[发明专利]立方体原岩试样钻孔内垂直预射孔装置及预射孔加工方法

说明书

本发明公开了一种立方体原岩试样钻孔内垂直预射孔装置及预射孔加工方法，预射孔装置包括基础平台、气钻、试样夹持器、气压控制装置和位置调节装置；气钻和试样夹持器均通过具有三个轴向可调节的位置调节装置与基础平台连接；气钻通过气压控制装置连接有压力气源；气钻包括横截面小于试样中部通孔截面的杆状微型气动机和直角转向传动装置，气钻通过直角转向传动装置的输出端输出旋转动力，并具有钻孔和修形的金刚石刀具安装结构。加工方法基于预射孔装置实施。本发明的有益效果是，装置结构简单、布局紧凑，便于射孔操作，可充分满足原石试样预射孔要求；加工方法工艺过程合理，操作方便，效率高。

技术领域

本发明属于非常规油气开采模拟技术，具体是一种立方体原岩试样钻孔内垂直预射孔装置及预射孔加工方法。

背景技术

在非常规油气开采和地热能源利用领域，如低渗透页岩油开采、低渗透页岩气开采、深部低渗煤层气开采、深部干热岩开发等工程实践中，流体(水、二氧化碳、超临界二氧化碳、氮气等)压裂技术作为这些储层开采开发必不可少的一项重要的储层增渗技术，近年来受到业界广泛关注。

实际上，仅对水力压裂技术而言，学者们对其过程中的流固耦合行为研究已经逐渐趋于成熟，同时，越来越多的研究发现压裂过程中裂缝的扩展形态、缝网展布受储层天然非均质影响巨大，这些发现为进一步研究带来了机遇，同时，由于当前天然非均质性监测技术的局限，这些发现也为当前研究和模拟带来了挑战。针对储层非均质影响和水力裂缝相互影响范围的研究，现场开始了从单井压裂、多井压裂、多井多段压裂的探索，施工过程中往往会形成多簇的压裂裂缝网络，不同射孔间距导致了不同的裂缝网络簇间距，同时，不同簇间距下的裂缝网络之间会形成缝间干扰，对压裂开采效果影响巨大。然而在物理试验方面，由于制样难度大，耗材高，这类研究多以数值模拟和理论推导等方式进行，少有采用小尺度试件去模拟的研究。因此，制作用于实验尺度的压裂模拟试样，并在其内模拟的水平井内布置射孔以模拟多段压裂试验是十分必要的。

在多段压裂的开采过程中，不同方位角、不同井间距等预射孔的不同排布方式对压裂开采效果影响巨大。为了实现高效的开发，需采用多水平井多段压裂技术产生密集且垂直于井筒的多条横切缝来扩大泄流面积。但在实际的生产中有明确的测井数据表明，有30％甚至更多的射孔族对产量没有贡献。在实验尺度，为模拟多段压裂对岩石试样的影响，经常需要对已经加工好岩石试样钻孔内部进行预射孔，以研究不同射孔排布方式对裂缝的起裂、扩展、形成的裂缝网络结构、缝间干扰、以及压裂效果等的影响。在实验过程中，不同射孔排布方式会直接影响初始裂隙的起裂、扩展的实验效果和实验的精确度，所以在压裂实验的研究中对岩石试样钻孔内预制射孔的精度要求很严格。

针对水平井多段压裂裂缝的起裂及扩展问题已经有大量学者开展了相关的理论研究，但缺少准确直接的物理实验对其进行验证。而在实际的工程中采用的一种垂直井定向射孔技术是采用起爆药冲击的原理进行预制射孔，该方法虽然已经在实际生产中得到应用，但仍然存在缺陷。并且无法运用到实际的物理实验中。

无论是在压裂现场试验的过程中还是在压裂的物理实验研究中，都会遇到在井壁上预先布置垂直射孔的问题，但由于实验模拟井壁的直径一般较小，而其试样中的预射孔布置的精度要求较高，这也造成了压裂实验中射孔布置的困难。现有的大尺寸压裂实验采用的试样为300mm×300mm×300mm立方体相似材料制成的试样。当前用于多井多段压裂实验的岩石试样多采用相似材料预制射孔，与真实岩石岩性相差巨大，并且在模拟工况上也存在较大差异。

发明内容

本发明的第一目的就是针对现有技术中多段压裂实验中采用模拟相似材料制作试样的不足，提供一种立方体原岩试样钻孔内垂直预射孔装置，以通过此装置在原岩试样钻孔中进行预射孔制作，以解决原岩试样制作困难问题。本发明的第二目的是提供一种基于预射孔制作装置而实施的原岩试样制作方法，以通过该方法获得原岩试样，为获得更加贴近现场的压裂试验结果创造条件。

为实现第一目的，本发明采用如下技术方案。