CN108518209B - 考虑过渡带的煤系产层组合采井眼轨迹方位角的设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种考虑过渡带的煤系产层组合采井眼轨迹方位角的设计方法，包括以下步骤：以穿过试样模具底面中心的圆孔并与试样模具底面垂直的线为基准线，按照一定方位角将模拟井筒的井筒头朝下放置在圆孔中；将水泥、石英砂按比例混合，加水搅拌形成水泥浆并浇筑在试样模具的底层；将水泥、石英砂、煤粉按比例混合，加水搅拌形成含煤泥浆，配制至少十份含有不同比例煤粉的含煤泥浆，按照煤粉比例从小到大的顺序逐层浇筑在试样模具的中间层；将水泥、石英砂、煤粉按比例混合，加水搅拌形成含煤泥浆并浇筑在试样模具的顶层；根据模拟井筒在不同方位角下经过水力压裂产生裂缝的起裂位置和形态确定最佳方位角。本发明的设计方法，操作简单，省时省力。
Description
技术领域
本发明属于油气藏开发技术领域，具体涉及一种考虑过渡带的煤系产层组合采井眼轨迹方位角的设计方法。
背景技术
含煤系产层组中的天然气资源是非常规天然气的主要组成部分。煤系储层中的岩石类型和天然气赋存态多样，多套生储盖组合导致多套流体压力系统共存，互层明显且回旋性极强，由此在垂向上构成多层序叠置状态。生产实践表明限制煤系储层天然气产能的重要原因在于后期储层改造形成的人工裂缝存在层间干扰。
将煤系地层作为整体开发不仅可以增加非常规天然气总储量和技术可采资源量，还可以提高气井使用效率和单井利润，是未来非常规天然气勘探开发的重要领域。但是目前对煤系产层组煤层气、页岩气、致密砂岩气叠置含气系统的认识比较薄弱，对煤系产层垂向岩性渐变特征开展的裂缝扩展及形成机理的研究也相对缺乏。国内外针对煤系产层组的开发井型多为定向井，但是对于定向井的井眼轨迹优化，尤其是井眼方位角的优化研究甚少，至今都不清楚井眼方位对于煤系地层经过水力压裂后所形成的裂缝形态的影响。根据煤系储层地质特征在室内条件下通过开展水力压裂物理模拟研究直接观察不同岩性地层之间过渡带裂缝扩展机理对于指导含煤系产层组天然气开发具有重要意义。
按照沉积连续规律，在纵向上不同岩性的转变是渐变的，呈梯度变化，这类具有一定厚度的过渡岩性称为过渡带（或者过渡区）。压裂模拟试验作为认识煤系多储层组合压裂裂缝起裂及扩展行为的一种重要手段，如何制备适宜的物模试件是开展试验的前提和基础。申请公布号为CN105334090A的发明专利公开了一种含煤产层组压裂物模试样的制备方法，通过胶粘的方式将煤岩薄板与岩石薄板粘合在一起形成含煤产层组。但是该方法忽略了不同岩性之间过渡带的影响，从而导致该物模试样与实际的煤系储层存在很大差异。申请公布号为CN104034563A的发明专利公开了一种节理性页岩人造岩芯的制备方法，采用水泥和石英砂模拟层状页岩，通过添加麦片和碎纸片模拟页岩中的天然裂缝。由于采用麦片和碎纸片无法准确的控制弱面方向及其尺寸，因此对于煤层中存在的正交弱面，即端割理与面割理，无法进行准确的模拟。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种考虑过渡带的煤系产层组合采井眼轨迹方位角的设计方法，其按照先后顺序包括以下步骤：
步骤一：对模拟区块的井身结构进行统计分析，确定该区块定向井的井斜角范围；加工具有一定井斜角的模拟井筒；
步骤二：将试样模具放置在水平面上，在试样模具的底面中心开设圆孔；以穿过该圆孔并与该试样模具底面垂直的线为基准线，按照一定方位角将模拟井筒的井筒头朝下放置在圆孔中；
