CN105507894A - 煤层气垂直井水力压裂过程煤粉产出测试装置与方法 - Google Patents

Abstract

煤层气垂直井水力压裂过程煤粉产出测试装置与方法，包括压裂动力系统、地层模拟系统、压裂模拟系统、煤粉分离测试系统和总控制系统；压裂动力系统的出口与压裂模拟系统的进口连接，压裂模拟系统的出口与煤粉分离测试系统的进口连接，总控制系统通过数据线分别与压裂动力系统、地层模拟系统、压裂模拟系统和煤粉分离测试系统连接；本发明可以对不同煤层属性参数、不同应力状态、不同水力压裂参数、不同压裂时间下煤粉产出粒度和产出量进行分离分析，更准确分析煤层气直井进行水力压裂下煤粉产出与压裂参数间的关系，为煤层气垂直井水力压裂参数的优化提供理论支撑。

Description

煤层气垂直井水力压裂过程煤粉产出测试装置与方法

技术领域

本发明属于煤层气安全生产技术领域，尤其涉及一种煤层气垂直井水力压裂过程煤粉产出测试装置与方法。

背景技术

煤层气作为一种清洁能源日益受到重视，但我国煤储层原始渗透率普遍较低，于此决定了煤储层压裂改造增透在我国煤层气开发中具有非常重要的作用。我国煤层结构相对复杂，在压裂过程中煤层易受到扰动产生煤粉，煤粉产出可能导致裂缝宽度减少或堵塞裂缝，使煤储层导流能力显著降低，影响了后期的产气量。

煤储层属性参数（主要包括煤层厚度、岩石力学性质、煤层段力学性质组合等）等的差异和压裂工艺参数（主要包括压裂液压力、压裂液排量、压裂液类型等）等差异造成了压裂过程中煤粉产出量和产出粒径的差异，这些差异引起煤储层裂隙导流能力的影响不同。为了研究煤层气垂直井水力压裂过程中这些参数对煤粉产出量的影响，一些研究者进行了理论推导和简单的模拟实验，由于实验测试装置简单，导致实验时无法进行煤粉的提取，更无法较准确的模拟煤层真实情况下受力状态，更不能测出煤粉的产出量和粒度分布特征，导致研究成果在指导现场开发时存在较大偏差。因此，迫切需要研制一套测试系统，能对不同煤储层参数、不同压裂工艺参数下煤粉产出量及产出粒径进行准确的测试，并为优化压裂工艺参数，减少煤层气垂直井水力压裂过程中煤粉产出量，降低煤粉产出对储层的伤害，提高煤层气井排采效率和产气量提供有力支撑。

发明内容

本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种能够准确的模拟不同煤层厚度、煤层力学参数、不同煤层组合、不同水力压裂参数下煤粉产出量、产出粒径对裂隙通道及储存渗透率的影响的煤层气垂直井水力压裂过程煤粉产出测试装置与方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：煤层气垂直井水力压裂过程煤粉产出测试装置，包括压裂动力系统、地层模拟系统、压裂模拟系统、煤粉分离测试系统和总控制系统；压裂动力系统的出口与压裂模拟系统的进口连接，压裂模拟系统的出口与煤粉分离测试系统的进口连接，地层模拟系统的动力输出端与压裂模拟系统的动力输入端顶压配合,总控制系统通过总数据线分别与压裂动力系统、地层模拟系统、压裂模拟系统和煤粉分离测试系统连接。

压裂动力系统包括压裂动力控制器、高压气瓶组、气体增压组和注水装置；高压气瓶组包括若干高压气瓶，所有的高压气瓶由第一高压气管串联，第一高压气管上设有邻近高压气瓶的气瓶控制阀和气瓶压力表，第一高压气管出气口处设有气压计和电动气压阀；注水装置包括第一高压水管和储水池，第一高压水管的进水口与储水池连接，第一高压水管沿水流方向依次设有压裂过滤器、水泵机组和流量计，压裂过滤器位于储水池内部；气体增压组包括若干个气体增压装置，气体增压装置包括气体增压室和增压活塞，所有的气体增压室经第二高压气管并联后与第一高压气管的出气口连接，第二高压气管上设有邻近气体增压室的自动充气控制阀，气体增压室上设有第一压力传感器，增压活塞沿垂直方向滑动连接在气体增压室内，所有气体增压室底部通过第二高压水管并联后与第一高压水管的出水口连接，第二高压水管上设有邻近气体增压室的回流阀；

压裂动力控制器通过第一数据线分别与气瓶控制阀、气压计、电动气压阀、自动充气控制阀、水泵机组、流量计和第一压力传感器连接，压裂动力控制器与总控制系统通过总数据线连接。

地层模拟系统包括地层压力模拟控制器和三组自动液压顶推装置，每组自动液压顶推装置包括供液装置、伺服增压装置和自控液压千斤顶；

自控液压千斤顶包括液压室、顶杆、推进活塞和活塞密封套，液压室顶部设有上通孔，液压室中部水平设有密封隔板，密封隔板将液压室内腔上下分隔为降压腔和增压腔，密封隔板上设有下通孔，密封隔板上表面设有位于下通孔上方的密封筒，顶杆自上而下依次穿过上通孔、密封筒和下通孔后与增压腔内的推进活塞连接，推进活塞的外缘与液压室内壁紧密贴合，活塞密封套套设在位于密封筒内的顶杆上，活塞密封套的外缘与密封筒内壁紧密贴合，液压室上分别设有与降压腔连通的降压孔和与增压腔连通的增压孔，增压孔位于液压室底部；

供液装置包括充液油管、反排油管和充液油箱，充液油箱上设有充液液位感应器，充液油管的进油端与充液油箱连接，充液油管沿油流方向依次设有充液过滤器和充液油泵组，并且充液油管在与充液油泵组连接后分为两个分支，一个分支为增压油管，另一个分支为降压油管，增压油管上沿油流方向依次设有增压控制器、第一反排阀和增压阀，增压油管的出油端通过增压孔与增压腔连通，降压油管上沿油流方向依次设有降压控制器、第二反排阀和降压阀，降压油管的出油端通过降压孔与降压腔连通；反排油管一端与充液油箱连接，反排油管另一端将第一反排阀和第二反排阀并联，反排油管上从与充液油箱连接一端到反排油管另一端依次设有充液冷却器、充液溢流阀和充液压力表；

