一种全直径岩心二氧化碳压裂造缝装置及方法与流程

本发明属于油气田开采，尤其涉及一种全直径岩心二氧化碳压裂造缝装置及方法。

背景技术：

1、非常规油气藏通常具有较差的储层物性，流体渗流经过的孔喉细小，油气流体流动难度大。因此，需要进行储层改造，在含油气储层中创造裂缝网络，增加油气的渗流通道，减小流动距离，进而增加产量。

2、压裂是人为地使地层产生裂缝，改善油在地下的流动环境，使油井产量增加，对改善油井井底流动条件、减缓层间和改善油层动用状况可起到重要的作用。岩心造缝技术多用于模拟油藏生产中压裂时岩石的破裂，由于深部岩石处于复杂的应力状态中，所遇到的岩体或矿体多处于三向应力状态，本身又是一种十分复杂的天然材料。在很多情况下，简单应力状态下的岩石应力试验不能完全反映工程实际中的岩体应力状态，必须充分认识复杂应力状态下岩石的力学性质，因此开展三维状态下的岩石造缝模试验显得十分重要。

3、室内二氧化碳压裂技术能实现岩石的三维造缝，是研究岩石压裂改造时造缝条件以及裂缝开裂程度的重要手段。造缝完成后的扩展功能可以继续完成岩心渗流实验，模拟裂缝开采过程。

4、中国发明专利申请cn110331968a中公开了一种模拟二氧化碳干法压裂的装置及方法，包括：液态二氧化碳制备模块，用于制备液态二氧化碳；液态二氧化碳泵注模块，其连接于液态二氧化碳制备模块，用于泵注液态二氧化碳；二氧化碳加热模块，其连接于液态二氧化碳泵注模块，用于调节液态二氧化碳的温度；拟三轴加载模块，包括拟三轴加载框架、轴压泵、围压泵和岩心夹持套筒，岩心夹持套筒设置于加载底盘上，用于盛装岩心，围压泵和轴压泵用于对岩心施压；岩心加热模块，岩心加热模块设置于围压筒外，用于加热岩心；液态二氧化碳泵注模块和二氧化碳加热模块分别连接于加载底盘处的流体注入端。采用本发明提供的模拟二氧化碳干法压裂的装置及方法，能够获得影响裂缝形态的最优注入参数。此装置只是简单应力状态下的岩石应力试验，不能完全反映工程实际中的岩体应力状态，无法充分认识复杂应力状态下岩石的力学性质。

技术实现思路

1、针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种全直径岩心二氧化碳压裂造缝装置及方法，本发明要解决的技术问题是如何完全反映模拟压裂工程实际中的岩体应力状态。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了一种全直径岩心二氧化碳压裂造缝装置，包括釜体底座、围压装置、轴向加压装置、注入泵、声波传感器、计量泵、声波收集器和岩心组件；

3、岩心组件位于围压装置的内部，围压装置设置在釜体底座上，轴向加压装置设置在围压装置内部岩心组件的上方，声波传感器连接在岩心组件的上方，注入泵的一端与岩心组件连接，声波传感器与声波收集器电连接，计量泵的一端与釜体底座的出油口连接。

4、计量泵提供釜体出口压力；围压装置为岩心组件提供围压，轴向加压装置为岩心组件提供轴压，模拟岩心组件的岩心在地层条件下的应力状态；注入泵向岩心组件中通入二氧化碳；声波传感器和声波收集器判断岩心组件中岩心的压裂状态。

5、进一步的，岩心组件包括传感器压头、中转垫片、岩心、传感器底座和热缩膜，轴压压头、传感器压头、中转垫片、岩心和传感器底座从上到下依次设置，热缩膜包裹在传感器压头、中转垫片、岩心和传感器底座的外壁。