步骤三：将水泥、石英砂按照一定比例混合均匀，向混合物中加入水进行搅拌，形成水泥浆；将该水泥浆浇筑在试样模具的底层，即形成煤系产层组的岩石层；
步骤四：将水泥、石英砂、煤粉按照一定比例混合均匀，向混合物中加入水进行搅拌，形成含煤泥浆；配制至少十份含有不同比例煤粉的含煤泥浆，按照煤粉比例从小到大的顺序逐层浇筑在试样模具的中间层，即形成煤系产层组的过渡带；
步骤五：将水泥、石英砂、煤粉按照一定比例混合均匀，向混合物中加入水进行搅拌，形成含煤泥浆；将该含煤泥浆浇筑在试样模具的顶层，并在该含煤泥浆中插入若干个相互垂直的石蜡薄片，即形成煤系产层组的煤岩层；
步骤六：静置、干燥、成型后即可得到考虑过渡带的煤系产层组压裂物模试样；将物模试样翻转后放置在真三轴水力压裂试验机上，此时模拟井筒的井筒头朝上；
步骤七：将支撑剂放入水中充分搅拌，并在搅拌的同时放入示踪剂，即可得到压裂液；将压裂液注入真三轴水力压裂试验机，开展水力压裂物理模拟试验，试验结束后通过示踪剂记录裂缝的起裂位置和形态；
步骤八：根据模拟井筒在不同方位角的条件下经过水力压裂物理模拟试验产生裂缝的起裂位置和形态，确定适合该区块的井眼轨迹的方位角。
优选的是，所述试样模具的内腔尺寸为300mm×300mm×300mm或400mm×400mm×400mm。两种尺寸的物模试样分别对应现有的300mm真三轴模拟压裂试验系统和400mm真三轴模拟压裂试验系统。
在上述任一方案中优选的是，所述水泥为复合硅酸盐水泥，所述石英砂的粒度为80-120目。复合硅酸盐水泥具有良好的配伍性和较高的胶结强度。80-100目的石英砂能够与复合硅酸盐水泥进行充分、均匀的混合。
在上述任一方案中优选的是，步骤一中，所述模拟井筒包括垂直段和定向段，所述垂直段位于煤系产层组的岩石层中，所述定向段的井眼位于煤系产层组的过渡带的中间层区域。所述模拟井筒的裸眼段位于煤系产层组的过渡带或煤岩层中。
在上述任一方案中优选的是，所述模拟井筒的外径为15-20mm、内径为10-15mm。
在上述任一方案中优选的是，所述垂直段的长度为40-80mm，所述定向段的长度为80-150mm。
在上述任一方案中优选的是，所述井斜角为30-60º，所述井斜角位于煤系产层组的岩石层中。
在上述任一方案中优选的是，步骤三中，所述水泥浆中水泥与石英砂的体积比为1:1，加入水的质量为水泥和石英砂总质量的15-25%。
在上述任一方案中优选的是，所述水泥浆在所述试样模具中浇筑的高度为50-100mm。
在上述任一方案中优选的是，步骤四中，配制十份含煤泥浆，十份含煤泥浆中水泥、石英砂、煤粉的体积比按照煤粉比例从小到大的顺序分别为1:1:0.05-0.15、1:1:0.15-0.25、1:1:0.25-0.45、1:1:0.45-0.8、1:1:0.8-1.3、1:1:1.3-1.8、1:1:1.8-2.6、1:1:2.6-3.4、1:1:3.4-3.9、1:1:3.9-4.25。本发明通过大量试验证明，在岩石层与煤岩层之间，煤质的含量呈现逐级增加的状态，这一区域为过渡带，水泥、石英砂、煤粉采用上述配比时，形成的过渡带与真实煤系产层组最接近，甚至一样；在过渡带中的十层含煤泥浆中，煤粉含量的增加幅度由小到大，再由大到小，逐级过渡，避免了由于变化幅度的突然增大或减小而带来的后续压裂过程的不顺利；水泥、石英砂、煤粉采用上述配比时，能够获得最大化的缝网展布。