伺服增压装置包括伺服管道、第一油管、第二油管和伺服油箱，伺服油箱上设有伺服液位感应器，第一油管一端和第二油管一端均与伺服油箱连接，第一油管另一端和第二油管另一端连接后与伺服管道一端连接，伺服管道另一端与增压控制器连接，伺服管道上沿从伺服管道一端到与增压控制器连接的另一端的方向上依次设有储能器、伺服阀和油液增压室，第一油管上沿从第一油管一端到与伺服管道连接的另一端的方向上依次设有伺服精密过滤器和伺服油泵机组，第二油管上沿第二油管一端到与伺服管道连接的另一端的方向上依次设有伺服冷却器、伺服溢流阀和伺服液压表；

地层压力模拟控制器通过第二数据线分别与油液增压室、伺服油泵机组、伺服溢流阀、伺服液位感应器、伺服液压表、增压控制器、降压控制器、充液压力表、充液溢流阀、充液液位感应器和充液油泵机组连接，地层压力模拟控制器与总控制系统通过总数据线连接。

所有的气体增压室底部经第三高压水管并联后与压裂模拟系统的液体输入端连接，第三高压水管上设有邻近气体增压室的高压水控制阀，高压水控制阀与压裂动力控制器通过第一数据线连接；压裂模拟系统包括试样、压裂管、压裂室、顶盖、抗压垫板、煤粉槽和底座，压裂室由钢板焊接围成，压裂室顶部敞口，顶盖可拆卸连接在压裂室顶部，底座位于压裂室底部，煤粉槽位于底座上，试样位于煤粉槽上方的压裂室内，试样上表面、左表面和右表面均设有筛孔结构的抗压垫板，所述地层模拟系统上的自控液压千斤顶位于压裂室与抗压垫板之间，并且自控液压千斤顶的伸缩端与抗压垫板顶压配合，自控液压千斤顶的底部与压裂室内壁顶压配合，自控液压千斤顶的底部上设有第二压力传感器，第二压力传感器通过总数据线与总控制系统连接，压裂模拟系统的液体输入端为压裂管一端,压裂管另一端穿过顶盖并伸入到试样内部，压裂管上设有射孔。

煤粉槽的底部设有第一连接管道，第一连接管道伸出压裂室并与煤粉分离测试系统的输入端连接；煤粉分离测试系统包括第二连接管道、支架、沉淀池、集线器和温度控制器，支架内自上而下间隔设有三组煤粉分离器，煤粉分离器包括筛管，筛管上套设有接引槽和位于接引槽下方的固定螺母，接引槽上设有电阻丝和温度传感器，电阻丝和温度传感器分别通过数据线与集线器连接，集线器通过第三数据线与温度控制器连接，温度控制器与总控制系统通过总数据线连接；

所述的煤粉分离测试系统的输入端为第二连接管道一端，第一连接管道通过卡环与第二连接管道连接，第二连接管道伸入到支架内并通过卡箍与最上方的煤粉分离器的筛管连接，两个相邻的筛管通过卡箍连接，三段筛管上均设有出孔，筛管上在卡箍与接引槽之间倾斜设有筛板，筛板下端从出孔伸出，三块筛板的孔径从上到下逐渐变小；最下方的筛管下端通过第三连接管道与支架外的沉淀池连接。

所述的煤层气垂直井水力压裂过程煤粉产出测试方法，包括如下步骤：

（1）根据试验需求制作试样，试样为单一煤层模拟试样和不同煤层模拟试样；具体制作方法为：选取煤样，将煤样破碎制成煤粉，筛选煤粉，选取不同粒径的煤粉进行胶结、压制成长方体状煤样，煤样中进行钻孔，钻孔的直径与压裂管的外管径相同，最终得到不同煤层模拟试样；选取同等粒径的煤粉进行胶结、压制成长方体状煤样，煤样中进行钻孔，钻孔的直径与压裂管的外管径相同，最终得到单一煤层模拟试样；

（2）将制作的若干单一煤层模拟试样和若干不同煤层模拟试样分为两组，进行力学性质测试，得出试样的力学参数；

（3）连接试验装置，对压裂动力系统进行气密性检测，具体气密性检测方法为：通过控制总控制系统间接关闭高压水控制阀并打开水泵机组，水泵机组通过第一高压水管抽取储水池内的水，水经过过滤器过滤后经第一高压水管进入气体增压室，当气体增压室内的水达到一定压力时，压裂动力控制器停止水泵机组工作，回流阀自动关闭，然后通过控制总控制系统间接打开气瓶控制阀和自动充气控制阀，高压气瓶组由第一高压气管向气体增压室注入高压气，高压气推动增压活塞开始对气体增压室增压，通过观察第一高压气管上的气压计上的气压变化对压裂动力系统的气密性进行检测，检测完毕后开始进行实验；

（4）将制作的若干单一煤层模拟试样和若干不同煤层模拟试样分为两组，并进行模拟不同煤储层特征条件下水力压裂过程中产出煤粉情况；

（5）通过设定压裂工艺参数结合实验分组，测试出不同压裂工艺参数情况下煤粉产出量和产出粒径，对比分析煤粉产出与不同压裂工艺间的关系，得出不同压裂工艺下煤粉产出规律；

（6）耦合分析不同情况组合下煤粉产出，得出不同煤层属性、地应力状态下最佳压裂参数的组合。

步骤（2）中所述的力学性质测试方法为通过声波时差监测仪对试样不同部位和层位进行测试，反算得出其力学参数。

步骤（2）中所述的力学性质测试方法为在电子万能压力实验机上进行煤样岩石力学性质测试，得出煤样的岩石力学性质参数。

步骤（4）中所述的对单一煤层模拟试样进行模拟不同煤储层特征条件下水力压裂过程中产出煤粉情况的方法为：

单一煤层煤样采用改变水力压裂工艺参数进行实验，首先对单一煤层模拟试样进行压，具体加压步骤为：将单一煤层模拟试样放入压裂模拟系统中的压裂室内，并将压裂管伸入到单一煤层模拟试样的钻孔内，同时将筛状的抗压垫板置于单一煤层模拟试样的上表面、左表面和右表面，将所有自控液压千斤顶的伸缩端与抗压垫板顶接配合，总控制系统通过控制地层压力模拟控制器间接的启动充液油泵机组，于此同时打开增压控制器并关闭降压控制器，手动关闭第一反排阀并打开增压阀，充液油箱内的工作油在充液油泵机组的驱动下，经充液过滤器过滤后进入增压腔，工作油推动顶杆下端的推进活塞，推进活塞向上推动顶杆，当顶杆与单一煤层模拟试样接触时，停止增压控制器，然后地层压力模拟控制器启动伺服油泵机组，伺服油箱内的工作油经伺服精密过滤器过滤后经第一油管和伺服管道进入油液增压室，油液增压室通过增压油管对增压腔增压，直至达到自控液压千斤顶底部的第二压力传感器上的设定值，设定值满足煤层原始状态下所受压力，至此完成加压；

