[發明專利]用于碎軟煤層水力壓裂測試的模擬試樣制作方法及裝置

有效

• 申請號: 202110050974.0
• 申請日: 2021-01-14
• 公開（公告）號: CN112761584B
• 公開（公告）日: 2022-03-18
• 發明（設計）人: 程翔;平立華;吳財芳;巫修平;王可新;湯楷;包宏亮
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學;中煤長江地質集團有限公司
• 主分類號: E21B43/00
• 分類號: E21B43/00;E21B43/26;E21B43/267;E21B47/00;E21F17/00;E21F17/18
• 代理公司: 南京行高知識產權代理有限公司 32404
• 代理人: 王培松;王菊花

本發明涉及煤層氣開采模擬試驗技術領域，具體而言涉及用于碎軟煤層水力壓裂測試的模擬試樣制作方法，包括以下漿料制備工藝：使用煤粉、細砂、水泥和水混合形成煤層漿料，使用石膏、細砂、水泥和水混合形成煤層界面漿料，使用細砂、水泥和水混合形成頂板漿料，然后將煤層漿料、煤層界面漿料和頂板漿料分別置于單獨的容器內。本發明可以控制以統一的工藝制作出不同試樣，使其具有一致的尺寸、結構層特性，在不同的圍壓壓裂測試試驗中，可以減少試樣制作本身對于實驗結果的影響，因而能更準確地反饋外部可控因素對于實驗結果走向的影響，進而輔助實驗人員從中得到實驗規律，獲取能切實指導煤層氣開采的實際經驗。

技術領域

本發明涉及煤層氣開采模擬試驗技術領域，具體而言涉及用于碎軟煤層水力壓裂測試的模擬試樣制作方法及裝置。

背景技術

水力壓裂的基本原理是將大量混有支撐劑的高壓液體通過井筒泵入儲層，迫使儲層破裂形成人工裂縫，使支撐劑充填并支撐裂縫，提高儲層的孔滲特性。

碎軟低滲煤層一直被視為地面煤層氣抽采的禁區，壓裂直井總體單井產量低、穩產期短、衰減快、抽采率低下，其抽采技術尚未取得突破。因此，現有技術針對碎軟低滲煤層的特點，建立了頂板——煤層——底板的試樣模型，在緊鄰煤層的頂板巖層中布置水平井，進行水力壓裂試驗，試圖通過壓裂試驗獲得裂縫延伸擴展規律與三軸模擬壓力、泵水壓力、試樣材料性質等之間的聯系。

目前實驗室內制備的模擬試樣一般采用混凝土等材料進行人工澆筑，以此方法制作的每個試樣的不同結構層之間的厚度、平整度都存在差異，并且試樣不能體現出天然沉積巖分層沉積的結構特征。此外，實際的實驗結果依賴于模擬試樣的標準性，各試樣由于人工制作產生的差異可能對試驗結果造成較大影響，因而會干擾各試樣試驗結果之間的聯系，阻礙試驗規律的探尋，或得到錯誤的實驗規律。

現有技術文獻：

專利文件1：CN108333050B一種真三軸狀態下煤巖二次水力壓裂試驗方法

專利文件2：CN108414311A考慮過渡帶的煤系產層組壓裂物模試樣的制備方法

專利文件3：CN201510733474.1一種含煤產層組壓裂物模試樣的制備方法

發明內容

本發明目的在于提供用于碎軟煤層水力壓裂測試的模擬試樣制作方法，使得所制備的試樣在原料成分、結構紋理和幾何尺寸等方面保持統一的制作標準，使模擬試樣在壓裂試驗中得到的數據更加可靠，從而有助于根據試驗結果探尋獲得具有參考意義的試驗規律。

本發明提供一種用于碎軟煤層水力壓裂測試的模擬試樣制作方法，包括以下步驟：

漿料制備：使用煤粉、細砂、水泥和水混合形成煤層漿料，使用石膏、細砂、水泥和水混合形成煤層界面漿料，使用細砂、水泥和水混合形成頂板漿料，將煤層漿料、煤層界面漿料和頂板漿料分別置于單獨的容器內；

煤層打印：將煤層漿料按預定路徑逐層打印至預定高度，每打印完一層后對打印層加壓，使打印層表面平整，對打印完畢的煤層進行干燥；

煤層界面層打?。簩⒚簩咏缑鏉{料按預定路徑逐層打印至預定高度，每打印完一層后對打印層加壓，使打印層表面平整；

頂板層打?。簩㈨敯鍧{料按預定路徑逐層打印至預定高度，并在預定的高度層預留模擬井筒的放置空間，同時布置模擬井筒，打印完畢后，由上向下加壓侯凝，得到模擬試樣。

其中，在結構層打印步驟中，使用連接到同一個容器內的多個噴頭分別對多個試樣結構層逐層同步打印，并在切換不同種類的結構層之前，將噴頭中先前使用的漿料排空并清洗烘干；

在煤層和煤層界面層打印步驟中，對打印層加壓的壓力逐層遞增。