井下岩心的水力压裂物理模拟方法
阅读：659发布：2021-11-12
专利汇可以提供井下岩心的水力压裂物理模拟方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种井下 岩心 的 水 力 压裂物理模拟方法，包括以下步骤：根据不同的完井井型将井下岩心加工成不同岩层倾 角 的圆柱体；在井下岩心上端面的中心部位开设注射槽；将辅助 垫片 、井下岩心和模拟井筒按从下到上的顺序依次摆放，并置于试件模具中；向试件模具中浇注配制好的包覆材料，制得井下岩心压裂试件；将井下岩心压裂试件放置在真三轴水力压裂试验机上，开展井下岩心的水力压裂物理模拟试验，试验结束后观察水力压裂扩展情况。该模拟方法使用了新型的真三轴水力压裂试验机，在整个压裂过程中，依次注入前置压裂液、携砂压裂液和替置压裂液，符合实际压裂情况，为形成最佳网络裂缝的 泵 注程序设计和准确认识水力裂缝垂向扩展形态奠定了 基础 。，下面是井下岩心的水力压裂物理模拟方法专利的具体信息内容。
1.一种井下岩心的水力压裂物理模拟方法，按照先后顺序包括以下步骤：
步骤一：制作模拟井筒、辅助垫片和试件模具，根据不同的完井井型将井下岩心加工成不同岩层倾角的圆柱体；
步骤二：在井下岩心的外侧包覆隔水薄膜，并在井下岩心上端面的中心部位开设注射槽；
步骤三：将辅助垫片、井下岩心和模拟井筒按从下到上的顺序依次摆放，并置于试件模具中；
步骤四：向试件模具中浇注配制好的包覆材料，包覆材料在辅助垫片、井下岩心和模拟井筒的外侧形成包覆层，将试件模具拆卸下来，即可得到井下岩心压裂试件；
步骤五：将井下岩心压裂试件放置在真三轴水力压裂试验机上，开展井下岩心的水力压裂物理模拟试验，试验结束后观察水力压裂的起裂特征和扩展形态；
步骤五中，所述真三轴水力压裂试验机包括围压系统、注入系统和真三轴试验架，所述围压系统和所述注入系统与所述真三轴试验架连接，所述真三轴试验架内放置井下岩心压裂试件，所述注入系统和所述围压系统与计算机连接，所述注入系统包括压裂液容器Ⅰ、压裂液容器Ⅱ和活塞容器，所述压裂液容器Ⅱ内安装搅拌机构，所述搅拌机构与计算机连接，所述活塞容器内设置活塞片挡板Ⅰ和活塞片挡板Ⅱ，两个活塞片挡板的中部均开口；
所述压裂液容器Ⅰ的上端通过管线与高压气瓶连接，管线上安装开关阀门Ⅰ；所述压裂液容器Ⅰ的下端通过管线与活塞容器的中部腔体连接，管线上安装开关阀门Ⅱ；
所述压裂液容器Ⅱ的上端通过管线与高压气瓶连接，管线上安装开关阀门Ⅲ；所述压裂液容器Ⅱ的下端通过管线与活塞容器的上部腔体连接，管线上安装开关阀门Ⅳ；
所述活塞片挡板Ⅰ和所述活塞片挡板Ⅱ将所述活塞容器分为三个腔体；所述活塞容器的上部腔体通过管线与所述井下岩心连接，管线上安装开关阀门Ⅴ；所述活塞容器的中部腔体通过管线与所述井下岩心连接，管线上安装开关阀门Ⅵ；所述活塞容器的下部腔体通过管线与水槽连接。
2.如权利要求1所述的井下岩心的水力压裂物理模拟方法，其特征在于：步骤一中，不同的完井井型为直井、定向井、水平井中的任一种。
3.如权利要求1所述的井下岩心的水力压裂物理模拟方法，其特征在于：步骤一中，井下岩心为均质井下岩心或层状非均质井下岩心。
4.如权利要求2所述的井下岩心的水力压裂物理模拟方法，其特征在于：根据直井井型加工井下岩心，其岩层倾角为0°。
5.如权利要求2所述的井下岩心的水力压裂物理模拟方法，其特征在于：根据定向井井型加工井下岩心，其岩层倾角大于0°且小于90°。
6.如权利要求2所述的井下岩心的水力压裂物理模拟方法，其特征在于：根据水平井井型加工井下岩心，其岩层倾角为90°。
7.如权利要求1所述的井下岩心的水力压裂物理模拟方法，其特征在于：步骤一中，制作的模拟井筒为直井井筒，其长度为10-15cm、外径为1.4-1.6cm、内径为0.5-0.8cm。
8.如权利要求1所述的井下岩心的水力压裂物理模拟方法，其特征在于：步骤一中，制作的辅助垫片为木质材料，辅助垫片的高度、模拟井筒的长度和井下岩心的高度三者之和等于井下岩心压裂试件的高度。
9.如权利要求1所述的井下岩心的水力压裂物理模拟方法，其特征在于：步骤一中，制作的试件模具为不锈钢材料，其形状为立方体，立方体边长为30-50cm。
10.如权利要求1所述的井下岩心的水力压裂物理模拟方法，其特征在于：步骤一中，将井下岩心加工成圆柱体形状，其高度为10-20cm、直径为10-15cm。
11.如权利要求1所述的井下岩心的水力压裂物理模拟方法，其特征在于：步骤二中，在井下岩心的外侧包覆1-3层隔水薄膜。
12.如权利要求10所述的井下岩心的水力压裂物理模拟方法，其特征在于：所述隔水薄膜为塑料和/或铝箔。
13.如权利要求1所述的井下岩心的水力压裂物理模拟方法，其特征在于：步骤二中，所述注射槽由两个矩形平面和两个三角形平面形成。
14.如权利要求13所述的井下岩心的水力压裂物理模拟方法，其特征在于：所述两个矩形平面分别从井下岩心的上端面向下倾斜，并在井下岩心内部形成一条直线。
15.如权利要求14所述的井下岩心的水力压裂物理模拟方法，其特征在于：所述两个三角形平面分别位于注射槽的两端，形成注射槽的两个侧面。
16.如权利要求15所述的井下岩心的水力压裂物理模拟方法，其特征在于：所述注射槽的长度为9.9-14.9cm、深度为0.2-0.3cm，槽口宽度为0.6-1.0cm。
17.如权利要求1所述的井下岩心的水力压裂物理模拟方法，其特征在于：步骤三中，所述模拟井筒的下端位于所述井下岩心上端面的注射槽的中心位置。
18.如权利要求1所述的井下岩心的水力压裂物理模拟方法，其特征在于：步骤四中，所述包覆层由水泥、石英砂、粘土和石膏粉制备而成，该四种物质的体积配比为3-6:3-7:0.5-
1.5:0.3-1.5。
19.如权利要求18所述的井下岩心的水力压裂物理模拟方法，其特征在于：所述包覆层还包括麦片、碎纸片和水，该三种物质的添加量占包覆层总质量的百分比分别为0.1-
0.3％、0.05-0.15％和10-30％。
20.如权利要求1所述的井下岩心的水力压裂物理模拟方法，其特征在于：所述压裂液容器Ⅰ的底部设置放液阀门Ⅰ。
