[发明专利]一种模拟岩石多裂缝同步竞争扩展的试验方法

说明书

一种模拟岩石多裂缝同步竞争扩展的试验方法，包括如下步骤：采用非常规储层岩块制备长方体试样，沿试样长边预制多条对称平行分布的裂缝；根据裂缝长度、裂缝间距和分布形态，确定两支撑点和两加载点的位置；建立长方体试样多裂缝四点弯曲加载的有限元模型，计算每条裂缝缝尖的应力强度因子；对比每条裂缝缝尖的应力强度因子，判断裂缝是否能同步起裂和同步扩展；开展四点弯曲试验；利用高速摄像机观测四点弯曲加载过程中多裂缝的同步扩展演化过程；试验结束后，观察裂缝的扩展形态，探讨多裂缝同步扩展中的竞争行为。本发明为进一步优化射孔簇间距、射孔深度和射孔数目等提供了有效的途径，具有较强的科学研究价值。

技术领域

本发明属于非常规油气储层压裂增产改造领域，具体涉及一种模拟岩石多裂缝同步竞争扩展的试验方法。

背景技术

非常规油气开发已逐渐成为全球能源开发的热点，而水平井分段多簇压裂技术是开发非常规油气资源的关键核心技术。由于水平井的水平段一般较长，且通常采用分割器将水平段分割成若干个小段后再在每一小段内按一定间距进行多簇射孔同步压裂。多簇射孔压裂时会形成多条裂缝的同步扩展，多裂缝同步扩展时裂缝间存在应力干扰，而应力干扰程度与簇间距和裂缝分布形态密切相关，应力干扰程度的不同会导致裂缝的扩展形态各不相同，进而影响储层改造效果。普遍认为，多簇裂缝扩展时越同步，越有利于提高储层改造效果和油气产量，而如何保证多裂缝的同步扩展对进一步优化射孔簇间距等极为重要。

然而，目前国内外并没有提出较好的模拟多裂缝同步竞争扩展的有效办法。较多采用的方法是在模拟套管上预制出多个射孔簇来模拟多裂缝的同步扩展，但试验时很难实现多裂缝的同步起裂和同步扩展，多数情况下仅有一条裂缝起裂和扩展。即使出现了多裂缝起裂和扩展现象，裂缝间的扩展也极难同步。此外，模拟压裂试验时压裂流体分配的不均匀性进一步增强了裂缝扩展的异步性。因此，该试验方法并不能有效实现多裂缝的同步起裂和同步扩展。另一种实现水平井分段多簇压裂时多裂缝同步扩展的方法是数值模拟法，但到目前为止，该方法仍处于理论研究阶段，研究结果尚没有得到试验验证。因此，目前尚缺少一种定量、准确地模拟岩石多裂缝同步起裂和同步扩展的试验方法。

发明内容

本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种模拟岩石多裂缝同步竞争扩展的试验方法，该方法真正实现模拟非常规储层水平井分段多簇射孔压裂时多裂缝的同步竞争扩展过程，为进一步优化射孔簇间距、射孔簇数、射孔深度，分析裂缝间的应力干扰等提供试验基础，从而提高非常规油气储层水平井分段多簇压裂时的增产效果。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种模拟岩石多裂缝同步竞争扩展的试验方法，包括以下步骤，

（1）采用非常规储层岩块制备长方体试样；

（2）沿试样长边预制多条对称平行分布的裂缝；

（3）根据裂缝的长度、裂缝间距和分布形态，确定四点弯曲加载时两个支撑点和两个加载点的位置；

（4）建立长方体试样多裂缝四点弯曲加载的有限元模型，计算每条裂缝缝尖的应力强度因子；对比每条裂缝缝尖的应力强度因子，判断裂缝是否能同步起裂和同步扩展；

（5）根据设计的加载点和支撑点位置，对长方体试样开展四点弯曲试验；

（6）利用高速摄像机观测四点弯曲加载过程中多裂缝的同步扩展演化过程；

（7）试验结束后，观察裂缝的扩展形态，探讨多裂缝同步扩展中的竞争行为。

非常规储层主要包括页岩气储层、煤层气储层和致密砂岩气储层。

步骤（3）中确定四点弯曲加载时两个支撑点和两个加载点的位置具体为：四点弯曲加载时两个加载点和两个支撑点位置对称，裂缝均匀分布于两个加载点之间，加载点根据裂缝分布及裂缝间距确定，两个支撑点分别位于两个加载点外侧。