[發明專利]一種煤層水力壓裂模擬實驗方法

無效

• 申請號: 201110201399.6
• 申請日: 2011-07-18
• 公開（公告）號: CN102279131A
• 公開（公告）日: 2011-12-14
• 發明（設計）人: 張廣清;陳勉;范鐵剛
• 申請（專利權）人: 中國石油大學(北京)
• 主分類號: G01N3/12
• 分類號: G01N3/12
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 任默聞

技術領域

本發明是關于煤層氣水力壓裂增產技術，特別是關于一種煤層水力壓裂模擬實驗方法。

背景技術

大尺寸真三軸水力壓裂實驗是一種在實驗室中研究水力壓裂技術的方法。目前，隨著煤層氣資源開發的興起，人們對煤層氣開采及增產方面進行了廣泛的研究。實踐證明，水力壓裂技術是一種適用于煤層氣增產的技術。因此，為了研究煤層氣水力壓裂增產機理，就需要進行實驗室模擬實驗。

煤巖與油田油氣儲層巖石性質差異顯著，煤巖具有大量層理、割理的結構特性及性脆質軟的物理性質，要求在實驗中對模擬試件進行改進。

另外，在水力壓裂實驗中，為了在實驗結束后觀察水力裂縫的形態及范圍尺寸，常采用在壓裂液中添加染色劑的方法來實現。對于不含復雜天然裂縫的模擬試件及只產生一條水力裂縫的模擬實驗，這種方法可以滿足實驗要求。但是，對于煤巖等天然裂縫發育程度較高的巖石，有時光靠染色劑很難識別出微小水力裂縫，難以區分天然裂縫與水力裂縫。

發明內容

本發明提供一種煤層水力壓裂模擬實驗方法，該方法可以很好地控制煤巖層理、割理的方位，并清晰的顯示出水力裂縫的范圍。

為了實現上述目的，本發明提供一種煤層水力壓裂模擬實驗方法，該方法包括下列步驟：a)分析所要模擬地層中煤巖的天然裂縫形態特征；選取制作模擬試件的煤巖材料，根據所述的天然裂縫形態特征，將所述煤巖材料加工成六面體塊體；選擇包裹層對所述塊體進行外部澆鑄，形成模擬試件；b)選擇熒光粉作為示蹤劑，制作壓裂液；c)利用所述模擬試件及所述壓裂液進行模擬壓裂實驗；實驗后獲取水力裂縫形態及壓裂液波及區的圖像信息。

進一步地，所要模擬地層中煤巖的天然裂縫形態特征包括：煤巖層理面的走向、傾向、傾角，割理面與原位地應力方向的空間關系。

進一步地，在步驟a)中，要選取淺層煤礦開采出的煤巖材料，并將所述煤巖材料加工成各表面分別平行于層理面、割理面的六面體塊體；澆鑄包裹層時，控制煤巖的方位，使煤巖的層理及割理的方位角、傾角與實驗設定值相同。

進一步地，在步驟b)中，選擇白色或者黃色熒光粉作為示蹤劑，壓裂液的成分包括水、胍膠及熒光粉。

進一步地，在步驟c)中，首先將所述模擬試件安裝到大尺寸真三軸試驗架，根據實驗參數進行模擬壓裂實驗，并在紫外線的照射下獲取水力裂縫形態及壓裂液波及區的圖像信息。

進一步地，在制作模擬試件時，設定層理面與水平面平行，面割理延伸方向與最大水平地應力方向相同。

進一步地，所述六面體塊體的尺寸小于30cm×30cm×30cm，所述模擬試件的尺寸為30cm×30cm×30cm。

進一步地，所述的實驗參數包括：三向圍壓，其中，垂直方向圍壓為15MPa，水平方向圍壓為8MPa、5MPa。

進一步地，所述的實驗參數包括壓裂液注入排量，排量值為0.3ml/s。

本發明的有益效果在于，對于性質脆且易碎，加工困難的煤巖，通過該方法澆鑄包裹層后，可使試件整體外觀變得平整規則，并能很好地控制煤巖層理、割理的方位。實驗結果采集時，經過紫外線燈照射，熒光粉可清晰的顯示出水力裂縫的范圍，尤其可以顯示出肉眼一般無法觀察到的細微裂縫。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。在附圖中：

圖1為本發明實施例煤層水力壓裂實驗方法流程圖；

圖2為本發明實施例煤巖裂隙分布示意圖；

圖3為本發明實施例煤巖模擬試件示意圖。

具體實施方式

為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚明白，下面結合附圖對本發明實施例做進一步詳細說明。在此，本發明的示意性實施例及其說明用于解釋本發明，但并不作為對本發明的限定。

為了對煤層進行水力壓裂模擬實驗，并在實驗中更有效的觀察水力裂縫形態及幾何尺寸，克服現有技術在區分水力裂縫與天然裂縫及顯示微小裂縫方面的不足，本發明提供一種煤層水力壓裂實驗方法，如圖1所示，該方法包括下列步驟：

步驟S101：分析所要模擬地層中煤巖的天然裂縫形態特征；選取制作模擬試件的煤巖材料，根據所述的天然裂縫形態特征，將所述煤巖材料加工成六面體塊體；選擇包裹層對所述塊體進行外部澆鑄，形成模擬試件；