然后对单一煤层模拟试样进行压裂，具体压裂方法为：先打开高压水控制阀，高压水经第三高压水管进入压裂管变成压裂液，然后压裂液进入压裂管，并且由压裂管上的射孔喷入到单一煤层模拟试样的钻孔，对单一煤层模拟试样进行压裂；

当压裂液穿透试样时，接着卸载单一煤层模拟试样周围的压力，具体操作为：压裂动力控制器通过控制自动充气控制阀调节不同的气体增压室工作，进而间接地调节压裂管中压裂液的流量，从而可降低压裂液的压力，于此同时伺服阀关闭，油液增压室内的工作油开始经第二油管并经伺服溢流阀和伺服冷却器返回至伺服油箱，打开降压控制器和降压阀，充液油泵机组通过充液过滤器向充液油管内注入工作油，工作油经降压控制器和降压阀进入降压腔，工作油接着向下推动活塞密封套，增压腔内的工作油由增压油管经第一反排阀、充液溢流阀返回至充液油箱，完成泄压作业；

泄压作业的同时，调节压裂液的流量，单一煤层模拟试样中形成裂缝，单一煤层模拟试样压裂脱落的煤粉经煤粉槽底部的第一连接管道和第二连接管道至筛管，煤粉经不同孔径的筛板过滤后，落至接引槽上，残余的压裂液经第三连接管道流入沉淀池，温度控制器启动电阻丝对接引槽上的煤粉进行烘干，然后分开收集烘干后的接引槽上的煤粉，测试得出煤粉的粒径分布和煤粉产出量；

试验需设定不同的压裂工艺参数并采用相同的方法进行实验，并且对煤粉产出量和粒径进行记录分析。

步骤（4）中所述的对单一煤层模拟试样进行模拟不同煤储层特征条件下水力压裂过程中产出煤粉情况的方法为：

不同构造煤比例的煤层煤样采用改变水力压裂工艺参数进行实验，首先对不同煤层模拟试样进行压，具体加压步骤为：将不同煤层模拟试样放入压裂模拟系统中的压裂室内，并将压裂管伸入到不同煤层模拟试样的钻孔内，同时将筛状的抗压垫板置于不同煤层模拟试样的上表面、左表面和右表面，将所有自控液压千斤顶的伸缩端与抗压垫板顶接配合，总控制系统通过控制地层压力模拟控制器间接的启动充液油泵机组，于此同时打开增压控制器并关闭降压控制器，手动关闭第一反排阀并打开增压阀，充液油箱内的工作油在充液油泵机组的驱动下，经充液过滤器过滤后进入增压腔，工作油推动顶杆下端的推进活塞，推进活塞向上推动顶杆，当顶杆与不同煤层模拟试样接触时，停止增压控制器，然后地层压力模拟控制器启动伺服油泵机组，伺服油箱内的工作油经伺服精密过滤器过滤后经第一油管和伺服管道进入油液增压室，油液增压室通过增压油管对增压腔增压，直至达到自控液压千斤顶底部的第二压力传感器上的设定值，设定值满足煤层原始状态下所受压力，至此完成加压；

然后对不同煤层模拟试样进行压裂，具体压裂方法为：先打开高压水控制阀，高压水经第三高压水管进入压裂管变成压裂液，然后压裂液进入压裂管，并且由压裂管上的射孔喷入到不同煤层模拟试样的钻孔内，对不同煤层模拟试样进行压裂；

当压裂液穿透试样时，接着卸载不同煤层模拟试样周围的压力，具体操作为：压裂动力控制器通过控制自动充气控制阀调节不同的气体增压室工作，进而维持压裂管中压裂液的流量不变，从而保证压裂液的压力不变，于此同时伺服阀关闭，油液增压室内的工作油开始经第二油管并经伺服溢流阀和伺服冷却器返回至伺服油箱，打开降压控制器和降压阀，充液油泵机组通过充液过滤器向充液油管内注入工作油，工作油经降压控制器和降压阀进入降压腔，工作油接着向下推动活塞密封套，增压腔内的工作油由增压油管经第一反排阀、充液溢流阀返回至充液油箱，完成泄压作业；

泄压作业的同时，保持压裂液的流量不变，不同煤层模拟试样中形成裂缝，不同煤层模拟试样压裂脱落的煤粉经煤粉槽底部的第一连接管道和第二连接管道至筛管，煤粉经不同孔径的筛板过滤后，落至接引槽上，残余的压裂液经第三连接管道流入沉淀池，温度控制器启动电阻丝对接引槽上的煤粉进行烘干，然后分开收集烘干后的接引槽上的煤粉，测试得出煤粉的粒径分布和煤粉产出量；

试验需设定相同的压裂工艺参数并采用相同的方法进行实验，并且对煤粉产出量和粒径进行记录分析。

本发明具有以下有益效果：本发明主要由压裂动力系统、地层模拟系、压裂模拟系统、煤粉分离测试系统和总控制系统五大部分组成；压裂动力系统通过总控制系统能充分模拟水力压裂过程中水压、排量等水力压裂现场条件；地层模拟系统由多组自控调节液压千斤顶分布于试样的周围，通过真三轴实验模拟现场情况下试样受力情况；压裂模拟系统主要通过试样周围的压力模拟地层压力，通过压裂动力系统提供高压水经压裂管进入煤层对煤层试样进行压裂，并通过煤粉槽将压裂过程产生的煤粉收集，经管道排出模拟压裂室进行测试。煤粉分离测试系统包括煤粉自动分离器和沉淀池两部分，煤粉自动分离器主要为模拟压裂室中排出的煤浆中的煤粉进行分离、烘干为测试做好准备。沉淀池主要收集过滤后的压裂液，并通过沉淀观察煤粉是否完全分离。总控制系统为安装有数据监测采集分析软件的计算机，总控制系统主要设置压裂实验过程中压裂的压力、排量及其他参数，并实时进行记录。

综上所述，本发明能进行不同煤层属性参数、不同应力状态、不同煤层气垂直井水力压裂参数下煤粉产出的粒径和产出量进行比较准确的测量，并且可以对不同煤层属性参数、不同应力状态、不同水力压裂参数、不同压裂时间下煤粉产出粒度和产出量进行分离分析，更准确分析煤层气直井进行水力压裂下煤粉产出与压裂参数间的关系，为煤层气垂直井水力压裂参数的优化提供理论支撑。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1中压裂动力系统A的结构示意图；

