模拟油藏中裂缝的方法及埋设其监测元件的装置及方法
阅读说明：本技术 模拟油藏中裂缝的方法及埋设其监测元件的装置及方法 (Method for simulating cracks in oil reservoir and device and method for embedding monitoring element of method ) 是由 吕心瑞 孙建芳 丁炎志 张强勇 魏荷花 邬兴威 解丽慧 李红凯 韩科龙 卜翠萍 于 2020-03-23 设计创作，主要内容包括：本发明提出了一种模拟油藏中裂缝的方法及埋设其周边监测元件的装置、方法,该模拟油藏中裂缝的方法包括以下步骤：将模型分层压实至预定高度,并向下挖出裂缝和埋设元件所需空间；用硬质绝缘板放置于裂缝所在处再埋设监测元件,用相似材料填满空间并砸实；拔出硬质绝缘板以形成裂缝空腔；在裂缝空腔上面平铺高分子薄膜膜并固定,薄膜上方摊铺少量相似材料并轻轻锤打,最终利用分层压实法完成裂缝上部模型体。利用本发明的方法,可以精确的定位和埋设监测元件,制作任意数量的裂缝；完全实现裂缝内部的无充填,对于模型体本身没有增加额外的软弱面,能够实现模型试验对于缝洞体中裂缝的预期目标,得到准确的实验数据。(The invention provides a method for simulating a crack in an oil reservoir and a device and a method for embedding a peripheral monitoring element thereof, wherein the method for simulating the crack in the oil reservoir comprises the following steps: compacting the model layer by layer to a preset height, and digging out a crack and a space required by embedding an element downwards; placing a hard insulating plate at the position of the crack, embedding a monitoring element, filling the space with similar materials, and tamping; pulling out the hard insulating plate to form a crack cavity; and (3) paving and fixing a high-molecular film on the crack cavity, paving a small amount of similar materials on the film, slightly hammering the film, and finally finishing the model body at the upper part of the crack by utilizing a layering compaction method. By utilizing the method, the monitoring element can be accurately positioned and embedded, and any number of cracks can be manufactured; the filling-free crack inner part is completely realized, no additional weak surface is added to the model body, the expected target of the model test on the crack in the crack hole body can be realized, and accurate experimental data can be obtained.)
技术领域
本发明涉及地质力学模型试验领域，具体涉及一种在石油等领域使用的监测元件埋设装置、埋设方法，及在其地质力学模型试验内部预制裂缝的方法。