21.如权利要求1所述的井下岩心的水力压裂物理模拟方法，其特征在于：所述压裂液容器Ⅱ的底部设置放液阀门Ⅱ。
22.如权利要求1所述的井下岩心的水力压裂物理模拟方法，其特征在于：所述活塞容器内设置活塞片Ⅰ和活塞片Ⅱ，两个活塞片可上下移动。
23.如权利要求22所述的井下岩心的水力压裂物理模拟方法，其特征在于：所述活塞片Ⅰ在所述活塞片挡板Ⅰ的上方，所述活塞片Ⅱ在所述活塞片挡板Ⅱ的上方。
24.如权利要求23所述的井下岩心的水力压裂物理模拟方法，其特征在于：所述水槽通过管线分别与恒压恒速柱塞泵Ⅰ和恒压恒速柱塞泵Ⅱ连接。
25.如权利要求24所述的井下岩心的水力压裂物理模拟方法，其特征在于：所述恒压恒速柱塞泵Ⅰ和所述恒压恒速柱塞泵Ⅱ与计算机连接。
26.如权利要求1所述的井下岩心的水力压裂物理模拟方法，其特征在于：所述围压系统包括高压平流泵Ⅰ、高压平流泵Ⅱ和高压平流泵Ⅲ，三个泵体均与计算机连接。
27.如权利要求26所述的井下岩心的水力压裂物理模拟方法，其特征在于：所述高压平流泵Ⅰ通过管线与所述井下岩心压裂试件的前后两个面连接，管线上安装背压阀Ⅰ；所述高压平流泵Ⅱ通过管线与所述井下岩心压裂试件的左右两个面连接，管线上安装背压阀Ⅱ；
所述高压平流泵Ⅲ通过管线与所述井下岩心压裂试件的上下两个面连接，管线上安装背压阀Ⅲ。
井下岩心的水力压裂物理模拟方法
技术领域
[0001] 本发明属于油气藏开发技术领域，具体涉及一种井下岩心的水力压裂物理模拟方法。
背景技术
[0002] 由于非常规油气藏具有低孔低渗的地质特征，所以水力压裂技术成为高效开发此类油气藏的重要手段。通过大规模水力压裂作业，可在储层中形成复杂的、具有高导流能力的裂缝形态，进而增大储层油气的泄流体积和减少储层流体的油气运移阻力。
[0003] 采用物理模拟方法研究水力裂缝的起裂和扩展行为是认识实际储层压裂特征和指导现场施工的重要途径，现有的模拟方法主要有数值模拟和室内实验两种方式。由于真实岩石的非均质性和各向异性显著，如天然裂缝和层理发育的页岩、煤岩等，数值模拟方法的简化数学模型会影响模拟结果精度，造成一定程度的误差，因此作为最直观有效的室内水力压裂物理模拟试验便成为一种不可或缺的研究手段，也是目前科研学者广泛采用的模拟方法。但是室内模拟试验中的岩心试件多采用人造岩心或露头岩石，与井下岩心相比，其力学性质和裂缝特征都具有显著差别，无法准确反映岩石的破裂形态。另外，由于井下岩心在取芯过程中受到钻井液的浸泡后，力学强度低、易破碎，难以采用常规的模拟方法进行试验。
[0004] 申请公布号为CN104034563A的发明专利公开了一种节理性页岩人造岩心的制备方法，通过不同配比的水泥、石英砂、麦片和碎纸片模拟不同天然裂缝密度的层状页岩，层间界面差异通过涂抹不同配比的润滑油实现。该方法只能模拟随机分布的天然裂缝，而且天然裂缝的胶结强度和力学性质与井下岩心相比存在很大差异。申请公布号为CN105334090A的发明专利公开了一种含煤产层组压裂物模试样的制备方法，物模试件采用不同岩性的露头岩石粘固而成，模拟煤系地层中不同产层组的组合压裂行为。该方法较好地反映了真实岩心的岩石力学特性和裂缝发育特征，但是采用人工胶粘固不同岩心的方式处理岩性分界面，往往无法准确模拟实际储层的层间界面性质。
[0005] 因此，为了准确认识水力裂缝在实际储层中的扩展形态，为现场水力压裂施工提供基础数据和理论参考，急需开发一种井下岩心的水力压裂物理模拟试验方法。
发明内容
[0006] 为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种井下岩心的水力压裂物理模拟方法，按照先后顺序包括以下步骤：
[0008] 步骤二：在井下岩心的外侧包覆隔水薄膜，并在井下岩心上端面的中心部位开设注射槽；
[0009] 步骤三：将辅助垫片、井下岩心和模拟井筒按从下到上的顺序依次摆放，并置于试件模具中；
[0010] 步骤四：向试件模具中浇注配制好的包覆材料，包覆材料在辅助垫片、井下岩心和模拟井筒的外侧形成包覆层，将试件模具拆卸下来，即可得到井下岩心压裂试件；
[0011] 步骤五：将井下岩心压裂试件放置在真三轴水力压裂试验机上，开展井下岩心的水力压裂物理模拟试验，试验结束后观察水力压裂的起裂特征和扩展形态。
[0012] 本发明的目的在于提供一种采用井下岩心模拟常规储层和页岩气、煤层气、致密气等非常规油气藏不同井型的水力压裂方法，该方法可以准确模拟水力裂缝与储层天然裂缝及层理面的交叉作用机理，更加真实地反映水力裂缝的穿层行为与岩层倾角的关系，可为现场水力压裂测试提供基础数据和理论支撑，试验操作简单、方便快捷。
[0013] 优选的是，步骤一中，不同的完井井型为直井、定向井、水平井中的任一种。
[0014] 在上述任一方案中优选的是，步骤一中，井下岩心为均质井下岩心或层状非均质井下岩心。所述井下岩心为地下几千米以下的真实岩心。
[0015] 在上述任一方案中优选的是，根据直井井型加工井下岩心，其岩层倾角为0°。
[0016] 在上述任一方案中优选的是，根据定向井井型加工井下岩心，其岩层倾角大于0°且小于90°。
[0017] 在上述任一方案中优选的是，根据水平井井型加工井下岩心，其岩层倾角为90°。
[0018] 井下岩心加工过程根据模拟的完井井型分为直井、定向井或水平井。根据完井井型不同，井下岩心加工过程中的处理方式也不同。对于层状井下岩心而言，需要准确切割获得层理面与水平面夹角，即岩层倾角，该夹角大小与井斜角保持一致，取值范围为0-90°，对于直井井型加工所得的岩层倾角为0°，对于水平井井型加工所得的岩层倾角为90°，对于任意井斜角大小的定向井井型加工所得的岩层倾角与井斜角相等。对于均质井下岩心而言，不发育层理面，岩心加工过程无需考虑岩层倾角问题，正常切割加工即可。井下岩心的整个切割和加工过程都采用液氮作为循环介质或采用干法切割，不能采用水作为循环介质，以防止井下岩心与水发生膨胀或者掉块。
[0019] 在上述任一方案中优选的是，步骤一中，制作的模拟井筒为直井井筒，其长度为10-15cm、外径为1.4-1.6cm、内径为0.5-0.8cm。
