一種模擬sagd過程中水力壓裂作用機(jī)理的實(shí)驗(yàn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于巖石力學(xué)水力壓裂研究領(lǐng)域，具體涉及一種模擬SAGD過程中水力壓裂作用機(jī)理的實(shí)驗(yàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]中國及世界范圍內(nèi)均具有豐富的稠油油藏資源，SAGD技術(shù)是當(dāng)前稠油資源開發(fā)的重要方式，然而隨著許多油田進(jìn)入開發(fā)中后期，不斷出現(xiàn)高含水、低滲透、超稠油等開發(fā)難題，油田產(chǎn)油量遞減嚴(yán)重，傳統(tǒng)的稠油熱采技術(shù)亟須創(chuàng)新升級(jí)。另一方面，水力壓裂是開發(fā)低滲油氣藏主要的增產(chǎn)增注方式之一，對(duì)于提高油田采收率效果顯著。因此將兩種油氣資源開采技術(shù)結(jié)合到一起，對(duì)于稠油油田增產(chǎn)意義重大，這就對(duì)SAGD技術(shù)與壓裂技術(shù)相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)室研究，提出了新需求和新挑戰(zhàn)。
[0003]目前由于壓裂實(shí)驗(yàn)設(shè)備的限制，大多數(shù)實(shí)驗(yàn)室所開展的水力壓裂實(shí)驗(yàn)均為常規(guī)水力壓裂實(shí)驗(yàn)，即僅考慮地應(yīng)力條件對(duì)水力壓裂效果的影響，而忽略了高溫的影響。即使考慮溫度的影響，通常也只是采用對(duì)實(shí)驗(yàn)巖樣整體加熱的方式來開展實(shí)驗(yàn)，這與SAGD過程中，注氣井對(duì)地層的局部加熱作用存在較大差異。因此為了更加真實(shí)得模擬和探究SAGD過程中水力壓裂的作用機(jī)理，發(fā)明該實(shí)驗(yàn)裝置并提出了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決上述現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)研究中存在的問題，本發(fā)明提供了一種模擬SAGD過程中水力壓裂作用機(jī)理的實(shí)驗(yàn)裝置，即模擬高溫高壓條件下的SAGD水力壓裂過程。
[0005]為此本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
[0006]一種模擬SAGD過程中水力壓裂作用機(jī)理的實(shí)驗(yàn)裝置，包括真三軸應(yīng)力加載裝置、蒸汽加熱裝置、壓裂裝置和聲發(fā)射監(jiān)測(cè)裝置。真三軸應(yīng)力加載裝置，所述真三軸應(yīng)力加載裝置主要包括千斤頂和圍壓筒，千斤頂之間形成了長方體形狀的壓力室，用于放置呈長方體形狀的實(shí)驗(yàn)巖樣。蒸汽加熱裝置，所述蒸汽加熱裝置包括溫度傳感器、蒸汽熱源以及預(yù)制于實(shí)驗(yàn)巖樣內(nèi)部的熱蒸汽循環(huán)管線。壓裂裝置，所述壓裂裝置包括雙腔恒速注入栗、預(yù)制于實(shí)驗(yàn)巖樣內(nèi)部的井筒以及連接井筒與雙腔恒速注入栗的壓裂液注入管線。聲發(fā)射監(jiān)測(cè)裝置，所述聲發(fā)射監(jiān)測(cè)裝置包括聲發(fā)射儀、多個(gè)聲發(fā)射探頭，聲發(fā)射探頭通過數(shù)據(jù)線與聲發(fā)射儀連接，所有聲發(fā)射探頭都埋設(shè)在事先預(yù)留的，位于實(shí)驗(yàn)巖樣表面的凹槽里。該實(shí)驗(yàn)裝置可以對(duì)實(shí)驗(yàn)巖樣施加三個(gè)方向的應(yīng)力，并通過預(yù)制在實(shí)驗(yàn)巖樣中的熱蒸汽循環(huán)管線，對(duì)實(shí)驗(yàn)巖樣進(jìn)行局部加熱，從而真實(shí)模擬SAGD過程中，儲(chǔ)層所處的高溫高壓耦合應(yīng)力狀態(tài)。同時(shí)通過預(yù)制在實(shí)驗(yàn)巖樣中的井筒，向?qū)嶒?yàn)巖樣內(nèi)注入壓裂液，以模擬和探究上述耦合應(yīng)力狀態(tài)下的水力壓裂作用機(jī)理，為水力壓裂現(xiàn)場(chǎng)施工方案設(shè)計(jì)和熱流固耦合理論研究提供有力的實(shí)驗(yàn)支撐。
