CN103883302A - 一种煤层气井水力压裂物理模拟试件制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种煤层气井水力压裂物理模拟试件制作方法，该一种煤层气井水力压裂物理模拟试件制作方法上层设有根据相似原理做成的模拟顶板，模拟顶板下方设有模拟含煤层段中的煤岩，煤岩周围设有水泥，煤岩下方设有根据相似原理做成的模拟底板；试件模型的中部设有模拟井筒，模拟井筒穿过模拟顶板至煤岩中部；模拟井筒下方设有裸眼段，裸眼段位于煤岩的中部；该一种煤层气井水力压裂物理模拟试件制作方法在研究煤层气井水力压裂过程中裂缝延伸的规律，同时考虑了煤岩本身及其顶底板的岩石力学性质对水力压裂裂缝延伸的影响；有利于研究水力压裂作业对煤储层顶底板的影响；有助于分析水力压裂作业对煤炭开采的影响。
Description
技术领域
本发明涉及一种室内进行的煤层气井水力压裂模拟方法，尤其是能够模拟在更符合含煤层段地质条件及岩石力学特性条件下一种煤层气井水力压裂物理模拟试件制作方法。
背景技术
目前，我国煤层气资源丰富，现阶段，我国煤层气产业正从理论研究逐步向商业化迈进。但受控于我国复杂的煤田地质条件，煤储层渗透率普遍较低。因此，在进行煤层气开采时，常常需要对煤储层进行增产改造。目前，水力压裂技术应用的最为广泛也最为有效，但是人们对压裂裂缝的认识还比较低。实验室模拟压裂是认识压裂裂缝延伸规律的重要手段，也已经取得了很多成果，然而其中也还存在一些问题。一方面，以往的模拟压裂试件是用相似材料代替煤岩，忽略了煤岩的各向异性，即使在相似材料中加入人工裂隙也不能完全代替原始煤岩中的微裂隙以及节理的发育情况；另一方面，用煤岩作为压裂试件进行的压裂实验没有考虑到煤层顶底板对压裂的影响，在有考虑到围岩影响的实验中没有考虑围岩的岩石力学性质，只是单纯的用于包裹压裂试件，用于加载三向应力。因此，设计一种新型的煤层气井水力压裂物理模拟压裂试件制作方法对于进行水力压裂物理模拟研究意义重大。
现有的技术方案体现在两方面，一是：用块状原煤在实验室进行水力压裂模拟实验，直接将三向围压加载到块状煤样上，实验材料中裂缝与节理能反映原始煤储层特征，如杜春志（2011）等用大块煤岩在实验室进行了水力压裂实验研究，取得了一定的成果。二是：在相似材料的使用方面，国内外很多学者或科研单位自20世纪60年代起就开始在地质力学模型试验中使用相似材料，取得了大批研究成果（张宁，2009）。如左保成（2004）、马芳平（2004）、蔺海晓、杜春志（2011）等用相似材料研制煤、岩石模型进行相关实验。
综上，可以看出，目前对于煤层气井水力压裂物理模拟试件制作取得了很多成果，但是其制作方法还存在很多不足，不能准确反映原始含煤地层条件。因此，需要设计这样一种更为合理的煤层气井水力压裂物理模拟试件制作方法，以便于模拟结果更接近实际情况，为更深入研究煤层气井水力压裂提供支持。
发明内容
为了解决现有物理模拟试件制作方法中存在的不足，本发明提供一种煤层气井水力压裂物理模拟试件制作方法，该一种煤层气井水力压裂物理模拟试件制作方法采用相似材料与煤岩相结合的方法，运用与原煤层条件相似原理，制作更符合含煤地层条件的压裂试件，有利于更深入的研究煤层气井水力压裂过程中裂缝延伸的规律，同时考虑了煤岩本身及其顶底板的岩石力学性质对水力压裂裂缝延伸的影响；有利于研究水力压裂作业对煤储层顶板及底板的影响；有助于分析水力压裂作业对煤炭开采的影响。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该一种煤层气井水力压裂物理模拟试件制作方法包括：模拟井筒、模拟顶板、裸眼段、水泥、煤岩、模拟底板，该一种煤层气井水力压裂物理模拟试件制作方法上层设有根据相似原理做成的模拟顶板，模拟顶板下方设有模拟含煤层段中的煤岩，煤岩周围设有水泥，煤岩下方设有根据相似原理做成的模拟底板；试件模型的中部设有模拟井筒，模拟井筒穿过模拟顶板至煤岩中部；模拟井筒下方设有裸眼段，裸眼段位于煤岩的中部；原理主要是通过制作相似材料压裂试件来模拟含煤层段的水力压裂过程，分析煤岩本身及其顶底板的岩石力学性质对水力压裂裂缝延伸的影响，有利于研究水力压裂作业对煤储层顶底板的影响；有助于分析水力压裂作业对煤炭开采的影响；其工艺方法为：选择实验所需厚度的煤岩，在煤岩中心进行模拟井筒打孔，再在煤岩上安装固定模拟井筒，模拟井筒底部应该与钻孔孔底之间留有一段裸眼段；根据实验室进行水力压裂的实验仪器压裂试件夹持器的尺寸选择压裂试件制作模具；根据上述获得的底板的配比方案将煤粉、细砂、水泥、石膏进行加水搅拌，充分混合后根据厚度加入模具中，形成模拟底板；再将装有模拟井筒的煤岩放置在模拟底板之上，确保模拟井筒位置在试件的对称中心，煤岩周围用水泥包裹；最后根据配比方案将煤粉、细砂、水泥、石膏进行加水搅拌，充分混合后根据厚度加入模具中，形成模拟顶板，整平，方便夹持器能将应力均匀地施加在模拟压裂试件的表面；等到试件完全固结后，拆开模具就得到了模拟压裂试件。