[0020] 在上述任一方案中优选的是，步骤一中，制作的辅助垫片为木质材料，辅助垫片的高度、模拟井筒的长度和井下岩心的高度三者之和等于井下岩心压裂试件的高度。辅助垫片用于保证井下岩心平稳放置，且保证井下岩心处于压裂试件的中心。也可以不需要辅助垫片，只要能够保证井下岩心位于压裂试件的中心即可。
[0022] 在上述任一方案中优选的是，步骤一中，将井下岩心加工成圆柱体形状，其高度为10-20cm、直径为10-15cm。
[0023] 在上述任一方案中优选的是，步骤二中，在井下岩心的外侧包覆1-3层隔水薄膜，防止后期采用包覆层包裹时井下岩心遇水膨胀软化。
[0025] 在上述任一方案中优选的是，步骤二中，所述注射槽由两个矩形平面和两个三角形平面形成。
[0026] 在上述任一方案中优选的是，所述两个矩形平面分别从井下岩心的上端面向下倾斜，并在井下岩心内部形成一条直线。
[0027] 在上述任一方案中优选的是，所述两个三角形平面分别位于注射槽的两端，形成注射槽的两个侧面。
[0028] 所述注射槽也可以由两个矩形平面和两个梯形平面形成，两个梯形平面位于注射槽的两端，形成注射槽的两个侧面，此时注射槽的底部也为矩形平面。
[0029] 在上述任一方案中优选的是，所述注射槽的长度为9.9-14.9cm、深度为0.2-0.3cm，槽口宽度为0.6-1.0cm。在井下岩心的上端面中心设置注射槽，以保证压裂过程中，裂缝沿着该注射槽初始起裂并扩展。槽口宽度需根据模拟井筒内径尺寸设计，原则为槽口宽度比模拟井筒内径大0.1-0.2cm。
[0030] 在上述任一方案中优选的是，步骤三中，所述模拟井筒的下端位于所述井下岩心上端面的注射槽的中心位置。
[0031] 在上述任一方案中优选的是，步骤四中，所述包覆层由水泥、石英砂、粘土和石膏粉制备而成，该四种物质的体积配比为3-6:3-7:0.5-1.5:0.3-1.5。具体配比根据井下岩心的岩石力学参数大小而定，需保证包覆层与井下岩心的岩石力学性质相同或者相近。
[0032] 在上述任一方案中优选的是，所述包覆层还包括麦片、碎纸片和水，该三种物质的添加量占包覆层总质量的百分比分别为0.1-0.3%、0.05-0.15%和10-30%。具体配比根据井下岩心的岩石力学参数大小而定，需保证包覆层与井下岩心的岩石力学性质相同或者相近。
[0033] 在上述任一方案中优选的是，所述包覆层的制备方法包括以下步骤：
[0034] A、将水泥、石英砂、粘土和石膏粉进行混合搅拌；
[0035] B、向步骤A中的混合物中加入少量麦片、碎纸片，再加入水搅拌均匀；
[0036] C、将步骤B中的混合物浇注到试件模具中，混合物包裹在模拟井筒、井下岩心和辅助垫片的外侧，形成包覆层，待包覆层干燥成型后，即可得到井下岩心压裂试件。
[0037] 所述水泥为复合硅酸盐水泥，所述石英砂的粒度为80-100目，所述粘土矿物组分包括蒙脱石和伊利石，所述石膏粉为白云质磨具用的石膏粉。所述麦片为食用麦片，直径为0.4-0.7cm，所述碎纸片为长1.0-1.5cm、宽0.05-0.1cm的A4打印纸。步骤A中，使用石英砂搅拌机搅拌15-30min。步骤C中，采用自然晾干的方式，持续晾干15-30天。
[0038] 在上述任一方案中优选的是，步骤五中，所述真三轴水力压裂试验机包括围压系统、注入系统和真三轴试验架，所述围压系统和所述注入系统与所述真三轴试验架连接，所述真三轴试验架内放置井下岩心压裂试件，所述注入系统和所述围压系统与计算机连接，所述注入系统包括压裂液容器Ⅰ、压裂液容器Ⅱ和活塞容器，所述压裂液容器Ⅱ内安装搅拌机构，所述搅拌机构与计算机连接，所述活塞容器内设置活塞片挡板Ⅰ和活塞片挡板Ⅱ，两个活塞片挡板的中部均开口。
[0039] 本发明使用的真三轴水力压裂试验机，其压裂液容器和推注容器（即活塞容器）分开设计，这样便于更换压裂液。当需要更换压裂液时，只需在压裂液容器中操作即可，将压裂液容器下端的放液阀门打开，使容器内的压裂液排出，然后在容器上端的开口处注入新的压裂液即可，也可以先清洗容器，再注入新的压裂液。而现有技术中，压裂液容器和推注容器由一个装置（油水隔离器）实现，当需要更换压裂液时，将油水隔离器拆开，倒出容器内的水、油，然后手动或使用工具将容器内的活塞片向容器底部推压，再在活塞片上部腔体内注入新的压裂液，操作困难，容器不易清洗干净，并且每次更换压裂液都要拆卸油水隔离器，经过几次拆卸后，将导致油水隔离器的密封性变差，部件连接松动，也会导致注入液体的精度降低，压裂状态不稳定。
[0041] 在上述任一方案中优选的是，所述压裂液容器Ⅰ的底部设置放液阀门Ⅰ。
[0042] 在上述任一方案中优选的是，所述压裂液容器Ⅱ的上端通过管线与高压气瓶连接，管线上安装开关阀门Ⅲ；所述压裂液容器Ⅱ的下端通过管线与活塞容器的上部腔体连接，管线上安装开关阀门Ⅳ。
[0043] 在上述任一方案中优选的是，所述压裂液容器Ⅱ的底部设置放液阀门Ⅱ。
[0044] 在上述任一方案中优选的是，所述活塞片挡板Ⅰ和所述活塞片挡板Ⅱ将所述活塞容器分为三个腔体。
[0045] 在上述任一方案中优选的是，所述活塞容器内设置活塞片Ⅰ和活塞片Ⅱ，两个活塞片可上下移动。
[0046] 在上述任一方案中优选的是，所述活塞片Ⅰ在所述活塞片挡板Ⅰ的上方，所述活塞片Ⅱ在所述活塞片挡板Ⅱ的上方。
[0047] 在上述任一方案中优选的是，所述活塞容器的上部腔体通过管线与所述井下岩心连接，管线上安装开关阀门Ⅴ；所述活塞容器的中部腔体通过管线与所述井下岩心连接，管线上安装开关阀门Ⅵ；所述活塞容器的下部腔体通过管线与水槽连接。
[0049] 在上述任一方案中优选的是，所述恒压恒速柱塞泵Ⅰ和所述恒压恒速柱塞泵Ⅱ与计算机连接。
[0050] 在上述任一方案中优选的是，所述围压系统包括高压平流泵Ⅰ、高压平流泵Ⅱ和高压平流泵Ⅲ，三个泵体均与计算机连接。
[0051] 在上述任一方案中优选的是，所述高压平流泵Ⅰ通过管线与所述井下岩心压裂试件的前后两个面连接，管线上安装背压阀Ⅰ；所述高压平流泵Ⅱ通过管线与所述井下岩心压裂试件的左右两个面连接，管线上安装背压阀Ⅱ；所述高压平流泵Ⅲ通过管线与所述井下岩心压裂试件的上下两个面连接，管线上安装背压阀Ⅲ。当产生的围压超过设定值时，背压阀自动打开，卸压至设定值。