在上述任一方案中优选的是，所述煤系产层组的过渡带超过十层的含煤泥浆，其中水泥、石英砂、煤粉的体积比均为1:1:4.25-4.45。本发明通过大量试验证明，当过渡带的含煤泥浆超过十层时，煤质含量基本稳定，不会大幅度变化，此时水泥、石英砂、煤粉采用上述配比时，能够获得最大化的缝网展布。
在上述任一方案中优选的是，每份含煤泥浆中加入水的质量为该份含煤泥浆中水泥、石英砂、煤粉总质量的10-20%。
在上述任一方案中优选的是，所述煤系产层组的过渡带中每份含煤泥浆的质量均相等。
在上述任一方案中优选的是，所述煤系产层组的过渡带中自下而上浇筑含煤泥浆，每层浇筑完后静置3-5min。本发明通过大量试验证明，每层浇筑完后静置3-5min，能够使该层的含煤泥浆自然渗透，既不会与相邻层的含煤泥浆混溶在一起，也不会与相邻层的含煤泥浆之间产生界面。
在上述任一方案中优选的是，步骤五中，所述含煤泥浆中水泥、石英砂、煤粉的体积比为1:1:5，加入水的质量为水泥、石英砂、煤粉总质量的15-25%。
在上述任一方案中优选的是，所述含煤泥浆在所述试样模具中浇筑的高度为50-100mm。
在上述任一方案中优选的是，每相邻两个平行的石蜡薄片之间的距离为5-10mm。
在上述任一方案中优选的是，所述石蜡薄片的厚度为0.5-1mm；所述石蜡薄片的高度与所述煤系产层组的煤岩层的高度相等。石蜡薄片在煤岩层中必须呈现竖直向下的状态。石蜡薄片的熔点在40-70℃之间，物模试样充分干燥后，将其加热到一定温度时，石蜡薄片便融化，并在物模试样内部形成方格状的裂缝，以模拟真实煤岩中存在的成正交状的面割理和端割理。
在上述任一方案中优选的是，步骤六中，所述干燥为自然晾干，持续晾干时间为1-3天。通过本发明的方法制备的物模试样，在很短的时间内就能充分干燥，且物模试样的内部也能够充分干燥。
压裂液是由水、瓜胶、荧光粉还有支撑剂充分搅拌制得，煤岩经过压裂试验后，支撑剂在煤岩裂缝内分布，通过观察支撑剂就能够分析出裂缝的起裂位置和裂缝形态。荧光粉的作用是观察支撑剂在裂缝内的分布，荧光粉在荧光灯下能够显示出与煤岩不同的鲜亮颜色，这能够使人清楚的观察裂缝的起裂位置和裂缝形态。
水力压裂物理模拟试验采用中国石油大学（北京）自主研发的大尺寸真三轴水力压裂系统，该系统分为5个部分，分别为伺服增压系统、液压稳压源、声发射仪、油水分离器和真三轴岩芯试验架。将物模试样放置在真三轴岩芯试验架上，压裂液先经过油水分离器，然后通过管线进入到模拟井筒垂直段上端的井筒头，井筒头采用螺纹密封。为了模拟真实地层条件，需要使用液压稳压源向物模试样施加模拟三向地应力，三向地应力的大小都不相同，但均在0-30MPa范围内。伺服增压系统控制油水分离器，将压裂液注入到模拟井筒中。
本发明的考虑过渡带的煤系产层组合采井眼轨迹方位角的设计方法，其操作简单，省时省力。通过对模拟井筒在不同方位角下的物模试样进行室内水力压裂模拟试验，观察试验后在不同方位角下形成的裂缝起裂位置和裂缝形态，并进行对比分析，优化井眼轨迹的方位角。其中试验结果最优的是裂缝在煤系地层过渡带起裂，并穿透岩石层、过渡带和煤岩层，形成扩展至物模试样边缘的纵向裂缝面。该裂缝面有可能与最大主应力方向平行，也有可能与最大主应力方向有一定的夹角。采用本发明的设计方法对井眼轨迹的方位角进行优化时，如果试验过程中出现最优结果，并且裂缝面与最大主应力方向平行，则该方位角即为最优方位角；如果试验过程中出现最优结果，但裂缝面均与最大主应力方向成一定夹角时，则选取夹角最小的方位角为最优方位角。
