用于水力压裂物理模拟实验的射孔装置及方法 |
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| 申请号 | CN201410834384.7 | 申请日 | 2014-12-26 | 公开(公告)号 | CN104563978A | 公开(公告)日 | 2015-04-29 |
| 申请人 | 中国石油天然气股份有限公司; | 发明人 | 翁定为; 付海峰; 修乃岭; 丁云宏; 卢拥军; 梁天成; 梁宏波; 刘哲; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种用于 水 力 压裂物理模拟实验的射孔装置和方法，该装置包括：用于浇筑 水泥 的模具；设置于模具中并 侧壁 带有贯穿开孔的 钢 管；固定插设于钢管的贯穿孔中的固体棒，所述钢管中能注入溶解所述固体棒的 溶剂 。该方法包括:在钢管的侧壁上钻设贯穿开孔；加工与钢管的开孔大小相匹配的并且可被溶解的固体棒，将固体棒固定插设在钢管的开孔中；将钢管和固体棒固定在模具中，使用水泥对模具内除去钢管内腔的空间进行浇筑；待浇筑的水泥 固化 及保养结束后，将可溶解固体棒的溶剂倒入钢管中用以溶解固体棒，以形成模拟射孔的孔眼和孔道。本发明能在大尺度水泥浇筑岩样里模拟实际油气井中的射孔状态，具有结构简单、操作方便、适用性强的特点。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于水力压裂物理模拟实验的射孔装置，其特征在于，它包括：用于浇筑水泥的模具；设置于所述模具中并侧壁带有贯穿开孔的钢管；固定插设于所述钢管贯穿孔中的固体棒，所述钢管中能注入溶解所述固体棒的溶剂。 |
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| 说明书全文 | 用于水力压裂物理模拟实验的射孔装置及方法技术领域[0001] 本发明涉及油气田开发中的水力压裂模拟实验技术领域，特别涉及一种用于水力压裂物理模拟实验的射孔装置及方法。 背景技术[0002] 水力压裂是一项有广泛应用前景的油气井增产措施，是用于开发低品位油气资源的重要技术之一，其要求使用大量掺入化学物质的水灌入页岩层进行液压碎裂以释放天然气。为了探究改进水力压裂的技术工艺，需要在实验室中进行水力压裂模拟实验，以研究其起裂扩展机理，进而研发相关工艺技术方法。其中，在实验室中进行大尺度物理模拟实验，即样品尺寸一般大于762mm×762mm×914mm，其能够模拟更多的井筒和储层的特征，如此，使得其可信度更高。在目前的物理模拟实验中，一般存在两种方法用以模拟在油气井中的射孔：第一种方法是采用射孔枪对浇筑好的水泥岩样进行射孔，但由于实验室中的物理实验样品无法抵抗实际作业中使用的射孔弹产生的冲击力，射孔后样品容易破碎，导致无法进行下步实验。另外一个方法是在浇筑水泥岩样时，将具有高强度的包装硬壳纸卷成射孔孔道形态，并将其插入固定在开设有侧壁孔的钢管上，再将两者一起预制在水泥岩样里，从而来代替井筒和射孔孔眼，但是尤其在浇筑实验岩样的过程中，由于样品尺寸大，使得需使用大量的水泥，水泥的重量使得硬壳纸变形，甚至在部分位置完全失去射孔孔道的形态；此外，由于在浇筑后，硬壳纸仍然存在于射孔孔道外，在实验时裂缝需要穿透纸卷，而纸卷和岩石的力学性质存在巨大差异，相当于人为的增加了一种界面效应，该界面效应影响了裂缝的起裂及扩展，不利于实验现象的观测以及压裂扩展理论的研究。 发明内容[0004] 本发明的具体技术方案是： [0005] 一种用于水力压裂物理模拟实验的射孔装置，其特征在于，它包括：用于浇筑水泥的模具；设置于所述模具中并侧壁带有贯穿开孔的钢管；固定插设于所述钢管的贯穿孔中的固体棒，所述钢管中能注入溶解所述固体棒的溶剂。 [0006] 优选地，所述固体棒由聚苯乙烯制成，所述溶剂为四氟乙烯、环己酮、二氯乙烷和四氢呋喃中的一种或多种混合。 [0007] 优选地，所述钢管的开孔呈圆形，其用于插设固体棒，以模拟射孔孔眼。 [0008] 优选地，所述固定棒呈圆柱形。 [0009] 一种用于水力压裂物理模拟实验的射孔方法，其特征在于，包括: [0010] 在钢管的侧壁上钻设贯穿开孔； [0011] 加工与所述钢管的开孔大小相匹配的并且可被溶解的固体棒，将所述固体棒固定插设在所述钢管的开孔中； [0012] 将所述钢管和所述固体棒固定在模具中，使用水泥对所述模具内除去所述钢管内腔的空间进行浇筑； [0013] 待浇筑的所述水泥固化及保养结束后，将可溶解固体棒的溶剂倒入所述钢管中用以溶解所述固体棒，以形成模拟射孔的孔眼和孔道。 [0014] 优选地，所述固体棒由聚苯乙烯制成，所述溶剂为四氟乙烯、环己酮、二氯乙烷和四氢呋喃中的一种或多种混合。 [0015] 优选地，浇筑完后所述水泥固化的时间为1天。 [0016] 优选地，所述水泥固化完后水泥的保养期为28天。 [0017] 优选地，所述固体棒用于模拟制作射孔孔道。 [0018] 优选地，所述水泥用于模拟射孔中的岩样。 [0019] 本发明具有以下显著有益效果：本发明可以模拟现场油气井中各种射孔状态，通过不同射孔的状态研究射孔密度、相位角、射孔穿深等对压裂施工的影响，优化射孔方案，从而达到降低压裂施工压力，改善井筒与储层的沟通能力，提高油气井产能的目的。附图说明 [0020] 在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。 [0021] 图1为本发明用于水力压裂物理模拟实验的射孔装置的结构示意图。 [0022] 图2为本发明用于水力压裂物理模拟实验的射孔方法的流程图。 [0023] 以上附图的附图标记： [0024] 1、钢管；2、固体棒；3、水泥；4、模具；5、溶剂。 具体实施方式[0025] 结合附图和本发明具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本发明的细节。但是，在此描述的本发明的具体实施方式，仅用于解释本发明的目的，而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下，技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形，这些都应被视为属于本发明的范围。 [0026] 图1为本发明用于水力压裂物理模拟实验的射孔装置的结构示意图，如图1所示，一种用于水力压裂物理模拟实验的射孔装置，它包括：用于浇筑水泥的模具；设置于所述模具中并侧壁带有贯穿开孔的钢管；固定插设于所述钢管的贯穿孔中的固体棒，所述钢管中能注入溶解所述固体棒的溶剂。 [0027] 具体而言，一种用于水力压裂物理模拟实验的射孔装置包括用于浇筑水泥3的模具4，模具4可以呈长方体状，其中一面为开口，该开口可以用来放置钢管1以及向模具4内部浇筑水泥3；模具4中设置有侧壁带有贯穿开口的钢管1，钢管1用以模拟油井中的套管，钢管1侧壁贯穿开口呈圆柱形，开口的数量和位置根据模拟实验的需要而进行开设；钢管1的开孔处插设有可被溶解的固体棒2，固体棒2的形状呈圆柱形，其尺寸与钢管1的开孔相配合，固体棒2的材料由聚苯乙烯制成，其主要用于模拟射孔孔眼；可以容置于钢管1中用于溶解固体棒2的溶剂5，溶剂5可以是四氟乙烯、环己酮、二氯乙烷和四氢呋喃中的其中一种或多种混合，当固体棒2和钢管1在模具4中被水泥3浇筑完成后，浇筑完成固化的水泥3用以模拟实际中的岩样。