[0052] 本发明还提供一种真三轴水力压裂试验方法，使用上述任一种真三轴水力压裂试验机，其按照先后顺序包括以下步骤：
[0053] 步骤一：关闭所有的开关阀门和放液阀门，将压裂液和支撑剂按一定比例注入到压裂液容器Ⅱ中，设定搅拌时间，并启动搅拌机构进行搅拌，形成均匀的携砂压裂液；先打开开关阀门Ⅲ和开关阀门Ⅳ，再打开高压气瓶，此时携砂压裂液进入活塞容器的上部腔体内；待携砂压裂液全部进入后，先关闭高压气瓶，再关闭开关阀门Ⅲ和开关阀门Ⅳ；
[0054] 步骤二：向压裂液容器Ⅰ中注入前置压裂液，先打开开关阀门Ⅰ和开关阀门Ⅱ，再打开高压气瓶，此时前置压裂液进入活塞容器的中部腔体内；待前置压裂液全部进入后，先关闭高压气瓶，再关闭开关阀门Ⅰ和开关阀门Ⅱ；
[0055] 步骤三：根据试验要求设定围压值，并通过高压平流泵Ⅰ、高压平流泵Ⅱ和高压平流泵Ⅲ分别给井下岩心的三个轴向同时施加围压；
[0056] 步骤四：打开开关阀门Ⅵ，并启动恒压恒速柱塞泵Ⅰ和恒压恒速柱塞泵Ⅱ，若两个柱塞泵内腔中的水没有满，则两个柱塞泵通过管线分别从水槽中吸满水，然后进行压裂作业；若两个柱塞泵内腔中的水已满，则直接进行压裂作业；
[0057] 步骤五：根据试验要求设定排水量，当排水量小于等于50ml/min时，只有恒压恒速柱塞泵Ⅰ向活塞容器的下部腔体内排水，此时恒压恒速柱塞泵Ⅱ处于待命状态，当恒压恒速柱塞泵Ⅰ中的水全部排完后，恒压恒速柱塞泵Ⅱ开始向活塞容器的下部腔体内排水，此时恒压恒速柱塞泵Ⅰ从水槽中吸水；当排水量大于50ml/min时，恒压恒速柱塞泵Ⅰ和恒压恒速柱塞泵Ⅱ同时向活塞容器的下部腔体内排水；
[0058] 步骤六：随着恒压恒速柱塞泵Ⅰ和/或恒压恒速柱塞泵Ⅱ的排水工作，前置压裂液注入到井下岩心中，当前置压裂液的注入量达到试验要求时，关闭开关阀门Ⅵ，同时打开开关阀门Ⅴ，此时携砂压裂液注入到井下岩心中，当携砂压裂液的注入量达到试验要求时，关闭开关阀门Ⅴ，同时打开开关阀门Ⅵ，此时替置压裂液驱替管线中的携砂压裂液，并最终注入到井下岩心中；
[0059] 步骤七：随着恒压恒速柱塞泵Ⅰ和/或恒压恒速柱塞泵Ⅱ的排水工作，前置压裂液、携砂压裂液和替置压裂液依次注入到井下岩心中，同时观察计算机上显示的入口压力与时间的变化关系曲线，当入口压力降到低点，并处于平稳状态时，判断压裂过程结束，保存计算机记录的数据；
[0060] 步骤八：关闭恒压恒速柱塞泵Ⅰ和恒压恒速柱塞泵Ⅱ，并确定入口压力为零，同时确定两个柱塞泵的内腔压力均为零，若内腔压力不为零，需要重新启动相应的柱塞泵，启动的瞬间再停止即可使内腔压力变为零；同时打开背压阀Ⅰ、背压阀Ⅱ和背压阀Ⅲ，卸载井下岩心三个轴向上的围压；
[0061] 步骤九：从真三轴试验架内取出井下岩心压裂试件，再从中取出井下岩心，观察裂缝扩展情况。
[0062] 优选的是，所述活塞容器的体积为2000ml。
[0063] 在上述任一方案中优选的是，向井下岩心注入的前置压裂液、携砂压裂液和替置压裂液的总体积为500-800ml。
[0064] 在上述任一方案中优选的是，向井下岩心注入的前置压裂液、携砂压裂液和替置压裂液分别为总体积的40%、50%和10%。
[0065] 前置压裂液中不含有支撑剂，用于压开井下岩心的底层，延伸拓展裂缝，为裂缝准备充裕的填砂空间，等待支撑剂的到来；配制携砂压裂液时，可根据储集层特征和工艺要求选用不同的压裂液体系，用于进一步扩展裂缝；替置压裂液即为前置压裂液，只是二者的作用不同，替置压裂液用于在缝中输送和铺置支撑剂，形成具有设计要求的导流能力和几何形状的支撑剂填充裂缝，将井筒中的携砂压裂液全部替入储集层裂缝，以免井底沉砂或砂卡井下工具。
[0066] 在本发明的真三轴水力压裂试验中，活塞容器的上部腔体用于注入携砂压裂液，其容积为500ml；活塞容器的中部腔体用于注入前置压裂液，其容积为1000ml；活塞容器的下部腔体用于注入水，其容积为500ml。每次注入的携砂压裂液都必须是500ml，即将活塞容器的上部腔体填满，注入的前置压裂液的体积至少是前置压裂液、携砂压裂液和替置压裂液的总量。具有以下两点原因：（1）首先注入前置压裂液，前置压裂液从活塞容器中部腔体的右上方（即活塞片挡板Ⅰ的右下方）注入到井下岩心内部，活塞片Ⅱ往上升的体积即为所注入的前置压裂液体积；然后注入携砂压裂液，此时活塞片Ⅰ和活塞片Ⅱ同时往上升（将两个活塞片视为一个整体），上升的体积即为注入携砂压裂液的体积；最后注入替置压裂液，此时恒压恒速柱塞泵Ⅰ和恒压恒速柱塞泵Ⅱ推着活塞片Ⅱ往上升，上升的体积即为替置压裂液的体积。整个过程中活塞片Ⅱ都是往上升的，而且上升的体积即为前置压裂液、携砂压裂液、替置压裂液三者之和，因为在整个压裂过程中，液体会有一定的压缩，所以注入到活塞容器中部腔体的前置压裂液至少是三者之和。（2）向活塞容器的上部腔体内注满携砂压裂液，即注入500ml，如果不注满，那么在驱替携砂压裂液时，最开始被挤出去的是上部腔体内的空气，然后再开始注入携砂压裂液，此时所消耗的前置压裂液是携砂压裂液和空气的体积之和，而加入中部腔体内的前置压裂液等于前置压裂液、携砂压裂液和替置压裂液三者之和，空气可能会导致前置压裂液的注入量不足。
[0067] 在上述任一方案中优选的是，步骤二中，搅拌时间至少为20min。
[0068] 在上述任一方案中优选的是，步骤三中，对井下岩心施加三轴围压，X方向为水平最大主应力，Y方向为水平最小主应力，Z方向为垂向应力，其中X方向的围压大于Y方向的围压。
[0069] 在上述任一方案中优选的是，步骤五中，排水量设定范围为0-100ml/min。
[0070] 在上述任一方案中优选的是，所述替置压裂液采用前置压裂液，其作用是将管线内的携砂压裂液驱替至岩心中。