图3是图1中地层模拟系统B的结构示意图；

图4是图1中压裂模拟系统C的结构示意图；

图5是图1中煤粉分离测试系统D的结构示意图。

具体实施方式

如图1-5所示，本发明的煤层气垂直井水力压裂过程煤粉产出测试装置，包括压裂动力系统A、地层模拟系统B、压裂模拟系统C、煤粉分离测试系统D和总控制系统E；压裂动力系统A的出口与压裂模拟系统C的进口连接，压裂模拟系统C的出口与煤粉分离测试系统D的进口连接，地层模拟系统B的动力输出端与压裂模拟系统C的动力输入端顶压配合,总控制系统E通过总数据线分别与压裂动力系统A、地层模拟系统B、压裂模拟系统C和煤粉分离测试系统D连接。

压裂动力系统A包括压裂动力控制器1、高压气瓶组、气体增压组和注水装置；高压气瓶组包括若干高压气瓶2，所有的高压气瓶2由第一高压气管100串联，第一高压气管100上设有邻近高压气瓶2的气瓶控制阀3和气瓶压力表101，第一高压气管100出气口处设有气压计4和电动气压阀5；注水装置包括第一高压水管102和储水池11，第一高压水管102的进水口与储水池11连接，第一高压水管102沿水流方向依次设有压裂过滤器12、水泵机组13和流量计14，压裂过滤器12位于储水池11内部；气体增压组包括若干个气体增压装置，气体增压装置包括气体增压室7和增压活塞8，所有的气体增压室7经第二高压气管103并联后与第一高压气管100的出气口连接，第二高压气管103上设有邻近气体增压室7的自动充气控制阀6，气体增压室7上设有第一压力传感器105，增压活塞8沿垂直方向滑动连接在气体增压室7内，所有气体增压室7底部通过第二高压水管104并联后与第一高压水管102的出水口连接，第二高压水管104上设有邻近气体增压室7的回流阀9；

压裂动力控制器1通过第一数据线分别与气瓶控制阀3、气压计4、电动气压阀5、自动充气控制阀6、水泵机组13、流量计14和第一压力传感器105连接，压裂动力控制器1与总控制系统E通过总数据线连接。

地层模拟系统B包括地层压力模拟控制器46和三组自动液压顶推装置，每组自动液压顶推装置包括供液装置、伺服增压装置和自控液压千斤顶106；

自控液压千斤顶106包括液压室15、顶杆16、推进活塞17和活塞密封套18，液压室15顶部设有上通孔，液压室15中部水平设有密封隔板19，密封隔板19将液压室15内腔上下分隔为降压腔20和增压腔21，密封隔板19上设有下通孔，密封隔板19上表面设有位于下通孔上方的密封筒22，顶杆16自上而下依次穿过上通孔、密封筒22和下通孔后与增压腔21内的推进活塞17连接，推进活塞17的外缘与液压室15内壁紧密贴合，活塞密封套18套设在位于密封筒22内的顶杆16上，活塞密封套18的外缘与密封筒22内壁紧密贴合，液压室15上分别设有与降压腔20连通的降压孔107和与增压腔21连通的增压孔108，增压孔108位于液压室15底部；

供液装置包括充液油管109、反排油管110和充液油箱23，充液油箱23上设有充液液位感应器24，充液油管109的进油端与充液油箱23连接，充液油管109沿油流方向依次设有充液过滤器25和充液油泵组26，并且充液油管109在与充液油泵机组26连接后分为两个分支，一个分支为增压油管111，另一个分支为降压油管112，增压油管111上沿油流方向依次设有增压控制器27、第一反排阀28和增压阀29，增压油管111的出油端通过增压孔108与增压腔21连通，降压油管112上沿油流方向依次设有降压控制器30、第二反排阀31和降压阀32，降压油管112的出油端通过降压孔107与降压腔20连通；反排油管110一端与充液油箱23连接，反排油管110另一端将第一反排阀28和第二反排阀31并联，反排油管110上从与充液油箱23连接一端到反排油管110另一端依次设有充液冷却器33、充液溢流阀34和充液压力表35；

伺服增压装置包括伺服管道113、第一油管114、第二油管115和伺服油箱36，伺服油箱36上设有伺服液位感应器37，第一油管114一端和第二油管115一端均与伺服油箱36连接，第一油管114另一端和第二油管115另一端连接后与伺服管道113一端连接，伺服管道113另一端与增压控制器27连接，伺服管道113上沿从伺服管道113一端到与增压控制器27连接的另一端的方向上依次设有储能器38、伺服阀39和油液增压室40，第一油管114上沿从第一油管114一端到与伺服管道113连接的另一端的方向上依次设有伺服精密过滤器41和伺服油泵机组42，第二油管115上沿第二油管115一端到与伺服管道113连接的另一端的方向上依次设有伺服冷却器43、伺服溢流阀44和伺服液压表45；

地层压力模拟控制器46通过第二数据线分别与油液增压室40、伺服油泵机组42、伺服溢流阀44、伺服液位感应器37、伺服液压表45、增压控制器27、降压控制器30、充液压力表35、充液溢流阀34、充液液位感应器24和充液油泵机组26连接，地层压力模拟控制器46与总控制系统E通过总数据线连接。

所有的气体增压室7底部经第三高压水管116并联后与压裂模拟系统C的液体输入端连接，第三高压水管116上设有邻近气体增压室7的高压水控制阀10，高压水控制阀10与压裂动力控制器1通过第一数据线连接；压裂模拟系统C包括试样、压裂管48、压裂室49、顶盖50、抗压垫板51、煤粉槽52和底座53，压裂室49由钢板焊接围成，压裂室49顶部敞口，顶盖50可拆卸连接在压裂室49顶部，底座53位于压裂室49底部，煤粉槽52位于底座53上，试样位于煤粉槽52上方的压裂室49内，试样上表面、左表面和右表面均设有筛孔结构的抗压垫板51，所述地层模拟系统B上的自控液压千斤顶106位于压裂室49与抗压垫板51之间，并且自控液压千斤顶106的伸缩端与抗压垫板51顶压配合，自控液压千斤顶106的底部与压裂室49内壁顶压配合，自控液压千斤顶106的底部上设有第二压力传感器，第二压力传感器通过总数据线与总控制系统E连接，压裂模拟系统C的液体输入端为压裂管48一端,压裂管48另一端穿过顶盖50并伸入到试样内部，压裂管48上设有射孔。