本发明的设计方法中需要制备考虑过渡带的煤系产层组压裂物模试样，物模试样的制备方法简单，省原料，效率高，该制备方法可以制备带有含煤过渡带，同时经过处理后能够产生网格状裂缝的含煤水泥试样，能够准确地模拟含煤产层组的物理性质。该制备方法通过变换煤粉在泥浆中的配比，模拟了实际含煤产层岩性交界处煤质含量的渐变特征，同时通过在试样中预先放置易熔性石蜡薄片，加热试样后即可人为制造网格状的裂缝，以模拟煤岩中广泛存在的面割理和端割理，使制备的物模试样与真实的含煤产层组在力学性质上无限接近。
附图说明
图1为按照本发明的考虑过渡带的煤系产层组合采井眼轨迹方位角的设计方法的一优选实施例的模拟井筒示意图；
图2为按照本发明的考虑过渡带的煤系产层组合采井眼轨迹方位角的设计方法的图1所示实施例的压裂物模试样示意图。
图中标注说明：
1-模拟井筒，11-垂直段，12-定向段，13-井斜角；
2-压裂物模试样，21-煤系产层组的岩石层，22-煤系产层组的过渡带，23-煤系产层组的煤岩层，24-石蜡薄片。
具体实施方式
为了更进一步了解本发明的发明内容，下面将结合具体实施例详细阐述本发明。
实施例一：
如图1-2所示，按照本发明的考虑过渡带的煤系产层组合采井眼轨迹方位角的设计方法的一实施例，其按照先后顺序包括以下步骤：
步骤一：对模拟区块的井身结构进行统计分析，确定该区块定向井的井斜角范围；加工具有一定井斜角13的模拟井筒1；
步骤二：将试样模具放置在水平面上，在试样模具的底面中心开设圆孔；以穿过该圆孔并与该试样模具底面垂直的线为基准线，按照一定方位角将模拟井筒1的井筒头朝下放置在圆孔中；
步骤三：将水泥、石英砂按照一定比例混合均匀，向混合物中加入水进行搅拌，形成水泥浆；将该水泥浆浇筑在试样模具的底层，即形成煤系产层组的岩石层21；
步骤四：将水泥、石英砂、煤粉按照一定比例混合均匀，向混合物中加入水进行搅拌，形成含煤泥浆；配制至少十份含有不同比例煤粉的含煤泥浆，按照煤粉比例从小到大的顺序逐层浇筑在试样模具的中间层，即形成煤系产层组的过渡带22；
步骤五：将水泥、石英砂、煤粉按照一定比例混合均匀，向混合物中加入水进行搅拌，形成含煤泥浆；将该含煤泥浆浇筑在试样模具的顶层，并在该含煤泥浆中插入若干个相互垂直的石蜡薄片24，即形成煤系产层组的煤岩层23；
步骤六：静置、干燥、成型后即可得到考虑过渡带的煤系产层组压裂物模试样2；将物模试样翻转后放置在真三轴水力压裂试验机上，此时模拟井筒的井筒头朝上；
步骤七：将支撑剂放入水中充分搅拌，并在搅拌的同时放入示踪剂，即可得到压裂液；将压裂液注入真三轴水力压裂试验机，开展水力压裂物理模拟试验，试验结束后通过示踪剂记录裂缝的起裂位置和形态；
步骤八：根据模拟井筒在不同方位角的条件下经过水力压裂物理模拟试验产生裂缝的起裂位置和形态，确定适合该区块的井眼轨迹的方位角。
所述试样模具的内腔尺寸为300mm×300mm×300mm。所述水泥为复合硅酸盐水泥，所述石英砂的粒度为80目。复合硅酸盐水泥具有良好的配伍性和较高的胶结强度。80目的石英砂能够与复合硅酸盐水泥进行充分、均匀的混合。
步骤一中，所述模拟井筒1包括垂直段11和定向段12，所述垂直段11位于煤系产层组的岩石层21中，所述定向段12的井眼位于煤系产层组的过渡带22的中间层区域。所述模拟井筒1的外径为15mm、内径为10mm。所述垂直段11的长度为80mm，所述定向段12的长度为80mm。所述井斜角13为45º，所述井斜角12位于煤系产层组的岩石层21中。
步骤二中，所述方位角为30º。
步骤三中，所述水泥浆中水泥与石英砂的体积比为1:1，加入水的质量为水泥和石英砂总质量的15%。所述水泥浆在所述试样模具中浇筑的高度为100mm。