[0071] 本发明的真三轴水力压裂试验机，其围压系统由三个单独的压力系统组成，每个系统之间可以同时加压也可分步加压，三面围压既能等压又能存在差压。每个单独的围压系统由硅油容器、平流泵、背压阀和管线等组成。围压介质采用硅油，由于硅油具有卓越的耐热性、电绝缘性、耐候性、疏水性、生理惰性和较小的表面张力，此外还具有较低的粘温系数和较高的抗压缩性，所以硅油作为加压介质具有效率高、安全性能好、无干扰等特点。高压输液泵采用双柱塞往复泵，一个为主吸液柱塞，另一个为辅助柱塞，由计算机控制的高效精密输液泵系统，能够确保在各种使用条件下都具有较高的输液精度和较好的重复性指标。注入系统由活塞容器、注入介质容器、压裂液搅拌容器和推注系统组成。活塞容器由不锈钢材料制成，其额定安全压力为100MPa、容积为2000ml；活塞容器由两个活塞片分隔成三个腔体，上部腔体和中部腔体内注入压裂液，下部腔体内推注液体。注入介质容器由不锈钢材料制成，其额定安全压力为2MPa、容积为2L。该容器带有刻度为1000ml的溶液调配罐，根据实验要求在调配罐中调配不同的压裂液，调配完成后打开调配罐下方的阀门注入容器中，然后关闭溶液调配罐阀门。打开高压气瓶或空气压缩泵，利用气压将注入介质压入活塞容器内。压裂液搅拌容器由不锈钢材料制成，其额定安全压力为2MPa、容积为2L，内设电机搅拌机构，可调节转速。压裂液搅拌容器上有支撑剂注入口和液体注入口，根据试验比例注入清水和支撑剂，由计算机控制搅拌机构，调节至需要的转速和搅拌时间，搅拌均匀后利用气压将压裂液注入活塞容器内。助推系统由双缸恒压恒速柱塞泵泵和助推液体容器组成。双缸恒压恒速柱塞泵的压力为100MPa、流速为0-100ml/min、精度为0.01ml/min。该柱塞泵的特点是启动、停止、流量等均通过计算机程序实现自动控制。该系统设计紧凑，方便且完全封闭，并采用进口伺服电机配合可编程控制器和智能显示屏对柱塞泵的进、退、调速、调压等进行精确控制，利用动画演示指示柱塞泵的运行状态和故障，曲线显示液体流速、流量以及压力的实时变化，具有操作简单、方便的人机接口界面。双缸恒压恒速柱塞泵既可以单缸独立工作，也可以双缸联动不间断地工作。单缸、双缸工作，均有恒压、恒流、跟踪三种工作模式，满足不同操作和试验的需求。在安全系统方面，本发明的试验机为高压装置，为确保试验安全，在围压系统和注入系统的入口都配置了安全阀，该安全阀灵敏度高、操作便捷、安全可靠，当围压或注入压力超过安全设定值时，安全阀会自动打开释放压力，同时在计算机上设置上限压力值，当压力超过设定值时，计算机发出命令自动停泵，以保证管路和操作人员的安全。在计算机采集和控制系统方面，数据采集系统可采集压力、温度、流量、恒速恒压柱塞泵的压力等即时数值。为保证测量精度和控制的可靠性，采用C168H数字采集控制卡，从而实现数字化采集传输。软件在Windows7/XP环境下运行，具有气体参数转化、数据分析功能。试验操作流程显示在界面上，可实现人机对话，操作人员设定好参数后，试验机即可独自工作，计算机可自动采集所有压力、流速等数值。计算机采集的数据经过处理后可生成原始数据报表、分析报表以及曲线图，同时生成数据库文件以便备份查询。
[0072] 本发明的井下岩心水力压裂物理模拟方法，使用了新型的真三轴水力压裂试验机，在整个压裂过程中，依次注入前置压裂液、携砂压裂液和替置压裂液，符合实际压裂情况，而且操作简单，模拟结果更准确，为形成最佳网络裂缝的泵注程序设计和准确认识水力裂缝垂向扩展过程中的扩展形态奠定了基础。附图说明
[0073] 图1为按照本发明的井下岩心的水力压裂物理模拟方法的一优选实施例常规均质储层的直井水力压裂示意图，其中a-主视图，b-侧视图；
[0074] 图2为按照本发明的井下岩心的水力压裂物理模拟方法的另一优选实施例层状页岩储层的直井水力压裂示意图，其中a-主视图，b-侧视图；
[0075] 图3为按照本发明的井下岩心的水力压裂物理模拟方法的另一优选实施例层状页岩储层的定向井水力压裂示意图，其中a-主视图，b-侧视图；
[0076] 图4为按照本发明的井下岩心的水力压裂物理模拟方法的另一优选实施例层状页岩储层的水平井水力压裂示意图，其中a-主视图，b-侧视图；
[0077] 图5为按照本发明的井下岩心的水力压裂物理模拟方法的图1所示实施例的圆柱形井下岩心的示意图；
[0078] 图6为按照本发明的井下岩心的水力压裂物理模拟方法的图1所示实施例的井下岩心压裂试件的示意图；
[0079] 图7为按照本发明的井下岩心的水力压裂物理模拟方法的图1所示实施例的井下岩心上端面的注射槽的结构示意图；
[0080] 图8为按照本发明的井下岩心的水力压裂物理模拟方法的图1所示实施例的真三轴水力压裂试验机的结构示意图；
[0081] 图9为按照本发明的井下岩心的水力压裂物理模拟方法的图1所示实施例的真三轴水力压裂试验机的注入系统结构示意图；
[0082] 图10为按照本发明的井下岩心的水力压裂物理模拟方法的图1所示实施例的真三轴水力压裂试验机的活塞容器的内部结构示意图；
[0083] 图11为按照本发明的井下岩心的水力压裂物理模拟方法的图1所示实施例的真三轴水力压裂试验机的围压系统结构示意图。
[0084] 图中标注说明：1-围压系统，101-高压平流泵Ⅰ，102-高压平流泵Ⅱ，103-高压平流泵Ⅲ，104-背压阀Ⅰ，105-背压阀Ⅱ，106-背压阀Ⅲ；
[0085] 2-注入系统，201-压裂液容器Ⅰ，202-压裂液容器Ⅱ，203-活塞容器，204-搅拌机构，205-高压气瓶，206-开关阀门Ⅰ，207-开关阀门Ⅱ，208-放液阀门Ⅰ，209-开关阀门Ⅲ，210-开关阀门Ⅳ，211-放液阀门Ⅱ，212-开关阀门Ⅴ，213-开关阀门Ⅵ，214-活塞片挡板Ⅰ，
215-活塞片挡板Ⅱ，216-活塞片Ⅰ，217-活塞片Ⅱ，218-活塞容器的上部腔体，219-活塞容器的中部腔体，220-活塞容器的下部腔体，221-水槽，222-恒压恒速柱塞泵Ⅰ，223-恒压恒速柱塞泵Ⅱ；
215-活塞片挡板Ⅱ，216-活塞片Ⅰ，217-活塞片Ⅱ，218-活塞容器的上部腔体，219-活塞容器的中部腔体，220-活塞容器的下部腔体，221-水槽，222-恒压恒速柱塞泵Ⅰ，223-恒压恒速柱塞泵Ⅱ；
[0086] 3-真三轴试验架，5-计算机，6-模拟井筒，7-辅助垫片，8-试件模具，9-注射槽，91-矩形平面，92-三角形平面，93-槽口，10-井下岩心，11-隔水薄膜，12-包覆层，13-井下岩心压裂试件，14-层理面。