将溶剂5倒入钢管1一端的开口中，溶剂5通过钢管1上的开孔，其与固体棒2相接触，由于固体棒2能溶解于上述溶剂5中，固体棒2被溶解，最后倒出溶剂5，用于水力压裂物理模拟实验的射孔即通过本装置制作完成。 [0028] 图2为本发明用于水力压裂物理模拟实验的射孔方法的流程图，如图2所示，一种用于水力压裂物理模拟实验的射孔方法，它包括: [0029] S101：在钢管1的侧壁上钻设贯穿开孔。 [0030] 根据水力压裂物理模拟实验的需要，在钢管1的侧壁上的不同位置钻设贯穿开孔，开孔呈圆形，其开孔的角度朝向、数量、位置根据不同实验的不同要求而改变，进而达到模拟实验所起的目的。钢管1在水力压裂物理模拟实验中用以模拟实际情况中的套管。 [0031] S102：加工与钢管1的开孔大小相匹配的并且可被溶解的固体棒2，将固体棒2固定插设在钢管1的开孔中。 [0032] 加工与所述钢管1的开孔大小相匹配的并且可被溶解的固体棒2，固体棒2由聚苯乙烯制成，其呈圆柱形，将固体棒2固定插设在钢管1外壁的开孔中。固体棒2的作用为用于模拟制作形成实际中的射孔孔道。 [0033] S103：将钢管1和固体棒2固定在模具4中，使用水泥3对模具4内除去所述钢管1内腔的空间进行浇筑。 [0034] 将所述钢管1和所述固体棒2固定在模具4中，模具4可以呈长方体状，其中一面为开口，该开口可以用来放置钢管1以及向模具4内部浇筑水泥3。钢管1竖直固定在模具4中，固体棒2大致呈水平状，钢管1的一端开口高于模具4的开口，如此在浇筑时，钢管1不会被完全浸没在水泥3中。使用水泥3将模具4内进行浇筑，由于钢管1内径不大，水泥3不会灌进到钢管1的内腔中，模具4内其余空间全部被水泥3充满以完成浇筑。浇筑的水泥3的作用是用于模拟实际中射孔中的岩样，待水泥3固化后，其性质与实际中的岩样相近，在实验中，以此来进行对岩样的模拟。 [0035] S104：待浇筑的水泥3固化及保养结束后，将可溶解固体棒2的溶剂5倒入钢管1中用以溶解所述固体棒2，以形成模拟射孔的孔眼和孔道。 [0036] 其中，水泥3固化所需的时间大致为1天，水泥3固化完成后需要的保养期为28天左右，待浇筑的水泥3固化及保养结束后，将可溶解固体棒2的溶剂5倒入钢管1中露出水泥3的一端开口，用以溶解固体棒2。溶剂5通过钢管1侧壁上的开孔与固体棒2相接触，进而溶剂5将固体棒2溶解，固体棒2消失，溶剂5填充所占据的空间，空间呈孔道，其中溶剂5为四氟乙烯、环己酮、二氯乙烷和四氢呋喃中的一种或多种混合。最后，将溶剂5从钢管1中倒出，整个用于水力压裂物理模拟实验的射孔即制作完成。 [0037] 本发明中制作出的用于水力压裂物理模拟实验的射孔与实际生产中的射孔性质相似，不存在任何的破裂，同时由于固体棒2本身被溶解带走，所以在模拟岩样的水泥3中不存在任何用于产生制作该射孔的残留物，不会影响后期裂缝的起裂及扩展。其次，该发明能在大尺度水泥3浇筑岩样里模拟实际油气井中的各种射孔状态，射孔的不同位置、角度方向、数量都可以进行模拟制作，用以满足实验需求。例如在使用硬纸壳纸制作模拟的射孔，其角度方向根本无法控制，因为在水泥3浇筑的过程中，其无法抵抗住水泥3的压力以及冲击，硬纸壳纸的射孔必然会发生各种偏差位移，实际制作出的射孔与原有设计的射孔已经发生了本质的变化，而本发明根本就不会存在此类问题，固体棒2由聚苯乙烯制成，其具有较高的强度和硬度，不会发生上述偏差位移，其足以抵住水泥3浇筑时发生的冲击和压力。整个发明能在大尺度水泥3浇筑岩样里模拟实际油气井中的射孔状态，其结构简单，操作方便，且具有适用性强的特点。 [0039] 上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。 |
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