煤粉槽52的底部设有第一连接管道117，第一连接管道117伸出压裂室49并与煤粉分离测试系统D的输入端连接；煤粉分离测试系统D包括第二连接管道118、支架54、沉淀池55、集线器56和温度控制器57，支架54内自上而下间隔设有三组煤粉分离器，煤粉分离器包括筛管58，筛管58上套设有接引槽59和位于接引槽59下方的固定螺母60，接引槽59上设有电阻丝61和温度传感器62，电阻丝61和温度传感器62分别通过数据线与集线器56连接，集线器56通过第三数据线与温度控制器57连接，温度控制器57与总控制系统E通过总数据线连接；

所述的煤粉分离测试系统D的输入端为第二连接管道118一端，第一连接管道117通过卡环63与第二连接管道118连接，第二连接管道118伸入到支架54内并通过卡箍64与最上方的煤粉分离器的筛管58连接，两个相邻的筛管58通过卡箍64连接，三段筛管58上均设有出孔，筛管58上在卡箍64与接引槽59之间倾斜设有筛板65，筛板65下端从出孔伸出，三块筛板65的孔径从上到下逐渐变小；最下方的筛管58下端通过第三连接管道119与支架54外的沉淀池55连接。

煤层气垂直井水力压裂过程煤粉产出测试方法，包括如下步骤：

（1）根据试验需求制作试样，试样为单一煤层模拟试样和不同煤层模拟试样；具体制作方法为：选取煤样，将煤样破碎制成煤粉，筛选煤粉，选取不同粒径的煤粉进行胶结、压制成长方体状煤样，煤样中进行钻孔，钻孔的直径与压裂管48的外管径相同，最终得到不同煤层模拟试样；选取同等粒径的煤粉进行胶结、压制成长方体状煤样，煤样中进行钻孔，钻孔的直径与压裂管48的外管径相同，最终得到单一煤层模拟试样；

（2）将制作的若干单一煤层模拟试样和若干不同煤层模拟试样分为两组，进行力学性质测试，得出试样的力学参数；

（3）连接试验装置，对压裂动力系统A进行气密性检测，具体气密性检测方法为：通过控制总控制系统E间接关闭高压水控制阀10并打开水泵机组13，水泵机组13通过第一高压水管102抽取储水池11内的水，水经过过滤器过滤后经第一高压水管102进入气体增压室7，当气体增压室7内的水达到一定压力时，压裂动力控制器1停止水泵机组13工作，回流阀9自动关闭，然后通过控制总控制系统E间接打开气瓶控制阀3和自动充气控制阀6，高压气瓶组由第一高压气管100向气体增压室7注入高压气，高压气推动增压活塞8开始对气体增压室7增压，通过观察第一高压气管100上的气压计4上的气压变化对压裂动力系统A的气密性进行检测，检测完毕后开始进行实验；

（4）将制作的若干单一煤层模拟试样和若干不同煤层模拟试样分为两组，并进行模拟不同煤储层特征条件下水力压裂过程中产出煤粉情况；

（5）通过设定压裂工艺参数结合实验分组，测试出不同压裂工艺参数情况下煤粉产出量和产出粒径，对比分析煤粉产出与不同压裂工艺间的关系，得出不同压裂工艺下煤粉产出规律；

（6）耦合分析不同情况组合下煤粉产出，得出不同煤层属性、地应力状态下最佳压裂参数的组合；

步骤（2）中所述的力学性质测试方法为通过声波时差监测仪对试样不同部位和层位进行测试，反算得出其力学参数。

步骤（2）中所述的力学性质测试方法为在电子万能压力实验机上进行煤样岩石力学性质测试，得出煤样的岩石力学性质参数。

步骤（4）中所述的对单一煤层模拟试样进行模拟不同煤储层特征条件下水力压裂过程中产出煤粉情况的方法为：

单一煤层煤样采用改变水力压裂工艺参数进行实验，首先对单一煤层模拟试样进行压，具体加压步骤为：将单一煤层模拟试样放入压裂模拟系统C中的压裂室49内，并将压裂管48伸入到单一煤层模拟试样的钻孔内，同时将筛状的抗压垫板51置于单一煤层模拟试样的上表面、左表面和右表面，将所有自控液压千斤顶106的伸缩端与抗压垫板51顶接配合，总控制系统E通过控制地层压力模拟控制器46间接的启动充液油泵机组26，于此同时打开增压控制器27并关闭降压控制器30，手动关闭第一反排阀28并打开增压阀29，充液油箱23内的工作油在充液油泵机组26的驱动下，经充液过滤器25过滤后进入增压腔21，工作油推动顶杆16下端的推进活塞17，推进活塞17向上推动顶杆16，当顶杆16与单一煤层模拟试样接触时，停止增压控制器27，然后地层压力模拟控制器46启动伺服油泵机组42，伺服油箱36内的工作油经伺服精密过滤器41过滤后经第一油管114和伺服管道113进入油液增压室40，油液增压室40通过增压油管111对增压腔21增压，直至达到自控液压千斤顶106底部的第二压力传感器上的设定值，设定值满足煤层原始状态下所受压力，至此完成加压；

然后对单一煤层模拟试样进行压裂，具体压裂方法为：先打开高压水控制阀10，高压水经第三高压水管116进入压裂管48变成压裂液，然后压裂液进入压裂管48，并且由压裂管48上的射孔喷入到单一煤层模拟试样的钻孔，对单一煤层模拟试样进行压裂；

当压裂液穿透试样时，接着卸载单一煤层模拟试样周围的压力，具体操作为：压裂动力控制器1通过控制自动充气控制阀6调节不同的气体增压室7工作，进而间接地调节压裂管48中压裂液的流量，从而可降低压裂液的压力，于此同时伺服阀39关闭，油液增压室40内的工作油开始经第二油管115并经伺服溢流阀44和伺服冷却器43返回至伺服油箱36，打开降压控制器30和降压阀32，充液油泵机组26通过充液过滤器25向充液油管109内注入工作油，工作油经降压控制器30和降压阀32进入降压腔20，工作油接着向下推动活塞密封套18，增压腔21内的工作油由增压油管111经第一反排阀28、充液溢流阀34返回至充液油箱23，完成泄压作业；

泄压作业的同时，调节压裂液的流量，单一煤层模拟试样中形成裂缝，单一煤层模拟试样压裂脱落的煤粉经煤粉槽52底部的第一连接管道117和第二连接管道118至筛管58，煤粉经不同孔径的筛板65过滤后，落至接引槽59上，残余的压裂液经第三连接管道119流入沉淀池55，温度控制器57启动电阻丝61对接引槽59上的煤粉进行烘干，然后分开收集烘干后的接引槽59上的煤粉，测试得出煤粉的粒径分布和煤粉产出量；

