(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202111659090.1 (22)申请日 2021.12.3 0 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 114293964 A (43)申请公布日 2022.04.08 (73)专利权人 中国石油大 学(北京) 地址 102249 北京市昌平区府学路18号 (72)发明人 李曹雄　鲜成钢　申颍浩　李国欣　 (74)专利代理 机构 北京三友知识产权代理有限 公司 11127 专利代理师 贾磊　刘飞 (51)Int.Cl. E21B 43/26(2006.01) G06F 30/20(2020.01)(56)对比文件 US 20190245 05 A1,2019.01.24 CN 105952429 A,2016.09.21 CN 111223376 A,2020.0 6.02 CN 104832169 A,2015.08.12 CN 106401551 A,2017.02.15 CN 206319870 U,2017.07.1 1 薛亚斐等.绒囊暂堵转向压 裂裂缝转向能力 及其力学机理分析. 《石油钻 采工艺》 .2018,(第 05期), 解经宇等.射孔对页岩水力裂缝形态影响的 物理模拟实验. 《煤炭学报》 .2018,(第0 3期), 审查员 孙群 (54)发明名称 一种室内评价空间应力场主动利用效果的 系统及方法 (57)摘要 本文涉及油气田开发工程领域， 尤其涉及一 种室内评价空间应力场主动利用效果的系统及 方法。 系统包括， 岩样放置装置， 用于放置岩样； 围压控制装置， 用于对岩样施加设定的围压； 裂 缝成像装置， 用于获取岩样内部的裂缝的形态和 裂缝数量； 压裂液注入装置， 用于向岩样的井筒 中的射孔内注入压裂液， 以在岩样内形成裂缝； 应力测量装置， 用于测量岩样内部的应力值； 处 理装置， 用于根据裂缝的形态、 裂缝数量和应力 值计算岩样的应力场主动利用系数， 并根据应力 场主动利用系数与预设的主动利用系数门限值 定量评价空间应力场的主动利用效果。 通过本文 实施例， 实现了在实验室条件下建立一套定量评 价立体井网空间应力场主动利用效果的系统。 权利要求书3页 说明书15页 附图4页 CN 114293964 B 2022.08.26 CN 114293964 B 1.一种室内评价空间应力场主动利用效果的方法， 其特征在于， 应用于室内评价空间 应力场主动利用效果的系统， 所述方法包括， 将岩样放置在岩 样放置装置中； 通过围压控制装置对岩样放置装置中的所述岩样施加设定的围压， 形成所述岩样在实 际地层中的原 始地应力场； 按照压裂方案， 通过压裂液注入装置向所述岩样放置装置 中的所述岩样的井筒中的射 孔内注入所述压裂液， 以使所述岩样 内部形成裂缝， 所述压裂方案包括向每个所述射孔内 注入所述压裂液的起始 时刻以及向每个所述射孔内注入所述压裂液的流量随时间的变化 曲线； 通过裂缝成像装置获取 所述岩样内部的裂缝的形态和裂缝 数量； 通过应力测量装置测量所述岩 样内部的应力值； 根据所述裂缝的形态、 裂缝 数量和所述应力值计算所述岩 样的应力场主动利用系数； 根据所述应力场主动利用系数与预设的主动利用系数门限值定量评价所述空间应力 场的主动利用效果； 所述裂缝的形态进一 步包括裂缝面积和裂缝的迂曲度； 根据所述裂缝的形态和所述应力值计算所述岩 样的应力场主动利用系数的公式为， 其中， Qj表示根据所述 室内评价空间应力场主动利用效果的实验方法进行的第j次实验 计算的所述应力场主动利用系数， nj表示所述j次实验在所述岩样上产生的裂缝数量， 表 示所述第j次实验结束后， 所述应力测 量装置对所述岩样 内部的多个位置进行测量得到的 应力值的平均值， Si,j表示所述第 j次实验结束后， 在所述岩样内产生的裂缝中第i条裂缝的 裂缝面积， τi,j表示所述第j次实验结束后， 在所述岩样内产生的裂缝中第i条裂缝的迂曲 度， 表示所述第j次实验结束后， 