[发明专利]一种基于应力路径的水力压裂试验方法

摘要

本发明的基于应力路径的水力压裂试验方法能够模拟页岩不同结构面倾角、不同三向应力状态及不同的扰动荷载下的水力压裂过程，压裂试件及整体试验过程与原位压裂页岩储层具有典型相似性。根据不用应力路径的试验设计，在依据地质深度设定的不同级别的荷载应力状态下做单向增压降压、双向增压降压扰动压裂试验。本发明真三轴状态扰动荷载作用下的页岩压裂过程和破裂特征，为了解和掌握附加应力场影响下页岩体积压裂效果研究奠定了基础，同时能为现场多级多井压裂提供理论与技术支持。

主权项

1.一种基于应力路径的水力压裂试验方法，其特征在于，所述方法包括：将天然岩石块切割成预设尺寸的立方体岩石块，在立方体岩石块外面包裹材料与天然岩石相似的混凝土，制作成压裂试件；在所述压裂试件中心钻出预设直径和深度的圆孔作为井筒，在所述井筒内安装压裂液注射管并密封固定，注射管底部与圆孔底部之间留有预设距离；根据岩体所处的原始地应力状态，设定真三轴状态三向载荷，对所述压裂试件进行真三轴状态三向荷载作用下水力压裂试验；所述真三轴状态三向荷载作用下水力压裂试验包括真三轴状态三向恒定荷载作用下水力压裂试验，所述真三轴状态三向恒定荷载作用下水力压裂试验包括：根据岩体所处的原始地应力状态，设定真三轴状态三向载荷：第一水平载荷、第二水平载荷、以及垂向载荷的最大值；对所述压裂试件施加真三轴状态三向载荷的最大值并保持不变，同时用压裂液注射管以预设速率向井筒内注入压裂液，直至试件破裂；记录试验过程数据，包括试件起裂时井筒中的注射压力Pi、试件被压裂破坏时的注射压力Pf，以及试验开始至试件起裂所需的时间Ti和试验开始至试件破裂所需的时间Tf；所述真三轴状态三向荷载作用下水力压裂试验包括真三轴状态单向增压扰动荷载作用下水力压裂试验，所述真三轴状态单向增压扰动荷载作用下水力压裂试验包括：根据岩体所处的原始地应力状态，设定真三轴状态三向载荷：垂向载荷、第一水平载荷和第二水平载荷的最大值，以及注射管向井筒的注射压力的初始值；对所述压裂试件施加第一水平载荷、垂向载荷的最大值并保持不变，利用注射管以注射压力的初始值向井筒内注入压裂液，同时对所述压裂试件施加第二水平载荷，将第二水平载荷按照预设阶梯值从0逐级增大至第二水平载荷的最大值，每级预设阶梯值相同或不同，每级载荷保持预设时间段，测试试件是否破裂，如果试件破裂则试验结束；如果试件未破裂，则将注射管向井筒的注射压力从初始值增加至第一预设压力并保持不变，同时进行以下第一卸载加载操作：将第二水平载荷由最大值直接卸载至预设值，然后再按照预设阶梯值逐级增大至第二水平载荷的最大值，每级预设阶梯值相同或不同，每级载荷保持预设时间段；测试试件是否破裂，如果试件破裂，则试验结束；如果试件未破裂，则将注射管向井筒的注射压力由第一预设压力增加至第二预设压力，同时进行所述第一卸载加载操作，测试试件是否破裂，如果试件破裂，则试验结束；如果试件未破裂，则将注射管向井筒的注射压力继续增大并保持预设时间段，同时进行所述第一卸载加载操作，直至试件破裂；记录试验过程数据，包括试件起裂时井筒中的注射压力Pi、试件被压裂破坏时的注射压力Pf，以及试验开始至试件起裂所需的时间Ti和试验开始至试件破裂所需的时间Tf。