本发明的有益效果，该一种煤层气井水力压裂物理模拟试件制作方法在研究煤层气井水力压裂过程中裂缝延伸的规律，同时考虑了煤岩本身及其顶底板的岩石力学性质对水力压裂裂缝延伸的影响；有利于研究水力压裂作业对煤储层顶底板的影响；有助于分析水力压裂作业对煤炭开采的影响。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的结构示意图。
图1中，1. 模拟井筒，2. 模拟顶板，3. 裸眼段，4. 水泥，5. 煤岩，6. 模拟底板。
具体实施方式
在图1中，该一种煤层气井水力压裂物理模拟试件制作方法包括：模拟井筒1、模拟顶板2、裸眼段3、水泥4、煤岩5、模拟底板6，该一种煤层气井水力压裂物理模拟试件制作方法上层设有根据相似原理做成的模拟顶板2，模拟顶板2下方设有模拟含煤层段中的煤岩5，煤岩5周围设有水泥4，煤岩5下方设有根据相似原理做成的模拟底板6；试件模型的中部设有模拟井筒1，模拟井筒1穿过模拟顶板2至煤岩5中部；模拟井筒1下方设有裸眼段3，裸眼段3位于煤岩5的中部；原理主要是通过制作相似材料压裂试件来模拟含煤层段的水力压裂过程，分析煤岩5本身及其顶底板的岩石力学性质对水力压裂裂缝延伸的影响，有利于研究水力压裂作业对煤储层顶底板的影响；有助于分析水力压裂作业对煤炭开采的影响；其工艺方法为：选择实验所需厚度的煤岩5，在煤岩5中心进行模拟井筒1打孔，再在煤岩5上安装固定模拟井筒1，模拟井筒1底部应该与钻孔孔底之间留有一段裸眼段3；根据实验室进行水力压裂的实验仪器压裂试件夹持器的尺寸选择压裂试件制作模具；根据配比方案将煤粉、细砂、水泥、石膏进行加水搅拌，充分混合后根据厚度加入模具中，形成模拟底板6；再将装有模拟井筒1的煤岩5放置在模拟底板6之上，确保模拟井筒1位置在试件的对称中心，煤岩5周围用水泥4包裹；最后根据配比方案将煤粉、细砂、水泥、石膏进行加水搅拌，充分混合后根据厚度加入模具中，形成模拟顶板2，整平，方便夹持器能将应力均匀地施加在模拟压裂试件的表面；等到试件完全固结后，拆开模具就得到了模拟压裂试件。
在图1中，根据与原煤层相似原理将原含煤地层的顶板、煤岩、底板厚度按相似比例缩小转化到压裂试件中，确定压裂试件顶板、煤岩、底板厚度；例如，顶板厚3m，煤层厚4m，底板厚3m，要做成300mm厚的压裂试件，就是模拟顶板厚90mm，中间煤层段厚120mm，底板厚90mm。
Claims (3)
1.一种煤层气井水力压裂物理模拟试件制作方法，该一种煤层气井水力压裂物理模拟试件制作方法包括：模拟井筒（1）、模拟顶板（2）、裸眼段（3）、水泥（4）、煤岩（5）、模拟底板（6），其特征是：选择实验所需厚度的煤岩（5），在煤岩（5）中心根据模拟井筒（1）的直径进行打孔，再在煤岩（5）上安装固定模拟井筒（1），模拟井筒（1）底部应该与钻孔孔底之间留有一段裸眼段（3）；根据实验室进行水力压裂的实验仪器压裂试件夹持器的尺寸选择合适尺寸的压裂试件制作模具；根据配比方案将煤粉、细砂、水泥、石膏进行加水搅拌，充分混合后根据厚度加入模具中，形成模拟底板（6）；再将装有模拟井筒（1）的煤岩（5）放置在模拟底板（6）之上，确保模拟井筒（1）位置在试件的对称中心，煤岩（5）周围用水泥（4）包裹；最后根据配比方案将煤粉、细砂、水泥、石膏进行加水搅拌，充分混合后根据厚度加入模具中，形成模拟顶板（2），整平，方便夹持器能将应力均匀地施加在模拟压裂试件的表面。
2.根据权利要求1所述的一种煤层气井水力压裂物理模拟试件制作方法，其特征是：该一种煤层气井水力压裂物理模拟试件制作方法上层设有根据相似原理做成的模拟顶板（2），模拟顶板（2）下方设有模拟含煤层段中的煤岩（5），煤岩（5）周围设有水泥（4），煤岩（5）下方设有根据相似原理做成的模拟底板（6）；试件模型的中部设有模拟井筒（1），模拟井筒（1）穿过模拟顶板（2）至煤岩（5）中部；模拟井筒（1）下方设有裸眼段（3），裸眼段（3）位于煤岩（5）的中部。
3.根据权利要求1所述的一种煤层气井水力压裂物理模拟试件制作方法，其特征是：根据相似原理将原含煤地层的顶板、煤岩、底板厚度按相似比转化到压裂试件中，确定压裂试件模拟顶板（2）、煤岩（5）、模拟底板（6）厚度；例如，顶板厚3m，煤层厚4m，底板厚3m，要做成300mm厚的压裂试件，就是模拟顶板（2）厚90mm，中间煤岩（5）厚120mm，模拟底板（6）厚90mm。
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