多簇水力裂缝起裂与扩展物理模拟试验系统研制及验证

摘要

水平井分段多簇压裂技术是开发页岩气藏的核心技术手段,为真实模拟多簇压裂过程,了解段内多裂缝扩展规律及相互干扰机制,研制多簇水力裂缝起裂与扩展物理模拟试验系统。该试验系统在已有大型真三轴水力压裂试验系统的基础上设计多通道压裂井筒、复合包裹层状人工试样,增加多簇分流与监测系统、应变监测系统,具体特点如下:(1)多通道压裂井筒可设置若干个相互独立的射孔簇起裂位置,并确保各射孔簇位置充分起裂扩展;(2)综合考虑试验机容许最大试样尺寸、裂缝扩展路径最大化、缝间应力干扰、裂缝起裂扩展后的压力保持、层理影响等因素,制备边长500 mm的复合包裹层状人工压裂立方体试样;(3)多簇分流与监测系统能够对各簇通道瞬时流量、压力、累积注入体积实时监测,有助于了解各簇通道间的流量竞争及分配机制;(4)应变监测系统可实时监测记录压裂过程中各射孔簇及裂缝扩展路径周围岩体的变形特征,能够进一步探究水力裂缝的断裂行为;(5)该系统不仅能够模拟多簇裂缝起裂与扩展,也能够选择性关闭充分进液扩展的若干通道,模拟现场初次压裂后投球暂堵再次压裂的工艺。开展的真三轴多簇压裂试验验证了该系统的有效性,试验结果表明,后续起裂的射孔簇破裂压力呈逐渐增大的趋势,改造面积呈减小的趋势。该试验系统的研制为研究分段多簇压裂技术提供了新方法,可推进对多簇水力裂缝起裂与扩展规律及缝间应力干扰机制的深入研究。