儲層壓力變化誘發層間滑移的模擬實驗裝置及其實驗方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種模擬并測量大慶油田儲層壓力不均衡所引起嫩二段底部水平斷面相對滑移的實驗裝置和實驗方法，具體涉及儲層壓力變化誘發層間滑移的模擬實驗裝置及其實驗方法。
【背景技術】
[0002]大慶油田開采過程中，相鄰區域間的石油儲層存在較大壓力差異，使得嫩二段地區底部標準層斷面產生大面積相對滑動，導致大量油水井套管發生剪切錯斷。套管一旦發生破損，不但破壞了原有的井網系統，導致油氣減產，而且后續的修井和補鉆新井的成本較高，會對油田造成巨大的經濟損失。
[0003]導致大慶油田在標準層位發生套管損壞主要由于地層滑移，其原因是:油田長期注水開發造成儲層壓力不均勻，因此相鄰區域之間存在壓力差異，在壓差的作用下，儲層發生非均勻變形，儲層變形引起儲層上部的所有地層發生變形。大慶油田儲層以上60~80m位置為嫩二段底部的標準層位，標準層厚度約為10m，其巖石內成分含有多層古生物化石，由于泥巖富含化石導致鈣含量的增加，抗剪強度小于其它位置，構成了水平薄弱面。
[0004]現在多種測試方法已證實，部分地區標準層位水平弱面已出現大面積破壞，形成大面積水平斷面。進而，儲層在壓差作用下產生縱向非均勻變形，引發水平斷面上下地層發生相對滑移，地層滑移產生的作用力直接作用于油水井套管上，當滑移程度超過套管所能承受的強度極限后，套管發生損壞。近五年，大慶油田標準層位套管損壞的井數約占大慶套管損壞總數的一半，約占總鉆井數的20%，已經嚴重影響油田的正常開采。然而目前有關巖層底部變形引起層間水平斷面上下巖層相對滑移的規律尚不清楚，層間滑移實驗方法與實驗設備尚未形成。
[0005]大慶油田標準層套管損壞機理與以往的套管損壞機理不同，相關實驗設備不能研究大慶油田標準層位由于地層滑移所誘發套管損壞的規律。以往的層間滑移實驗設備的力源方向與滑移方向相同，而大慶油田標準層套管損壞的受力方向與滑移方向垂直。因此，研究一種適用于大慶油田標準層套管損壞方面的相關實驗方法和設備有著重要的應用價值。
【發明內容】
[0006]本發明的一個目的是提供儲層壓力變化誘發層間滑移的模擬實驗裝置，它用于研究大慶油田標準層位由于地層滑移所誘發套管損壞的規律，本發明的另一個目的是提供這種儲層壓力變化誘發層間滑移的模擬實驗裝置的實驗方法。
[0007]本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:這種儲層壓力變化誘發層間滑移的模擬實驗裝置包括機架、上部施壓組件、下部施壓組件，上部施壓組件、下部施壓組件均安裝在機架內，機架的底座上具有左、右兩個側壁，機架的兩個側壁分別設置有液壓桿，上部施壓組件和下部施壓組件分別與兩側的液壓桿連接，上部施壓組件的壓頭與下部施壓組件的壓頭對應設置；上部施壓組件和下部施壓組件均由多臺壓力器并排安裝構成，且二者的壓力器數量相同，壓力器包括第一支架、油缸、第二支架、壓頭，第一支架的兩端分別固定安裝導向桿，導向桿下端固定壓頭，油缸安裝在第一支架上，位于兩個導向桿的中間，油缸的活塞桿從第一支架伸出，第二支架上端與活塞桿連接，第二支架下端與壓頭連接，第二支架的兩端分別安裝壓力傳感器。
[0008]上述方案中液壓桿通過計算機控制，實現對液壓桿的控制。
[0009]上述方案中壓頭由金屬板和橡膠塊固定在一起形成，兩個導向桿、第二支架均與金屬板固定連接，橡膠塊的厚度為10cm，橡膠塊能夠保證壓力器施加的壓力均勻。
[0010]上述方案中第一支架的兩端具有支臂，導向桿通過支臂安裝在第一支架上。
[0011]上述方案中上部施壓組件和下部施壓組件各設置有10臺壓力器。
