[发明专利]一种用体积膨胀材料研究岩石压裂多裂缝扩展规律的实验方法

说明书

本发明公开了一种用体积膨胀材料研究岩石压裂多裂缝扩展规律的实验方法，包括如下步骤：采用类岩石材料制备压裂试样，在压裂试样中预埋压力传感器；围绕压裂试样中心轴钻两个直径和深度相同的钻孔；沿压裂试样的对角线安装若干个声发射探头，并在压裂试样的一侧放置热像仪；在压裂试样四周设置压板，利用地应力加载及控制系统对压裂试样施加围压；向压裂试样的钻孔中充填膨胀材料，进行压裂实验；压裂实验结束后，进行实验后处理和数据整理。

技术领域

本发明涉及深部非常规能源开采实验技术领域，具体涉及一种采用体积膨胀材料模拟多簇射孔条件下压裂模式对岩石水力裂缝扩展形态影响的实验方法。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

当今世界面临着常规资源日益枯竭和能源需求逐渐增长的严峻形势，许多国家都在通过扩大煤层气、页岩气等非常规能源的勘探、开采，向更加现代化的能源资源领域拓展，并逐步提高清洁能源消费比重。非常规能源大多赋存于致密储层中，受埋藏深度和岩性影响，储层渗透率低，阻碍了非常规能源的开采和利用。

水平井段多簇同步压裂技术目前已成为低渗透油气增产和增强型地热系统开发的关键技术。通过在同一压裂段内进行多簇射孔，一次性压开多个裂缝，进而提高储层渗透率，增大储层改造体积，降低压裂时间和施工成本。多簇压裂的改造目的是同时形成一系列密集且沿最大主应力方向延伸的多条水力裂缝网络来增加流体交换效率。然而，现场作业表明，水平井段多簇水力压裂的效果往往不是十分明显。实测数据显示，有30％甚至更多的裂缝未到达设计生产效果。在水力压裂裂缝扩展过程中，水力裂缝的起裂、延伸、转向和贯通受到岩性、地层条件、地应力水平和压裂参数等多因素影响。一般认为，多裂缝同步扩展过程中，邻近裂缝之间的相互干扰导致部分裂缝失去扩展稳定性。作为储层改造的关键技术，水力压裂裂缝扩展几何形态是评价储层改造效果的关键。然而，由于储层埋深过大，难以观测多裂缝的扩展延伸形态和相互作用机理。受现有技术水平限制，目前对于多裂缝的压裂模型的理解仍缺乏准确的认识

迄今为止，国内外学者为模拟水力压裂技术对储层岩石裂缝扩展形态和压裂增产效果的影响，已经利用非爆破膨胀剂，围绕钻孔尺寸、外部环境和储层岩石特性等方面，开展了大量实验，并取得了一定的成绩。研究表明，不同压裂模式和钻孔设计将对裂缝的几何形态产生重大影响，并影响最终的能源采收率。采用合理的钻孔布置和压裂模式设计可以有效降低裂缝间应力阴影效应影响，有助于裂缝的扩展和沟通，提高储层岩石渗透率，促使油气产量更大化。发明人通过分析和总结常规水力压裂关于压裂模式和钻孔设计的相关文献，发现利用膨胀剂开展的模拟储层岩石压裂问题的相关工作，尚存在以下三个问题亟需进一步研究和解决：

1.利用膨胀剂开展的储层岩石体积膨胀压裂实验，多通过单孔注入膨胀剂研究单裂缝扩展规律，而针对多簇裂缝起裂扩展模式及扩展中裂缝间相互作用机理的研究仍有待进一步开展。

2.在水力压裂室内实验过程中，由于裂缝扩展速度过快，水力压裂实验多集中在研究单裂缝的起裂扩展规律，而较少开展对多裂缝起裂扩展形态和裂缝间相互影响的研究。少数开展的水力压裂多裂缝的实验研究也是基于同步压裂，而难以模拟先后压裂等其它压裂模式对裂缝扩展形态和相互作用机理的影响。

3.现有对于多裂缝在不同压裂模式下的裂缝扩展形态和相互影响机理的认识，多基于数值模拟或理论分析。而较少开展围绕多裂缝在不同压裂模式下的水力压裂实验研究，所以难以对理论模型进行验证或对数值模型进行校准。

发明内容

为了解决现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是提供一种用体积膨胀材料研究岩石压裂多裂缝扩展规律的实验方法。

为实现上述发明目的，本发明的一个或多个实施例公开了以下技术方案：

一种用体积膨胀材料研究岩石压裂多裂缝扩展规律的实验方法，包括如下步骤：