试验需设定不同的压裂工艺参数并采用相同的方法进行实验，并且对煤粉产出量和粒径进行记录分析。

步骤（4）中所述的对单一煤层模拟试样进行模拟不同煤储层特征条件下水力压裂过程中产出煤粉情况的方法为：

不同构造煤比例的煤层煤样采用改变水力压裂工艺参数进行实验，首先对不同煤层模拟试样进行压，具体加压步骤为：将不同煤层模拟试样放入压裂模拟系统C中的压裂室49内，并将压裂管48伸入到不同煤层模拟试样的钻孔内，同时将筛状的抗压垫板51置于不同煤层模拟试样的上表面、左表面和右表面，将所有自控液压千斤顶106的伸缩端与抗压垫板51顶接配合，总控制系统E通过控制地层压力模拟控制器46间接的启动充液油泵机组26，于此同时打开增压控制器27并关闭降压控制器30，手动关闭第一反排阀28并打开增压阀29，充液油箱23内的工作油在充液油泵机组26的驱动下，经充液过滤器25过滤后进入增压腔21，工作油推动顶杆16下端的推进活塞17，推进活塞17向上推动顶杆16，当顶杆16与不同煤层模拟试样接触时，停止增压控制器27，然后地层压力模拟控制器46启动伺服油泵机组42，伺服油箱36内的工作油经伺服精密过滤器41过滤后经第一油管114和伺服管道113进入油液增压室40，油液增压室40通过增压油管111对增压腔21增压，直至达到自控液压千斤顶106底部的第二压力传感器上的设定值，设定值满足煤层原始状态下所受压力，至此完成加压；

然后对不同煤层模拟试样进行压裂，具体压裂方法为：先打开高压水控制阀10，高压水经第三高压水管116进入压裂管48变成压裂液，然后压裂液进入压裂管48，并且由压裂管48上的射孔喷入到不同煤层模拟试样的钻孔内，对不同煤层模拟试样进行压裂；

当压裂液穿透试样时，接着卸载不同煤层模拟试样周围的压力，具体操作为：压裂动力控制器1通过控制自动充气控制阀6调节不同的气体增压室7工作，进而维持压裂管48中压裂液的流量不变，从而保证压裂液的压力不变，于此同时伺服阀39关闭，油液增压室40内的工作油开始经第二油管115并经伺服溢流阀44和伺服冷却器43返回至伺服油箱36，打开降压控制器30和降压阀32，充液油泵机组26通过充液过滤器25向充液油管109内注入工作油，工作油经降压控制器30和降压阀32进入降压腔20，工作油接着向下推动活塞密封套18，增压腔21内的工作油由增压油管111经第一反排阀28、充液溢流阀34返回至充液油箱23，完成泄压作业；

泄压作业的同时，保持压裂液的流量不变，不同煤层模拟试样中形成裂缝，不同煤层模拟试样压裂脱落的煤粉经煤粉槽52底部的第一连接管道117和第二连接管道118至筛管58，煤粉经不同孔径的筛板65过滤后，落至接引槽59上，残余的压裂液经第三连接管道119流入沉淀池55，温度控制器57启动电阻丝61对接引槽59上的煤粉进行烘干，然后分开收集烘干后的接引槽59上的煤粉，测试得出煤粉的粒径分布和煤粉产出量；

试验需设定相同的压裂工艺参数并采用相同的方法进行实验，并且对煤粉产出量和粒径进行记录分析。

本实施例并非对本发明的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.煤层气垂直井水力压裂过程煤粉产出测试装置，其特征在于：包括压裂动力系统、地层模拟系统、压裂模拟系统、煤粉分离测试系统和总控制系统；压裂动力系统的出口与压裂模拟系统的进口连接，压裂模拟系统的出口与煤粉分离测试系统的进口连接，地层模拟系统的动力输出端与压裂模拟系统的动力输入端顶压配合,总控制系统通过总数据线分别与压裂动力系统、地层模拟系统、压裂模拟系统和煤粉分离测试系统连接。

2.根据权利要求1所述的煤层气垂直井水力压裂过程煤粉产出测试装置，其特征在于：压裂动力系统包括压裂动力控制器、高压气瓶组、气体增压组和注水装置；高压气瓶组包括若干高压气瓶，所有的高压气瓶由第一高压气管串联，第一高压气管上设有邻近高压气瓶的气瓶控制阀和气瓶压力表，第一高压气管出气口处设有气压计和电动气压阀；注水装置包括第一高压水管和储水池，第一高压水管的进水口与储水池连接，第一高压水管沿水流方向依次设有压裂过滤器、水泵机组和流量计，压裂过滤器位于储水池内部；气体增压组包括若干个气体增压装置，气体增压装置包括气体增压室和增压活塞，所有的气体增压室经第二高压气管并联后与第一高压气管的出气口连接，第二高压气管上设有邻近气体增压室的自动充气控制阀，气体增压室上设有第一压力传感器，增压活塞沿垂直方向滑动连接在气体增压室内，所有气体增压室底部通过第二高压水管并联后与第一高压水管的出水口连接，第二高压水管上设有邻近气体增压室的回流阀；

压裂动力控制器通过第一数据线分别与气瓶控制阀、气压计、电动气压阀、自动充气控制阀、水泵机组、流量计和第一压力传感器连接，压裂动力控制器与总控制系统通过总数据线连接。

3.根据权利要求2所述的煤层气垂直井水力压裂过程煤粉产出测试装置，其特征在于：地层模拟系统包括地层压力模拟控制器和三组自动液压顶推装置，每组自动液压顶推装置包括供液装置、伺服增压装置和自控液压千斤顶；

自控液压千斤顶包括液压室、顶杆、推进活塞和活塞密封套，液压室顶部设有上通孔，液压室中部水平设有密封隔板，密封隔板将液压室内腔上下分隔为降压腔和增压腔，密封隔板上设有下通孔，密封隔板上表面设有位于下通孔上方的密封筒，顶杆自上而下依次穿过上通孔、密封筒和下通孔后与增压腔内的推进活塞连接，推进活塞的外缘与液压室内壁紧密贴合，活塞密封套套设在位于密封筒内的顶杆上，活塞密封套的外缘与密封筒内壁紧密贴合，液压室上分别设有与降压腔连通的降压孔和与增压腔连通的增压孔，增压孔位于液压室底部；

