yù)埋有水平井筒(11)的試驗(yàn)巖樣(10)放置于承壓缸(1)內(nèi)，將水平井筒穿過(guò)對(duì)應(yīng)的通道孔，使試驗(yàn)巖樣(10)三個(gè)面與承壓缸(1)內(nèi)壁緊密貼合。

2)將鋼制承壓板(13)放置于試驗(yàn)巖樣(10)三側(cè)臨空面，連接圍壓加載系統(tǒng)(14)，向試驗(yàn)巖樣施加設(shè)定的水平應(yīng)力和垂向應(yīng)力。

3)將井筒頭(15)通過(guò)壓裂管(20)與水壓致裂控制系統(tǒng)(12)相連，設(shè)定注入流量和流速，啟動(dòng)水壓致裂控制系統(tǒng)(12)，同時(shí)監(jiān)測(cè)水壓致裂系統(tǒng)的泵壓。

4)試驗(yàn)結(jié)束后，觀察巖樣破壞特征與裂縫擴(kuò)展方式，并拍照。

5)分析壓裂數(shù)據(jù)，巖樣破壞特征及裂縫擴(kuò)展參數(shù)。