6、进一步的，声波传感器设置在传感器压头的内部。

7、进一步的，传感器压头上连接有二氧化碳注入端接口，二氧化碳注入端接口与注入泵的一端连接。

8、进一步的，所述岩心为全直径岩心。

9、进一步的，围压装置包括围压釜和围压泵，围压釜设置在釜体底座的上方，岩心组件位于围压釜的内部，围压泵的一端与围压釜连接。

10、进一步的，轴向加压装置包括轴向釜和轴压泵，轴向釜设置在岩心组件的上方，轴压泵的一端与轴向釜连接。

11、本发明提供了一种全直径岩心二氧化碳压裂造缝方法，用于上述全直径岩心二氧化碳压裂造缝装置，包括以下步骤：

12、步骤s1:选取岩心，并将其进行处理和组装；

13、步骤s2:将注入泵与岩心组件上的二氧化碳注入端接口连接，并将声波传感器与声波收集器电连接；

14、步骤s3:将围压釜下压至与釜体底座接触；

15、步骤s4:使用轴压泵对岩心组件施加压力，轴压泵为岩心组件提供轴压，实现岩心组件的固定和模拟岩心在地层条件下的应力状态；

16、步骤s5：向围压釜中充入液压油，然后采用围压泵给围压内部提供围压；

17、步骤s6：通过注入泵向岩心组件中注入二氧化碳，注入泵的注入压力随注入量的增大而升高；

18、步骤s7：声波传感器将岩心的声波信号传给声波收集器，当声波收集器的电压值倍数级增长时，则岩心产生裂缝。

19、进一步的，所述步骤s1中的处理和组装包括以下步骤：

20、步骤h1:在岩心上端面中心处开设孔；

21、步骤h2:岩心组件包括传感器压头、中转垫片、岩心、传感器底座和热缩膜；将传感器压头与中转垫片上端面连接，中转垫片下端面与岩心上端面连接；

22、步骤h3:将热缩膜包裹在传感器压头、中转垫片、岩心和传感器底座的外壁，热缩膜上部与传感器压头热缩连接，热缩膜下部与传感器底座热缩连接。

23、进一步的，所述步骤s3中，轴向釜对釜体底座施加轴向压力，使得围压釜和釜体底座密封。

24、进一步的，围压的范围为0～100mpa；所述步骤s4中，轴压泵为岩心提供轴向载荷，轴向载荷会随围压增大而减小，轴向载荷设定范围是0-p，其中p的计算公式如下：

25、p＝2500-0.785×125×125×p围/1000

26、p为轴向载荷设定范围的最大值，单位为kn；

27、p围为围压压力，单位kn。

28、进一步的，所述步骤s6中，注入泵的注入压力随注入量的增大而升高，二氧化碳从气态液化成液态，形成纯二氧化碳压裂。

29、进一步的，所述步骤s5中，围压泵的围压随注入泵的注入压力的增加而增加，围压与注入压力形成压差。

30、进一步的，所述步骤s6中，注入泵提供注入压力，注入压力的设定范围是0～100mpa。

31、本发明一种全直径岩心二氧化碳压裂造缝装置通过设置围压釜和围压泵为岩心提供围压，通过设置轴向釜和轴压泵为岩心提供轴向压力，模拟地层环境，给全直径岩心加载覆压及围压，同时模拟实际生产中的注二氧化碳前置压裂技术，通过注二氧化碳憋压的方式，通过声波传感器和声波收集器能够及时判断岩心的压裂情况，本装置能够完全模拟压裂工程实际中的岩体应力状态。对比于其他压裂方式，本发明采用注入二氧化碳的压裂方式，在复杂应力条件下，保证造缝岩心的结构完整性，最大程度地保留岩心的原始力学性质，从而能够完全反映工程实际中的岩体应力状态。

32、本发明一种全直径岩心二氧化碳压裂造缝方法通过利用轴压泵、围压泵、压力液注入泵和计量泵的配合，模拟岩心在地层中的复杂应力条件，通过声波收集器、声波传感器、传感器压头和传感器底座来判断岩心的压裂情况，从而完全反映模拟工程实际中的岩体应力状态。实验结果对储层压裂改造方案设计和现场实施有着重要的指导意义。