背景技术
塔河油田奥陶系缝洞型碳酸盐岩油藏具有复杂特殊性，储集类型以溶洞为主，缝洞型碳酸盐岩油藏储集空间主要由溶洞和裂缝两种基本结构组合而成，其中溶洞是主要储集空间，裂缝主要起溶洞间的沟通作用。在采油过程中随着地层压力的下降，容易导致井下发生溶洞垮塌或大裂缝出油通道闭合，严重影响油井的产量及油藏的采收率。研究裂缝闭合对油井产量的影响是目前的突破口，数值模拟的简化处理已满足不了需求，现场原位试验代价高昂且实施难度较大，相比之下，物理模型试验是解决深埋油藏缝洞体稳定性问题的关键手段，如何在地质力学模型试验中预制裂缝并在裂缝周边准确埋设监测元件是研究油藏缝洞型稳定性的关键。目前，国内外对于预制裂缝的方法如下：
预埋薄片法，通过细线将制作好的云母片或其他材料固定在模型中，并不取出，此种方法无法制作无充填裂缝，且细线会对模型的成型和力学特性造成一定的影响；
薄片抽条法，通过在模型初凝时将薄片抽出形成裂缝，适用于尺寸较小的浇筑材料，对于采用分层压实法制作的大型模型试验无法实现；
切割成缝法和弯曲预裂法，一般用于小试件中，且裂缝都位于试件表面或者贯通裂缝，无法制作位于模型体内部的裂缝；
拼接式安装法，通过将裂缝两端的模型体做好后拼接而成，对于大型模型体和裂缝较多的工况操作难度太多，同时拼接时人为的增加了软弱面，对于实验结果的影响不可忽视。
现有的预制裂缝的制作方法均以充填裂缝为主，无法考虑裂缝为空腔的情况，无法埋设无充填裂缝周围的监测元件；现有预制裂缝技术时多采用拼接式安装，此方法人为增加了软弱面，对实验结果影响较大；并且现有的预制裂缝技术多是针对小试件而言，多采用钻孔切槽等手段，无法用于大型模型试验中。而现有技术中的监测元件埋设方法操作复杂，不能进行精确定位，埋设时对预制的裂缝稳定性造成较大影响。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于在模拟油藏缝洞体物理模型试验中埋设监测元件的埋设装置、埋设方法及利用该装置在拟油藏缝洞体物理模型试验中预制裂缝的方法。
本发明的第一方面提供了一种监测元件埋设装置，该埋设装置包括测尺系统及连接固定件，其中所述测尺系统包括横尺和竖尺，所述竖尺通过连接固定件活动连接在所述横尺上，并能够随所述固定连接件沿所述横尺的长度方向运动，且所述竖尺能够在所述连接固定件上相对于所述连接固定件沿垂直于所述横尺的长度方向运动，在所述竖尺的一端设置有预留孔。
进一步地，所述固定连接件包括连接件、横尺固定件及竖尺固定件，所述连接件上分别设置有供所述竖尺和横尺分别套入的通孔，所述通孔的一侧分别设置有与横尺固定件7及竖尺固定件8相适配的安装孔，通过将横尺固定件及竖尺固定件将横尺及竖尺的位置固定。
本发明的第二方面提供了一种监测元件埋设方法，使用本发明第一方面所述的埋设装置进行埋设，该埋设方法包括以下步骤：
通过所述横尺和竖尺，定位所述监测元件的横向和竖向位置；
将测点连接的钢绞线穿过竖尺预留置小孔，并在模型体外侧收紧钢绞线，实现测点在装置上的固定；
将装置置于埋设空间上方，各测点即处于所需埋设点位置，利用相似材料填满空间并埋实。
本发明的第三方面提供了一种模拟油藏中裂缝的方法，包括以下步骤：
将模型体分层压实到预定高度H，并在模型体内形成预制裂缝及埋设监测元件的所需空间；
分别制作第一硬质绝缘板及第二硬质绝缘板，并将其放置于裂缝所在位置；
将监测元件埋设进指定位置，并利用相似材料填满空间并埋实；
在防止硬质绝缘板两侧的相似材料被破坏的情况下，分别将第一硬质绝缘板及第二硬质绝缘板抽出，以形成裂缝空腔；
在裂缝上方铺设一层高分子薄膜并固定，在所述高分子薄膜上方铺设相似材料，并继续利用分层压实法制作裂缝上部模型体。
进一步地，所述监测元件在埋设时，通过测点精确定位埋设装置埋设，该埋设装置包括测尺系统及连接固定件，其中所述测尺系统包括横尺和竖尺，所述竖尺通过连接固定件活动连接在所述横尺上，并能够随所述固定连接件沿所述横尺的长度方向运动，且所述竖尺能够在所述连接固定件上相对于所述连接固定件沿垂直于所述横尺的长度方向运动。
进一步地，所述监测元件在埋设时，包括以下步骤：
通过所述横尺和竖尺，定位所述监测元件的横向和竖向位置；
将测点连接的钢绞线穿过竖尺预留置小孔，并在模型体外侧收紧钢绞线，实现测点在装置上的固定；