步骤四中，配制十份含煤泥浆，十份含煤泥浆中水泥、石英砂、煤粉的体积比按照煤粉比例从小到大的顺序分别为1:1:0.05、1:1:0.15、1:1:0.25、1:1:0.45、1:1:0.8、1:1:1.3、1:1:1.8、1:1:2.6、1:1:3.4、1:1:3.9。本实施例通过大量试验证明，水泥、石英砂、煤粉采用上述配比时，形成的过渡带与真实煤系产层组非常接近，甚至一样；在过渡带中的十层含煤泥浆中，煤粉含量的增加幅度由小到大，再由大到小，逐级过渡，避免了由于变化幅度的突然增大或减小而带来的后续压裂过程的不顺利；水泥、石英砂、煤粉采用上述配比时，能够获得最大化的缝网展布。每份含煤泥浆中加入水的质量为该份含煤泥浆中水泥、石英砂、煤粉总质量的10%。所述煤系产层组的过渡带中每份含煤泥浆的质量均相等。所述煤系产层组的过渡带中自下而上浇筑含煤泥浆，每层浇筑完后静置3min。本实施例通过大量试验证明，每层浇筑完后静置3min，能够使该层的含煤泥浆自然渗透，既不会与相邻层的含煤泥浆混溶在一起，也不会与相邻层的含煤泥浆之间产生界面。
步骤五中，所述含煤泥浆中水泥、石英砂、煤粉的体积比为1:1:5，加入水的质量为水泥、石英砂、煤粉总质量的15%。所述含煤泥浆在所述试样模具中浇筑的高度为100mm。每相邻两个平行的石蜡薄片之间的距离为10mm。所述石蜡薄片的厚度为0.5mm；所述石蜡薄片的高度与所述煤系产层组的煤岩层的高度相等。石蜡薄片的熔点在40-70℃之间，物模试样充分干燥后，将其加热到一定温度时，石蜡薄片便融化，并在物模试样内部形成方格状的裂缝，以模拟真实煤岩中存在的成正交状的面割理和端割理。
步骤六中，所述干燥为自然晾干，持续晾干时间为1天。通过本实施例的方法制备的物模试样，在很短的时间内就能充分干燥，且物模试样的内部也能够充分干燥。
压裂液是由水、瓜胶、荧光粉还有支撑剂充分搅拌制得，煤岩经过压裂试验后，支撑剂在煤岩裂缝内分布，通过观察支撑剂就能够分析出裂缝的起裂位置和裂缝形态。荧光粉的作用是观察支撑剂在裂缝内的分布，荧光粉在荧光灯下能够显示出与煤岩不同的鲜亮颜色，这能够使人清楚的观察裂缝的起裂位置和裂缝形态。
水力压裂物理模拟试验采用中国石油大学（北京）自主研发的大尺寸真三轴水力压裂系统，该系统分为5个部分，分别为伺服增压系统、液压稳压源、声发射仪、油水分离器和真三轴岩芯试验架。将物模试样放置在真三轴岩芯试验架上，压裂液先经过油水分离器，然后通过管线进入到模拟井筒垂直段上端的井筒头，井筒头采用螺纹密封。为了模拟真实地层条件，需要使用液压稳压源向物模试样施加模拟三向地应力，三向地应力的大小都不相同，但均在0-30MPa范围内。伺服增压系统控制油水分离器，将压裂液注入到模拟井筒中。
本实施例的考虑过渡带的煤系产层组合采井眼轨迹方位角的设计方法，其操作简单，省时省力。通过对模拟井筒在不同方位角下的物模试样进行室内水力压裂模拟试验，观察试验后在不同方位角下形成的裂缝起裂位置和裂缝形态，并进行对比分析，优化井眼轨迹的方位角。其中试验结果最优的是裂缝在煤系地层过渡带起裂，并穿透岩石层、过渡带和煤岩层，形成扩展至物模试样边缘的纵向裂缝面。该裂缝面有可能与最大主应力方向平行，也有可能与最大主应力方向有一定的夹角。采用本实施例的设计方法对井眼轨迹的方位角进行优化时，如果试验过程中出现最优结果，并且裂缝面与最大主应力方向平行，则该方位角即为最优方位角；如果试验过程中出现最优结果，但裂缝面均与最大主应力方向成一定夹角时，则选取夹角最小的方位角为最优方位角。