[0007]如上所述的一種模擬SA⑶過程中水力壓裂作用機(jī)理的實(shí)驗(yàn)裝置，其中所述蒸汽熱源可以提供不同的加熱速率。
[0008]如上所述的一種模擬SA⑶過程中水力壓裂作用機(jī)理的實(shí)驗(yàn)裝置，其中所述熱蒸氣循環(huán)管線在實(shí)驗(yàn)巖樣中的位置，有多種布置方式，根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡牟煌x擇合理的熱蒸汽循環(huán)管線布置方式。
[0009]如上所述的一種模擬SA⑶過程中水力壓裂作用機(jī)理的實(shí)驗(yàn)裝置，其中所述井筒的長度不得超過實(shí)驗(yàn)巖樣長度的一半。
[0010]如上所述的一種模擬SA⑶過程中水力壓裂作用機(jī)理的實(shí)驗(yàn)裝置，其中所述聲發(fā)射探頭個(gè)數(shù)不得少于4個(gè)。
[0011]如上所述的一種模擬SA⑶過程中水力壓裂作用機(jī)理的實(shí)驗(yàn)裝置，其中所述實(shí)驗(yàn)巖樣的外形尺寸為300mmX300mmX600mm，井筒的外直徑為20mm，熱蒸汽循環(huán)管線外直徑為 10mnin
[0012]本發(fā)明所述一種模擬SAGD過程中水力壓裂作用機(jī)理的實(shí)驗(yàn)裝置的工作方式是:
[0013]首先，針對(duì)不同的研究目的，確定蒸汽熱源的加熱速率，確定壓力室施加三向應(yīng)力的大小，確定熱蒸汽循環(huán)管線的布置方式，確定雙腔恒速注入栗的注入速率；然后采用真三軸應(yīng)力加載裝置，通過施加不同大小的三向應(yīng)力，模擬實(shí)際地層的地應(yīng)力狀態(tài)；采用蒸汽加熱裝置，模擬SAGD過程中的注氣井，對(duì)實(shí)驗(yàn)巖樣進(jìn)行局部加熱，并通過溫度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)巖樣溫度，直至目標(biāo)溫度；采用壓裂裝置來模擬水平井壓裂，通過雙腔恒速注入栗，以及預(yù)制在實(shí)驗(yàn)巖樣內(nèi)部的井筒，以恒定速率向?qū)嶒?yàn)巖樣內(nèi)注入壓裂液，并實(shí)時(shí)采集井筒內(nèi)壓裂液的壓力；同時(shí)采用聲發(fā)射監(jiān)測(cè)裝置，通過布置在實(shí)驗(yàn)巖樣表面的多個(gè)聲發(fā)射探頭，接收由于裂縫的起裂及擴(kuò)展而產(chǎn)生的聲發(fā)射信號(hào)，并通過聲發(fā)射儀內(nèi)置的軟件程序，對(duì)接收到的聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行定位處理，從而確定實(shí)驗(yàn)巖樣內(nèi)部裂縫的起裂位置以及整個(gè)裂縫面的空間位置。
[0014]本發(fā)明的的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)是:
[0015]本發(fā)明提出了一種模擬SAGD過程中水力壓裂作用機(jī)理的實(shí)驗(yàn)裝置，相比傳統(tǒng)的水力壓裂實(shí)驗(yàn)，本發(fā)明通過預(yù)制在實(shí)驗(yàn)巖樣內(nèi)部的熱蒸汽循環(huán)管線，對(duì)實(shí)驗(yàn)巖樣進(jìn)行局部加熱，從而更為真實(shí)的模擬SAGD水力壓裂過程中，熱流固耦合條件下，裂縫的起裂和發(fā)育情況；本發(fā)明所公開的模擬實(shí)驗(yàn)裝置操作簡(jiǎn)單，針對(duì)性強(qiáng)，為SAGD過程中水力壓裂作用機(jī)理的研究提供了有效手段。