具体实施方式
[0087] 为了更进一步了解本发明的发明内容，下面将结合具体实施例详细阐述本发明。
[0088] 实施例一：
[0089] 如图1、图5和图6所示，按照本发明的井下岩心的水力压裂物理模拟方法的一实施例，按照先后顺序包括以下步骤：
[0090] 步骤一：制作模拟井筒6、辅助垫片7和试件模具8，根据不同的完井井型将井下岩心10加工成不同岩层倾角的圆柱体；
[0091] 步骤二：在井下岩心10的外侧包覆隔水薄膜11，并在井下岩心10上端面的中心部位开设注射槽9；
[0092] 步骤三：将辅助垫片7、井下岩心10和模拟井筒6按从下到上的顺序依次摆放，并置于试件模具8中；
[0093] 步骤四：向试件模具8中浇注配制好的包覆材料，包覆材料在辅助垫片7、井下岩心10和模拟井筒6的外侧形成包覆层12，将试件模具8拆卸下来，即可得到井下岩心压裂试件
13；
13；
[0094] 步骤五：将井下岩心压裂试件13放置在真三轴水力压裂试验机上，开展井下岩心的水力压裂物理模拟试验，试验结束后观察水力压裂的起裂特征和扩展形态。
[0095] 步骤一中，所述井下岩心10为地下几千米以下的常规均质储层，不发育层理面14，岩心加工过程无需考虑岩层倾角问题，正常切割加工即可。井下岩心的整个切割和加工过程都采用液氮作为循环介质或采用干法切割，不能采用水作为循环介质，以防止井下岩心与水发生膨胀或者掉块。制作的模拟井筒6为直井井筒，其长度为10cm、外径为1.4cm、内径为0.5cm。制作的辅助垫片7为木质材料，辅助垫片7的高度、模拟井筒6的长度和井下岩心10的高度三者之和等于井下岩心压裂试件13的高度。制作的试件模具8为不锈钢材料，其形状为立方体，立方体边长为30cm。将井下岩心10加工成圆柱体形状，其高度为10cm、直径为10cm。
[0096] 步骤二中，在井下岩心10的外侧包覆三层隔水薄膜11，防止后期采用包覆层包裹时井下岩心遇水膨胀软化，所述隔水薄膜为塑料。
[0097] 如图7所示，所述注射槽9由两个矩形平面91和两个三角形平面92形成。所述两个矩形平面91分别从井下岩心10的上端面向下倾斜，并在井下岩心10内部形成一条直线。所述两个三角形平面92分别位于注射槽9的两端，形成注射槽的两个侧面。所述注射槽9的长度为9.9cm、深度为0.2cm，槽口93宽度为0.6cm。在井下岩心10的上端面中心设置注射槽9，以保证压裂过程中，裂缝沿着该注射槽初始起裂并扩展。
[0098] 步骤三中，所述模拟井筒6的下端位于所述井下岩心10上端面的注射槽9的中心位置。
[0099] 步骤四中，所述包覆层12由水泥、石英砂、粘土和石膏粉制备而成，该四种物质的体积配比为3:3:0.5:0.3；所述包覆层还包括麦片、碎纸片和水，该三种物质的添加量占包覆层总质量的百分比分别为0.1%、0.05%和10%。具体配比根据井下岩心的岩石力学参数大小而定，需保证包覆层与井下岩心的岩石力学性质相同或者相近。
[0100] 所述包覆层的制备方法包括以下步骤：
[0101] A、将水泥、石英砂、粘土和石膏粉进行混合搅拌；
[0102] B、向步骤A中的混合物中加入少量麦片、碎纸片，再加入水搅拌均匀；
[0103] C、将步骤B中的混合物浇注到试件模具中，混合物包裹在模拟井筒、井下岩心和辅助垫片的外侧，形成包覆层，待包覆层干燥成型后，即可得到井下岩心压裂试件。
[0104] 所述水泥为复合硅酸盐水泥，所述石英砂的粒度为80目，所述粘土矿物组分包括蒙脱石和伊利石，所述石膏粉为白云质磨具用的石膏粉。所述麦片为食用麦片，直径为0.4cm，所述碎纸片为长1.0cm、宽0.05cm的A4打印纸。步骤A中，使用石英砂搅拌机搅拌
15min。步骤C中，采用自然晾干的方式，持续晾干15天。
15min。步骤C中，采用自然晾干的方式，持续晾干15天。
[0105] 如图8和图9所示，步骤五中，所述真三轴水力压裂试验机包括围压系统1、注入系统2和真三轴试验架3，所述围压系统1和所述注入系统2与所述真三轴试验架3连接，所述真三轴试验架3内放置井下岩心压裂试件13，所述注入系统2和所述围压系统1与计算机5连接，所述注入系统2包括压裂液容器Ⅰ201、压裂液容器Ⅱ202和活塞容器203，所述压裂液容器Ⅱ202内安装搅拌机构204，所述搅拌机构204与计算机5连接，所述活塞容器203内设置活塞片挡板Ⅰ214和活塞片挡板Ⅱ215，两个活塞片挡板的中部均开口。
[0106] 所述压裂液容器Ⅰ201的上端通过管线与高压气瓶连接205，管线上安装开关阀门Ⅰ206；所述压裂液容器Ⅰ201的下端通过管线与活塞容器的中部腔体219连接，管线上安装开关阀门Ⅱ207。所述压裂液容器Ⅰ201的底部设置放液阀门Ⅰ208。所述压裂液容器Ⅱ202的上端通过管线与高压气瓶连接205，管线上安装开关阀门Ⅲ209；所述压裂液容器Ⅱ202的下端通过管线与活塞容器的上部腔体218连接，管线上安装开关阀门Ⅳ210。所述压裂液容器Ⅱ
202的底部设置放液阀门Ⅱ211。
202的底部设置放液阀门Ⅱ211。
[0107] 所述活塞容器的上部腔体218通过管线与所述井下岩心10连接，管线上安装开关阀门Ⅴ212；所述活塞容器的中部腔体219通过管线与所述井下岩心10连接，管线上安装开关阀门Ⅵ213；所述活塞容器的下部腔体220通过管线与水槽221连接。所述水槽221通过管线分别与恒压恒速柱塞泵Ⅰ222和恒压恒速柱塞泵Ⅱ223连接。所述恒压恒速柱塞泵Ⅰ222和所述恒压恒速柱塞泵Ⅱ223与计算机5连接。
[0108] 如图10所示，所述活塞片挡板Ⅰ214和所述活塞片挡板Ⅱ215将所述活塞容器203分为三个腔体。所述活塞容器203内设置活塞片Ⅰ216和活塞片Ⅱ217，两个活塞片可上下移动。所述活塞片Ⅰ216在所述活塞片挡板Ⅰ214的上方，所述活塞片Ⅱ217在所述活塞片挡板Ⅱ215的上方。