在所述岩样内产生的裂缝中， 第i条裂缝的缝面与所述 原始地应力场的最大水平主应力方向的平均夹角， j＝ 1表示通过所述室内评价空间应力场 主动利用效果的实验方法进行的背景实验； 在所述背景实验中， 包括： S1、 按照所述背景实验的压裂方案， 通过所述压裂液注入装置向所述岩样的一个井筒 中按照所述射孔与所述压裂液注入装置的距离由远至近的顺序依 次向该井筒的多个所述 射孔中注入所述压裂液； S2、 当该井筒的全部射孔均注入压裂液完成后， 更换另一个井筒重复步骤S1， 直至所述 岩样的全部井筒的全部射孔均完成注入所述压裂液， 得到所述背 景实验在所述岩样上产生 的裂缝数量n1、 所述岩样内部的多个位置的应力值 的平均值 所述岩样内各裂缝的裂缝 面积Si,1和迂曲度 τi,1、 所述岩样内各裂缝的缝面与所述原始 地应力场的最大水平主应力方 向的平均夹角 权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114293964 B 2所述系统包括， 岩样放置装置， 用于放置岩样， 所述岩样内设置有多个井筒， 所述井筒内设置有多个射 孔， 任意相邻两个所述井筒内的所述 射孔在所述岩 样的水平方向和竖直方向上交错 放置； 围压控制装置， 用于对所述岩样放置装置中的所述岩样施加设定的围压， 形成所述岩 样在实际地层中的原 始地应力场； 裂缝成像装置， 用于获取 所述岩样内部的裂缝的形态和裂缝 数量； 压裂液注入装置， 与所述岩样的井筒的一端连接， 用于向所述岩样的井筒中的射孔内 注入压裂液， 以在所述岩 样内形成裂缝； 应力测量装置， 用于在所述压裂液注入装置向所述井筒的射孔内注入所述压裂液的过 程中测量所述岩 样内部的应力值； 处理装置， 用于根据所述裂缝的形态、 裂缝数量和所述应力值计算所述岩样的应力场 主动利用系数， 并根据所述应力场主动利用系数与预设的主动利用系数门限值定量评价所 述空间应力场的主动利用效果。 2.根据权利要求1所述的室内评价空间应力场主动利用效果的方法， 其特征在于， 所述 射孔上设有阀门， 所述压裂液注入装置进一步包括压裂液注入泵、 流量切换控制单元、 井筒 压力平衡单 元和流量注入控制单元； 所述压裂液注入泵与 所述流量切换控制单元的第 一端连接， 所述流量切换控制单元的 第二端与所述岩样的所有井筒的首端连接， 所述岩样的所有井筒的尾端与所述井筒压力平 衡单元连接， 所述 流量注入控制单元与所述 射孔上的阀门连接； 所述压裂液注入泵用于通过所述流量切换控制单元按照预定的顺序向所述岩样 的所 有井筒的首端注入所述压裂液； 所述流量切换控制单元用于控制所述压裂液的流量、 所述压裂液注入所述岩样的井筒 的顺序； 所述流量注入控制单元用于控制所述射孔上的阀门的开启或闭合， 从而控制所述压裂 液注入所述井筒中的射 孔的顺序； 所述井筒压力平衡单元用于控制所述岩样的各井筒尾端的连通情况， 以平衡所述岩样 的各井筒内部的压力。 3.根据权利要求1所述的室内评价空间应力场主动利用效果的方法， 其特征在于， 所述 应力测量装置进一 步包括设置在所述岩 样内部的多个 应力传感器； 所述应力传感器用于测量所述岩 样内部各点的应力值。 4.根据权利要求1所述的室内评价空间应力场主动利用效果的方法， 其特征在于， 所述 岩样放置装置还 包括注水阀门和排水阀门， 所述注水阀门和所述压裂液注入 装置连接； 所述压裂液注入装置进一步用于通过所述注水阀门向所述岩样放置装置内部注入压 裂液， 以使所述岩 样浸泡在所述压裂液中； 所述排水阀门用于将所述岩 样放置装置内部的所述压裂液排出。 5.根据权利要求4所述的室内评价空间应力场主动利用效果的方法， 其特征在于， 所述 系统还包括真空泵， 所述岩 样放置装置还 包括真空泵阀门； 所述真空泵位于所述岩 样放置装置的外 部并与所述岩 样放置装置的真空泵阀门连接； 所述真空泵用于当所述压裂液的液面高于所述岩样的上表面后， 通过所述真空泵阀门权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114293964 B 3