[发明专利]一种平面展布水力压裂裂缝扩展的模拟方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及石油工程领域，具体涉及一种平面展布水力压裂裂缝扩展的模拟方法及装置。

背景技术

由于非常规页岩储层渗透性极差，必须经过形成缝网裂缝的体积压裂才能形成工业生产能力，因此非常规页岩储层缝网裂缝形成机制是世界能源领域研究的热点和难点问题。非常规页岩储层中天然裂缝发育，当人工裂缝与天然裂缝交汇后转向扩展，就有可能形成复杂缝网，而当人工裂缝穿过天然裂缝扩展则不能形成缝网，因此分析人工裂缝与天然裂缝交汇后的扩展规律对于揭示缝网裂缝的形成机制具有重要意义。

在现有室内水力压裂模拟实验中，可以较好的模拟单裂缝扩展，在模拟网络裂缝扩展时存在以下几个方面的不足：(1)试件尺寸受到限制，一般实验装置裂缝尺寸为300mm×300mm×300mm(廊坊分院进行了1000mm×1000mm×1000mm的大物模水力压裂装置的研制，但实验成本高，试件体积大，加工困难)，网络裂缝无法在试件内充分发展，因此，在研究致密岩或页岩的可压性评价实验方面受到了限制；(2)裂缝扩展发生在试件内部，裂缝形态不易观察，采用CT扫描技术，成本高，无法投入到大量的实验研究中，声发射测试装置只能进行裂缝定性描述，受到外界环境的影响较大，无法实现精确观测裂缝形态，造成压后试件的裂缝形态不能直观观测。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种平面展布水力压裂裂缝扩展的模拟方法及装置。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种平面展布水力压裂裂缝扩展的模拟方法，包括如下步骤：

S1、首先将试件前后两表面用两块透明玻璃钢夹住，并拧紧加紧螺栓，用金属加载板夹紧试件上下表面，连接恒压恒流泵到试件中的不锈钢套管；

S2、打开恒压恒流泵向试件内部注入液体，并逐渐达到试件完全破裂，加载过程中，使用高速照相机获取试件表面散斑场的连续变化图片，并存储到计算机中；

S3、利用分析软件来获得载荷施加过程中，试件表面位移场和应变场的变化规律。

本发明还提供了一种平面展布水力压裂裂缝扩展的模拟装置，包括两透明玻璃钢、两金属加载板和一恒压恒流泵，试件夹持在两透明玻璃钢之间，两透明玻璃钢通过加紧螺栓相连，两金属加载板夹紧试件上下表面，恒压恒流泵的出料端与不锈钢套管的一端相连，不锈钢套管的另一端预埋在试件内，还包括一高速照相机和一计算机，所述高速照相机获取试件表面散斑场的连续变化图片，并存储到计算机中，计算机接收数据并通过分析软件完成试件表面位移场和应变场的变化规律分析。

其中，所述试件为长、宽、高为300mm×150mm×50mm的相似材料试件。

其中，所述两金属加载板通过两加紧螺杆，两加紧螺杆一端分别穿过金属加载板连接有螺栓。

其中，所述试件表面设有预制天然裂缝。

其中，所述试件表面粘结有一层遇水溶解胶层。

其中，所述试件通过以下步骤制备所得：

步骤一、通过配比不同比例石膏相似材料，并根据尺寸进行试件模型的构建，同时完成不锈钢套管的埋设；

步骤二、在所得试件模型中使用钢丝锯切割不同角度和不同长度裂缝，并填充弱强度材料，完成天然裂缝的布置；

步骤三、在步骤二所得的试件表面涂抹一层遇水溶解胶水，厚度为1-2mm。

本发明具有以下有益效果：

借助于数字散斑扩展技术，能够获得垂向载荷加载裂缝扩展过程中，试件表面应变场和位移场的分布规律，通过分析应变场和位移场的变化规律，可以获得人工裂缝扩展过程中及人工裂缝与天然裂缝交汇后，人工裂缝与天然裂缝之间的相互影响机制，为页岩储层缝网裂缝的形成机制的研究奠定基础。

附图说明

图1为本发明实施例平面展布水力压裂裂缝扩展的模拟装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供了一种平面展布水力压裂裂缝扩展的模拟方法，包括如下步骤：

S1、首先将试件6前后两表面用两块透明玻璃钢2夹住，并拧紧加紧螺栓9，用金属加载板5夹紧试件上下表面，连接恒压恒流泵1到试件中的不锈钢套管7；

S2、打开恒压恒流泵1向试件6内部注入液体，并逐渐达到试件完全破裂，加载过程中，使用高速照相机11获取试件表面散斑场的连续变化图片，并存储到计算机12中；