将装置置于埋设空间上方，各测点即处于所需埋设点位置，利用相似材料填满空间并埋实。
进一步地，所述第一硬质绝缘板及第二硬纸板的厚度等于所述裂缝的厚度，所述第一硬质绝缘板及第二硬质绝缘板的高度大于所述裂缝的高度。
进一步地，所述裂缝为一条或多条，多条裂缝间交叉或呈不同角度。
进一步地，所述第一硬质绝缘板的高度大于第二硬质绝缘板的高度。
进一步地，所述第一硬质绝缘板及第二硬质绝缘板为聚四氟乙烯板。
进一步地，所述高分子薄膜的四角通过相似材料压实固定。
进一步地，在所述高分子薄膜上方铺设的相似材料形成为直径为裂缝长度的2～4倍，高度为1.5～3.5cm的相似材料土包。
进一步地，其中所述预定高度H为裂缝顶部所在高度，即从模型体底部到裂缝顶端的距离。
进一步地，所述高分子薄膜为聚乙烯薄膜。
进一步地，所述聚四氟乙烯板表面涂覆有起润滑作用的凡士林。
与现有技术相比，本发明的监测元件的埋设装置，具有操作简单、成本低廉、应用广泛、便于埋设监测元件、安全可靠的优点。本发明利用该埋设装置在模拟油藏中裂缝时，可以精确的定位和埋设监测元件，制作任意数量的裂缝，同时裂缝的角度和位置可以任意布设。本发明的方法能够完全实现裂缝内部的无充填，对于模型体本身没有增加额外的软弱面，能够实现模型试验对于缝洞体中裂缝的预期目标，从而得到准确的实验数据。
上述技术特征可以各种技术上可行的方式组合以产生新的实施方案，只要能够实现本发明的目的。
附图说明
在下文中将基于仅为非限定性的实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：
图1显示了本发明的监测元件埋设装置的结构示意图；
图2显示了利用图1所示的埋设装置的监测元件安装示意图；
图3显示了利用图1所示的埋设装置埋设监测元件示意图；
图4显示了本发明的在模拟油藏缝洞体物理模型试验中预制裂缝的方法的示意性流程图；
图5显示了根据本发明的方法形成裂缝和埋设监测元件的开挖槽示意图；
图6显示了聚四氟乙烯板放置示意图；
图7显示了聚四氟乙烯板放置和监测元件埋设正视图；
图8显示了利用埋设装置埋设检测元件的示意图；
图9显示了裂缝上方铺设PE膜示意图。
在图中，相同的构件由相同的附图标记标示。附图并未按照实际的比例绘制。
其中，附图标记为：
1、空间；2、第一硬质绝缘板；3、第二硬质绝缘板；4、横尺；5、连接件；6、竖尺；7、横尺固定件；8、竖尺固定件；9、高分子薄膜；10、监测元件。
具体实施方式
以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的术语“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。
本发明中未述及的部分采用或借鉴已有技术即可实现。
如图1-图3所示，本发明的第一方面提供了一种监测元件埋设装置，该埋设装置包括测尺系统及连接固定件，其中测尺系统包括横尺4和竖尺6，竖尺6通过连接固定件活动连接在横尺4上，并能够随固定连接件沿横尺4的长度方向运动，同时，竖尺6能够在连接固定件上相对于连接固定件沿垂直于横尺4的长度方向运动。竖尺6上设置有供与测点连接的钢绞线穿过的小孔。
如图1所示，固定连接件包括连接件5、横尺固定件7及竖尺固定件8，竖尺6和横尺4分别套入连接件5内，连接件5上分别设置有与横尺固定件7及竖尺固定件8相适配的安装孔，通过将横尺固定件7及竖尺固定件8将横尺4及竖尺6的位置固定。
优选地，所述横尺固定件7及竖尺固定件8为固定螺栓。
如图1-图3所示，本发明的第二方面提供了一种监测元件埋设方法，使用本发明第一方面所述的埋设装置进行埋设，该埋设方法包括以下步骤：
通过横尺4和竖尺6，定位监测元件10的横向和竖向位置；
将测点连接的钢绞线穿过竖尺预留置小孔，并在模型体外侧收紧钢绞线，实现测点在装置上的固定；
将装置置于埋设空间上方，各测点即处于所需埋设点位置，利用相似材料填满空间并埋实。
如图4所示，本发明的模拟油藏中裂缝的方法，包括以下步骤：
步骤S101、将模型体分层压实到预定高度H，并在模型体内形成如图2所示的预制裂缝及埋设监测元件的所需空间1，其中所述预定高度H为裂缝顶部所在高度，即从模型体底部到裂缝顶部的距离(参见图5)；
其中，裂缝可以为倾斜裂缝，可以为1条或多条裂缝，多条裂缝之间可以交叉或呈不同角度。