【附圖說明】
[0016]以下附圖僅旨在于對(duì)本發(fā)明做示意性說明和解釋，并不限定本發(fā)明的范圍。其中，
[0017]圖1為本發(fā)明模擬SAGD過程中水力壓裂作用機(jī)理的實(shí)驗(yàn)裝置的縱向剖面圖；
[0018]圖2為熱蒸汽循環(huán)管線單側(cè)布置示意圖；
[0019]圖3為熱蒸汽循環(huán)管線垂直布置示意圖；
[0020]圖4為熱蒸汽循環(huán)管線傾斜布置示意圖；
[0021]附圖標(biāo)號(hào)說明:
[0022]1、壓力室；2、溫度傳感器；3、聲發(fā)射儀；4、蒸汽熱源；5、熱蒸汽回流端口 ；6、熱蒸汽排出端口 ；7、溫度傳感器數(shù)據(jù)線；8、聲發(fā)射數(shù)據(jù)線；9、壓裂液注入管線；10、雙腔恒速注入栗；11、井筒；12、聲發(fā)射探頭；13、圍壓伺服控制栗；14、熱蒸汽循環(huán)管線；15、實(shí)驗(yàn)巖樣
【具體實(shí)施方式】
[0023]本發(fā)明提出了一種模擬SAGD過程中水力壓裂作用機(jī)理的實(shí)驗(yàn)裝置，為了對(duì)本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對(duì)照【附圖說明】本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。
[0024]實(shí)施例1:如圖1所示本發(fā)明公開了一種模擬SAGD過程中水力壓裂作用機(jī)理的實(shí)驗(yàn)裝置，包括真三軸應(yīng)力加載裝置、蒸汽加熱裝置、壓裂裝置和聲發(fā)射監(jiān)測(cè)裝置。
[0025]結(jié)合圖1所示，本發(fā)明涉及實(shí)驗(yàn)巖樣為由水泥砂漿澆筑而成的300_X300_X600mm實(shí)驗(yàn)巖樣15。在饒筑水泥砂楽實(shí)驗(yàn)巖樣時(shí)，需要將井筒11以及熱蒸汽循環(huán)管線14提前放置在鐵質(zhì)模具中，一同澆筑。在澆筑時(shí)，井筒11出口放置在實(shí)驗(yàn)巖樣中心位置，熱蒸汽循環(huán)管線14的位置可根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求和實(shí)驗(yàn)?zāi)康撵`活放置，同時(shí)熱蒸汽循環(huán)管線14的進(jìn)出口以及井筒11入口均從長方體實(shí)驗(yàn)巖樣的右側(cè)端面引出。
[0026]結(jié)合圖1所示，實(shí)驗(yàn)所需要的圍壓由千斤頂和圍壓筒組成的壓力室I提供，并通過圍壓伺服控制栗13保持實(shí)驗(yàn)過程中圍壓的恒定有效。同時(shí)壓力室右側(cè)端面留有直徑50mm的圓形開口，用于熱蒸汽回流端口 5、熱蒸汽排除端口 6以及壓裂液注入管線9的進(jìn)出。
[0027]結(jié)合圖1所示，蒸汽加熱裝置主要由熱蒸汽循環(huán)管線14、溫度傳感器2、溫度傳感器數(shù)據(jù)線7以及蒸汽熱源4、熱蒸汽回流端口 5、熱蒸汽排出端口 6組成。首先蒸汽熱源4產(chǎn)生熱蒸汽，并通過熱蒸汽排出端口 6將熱蒸汽排入熱蒸汽循環(huán)管線14，熱蒸汽中攜帶的大量熱能通過熱蒸汽循環(huán)管線14傳遞給實(shí)驗(yàn)巖樣15，熱傳遞之后的蒸汽通過熱蒸汽回流端口 5流回蒸汽熱源4重新加熱。同時(shí)布置在實(shí)驗(yàn)巖樣15表面凹槽內(nèi)的溫度傳感器2，直至加熱至目標(biāo)溫度，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)巖樣的加溫。
[0028]結(jié)合圖1所示，壓裂裝置主要由雙腔恒速注入栗10、壓裂液注入管線9以及井筒11組成。壓裂裝置工作時(shí)，由雙腔恒速注入栗10以恒定的注入速率，通過壓裂液注入管線9向井筒11中注入壓裂液。壓裂液通過井筒11注入實(shí)驗(yàn)巖樣，同時(shí)雙腔恒