供液装置包括充液油管、反排油管和充液油箱，充液油箱上设有充液液位感应器，充液油管的进油端与充液油箱连接，充液油管沿油流方向依次设有充液过滤器和充液油泵组，并且充液油管在与充液油泵组连接后分为两个分支，一个分支为增压油管，另一个分支为降压油管，增压油管上沿油流方向依次设有增压控制器、第一反排阀和增压阀，增压油管的出油端通过增压孔与增压腔连通，降压油管上沿油流方向依次设有降压控制器、第二反排阀和降压阀，降压油管的出油端通过降压孔与降压腔连通；反排油管一端与充液油箱连接，反排油管另一端将第一反排阀和第二反排阀并联，反排油管上从与充液油箱连接一端到反排油管另一端依次设有充液冷却器、充液溢流阀和充液压力表；

伺服增压装置包括伺服管道、第一油管、第二油管和伺服油箱，伺服油箱上设有伺服液位感应器，第一油管一端和第二油管一端均与伺服油箱连接，第一油管另一端和第二油管另一端连接后与伺服管道一端连接，伺服管道另一端与增压控制器连接，伺服管道上沿从伺服管道一端到与增压控制器连接的另一端的方向上依次设有储能器、伺服阀和油液增压室，第一油管上沿从第一油管一端到与伺服管道连接的另一端的方向上依次设有伺服精密过滤器和伺服油泵机组，第二油管上沿第二油管一端到与伺服管道连接的另一端的方向上依次设有伺服冷却器、伺服溢流阀和伺服液压表；

地层压力模拟控制器通过第二数据线分别与油液增压室、伺服油泵机组、伺服溢流阀、伺服液位感应器、伺服液压表、增压控制器、降压控制器、充液压力表、充液溢流阀、充液液位感应器和充液油泵机组连接，地层压力模拟控制器与总控制系统通过总数据线连接。

4.根据权利要求3所述的煤层气垂直井水力压裂过程煤粉产出测试装置，其特征在于：所有的气体增压室底部经第三高压水管并联后与压裂模拟系统的液体输入端连接，第三高压水管上设有邻近气体增压室的高压水控制阀，高压水控制阀与压裂动力控制器通过第一数据线连接；压裂模拟系统包括试样、压裂管、压裂室、顶盖、抗压垫板、煤粉槽和底座，压裂室由钢板焊接围成，压裂室顶部敞口，顶盖可拆卸连接在压裂室顶部，底座位于压裂室底部，煤粉槽位于底座上，试样位于煤粉槽上方的压裂室内，试样上表面、左表面和右表面均设有筛孔结构的抗压垫板，所述地层模拟系统上的自控液压千斤顶位于压裂室与抗压垫板之间，并且自控液压千斤顶的伸缩端与抗压垫板顶压配合，自控液压千斤顶的底部与压裂室内壁顶压配合，自控液压千斤顶的底部上设有第二压力传感器，第二压力传感器通过总数据线与总控制系统连接，压裂模拟系统的液体输入端为压裂管一端,压裂管另一端穿过顶盖并伸入到试样内部，压裂管上设有射孔。

5.根据权利要求4所述的煤层气垂直井水力压裂过程煤粉产出测试装置，其特征在于：煤粉槽的底部设有第一连接管道，第一连接管道伸出压裂室并与煤粉分离测试系统的输入端连接；煤粉分离测试系统包括第二连接管道、支架、沉淀池、集线器和温度控制器，支架内自上而下间隔设有三组煤粉分离器，煤粉分离器包括筛管，筛管上套设有接引槽和位于接引槽下方的固定螺母，接引槽上设有电阻丝和温度传感器，电阻丝和温度传感器分别通过数据线与集线器连接，集线器通过第三数据线与温度控制器连接，温度控制器与总控制系统通过总数据线连接；

所述的煤粉分离测试系统的输入端为第二连接管道一端，第一连接管道通过卡环与第二连接管道连接，第二连接管道伸入到支架内并通过卡箍与最上方的煤粉分离器的筛管连接，两个相邻的筛管通过卡箍连接，三段筛管上均设有出孔，筛管上在卡箍与接引槽之间倾斜设有筛板，筛板下端从出孔伸出，三块筛板的孔径从上到下逐渐变小；最下方的筛管下端通过第三连接管道与支架外的沉淀池连接。

6.根据权利要求5所述的煤层气垂直井水力压裂过程煤粉产出测试方法，其特征在于：包括如下步骤：

（1）根据试验需求制作试样，试样为单一煤层模拟试样和不同煤层模拟试样；具体制作方法为：选取煤样，将煤样破碎制成煤粉，筛选煤粉，选取不同粒径的煤粉进行胶结、压制成长方体状煤样，煤样中进行钻孔，钻孔的直径与压裂管的外管径相同，最终得到不同煤层模拟试样；选取同等粒径的煤粉进行胶结、压制成长方体状煤样，煤样中进行钻孔，钻孔的直径与压裂管的外管径相同，最终得到单一煤层模拟试样；

（2）将制作的若干单一煤层模拟试样和若干不同煤层模拟试样分为两组，进行力学性质测试，得出试样的力学参数；

（3）连接试验装置，对压裂动力系统进行气密性检测，具体气密性检测方法为：通过控制总控制系统间接关闭高压水控制阀并打开水泵机组，水泵机组通过第一高压水管抽取储水池内的水，水经过过滤器过滤后经第一高压水管进入气体增压室，当气体增压室内的水达到一定压力时，压裂动力控制器停止水泵机组工作，回流阀自动关闭，然后通过控制总控制系统间接打开气瓶控制阀和自动充气控制阀，高压气瓶组由第一高压气管向气体增压室注入高压气，高压气推动增压活塞开始对气体增压室增压，通过观察第一高压气管上的气压计上的气压变化对压裂动力系统的气密性进行检测，检测完毕后开始进行实验；

（4）将制作的若干单一煤层模拟试样和若干不同煤层模拟试样分为两组，并进行模拟不同煤储层特征条件下水力压裂过程中产出煤粉情况；

（5）通过设定压裂工艺参数结合实验分组，测试出不同压裂工艺参数情况下煤粉产出量和产出粒径，对比分析煤粉产出与不同压裂工艺间的关系，得出不同压裂工艺下煤粉产出规律；

（6）耦合分析不同情况组合下煤粉产出，得出不同煤层属性、地应力状态下最佳压裂参数的组合。

7.根据权利要求6所述的煤层气垂直井水力压裂过程煤粉产出测试方法，其特征在于：步骤（2）中所述的力学性质测试方法为通过声波时差监测仪对试样不同部位和层位进行测试，反算得出其力学参数。