[0109] 如图11所示，所述围压系统1包括高压平流泵Ⅰ101、高压平流泵Ⅱ102和高压平流泵Ⅲ103，三个泵体均与计算机5连接。所述高压平流泵Ⅰ101通过管线与所述井下岩心压裂试件13的前后两个面连接，管线上安装背压阀Ⅰ104；所述高压平流泵Ⅱ102通过管线与所述井下岩心压裂试件13的左右两个面连接，管线上安装背压阀Ⅱ105；所述高压平流泵Ⅲ103通过管线与所述井下岩心压裂试件13的上下两个面连接，管线上安装背压阀Ⅲ106。
[0110] 使用本实施例的真三轴水力压裂试验机进行压裂试验的方法，其按照先后顺序包括以下步骤：
[0111] 步骤一：关闭所有的开关阀门和放液阀门，将压裂液和支撑剂按一定比例注入到压裂液容器Ⅱ中，设定搅拌时间，并启动搅拌机构进行搅拌，形成均匀的携砂压裂液；先打开开关阀门Ⅲ和开关阀门Ⅳ，再打开高压气瓶，此时携砂压裂液进入活塞容器的上部腔体内；待携砂压裂液全部进入后，先关闭高压气瓶，再关闭开关阀门Ⅲ和开关阀门Ⅳ；
[0112] 步骤二：向压裂液容器Ⅰ中注入前置压裂液，先打开开关阀门Ⅰ和开关阀门Ⅱ，再打开高压气瓶，此时前置压裂液进入活塞容器的中部腔体内；待前置压裂液全部进入后，先关闭高压气瓶，再关闭开关阀门Ⅰ和开关阀门Ⅱ；
[0113] 步骤三：根据试验要求设定围压值，并通过高压平流泵Ⅰ、高压平流泵Ⅱ和高压平流泵Ⅲ分别给井下岩心的三个轴向同时施加围压；
[0114] 步骤四：打开开关阀门Ⅵ，并启动恒压恒速柱塞泵Ⅰ和恒压恒速柱塞泵Ⅱ，若两个柱塞泵内腔中的水没有满，则两个柱塞泵通过管线分别从水槽中吸满水，然后进行压裂作业；若两个柱塞泵内腔中的水已满，则直接进行压裂作业；
[0115] 步骤五：根据试验要求设定排水量，当排水量小于等于50ml/min时，只有恒压恒速柱塞泵Ⅰ向活塞容器的下部腔体内排水，此时恒压恒速柱塞泵Ⅱ处于待命状态，当恒压恒速柱塞泵Ⅰ中的水全部排完后，恒压恒速柱塞泵Ⅱ开始向活塞容器的下部腔体内排水，此时恒压恒速柱塞泵Ⅰ从水槽中吸水；当排水量大于50ml/min时，恒压恒速柱塞泵Ⅰ和恒压恒速柱塞泵Ⅱ同时向活塞容器的下部腔体内排水；
[0116] 步骤六：随着恒压恒速柱塞泵Ⅰ和/或恒压恒速柱塞泵Ⅱ的排水工作，前置压裂液注入到井下岩心中，当前置压裂液的注入量达到试验要求时，关闭开关阀门Ⅵ，同时打开开关阀门Ⅴ，此时携砂压裂液注入到井下岩心中，当携砂压裂液的注入量达到试验要求时，关闭开关阀门Ⅴ，同时打开开关阀门Ⅵ，此时替置压裂液驱替管线中的携砂压裂液，并最终注入到井下岩心中；
[0117] 步骤七：随着恒压恒速柱塞泵Ⅰ和/或恒压恒速柱塞泵Ⅱ的排水工作，前置压裂液、携砂压裂液和替置压裂液依次注入到井下岩心中，同时观察计算机上显示的入口压力与时间的变化关系曲线，当入口压力降到低点，并处于平稳状态时，判断压裂过程结束，保存计算机记录的数据；
[0118] 步骤八：关闭恒压恒速柱塞泵Ⅰ和恒压恒速柱塞泵Ⅱ，并确定入口压力为零，同时确定两个柱塞泵的内腔压力均为零，若内腔压力不为零，需要重新启动相应的柱塞泵，启动的瞬间再停止即可使内腔压力变为零；同时打开背压阀Ⅰ、背压阀Ⅱ和背压阀Ⅲ，卸载井下岩心三个轴向上的围压；
[0119] 步骤九：从真三轴试验架内取出井下岩心压裂试件，再从中取出井下岩心，观察裂缝扩展情况。
[0120] 所述活塞容器的体积为2000ml。向井下岩心注入的前置压裂液、携砂压裂液和替置压裂液的总体积为500ml。向井下岩心注入的前置压裂液、携砂压裂液和替置压裂液分别为总体积的40%、50%和10%，即注入的前置压裂液为200ml、携砂压裂液为250ml、替置压裂液为50ml。
[0121] 步骤二中，搅拌时间至少为20min。步骤三中，对井下岩心施加三轴围压，X方向为水平最大主应力，Y方向为水平最小主应力，Z方向为垂向应力，其中X方向的围压大于Y方向的围压。步骤五中，排水量设定范围为0-100ml/min。所述替置压裂液采用前置压裂液，其作用是将管线内的携砂压裂液驱替至岩心中。
[0122] 本实施例的真三轴水力压裂试验机，其围压系统由三个单独的压力系统组成，每个系统之间可以同时加压也可分步加压，三面围压既能等压又能存在差压。每个单独的围压系统由硅油容器、平流泵、背压阀和管线等组成。围压介质采用硅油，由于硅油具有卓越的耐热性、电绝缘性、耐候性、疏水性、生理惰性和较小的表面张力，此外还具有较低的粘温系数和较高的抗压缩性，所以硅油作为加压介质具有效率高、安全性能好、无干扰等特点。高压输液泵采用双柱塞往复泵，一个为主吸液柱塞，另一个为辅助柱塞，由计算机控制的高效精密输液泵系统，能够确保在各种使用条件下都具有较高的输液精度和较好的重复性指标。注入系统由活塞容器、注入介质容器、压裂液搅拌容器和推注系统组成。活塞容器由不锈钢材料制成，其额定安全压力为100MPa、容积为2000ml；活塞容器由两个活塞片分隔成三个腔体，上部腔体和中部腔体内注入压裂液，下部腔体内推注液体。注入介质容器由不锈钢材料制成，其额定安全压力为2MPa、容积为2L。该容器带有刻度为1000ml的溶液调配罐，根据实验要求在调配罐中调配不同的压裂液，调配完成后打开调配罐下方的阀门注入容器中，然后关闭溶液调配罐阀门。打开高压气瓶或空气压缩泵，利用气压将注入介质压入活塞容器内。压裂液搅拌容器由不锈钢材料制成，其额定安全压力为2MPa、容积为2L，内设电机搅拌机构，可调节转速。压裂液搅拌容器上有支撑剂注入口和液体注入口，根据试验比例注入清水和支撑剂，由计算机控制搅拌机构，调节至需要的转速和搅拌时间，搅拌均匀后利用气压将压裂液注入活塞容器内。助推系统由双缸恒压恒速柱塞泵泵和助推液体容器组成。
