[发明专利]裂缝起裂扩展与支撑裂缝应力敏感性评价装置及方法

权利要求书

1.利用装置对裂缝起裂扩展与支撑裂缝应力敏感性进行评价的方法，该装置包括岩心部分、围压加载部分、压裂液泵注部分、应力敏感测试部分、裂缝监测部分，所述岩心部分包括岩心（42）、井筒套管（24）、裸眼井筒（27）、岩心托板（38），岩心位于岩心托板上，岩心内安装至多16个声发射探头（35），岩心中间位置有钻孔，钻孔上端为井筒套管，下端为裸眼井筒；所述围压加载部分包括三轴液压泵、油箱（21）、围压盖板（23）、围压底座（30），三轴液压泵入口端与油箱（21）相连，出口端分别与三轴油缸相连，岩心部分位于围压盖板、围压底座形成的空间内，该空间由外向内分别是油缸、垫板、渗流板、岩心，通过密封胶皮套（36）将渗流板与岩心固定并密封，三轴液压泵分别在X、Y、Z方向通过油缸、垫板、渗流板向岩心施加三轴围压；所述压裂液泵注部分包括CO₂单流阀（1）、CO₂中间容器（2）、低温浴槽（3）、CO₂调压阀（4）、CO₂气瓶（5）、恒速恒压泵（6）、储水罐一（7）、中间容器一（8）、中间容器二（9）；所述应力敏感测试部分包括恒速恒压泵（6）、储水罐一（7）、中间容器一（8）、中间容器二（9）以及电子天平（11）、储水罐二（12）、N₂单流阀（13）、流量控制器（14）、N₂调压阀（15）、N₂气瓶（16）、X轴渗流板（28）、Y轴渗流板（40）、Z轴渗流板（29），X轴渗流板、Y轴渗流板、Z轴渗流板位于岩心的三个方向，通过密封胶皮套（36）将渗流板与岩心固定并密封，测定岩心的气测渗透率和液测渗透率；所述裂缝监测部分包括计算机一（10）、电子天平（11）、恒速恒压泵（6）、三轴液压泵、流量控制器（14）以及计算机二（22）、声发射接收装置（17）、声发射探头（35）、带光源的高速摄像机（26），计算机一连接电子天平、恒速恒压泵、三轴液压泵、流量控制器，用于压力、流量数据的采集和记录，计算机二连接声发射接收装置、带光源的高速摄像机，声发射接收装置接收声发射探头传递的信号，带光源的高速摄像机分别位于X轴垫板、Y轴垫板中，计算机二监测和分析岩心内水力裂缝的起裂扩展以及声发射信号，其特征在于，该方法依次包括如下步骤：

步骤1、设置X、Y、Z三轴压力，对岩心施加三轴载荷；

步骤2、使用清水或氮气测试压裂前岩心的渗透率，计算井筒向储层流动或是储层向井筒流动的岩心单轴渗透率或三轴整体渗透率；

步骤3、配制所需压裂液并称取支撑剂，将压裂液加入中间容器一作为前置液，将压裂液与支撑剂加入中间容器二作为携砂液，并将其搅拌均匀；

步骤4、设置恒定排量将前置液注入岩心内，并通过摄像画面、声发射信号和井筒入口处压力判断岩心内裂缝起裂和扩展情况，待压开岩心后将携砂液注入岩心内；或使用液态二氧化碳对岩心进行压裂；

步骤5、使用清水或氮气测试压裂后岩心支撑裂缝的应力敏感性，设置恒定排量向井筒或是三轴渗流板注水或注气，并监测电子天平质量、进出口端压力表变化，计算井筒向储层流动或是储层向井筒流动的岩心单轴渗透率或三轴整体渗透率；通过调整三轴压力，测试不同围压下支撑裂缝的渗透率变化情况，用以评价支撑裂缝的应力敏感程度。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，低温浴槽将CO₂液化后排入CO₂中间容器，恒速恒压泵提供驱替压力，将液态二氧化碳从中间容器驱出流经CO₂单流阀后注入岩心，在裸眼部位起裂形成人工裂缝；或恒速恒压泵从储水罐一吸水并提供驱替压力，将中间容器一的前置液、中间容器二的携砂液注入岩心，在裸眼部位起裂形成人工裂缝，并将支撑剂携带进裂缝内，实现对裂缝的支撑。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，利用N₂调压阀和流量控制器将恒定体积流量的氮气通过N₂单流阀注入裸眼井筒，气体从X、Y、Z轴渗流板流出，或是气体注入X、Y、Z轴渗流板、从井筒流出；利用恒速恒压泵将中间容器一或中间容器二内的液体注入井筒、从X、Y、Z轴渗流板流出，或是将液体注入X、Y、Z轴渗流板、再从井筒流出，从而评价压裂后岩心裂缝填充支撑剂的渗透率随三轴应力变化的敏感程度，以及压裂前后岩心裂缝填充支撑剂的渗透率变化。