[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

说明书

本发明涉及裂缝起裂扩展与支撑裂缝应力敏感性评价装置及方法。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。该方法包括：步骤1、设置X、Y、Z三轴压力，对岩心施加三轴载荷；步骤2、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、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；步骤4、将前置液注入岩心内，待压开岩心后将携砂液注入岩心内；步骤5、向井筒或是三轴渗流板注水或注气，计算压裂后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。本发明能够指导水力压裂施工参数的优化，有效提高油气井产能。

技术领域

本发明属于油气田开发领域，具体涉及一种裂缝起裂扩展与支撑裂缝应力敏感性评价一体化装置及方法。

背景技术

在非常规油气资源的勘探开发过程中，水力压裂技术一直发挥着至关重要的作用，由于非常规储层的孔渗等物性普遍较差，绝大部分生产井在投产前都会实施一定的增产改造措施。水力压裂技术作为高效提高单井产能的常用手段，其增产的核心正是通过水力裂缝的导流能力，提供油气流入井筒的高速通道、增强井筒与储层的连通性。

水力裂缝的起裂、扩展路径以及水力裂缝的应力敏感性都直接影响着水力压裂的改造效果。目前研究水力裂缝起裂、扩展的主要手段是数值模拟和室内岩心压裂模拟试验，而研究裂缝应力敏感性的主要手段是测试柱状小岩心(直径一般小于10cm)渗透率随应力的变化量，这些方法都存在着一定的不足和局限性：

(1)数值模拟能够很好地模拟并直观地显示水力裂缝起裂和扩展的完整过程，但其受到边界条件、初始条件以及参数设定的影响很大，再加上模拟中许多过于理想化的假设条件，不能真实地反映出储层岩石这一非均质性、随机性极强的多孔介质中的裂缝起裂和扩展状态。

(2)室内岩心压裂模拟试验采用大尺寸正方体岩心、施加真三轴围压，能够很好地模拟地下应力条件下岩心的水力裂缝扩展状态，而监测水力压裂试验中裂缝扩展的路径和压裂前后渗透率变化量是表征水力压裂效果和优化施工参数的重要手段。

(3)裂缝应力敏感性测试具有以下问题：岩心尺寸和裂缝尺寸过小；一般采用人工劈裂的方法制造裂缝，并非真实的水力裂缝；裂缝内的支撑剂是预先添加的，并非通过压裂液携带进入；只能模拟单向渗流，不能模拟井筒周围的渗流模式；施加围压的方式是将岩心整个柱面进行包裹加压，而没有做到真三轴加压，故而局限性较大。

发明内容

本发明的目的在于提供裂缝起裂扩展与支撑裂缝应力敏感性评价装置，该装置通过对大尺寸岩心施加三轴围压、注入液态二氧化碳或压裂液模拟压开并支撑水力裂缝的过程，通过声发射装置、高速摄像机监测水力裂缝的扩展状态，通过气体或液体流量监测岩心压裂前后以及不同围压下岩心的渗透率变化，评价压裂改造效果和支撑裂缝的应力敏感性。

本发明的另一目的还在于提供利用上述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，该方法原理可靠，操作简便，能够更好地指导水力压裂的应用和施工参数的优化，达到提高油气井产能的目的。

为达到以上技术目的，本发明采用以下技术方案。

本发明的技术思路在于：通过液压泵对正方体岩心施加三轴围压，模拟储层的三向地应力条件，通过恒速恒压泵将液态二氧化碳、酸液、压裂液或携砂液注入岩心内的人工井筒，压开并支撑起水力裂缝；在压裂的过程中通过声发射装置配合高速摄像机来监测岩心中裂缝的起裂和扩展，并在压裂后将岩心剖开加以验证；通过对压裂并注入支撑剂的岩心施加不同的三轴围压，测试不同围压条件下含有支撑裂缝岩心的三轴整体渗透率或单轴渗透率，用以评价其支撑裂缝的应力敏感程度。

裂缝起裂扩展与支撑裂缝应力敏感性评价装置，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：