[發明專利]水力壓裂煤系儲層裂縫延伸形態模擬裝置及其模擬方法

有效

• 申請號: 201811466659.0
• 申請日: 2018-12-03
• 公開（公告）號: CN109611085B
• 公開（公告）日: 2022-02-08
• 發明（設計）人: 李宗源;倪小明;李佳峰;劉斌;程相振;曹運興;劉立軍;陳必武;劉澤東
• 申請（專利權）人: 河南理工大學;中國石油天然氣股份有限公司華北油田分公司
• 主分類號: E21B49/00
• 分類號: E21B49/00;E21B47/00;E21B43/26
• 代理公司: 鄭州立格知識產權代理有限公司 41126
• 代理人: 李紅衛

本發明公開了水力壓裂煤系儲層裂縫延伸形態模擬裝置及其模擬方法，包括煤/巖模擬組件、軸壓加載組件、環壓加載組件和井筒壓裂模擬組件，本發明針對目前真三軸水力壓裂物理模擬測試裝置無法較真實模擬射孔層段、射孔數及無法對大致相同的巖樣進行不同壓裂施工參數下的裂縫延伸形態模擬測試，導致與現場實際存在一定出入的問題，設計出一種水力壓裂煤系儲層裂縫延伸形態模擬裝置，能對不同射孔層段、射孔數、壓裂施工參數、大致相同的力學性質及裂縫發育程度巖樣進行不同參數下重復壓裂實驗，更準確的測試某一參數對壓裂裂縫延伸形態的影響，為煤系儲層壓裂裂縫形態準確研究奠定基礎。

技術領域

本發明涉及水力壓裂煤系儲層裂縫延伸形態模擬技術領域，特別是涉及水力壓裂煤系儲層裂縫延伸形態模擬裝置及其模擬方法。

背景技術

煤層氣作為一種清潔、高效能源，我國經過近四十年的勘探開發，勘探開發深度已經延伸到2000米左右。勘探開發深度的增加，深部煤層及其圍巖的致密砂巖中都可能含有甲烷氣體，進行煤層氣和圍巖層中致密砂巖中氣體的開發是目前開發深部煤系氣儲層的主要方式之一。深部煤系氣儲層埋藏深、所受應力大導致原始狀態下的滲透率都比較低，要想獲得工業性氣流，進行水力壓裂是提高其導流能力的主要方式。

在煤系儲層中進行水力壓裂時，煤層可能與開發的致密砂巖層直接接觸，也可能與圍巖致密砂巖層之間存在一定的距離，由于煤層與圍巖致密砂巖層的巖石力學性質、裂隙發育程度等差異性，導致其水力壓裂時煤層與圍巖致密砂巖層的裂縫延伸形態可能存在較大差異。即使對單一煤層段進行壓裂，煤層段內煤的變形破壞程度、裂隙發育程度等的差異性也可能引起水力壓裂時裂縫起裂、延伸等變化規律的差異，最終影響著壓裂改造效果。為了研究水力壓裂過程中裂縫在非均質性煤層段、煤層與其他巖層合層壓裂時裂縫延伸變化規律及裂縫延伸形態，國內外研究者通過研制真三軸水力壓裂物理模擬實驗裝置對壓裂過程中裂縫延伸形態進行研究，其基本做法是通過制作較大尺度的立方體煤塊或用相似材料制作成較大尺寸的立方體，在實驗樣品中間鉆一小孔，模擬儲層及所受的應力狀態，進行不同壓裂液、不同加載圍壓、不同施工排量等條件下實驗，通過壓裂液顏色來確定其裂縫形態。采用原始煤樣或相似模擬材料，制作樣品所需時間及制樣過程相對比較復雜，耗時較長；同時，由于是在材料上鉆出的一個小孔，無法較真實的模擬現場壓裂時的從射孔孔眼進入壓裂層這一過程，可能導致模擬結果與實際存在一定的出入。而且壓裂后煤樣無法再重復使用，無法改變某一實驗條件進行重復性實驗，導致某一參數對裂縫延伸形態的影響無法較準確的測試。采用壓裂模擬軟件FracproPT、mayer等進行模擬，更多的是一種規律性的認識，與實際存在一定的出入。為了較準確的模擬現場水力壓裂射孔層段、水力壓裂的某一參數如施工排量、壓裂液、壓裂液量，以及應力條件、單一煤層或煤層與砂巖合壓等不同條件下水力壓裂裂縫延伸規律及形態，亟需研制一種水力壓裂裂縫延伸形態模擬測試裝置，能滿足上述要求。

所以本發明提供一種新的方案來解決此問題。

發明內容

針對上述情況，為克服現有技術之缺陷，本發明之目的在于提供水力壓裂煤系儲層裂縫延伸形態模擬裝置及其模擬方法。