步骤S102、分别制作第一硬质绝缘板2及第二硬质绝缘板3，在硬质绝缘板周围涂抹凡士林润滑后，将其放置于裂缝所在位置，其中第一硬质绝缘板1及第二硬纸板2的厚度等于裂缝的厚度，第一硬质绝缘板2及第二硬质绝缘板3的高度大于裂缝的高度(参见图6)；
优选地，硬质绝缘板选用聚四氟乙烯板或其他表面光滑且具有一定硬度的材质板，且所用聚四氟乙烯板高度必须大于裂缝高度，且易于双手抓持。
例如，第一聚四氟乙烯板高度为裂缝高度的2倍，第二聚四氟乙烯版的高度为裂缝高度的1.5倍。两块聚四氟乙烯板之间需要存在高度差，以方便乙烯板的抓持。
步骤S103、将监测元件10埋设进指定位置，并利用相似材料将监测元件10覆盖并埋实，将空间1的其余部分用相似材料填满并埋实(参见图7)；
如图8所示，在埋设检测元件10时，可以通过本发明第一方面提供的监测元件埋设装置埋设，根据下述步骤埋设：
第一步、根据横尺4和竖尺6，定位监测元件10的横向和竖向位置；
第二步、将测点连接的钢绞线穿过竖尺6的预留置小孔，并在模型外侧收紧钢绞线，实现测点在装置上的固定；
第三步、将装置置于埋设空间1的上方，各测点即处于所需埋设点位置，利用相似材料填满空间并埋实。
其中，在埋实时可以选择用橡胶锤或其他工具锤实。
步骤S104、左右轻摇较高的第一硬质绝缘板2，待其松动后拔出，在此过程中注意摁住聚四氟乙烯板两侧的相似材料，防止拔出时用力较大将其损坏，再将较短第二硬质绝缘板3抽出，此时，裂缝空腔形成；
此时，需要注意，刚开始轻摇硬质绝缘板时不能用力过大，容易导致裂缝两侧模型体被破坏，应在轻摇时摁住两侧边缘的相似材料，直到完全取出绝缘板。
步骤S105、在裂缝上方铺设一层高分子薄膜9，用相似材料将高分子薄膜9的四个角压住并用橡胶锤砸实，在裂缝上方摊铺少量相似材料并用橡胶锤轻轻捶打，继续利用分层压实法制作裂缝上部模型体(参见图9)。
其中，待高分子薄膜9个角被压住后，在上方摊铺少量相似材料，形成一个直径约为裂缝长度的2～4倍，高度为1.5～3.5cm的相似材料土包，这样即可保证裂缝不会由于上部模型体的制作而被填实。优选地，土包直径为裂缝长度的4倍，高度为2cm左右。优选地，高分子薄膜可以选用PE膜。
为了验证本发明在模拟油藏中预制裂缝的方法的可行性，以新疆塔河油田缝洞型溶洞油藏为背景进行模型试验，其中具体过程如下：
步骤1，根据实验设计，将模型体分层压实到预定高度H，此高度应为裂缝顶部所在高度。向下开挖10cm，挖出裂缝及埋设元件所需空间。
步骤2，制作两块总厚度等于裂缝厚度1cm、高度分别为裂缝高度的2倍(20cm)和1.5倍(15cm)的聚四氟乙烯板，将聚四氟乙烯板放置于裂缝所在位置，聚四氟乙烯板周围均已事先涂抹凡士林；利用本发明的监测元件埋设装置将监测元件按实验设计方案埋设进指定位置，利用相似材料将监测元件覆盖并用橡胶锤砸实，再将开挖空间的其余部分填满相似材料并砸实。
步骤3，左右轻摇较高的聚四氟乙烯板，待其松动后拔出，在此过程中注意摁住聚四氟乙烯板两侧的相似材料，防止拔出时用力较大将其损坏，再将短聚四氟乙烯板抽出，此时，裂缝空腔形成。刚开始轻摇聚四氟乙烯板时不能用力过大，容易导致裂缝两侧模型体被破坏，应在轻摇时摁住两侧边缘的相似材料，直到完全取出聚四氟乙烯板。
步骤4，在裂缝上方平铺一层长方形PE膜，用相似材料将PE膜四个角压住并用橡胶锤砸实，在裂缝上方摊铺少量相似材料并用橡胶锤轻轻捶打，继续利用分层压实法制作裂缝上部模型体。
经上述实践证明，利用本发明的方法，可以精确的定位和埋设监测元件，制作任意数量的裂缝，同时裂缝的角度和位置可以任意布设；完全实现了裂缝内部的无充填，对于模型体本身没有增加额外的软弱面，能够实现模型试验对于缝洞体中裂缝的预期目标，得到准确的实验数据。
此外，尽管在附图中以特定顺序描述了本发明实时操作，但是，这并非要去或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些操作，或是必须执行全部所示的操作才能实现期望的结果。可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤或者将一个步骤分成多个步骤执行。
至此，本领域技术人员应该认识到，虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。