[發明專利]一種水力壓裂煤層裂紋可視化及增透效果評價方法

有效

• 申請號: 201910590503.1
• 申請日: 2019-07-02
• 公開（公告）號: CN110306964B
• 公開（公告）日: 2020-08-21
• 發明（設計）人: 張超林;王恩元;劉貞堂;趙恩來;馮小軍
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: E21B43/26
• 分類號: E21B43/26;E21F7/00
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 李悅聲

一種水力壓裂煤層裂紋可視化及增透效果評價方法，用于實驗室中對煤層水力壓裂檢測。包括前期準備階段、地應力加載階段、壓裂前抽采瓦斯、水力壓裂煤體階段、壓裂后抽采瓦斯和壓裂效果評價。其步驟簡單，檢測效果好，有效模擬不同組合方式下的強化瓦斯抽采過程，同時可同步監測并采集煤層瓦斯壓力、溫度、表面裂紋形態以及抽采瓦斯流量，為研究不同強化抽采條件下瓦斯抽采效率及優化抽采措施提供了有效手段。

技術領域

本發明涉及一種評價方法，尤其適用于實驗室中對煤層水力壓裂檢測的一種水力壓裂煤層裂紋可視化及增透效果評價方法

背景技術

我國煤層瓦斯儲存條件普遍具有“三低一高”(低飽和度、低滲透性、低儲層壓力，高變質程度)的特點，全國大部分礦區煤層滲透率在10^-4～10^-3mD，比美國等低3～4個數量級，此類條件下的煤層瓦斯抽采是世界性難題，與此同時，多種強化瓦斯抽采措施也相繼被提出和實施，如水力壓裂技術、深孔爆破增透技術、高壓磨料射流割縫增透技術、高壓電脈沖破煤增透技術及注氣驅替增產技術等。

水力壓裂技術是通過向鉆孔內注入高壓水，在地應力與高壓水雙重作用下壓裂煤層，使鉆孔周圍形成若干宏觀裂隙和分支裂隙，宏觀裂隙向煤層深部擴展，為煤層瓦斯解吸滲流提供通道，提高了鉆孔的抽采范圍。由此可見，水力壓裂過程中煤層裂紋的發育、擴展過程是影響壓裂效果的關鍵因素。因此提出一種水力壓裂煤層裂紋可視化及增透效果評價方法，其主要優勢包括：(1)可以模擬真三軸采動應力場條件下的大尺度煤層水力壓裂過程，更加接近現場真實復雜地質條件；(2)可以對水力壓裂過程中煤層表面裂紋進行全過程實時監控；(3)基于壓裂前后對煤層進行瓦斯抽采操作評價水力壓裂效果。

發明內容

針對上述技術比對不足之處，提供一種結構簡單，使用效果好，能夠模擬不同真三軸應力、瓦斯壓力、煤層溫度多場耦合條件下煤與瓦斯延期突出過程的水力壓裂煤層裂紋可視化及增透效果評價方法。

為實現上述技術目的，本發明的水力壓裂煤層裂紋可視化及增透效果評價方法，包括：前期準備階段、地應力加載階段、壓裂前抽采瓦斯、水力壓裂煤體階段、壓裂后抽采瓦斯和壓裂效果評價；其具體步驟為：

1a)從待測煤礦區域突出煤層中取樣并進行現場調研，利用現場采集的煤塊取樣測定突出煤層的相關參數，確定試驗方案中地應力、注水速率、壓裂位置等試驗參數；

1b)使用破碎篩將采集的煤塊取樣篩分成0-1mm粒徑的煤粒，向煤粒中加水攪拌制成6％含水率煤樣備用；

1c)將6％含水率煤樣裝入可視化箱體，可視化箱體底部設有海綿狀多功能金屬板，多功能金屬板上設有充氣口，可視化箱體頂部以及可視化箱體的左側壁上和前側壁上設有多個透明加載板，可視化箱體頂部的透明加載板有六個序號分別為X1-X6，可視化箱體前側壁上的透明加載板有六個序號分別為Y1-Y6，可視化箱體的左側壁上的透明加載板為Z1，每個透明加載板上設有加載活塞，加載活塞穿過箱體壁連通加壓油缸；可視化箱體背面設有均勻安裝有多個傳感器安裝孔，同時布置有一排多功能鉆孔，其中多功能鉆孔尾部在可視化箱體上設有外接接頭，外接接頭與可視化箱體的箱體壁之間設有密封墊，多功能鉆孔包括封孔段、壓裂段，多功能鉆孔全長0.5m，封孔段長0.15m，壓裂段長0.35m，壓裂段管壁周向和徑向方向分布有透氣孔，給多功能鉆孔設置序號為A1-A6，在可視化箱體利用可視化箱體背部開設的傳感器安裝孔向可視化箱體中的6％含水率煤樣分別埋入氣壓傳感器，最后使用加載活塞驅動透明加載板使6％含水率煤樣在20MPa條件下成型1h后解除所有透明加載板對煤樣的加壓；

1c)利用密封圈和螺釘將可視化箱體的蓋板和箱體密封緊固，將高壓氣瓶、真空泵、流量計Ⅰ順序連接，流量計Ⅰ的輸出端通過管路與多功能金屬板的充氣口相連接，在可視化箱體后部的序號為A6的多功能鉆孔中設置外接接頭與流量計Ⅱ相連接，可視化箱體后部的序號為A3的多功能鉆孔中設置外接接頭與流量計Ⅲ的進氣孔相連接，流量計Ⅲ的出氣口管路與壓裂泵相連接，檢測可視化箱體及氣管管路連接的密封效果；