在页岩储层模拟中，高精度液压实验室压力机的主要功能是向含有支撑剂的导流孔中施加稳定、可控的闭合压力。通过模拟地质压力梯度——通常范围在 25 MPa 至 45 MPa 或更高——该设备使研究人员能够在真实条件下评估支撑剂破碎、嵌入以及裂缝宽度维持等物理响应。
核心见解：液压压力机弥合了松散的实验室材料与深层地下地层致密、受压的现实之间的差距。它的价值不仅在于施加力，还在于创建一个稳定、可重复的应力环境，确保裂缝导流能力和岩石力学方面的实验数据准确且具有可比性。
模拟地质应力条件
复制闭合压力
压力机最关键的作用是模仿深层页岩地层中巨大的上覆岩层压力。
根据标准测试规程，压力机施加特定的压力梯度，通常超过45 MPa。这对于确定在水力压裂后地层试图闭合裂缝时裂缝导流能力是否能保持至关重要。
恢复原地物理状态
实验室中的页岩样品通常缺乏其天然地下状态的密度和应力特性。
液压压力机用于重新压实松散的页岩粉末或压缩天然岩心。此过程恢复了天然的物理结构和孔隙特征，为研究流体迁移或铀释放提供了现实的基准。
评估支撑剂和裂缝性能
分析支撑剂完整性
在高压下，支撑剂（用于保持裂缝张开的砂子或陶瓷颗粒）可能会失效。
压力机对特定的导流孔施加持续载荷，以观察破碎模式。这使得工程师能够确定特定类型的支撑剂在岩层压力下是否会碎裂，这将大大降低油井的产量。
测量嵌入和裂缝宽度
在较软的页岩地层中，支撑剂可能不会破碎，而是会嵌入岩石表面。
通过保持精确的载荷控制，压力机模拟了这种相互作用。研究人员可以测量由于嵌入导致的裂缝宽度减小量，这直接关系到储层的长期流动能力。
确保实验一致性
消除密度梯度
岩石力学中的一个主要误差来源是样品材料的不一致性。
高精度液压成型可实现均匀压实。这消除了制备的页岩样品中内部孔隙率变化和密度梯度，确保岩石样品在整个实验过程中表现出连续性。
保证可重复性
为了有效比较不同的压裂液或支撑剂，岩石“变量”必须保持不变。
压力机提供了一个标准化的物理基准。通过确保每个人工岩心或测试样品都承受完全相同的预应力条件，研究人员可以将结果的差异归因于正在测试的流体或支撑剂，而不是岩石样品本身的不一致性。
理解权衡
单向 vs. 三维应力
大多数标准的实验室压力机施加单向或轴向压实。
虽然对于导流能力测试和标准岩心制备有效，但这可能无法完全捕捉真实储层复杂的三维应力各向异性。它是对现实的简化，优先考虑垂直载荷而不是侧向约束力。
静态 vs. 动态限制
这些压力机的主要优势在于施加稳定的压力。
然而，实际储层条件可能是动态的，在生产过程中会发生压力波动。虽然压力机在建立基准闭合应力方面非常出色，但它可能需要专门的设置来模拟某些操作场景中出现的快速、循环压力变化。
为您的目标做出正确选择
- 如果您的主要重点是支撑剂选择：优先选择能够超过目标地层压力（例如，>45 MPa）的压力机，以严格测试破碎和细粉生成情况。
- 如果您的主要重点是样品制备：确保压力机提供精确的位移控制，以消除密度梯度并确保人工岩心的均匀孔隙结构。
- 如果您的主要重点是裂缝力学：关注设备保持稳定轴向载荷的能力，以准确促进裂缝萌生和扩展研究。
最终，高精度液压压力机充当了现实的校准器，将理论实验转化为可用于现场应用的实际数据。
总结表：
| 特征 | 在页岩模拟中的功能 | 主要优势 |
|---|---|---|
| 压力模拟 | 模拟闭合应力（25–45+ MPa） | 模仿深层地质条件 |
| 岩心制备 | 重新压实页岩粉末和岩心 | 恢复原地物理状态 |
| 支撑剂分析 | 评估破碎和嵌入 | 确定长期裂缝导流能力 |
| 精度控制 | 消除密度梯度 | 确保实验可重复性 |
| 材料应力 | 稳定轴向载荷施加 | 标准化岩石力学基准 |
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参考文献
- Dongjin Xu, Ying Guo. The Variation Law of Fracture Conductivity of Shale Gas Reservoir Fracturing–Flowback Integration. DOI: 10.3390/pr12122908
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