技术特征：

1.一种全直径岩心二氧化碳压裂造缝装置，其特征在于，包括釜体底座、围压装置、轴向加压装置、注入泵、声波传感器、计量泵、声波收集器和岩心组件；

2.根据权利要求1所述的全直径岩心二氧化碳压裂造缝装置，其特征在于，岩心组件包括传感器压头、中转垫片、岩心、传感器底座和热缩膜，传感器压头、中转垫片、岩心和传感器底座从上到下依次设置，热缩膜包裹在传感器压头、中转垫片、岩心和传感器底座的外壁。

3.根据权利要求2所述的全直径岩心二氧化碳压裂造缝装置，其特征在于，声波传感器设置在传感器压头的内部。

4.根据权利要求3所述的全直径岩心二氧化碳压裂造缝装置，其特征在于，传感器压头上连接有二氧化碳注入端接口，二氧化碳注入端接口与注入泵的一端连接。

5.根据权利要求2所述的全直径岩心二氧化碳压裂造缝装置，其特征在于，所述岩心为全直径岩心。

6.根据权利要求1所述的全直径岩心二氧化碳压裂造缝装置，其特征在于，围压装置包括围压釜和围压泵，围压釜设置在釜体底座的上方，岩心组件位于围压釜的内部，围压泵的一端与围压釜连接。

7.根据权利要求6所述的全直径岩心二氧化碳压裂造缝装置，其特征在于，轴向加压装置包括轴向釜和轴压泵，轴向釜设置在岩心组件的上方，轴压泵的一端与轴向釜连接。

8.一种全直径岩心二氧化碳压裂造缝方法，其特征在于，用于权利要求7所述的全直径岩心二氧化碳压裂造缝装置，包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的全直径岩心二氧化碳压裂造缝方法，其特征在于，所述步骤s1中的处理和组装包括以下步骤：

10.根据权利要求8所述的全直径岩心二氧化碳压裂造缝方法，其特征在于，所述步骤s3中，轴向釜对釜体底座施加轴向压力，使得围压釜和釜体底座密封。

11.根据权利要求8所述的全直径岩心二氧化碳压裂造缝方法，其特征在于，围压的范围为0～100mpa；所述步骤s4中，轴压泵为岩心提供轴向载荷，轴向载荷随围压增大而减小，轴向载荷设定范围是0-p，其中p的计算公式如下：

12.根据权利要求8所述的全直径岩心二氧化碳压裂造缝方法，其特征在于，所述步骤s6中，二氧化碳从气态液化成液态，形成纯二氧化碳压裂。

13.根据权利要求8所述的全直径岩心二氧化碳压裂造缝方法，其特征在于，所述步骤s5中，围压泵的围压随注入泵的注入压力的增加而增加，围压与注入压力形成压差。

14.根据权利要求8所述的全直径岩心二氧化碳压裂造缝方法，其特征在于，所述步骤s6中，注入泵提供注入压力，注入压力的设定范围是0～100mpa。

技术总结
本发明提供了一种全直径岩心二氧化碳压裂造缝装置及方法，属于油气田开采技术领域。装置包括釜体底座、围压装置、轴向加压装置、注入泵、声波传感器、计量泵、声波收集器和岩心组件；通过设置围压釜和围压泵为岩心提供围压，通过设置轴向釜和轴压泵为岩心提供轴向压力，模拟地层环境，给全直径岩心加载覆压及围压，同时模拟实际生产中的注二氧化碳前置压裂技术，通过注二氧化碳憋压的方式，通过声波传感器和声波收集器判断岩心的压裂情况来完成岩心压裂。本发明在复杂应力条件下保证造缝岩心的结构完整性，最大程度地保留岩心的原始力学性质，从而能够完全反映工程实际中的岩体应力状态。

技术研发人员：郭慧英,许宁,张远凯,梁宝兴,吕道平,刘雯雯,李琼,李震,李焱,孙雅婷,顾晓芳,葛玲
受保护的技术使用者：中国石油天然气股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5