双缸恒压恒速柱塞泵的压力为100MPa、流速为0-100ml/min、精度为0.01ml/min。该柱塞泵的特点是启动、停止、流量等均通过计算机程序实现自动控制。该系统设计紧凑，方便且完全封闭，并采用进口伺服电机配合可编程控制器和智能显示屏对柱塞泵的进、退、调速、调压等进行精确控制，利用动画演示指示柱塞泵的运行状态和故障，曲线显示液体流速、流量以及压力的实时变化，具有操作简单、方便的人机接口界面。双缸恒压恒速柱塞泵既可以单缸独立工作，也可以双缸联动不间断地工作。单缸、双缸工作，均有恒压、恒流、跟踪三种工作模式，满足不同操作和试验的需求。在安全系统方面，本发明的试验机为高压装置，为确保试验安全，在围压系统和注入系统的入口都配置了安全阀，该安全阀灵敏度高、操作便捷、安全可靠，当围压或注入压力超过安全设定值时，安全阀会自动打开释放压力，同时在计算机上设置上限压力值，当压力超过设定值时，计算机发出命令自动停泵，以保证管路和操作人员的安全。在计算机采集和控制系统方面，数据采集系统可采集压力、温度、流量、恒速恒压柱塞泵的压力等即时数值。为保证测量精度和控制的可靠性，采用C168H数字采集控制卡，从而实现数字化采集传输。软件在Windows7/XP环境下运行，具有气体参数转化、数据分析功能。试验操作流程显示在界面上，可实现人机对话，操作人员设定好参数后，试验机即可独自工作，计算机可自动采集所有压力、流速等数值。计算机采集的数据经过处理后可生成原始数据报表、分析报表以及曲线图，同时生成数据库文件以便备份查询。
双缸恒压恒速柱塞泵的压力为100MPa、流速为0-100ml/min、精度为0.01ml/min。该柱塞泵的特点是启动、停止、流量等均通过计算机程序实现自动控制。该系统设计紧凑，方便且完全封闭，并采用进口伺服电机配合可编程控制器和智能显示屏对柱塞泵的进、退、调速、调压等进行精确控制，利用动画演示指示柱塞泵的运行状态和故障，曲线显示液体流速、流量以及压力的实时变化，具有操作简单、方便的人机接口界面。双缸恒压恒速柱塞泵既可以单缸独立工作，也可以双缸联动不间断地工作。单缸、双缸工作，均有恒压、恒流、跟踪三种工作模式，满足不同操作和试验的需求。在安全系统方面，本发明的试验机为高压装置，为确保试验安全，在围压系统和注入系统的入口都配置了安全阀，该安全阀灵敏度高、操作便捷、安全可靠，当围压或注入压力超过安全设定值时，安全阀会自动打开释放压力，同时在计算机上设置上限压力值，当压力超过设定值时，计算机发出命令自动停泵，以保证管路和操作人员的安全。在计算机采集和控制系统方面，数据采集系统可采集压力、温度、流量、恒速恒压柱塞泵的压力等即时数值。为保证测量精度和控制的可靠性，采用C168H数字采集控制卡，从而实现数字化采集传输。软件在Windows7/XP环境下运行，具有气体参数转化、数据分析功能。试验操作流程显示在界面上，可实现人机对话，操作人员设定好参数后，试验机即可独自工作，计算机可自动采集所有压力、流速等数值。计算机采集的数据经过处理后可生成原始数据报表、分析报表以及曲线图，同时生成数据库文件以便备份查询。
[0123] 实施例二：
[0124] 如图2、图6和图7所示，按照本发明的井下岩心的水力压裂物理模拟方法的另一实施例，其工艺步骤、原理和有益效果等均与实施例一相同，不同的是：井下岩心10为地下几千米以下的层状页岩储层，根据直井井型加工井下岩心，其岩层倾角为0°，即层理面14与水平面的夹角为0°；模拟井筒6的长度为15cm、外径为1.6cm、内径为0.8cm；辅助垫片7的高度、模拟井筒6的长度和井下岩心10的高度三者之和等于井下岩心压裂试件13的高度；试件模具8的边长为50cm；井下岩心10的高度为20cm、直径为15cm；注射槽9的长度为14.9cm、深度为0.3cm，槽口93宽度为1.0cm。
[0125] 包覆层12由水泥、石英砂、粘土和石膏粉制备而成，该四种物质的体积配比为6:7:1.5:1.5；包覆层还包括麦片、碎纸片和水，该三种物质的添加量占包覆层总质量的百分比分别为0.3%、0.15%和30%。石英砂的粒度为100目，麦片的直径为0.7cm，碎纸片为长1.5cm、宽0.1cm的A4打印纸。步骤A中，使用石英砂搅拌机搅拌30min；骤C中，采用自然晾干的方式，持续晾干30天。
[0126] 在真三轴水力压裂试验过程中，向井下岩心注入的前置压裂液、携砂压裂液和替置压裂液的总体积为800ml。向井下岩心注入的前置压裂液、携砂压裂液和替置压裂液分别为总体积的40%、50%和10%，即注入的前置压裂液为320ml、携砂压裂液为400ml、替置压裂液为80ml。
[0127] 实施例三：
[0128] 如图3、图6和图7所示，按照本发明的井下岩心的水力压裂物理模拟方法的另一实施例，其工艺步骤、原理和有益效果等均与实施例一相同，不同的是：井下岩心10为地下几千米以下的层状页岩储层，根据定向井井型加工井下岩心，其岩层倾角为45°，即层理面14与水平面的夹角为45°；模拟井筒6的长度为12cm、外径为1.5cm、内径为0.6cm；辅助垫片7的高度、模拟井筒6的长度和井下岩心10的高度三者之和等于井下岩心压裂试件13的高度；试件模具8的边长为40cm；井下岩心10的高度为15m、直径为12cm；注射槽9的长度为11.9cm、深度为0.3cm，槽口93宽度为0.7cm。
[0129] 包覆层12由水泥、石英砂、粘土和石膏粉制备而成，该四种物质的体积配比为5:5:1.0:1.0；包覆层还包括麦片、碎纸片和水，该三种物质的添加量占包覆层总质量的百分比分别为0.2%、0.1%和20%。石英砂的粒度为90目，麦片的直径为0.5cm，碎纸片为长1.2cm、宽
0.08cm的A4打印纸。步骤A中，使用石英砂搅拌机搅拌20min；骤C中，采用自然晾干的方式，持续晾干20天。
0.08cm的A4打印纸。步骤A中，使用石英砂搅拌机搅拌20min；骤C中，采用自然晾干的方式，持续晾干20天。
[0130] 在真三轴水力压裂试验过程中，向井下岩心注入的前置压裂液、携砂压裂液和替置压裂液的总体积为600ml。向井下岩心注入的前置压裂液、携砂压裂液和替置压裂液分别为总体积的40%、50%和10%，即注入的前置压裂液为240ml、携砂压裂液为300ml、替置压裂液为60ml。
[0131] 实施例四：
[0132] 如图4、图6和图7所示，按照本发明的井下岩心的水力压裂物理模拟方法的另一实施例，其工艺步骤、原理和有益效果等均与实施例二相同，不同的是：井下岩心10为地下几千米以下的层状页岩储层，根据定向井井型加工井下岩心，其岩层倾角为90°，即层理面14与水平面的夹角为90°。
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