8.根据权利要求6所述的煤层气垂直井水力压裂过程煤粉产出测试方法，其特征在于：步骤（2）中所述的力学性质测试方法为在电子万能压力实验机上进行煤样岩石力学性质测试，得出煤样的岩石力学性质参数。

9.根据权利要求6所述的煤层气垂直井水力压裂过程煤粉产出测试方法，其特征在于：步骤（4）中所述的对单一煤层模拟试样进行模拟不同煤储层特征条件下水力压裂过程中产出煤粉情况的方法为：

单一煤层煤样采用改变水力压裂工艺参数进行实验，首先对单一煤层模拟试样进行压，具体加压步骤为：将单一煤层模拟试样放入压裂模拟系统中的压裂室内，并将压裂管伸入到单一煤层模拟试样的钻孔内，同时将筛状的抗压垫板置于单一煤层模拟试样的上表面、左表面和右表面，将所有自控液压千斤顶的伸缩端与抗压垫板顶接配合，总控制系统通过控制地层压力模拟控制器间接的启动充液油泵机组，于此同时打开增压控制器并关闭降压控制器，手动关闭第一反排阀并打开增压阀，充液油箱内的工作油在充液油泵机组的驱动下，经充液过滤器过滤后进入增压腔，工作油推动顶杆下端的推进活塞，推进活塞向上推动顶杆，当顶杆与单一煤层模拟试样接触时，停止增压控制器，然后地层压力模拟控制器启动伺服油泵机组，伺服油箱内的工作油经伺服精密过滤器过滤后经第一油管和伺服管道进入油液增压室，油液增压室通过增压油管对增压腔增压，直至达到自控液压千斤顶底部的第二压力传感器上的设定值，设定值满足煤层原始状态下所受压力，至此完成加压；

然后对单一煤层模拟试样进行压裂，具体压裂方法为：先打开高压水控制阀，高压水经第三高压水管进入压裂管变成压裂液，然后压裂液进入压裂管，并且由压裂管上的射孔喷入到单一煤层模拟试样的钻孔，对单一煤层模拟试样进行压裂；

当压裂液穿透试样时，接着卸载单一煤层模拟试样周围的压力，具体操作为：压裂动力控制器通过控制自动充气控制阀调节不同的气体增压室工作，进而间接地调节压裂管中压裂液的流量，从而可降低压裂液的压力，于此同时伺服阀关闭，油液增压室内的工作油开始经第二油管并经伺服溢流阀和伺服冷却器返回至伺服油箱，打开降压控制器和降压阀，充液油泵机组通过充液过滤器向充液油管内注入工作油，工作油经降压控制器和降压阀进入降压腔，工作油接着向下推动活塞密封套，增压腔内的工作油由增压油管经第一反排阀、充液溢流阀返回至充液油箱，完成泄压作业；

泄压作业的同时，调节压裂液的流量，单一煤层模拟试样中形成裂缝，单一煤层模拟试样压裂脱落的煤粉经煤粉槽底部的第一连接管道和第二连接管道至筛管，煤粉经不同孔径的筛板过滤后，落至接引槽上，残余的压裂液经第三连接管道流入沉淀池，温度控制器启动电阻丝对接引槽上的煤粉进行烘干，然后分开收集烘干后的接引槽上的煤粉，测试得出煤粉的粒径分布和煤粉产出量；

试验需设定不同的压裂工艺参数并采用相同的方法进行实验，并且对煤粉产出量和粒径进行记录分析。

10.根据权利要求6所述的煤层气垂直井水力压裂过程煤粉产出测试方法，其特征在于：步骤（4）中所述的对单一煤层模拟试样进行模拟不同煤储层特征条件下水力压裂过程中产出煤粉情况的方法为：

不同构造煤比例的煤层煤样采用改变水力压裂工艺参数进行实验，首先对不同煤层模拟试样进行压，具体加压步骤为：将不同煤层模拟试样放入压裂模拟系统中的压裂室内，并将压裂管伸入到不同煤层模拟试样的钻孔内，同时将筛状的抗压垫板置于不同煤层模拟试样的上表面、左表面和右表面，将所有自控液压千斤顶的伸缩端与抗压垫板顶接配合，总控制系统通过控制地层压力模拟控制器间接的启动充液油泵机组，于此同时打开增压控制器并关闭降压控制器，手动关闭第一反排阀并打开增压阀，充液油箱内的工作油在充液油泵机组的驱动下，经充液过滤器过滤后进入增压腔，工作油推动顶杆下端的推进活塞，推进活塞向上推动顶杆，当顶杆与不同煤层模拟试样接触时，停止增压控制器，然后地层压力模拟控制器启动伺服油泵机组，伺服油箱内的工作油经伺服精密过滤器过滤后经第一油管和伺服管道进入油液增压室，油液增压室通过增压油管对增压腔增压，直至达到自控液压千斤顶底部的第二压力传感器上的设定值，设定值满足煤层原始状态下所受压力，至此完成加压；

然后对不同煤层模拟试样进行压裂，具体压裂方法为：先打开高压水控制阀，高压水经第三高压水管进入压裂管变成压裂液，然后压裂液进入压裂管，并且由压裂管上的射孔喷入到不同煤层模拟试样的钻孔内，对不同煤层模拟试样进行压裂；

当压裂液穿透试样时，接着卸载不同煤层模拟试样周围的压力，具体操作为：压裂动力控制器通过控制自动充气控制阀调节不同的气体增压室工作，进而维持压裂管中压裂液的流量不变，从而保证压裂液的压力不变，于此同时伺服阀关闭，油液增压室内的工作油开始经第二油管并经伺服溢流阀和伺服冷却器返回至伺服油箱，打开降压控制器和降压阀，充液油泵机组通过充液过滤器向充液油管内注入工作油，工作油经降压控制器和降压阀进入降压腔，工作油接着向下推动活塞密封套，增压腔内的工作油由增压油管经第一反排阀、充液溢流阀返回至充液油箱，完成泄压作业；

泄压作业的同时，保持压裂液的流量不变，不同煤层模拟试样中形成裂缝，不同煤层模拟试样压裂脱落的煤粉经煤粉槽底部的第一连接管道和第二连接管道至筛管，煤粉经不同孔径的筛板过滤后，落至接引槽上，残余的压裂液经第三连接管道流入沉淀池，温度控制器启动电阻丝对接引槽上的煤粉进行烘干，然后分开收集烘干后的接引槽上的煤粉，测试得出煤粉的粒径分布和煤粉产出量；

试验需设定相同的压裂工艺参数并采用相同的方法进行实验，并且对煤粉产出量和粒径进行记录分析。