[0012]上述儲層壓力變化誘發層間滑移的模擬實驗裝置進行加壓變形實驗的方法:
一、實驗樣品的選擇:
選擇兩個與研究套管損壞層位巖石相似的模擬材料，確定好實驗樣品的幾何尺寸，把選用的上層實驗樣品和下層實驗樣品上、下疊放在一起；
二、安裝輔助設備滑移量測量器:
把與本發明配合使用的滑移量測量器和測點連接起來，滑移量測量器的第一轉軸和上層實驗樣品的前面底端相連，滑移量測量器的第二轉軸與下層實驗樣品的前面頂端相連，滑移量測量器并排安放多個；
三、實驗樣品加壓變形實驗:
通過計算機控制機架兩側液壓桿的伸長量，調整上部施壓組件和下部施壓組件間的距離，疊放好的上層實驗樣品和下層實驗樣品，通過上部施壓組件的壓頭和下部施壓組件的壓頭壓緊，完成實驗樣品的固定工作；
四、對實驗樣品進行施壓變形，測量層間的相對滑移量:
通過調節上部施壓組件中壓力器的油缸，調節活塞桿帶動壓頭向下運動，對上層實驗樣品進行加壓，然后控制下部施壓組件中壓力器的油缸，通過控制每個壓力器的活塞桿伸長量不同，使得下層實驗樣品發生上抬變形，下層樣品發生上抬變形后帶動上層樣品發生形變，從而兩層實驗樣品間發生滑移；滑移量測量器測量出實驗樣品在不同位置的滑移量，同時通過滑移量測量器的計數盤，實時記錄整個實驗中，實驗樣品發生不同變形程度時的滑移量大小。
[0013]本發明具有以下有益效果:
1、本發明為針對于大慶油田不同區塊，不同深度標準層斷裂面由于儲層壓力變化誘發滑移的模擬實驗方法，模擬標準層位上、下巖層的受力情況以及模擬出標準層位的水平弱面由于斷裂發生相對滑移，并測量出層間的滑移量，從而研究大慶油田標準層位由于地層滑移所誘發套管損壞的規律。
[0014]2、本發明中施壓組件的每個壓力器都可獨立工作，把實驗樣品的兩端用距離兩端最近的上、下壓頭進行壓緊，壓緊實驗樣品后繼續完成后述實驗操作操作。因此通過改變實驗樣品材料以及實驗樣品的厚度組合，可模擬出不同深度，不同區塊的巖層。
[0015]3、本發明在上、下施壓組件施壓過程中，為了防止壓力過大壓頭發生偏移，在第一支架的兩側安裝兩個導向桿；為了防止壓力器施加的壓力不均勻，在壓頭的金屬板上連接一塊橡膠塊，保證壓力器施加的壓力均勻。
[0016]4、本發明通過配合使用滑移測量器，在實驗中，同時安放多個滑移量測量器，測量出實驗樣品在不同位置的滑移量，同時通過滑移量測量器的計數盤，可實時記錄整個實驗中，樣品發生不同變形程度時的滑移量大小。
【附圖說明】
[0017]圖1是本發明結構示意圖；
圖2是本發明的壓力器的結構示意圖；
圖3是本發明配合使用的滑移量測量器測量樣品的結構示意圖；
圖4是本發明和滑移量測量器結合測試樣品的結構示意圖。
[0018]圖中:1.機架2.上部施壓組件3.下部施壓組件4.底座5.側壁6.油缸7.活塞桿8.導向桿9.壓頭10第一支架11金屬板12橡膠塊13第二支架14壓力傳感器15上層實驗樣品16下層實驗樣品17滑移量測量器18第一轉軸19第二轉軸20接觸片21支臂。
【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖對本發明作進一步的說明:
如圖1所示，這種儲層壓力變化誘發層間滑移的模擬實驗裝置包括機架1、上部施壓組件2、下部施壓組件3，上部施壓組件2在機架I上端，下部施壓組件3在機架I下端；機架I的底座4上具有左、右兩個側壁5，機架I的兩個側壁5分別設置有一組液壓桿，兩組液壓桿分別通過計算機控制；上部施壓組件2和下部施壓組件3分別與兩側的液壓桿連接，上部施壓組件2的壓頭9與下部施壓組件3的壓頭9對應設置，通過調節液壓桿的伸長量，調整上部施壓組件2和下部施壓組件3間的距離。