本实施例的设计方法中需要制备考虑过渡带的煤系产层组压裂物模试样，物模试样的制备方法简单，省原料，效率高，该制备方法可以制备带有含煤过渡带，同时经过处理后能够产生网格状裂缝的含煤水泥试样，能够准确地模拟含煤产层组的物理性质。该制备方法通过变换煤粉在泥浆中的配比，模拟了实际含煤产层岩性交界处煤质含量的渐变特征，同时通过在试样中预先放置易熔性石蜡薄片，加热试样后即可人为制造网格状的裂缝，以模拟煤岩中广泛存在的面割理和端割理，使制备的物模试样与真实的含煤产层组在力学性质上无限接近。
实施例二：
按照本发明的考虑过渡带的煤系产层组压裂物模试样的制备方法的另一实施例，其具体步骤、制备原理、有益效果等均与实施例一相同，不同的是：
所述石英砂的粒度为120目；
步骤一中，所述模拟井筒的外径为20mm、内径为15mm。所述垂直段的长度为40mm，所述定向段的长度为150mm，所述井斜角为30º。
步骤二中，所述方位角为60º。
步骤三中，所述水泥浆中加入水的质量为水泥和石英砂总质量的25%。所述水泥浆在所述试样模具中浇筑的高度为50mm。
步骤四中，十份含煤泥浆中水泥、石英砂、煤粉的体积比按照煤粉比例从小到大的顺序分别为1:1:0.15、1:1:0.25、1:1:0.45、1:1:0.8、1:1:1.3、1:1:1.8、1:1:2.6、1:1:3.4、1:1:3.9、1:1:4.25。每份含煤泥浆中加入水的质量为该份含煤泥浆中水泥、石英砂、煤粉总质量的20%。所述煤系产层组的过渡带中自下而上浇筑含煤泥浆，每层浇筑完后静置5min。
步骤五中，所述含煤泥浆中加入水的质量为水泥、石英砂、煤粉总质量的25%。所述含煤泥浆在所述试样模具中浇筑的高度为50mm。每相邻两个平行的石蜡薄片之间的距离为5mm，所述石蜡薄片的厚度为1mm。
步骤六中，持续晾干时间为3天。
实施例三：
按照本发明的考虑过渡带的煤系产层组压裂物模试样的制备方法的另一实施例，其具体步骤、制备原理、有益效果等均与实施例一相同，不同的是：
所述石英砂的粒度为100目；
步骤一中，所述模拟井筒的外径为18mm、内径为13mm。所述垂直段的长度为60mm，所述定向段的长度为110mm，所述井斜角为60º。
步骤二中，所述方位角为45º。
步骤三中，所述水泥浆中加入水的质量为水泥和石英砂总质量的20%。所述水泥浆在所述试样模具中浇筑的高度为80mm。
步骤四中，十份含煤泥浆中水泥、石英砂、煤粉的体积比按照煤粉比例从小到大的顺序分别为1:1:0.1、1:1:0.2、1:1:0.35、1:1:0.6、1:1:1.0、1:1:1.5、1:1:2.2、1:1:3.0、1:1:3.6、1:1:4.1。每份含煤泥浆中加入水的质量为该份含煤泥浆中水泥、石英砂、煤粉总质量的15%。所述煤系产层组的过渡带中自下而上浇筑含煤泥浆，每层浇筑完后静置4min。
步骤五中，所述含煤泥浆中加入水的质量为水泥、石英砂、煤粉总质量的20%。所述含煤泥浆在所述试样模具中浇筑的高度为80mm。每相邻两个平行的石蜡薄片之间的距离为10mm，所述石蜡薄片的厚度为0.5mm。
步骤六中，持续晾干时间为2天。
实施例四：
按照本发明的考虑过渡带的煤系产层组压裂物模试样的制备方法的另一实施例，其具体步骤、制备原理、有益效果等均与实施例一相同，不同的是：
步骤一中，所述模拟井筒的外径为12mm、内径为10mm。所述垂直段的长度为70mm，所述定向段的长度为100mm，所述井斜角为40º。
步骤二中，所述方位角为90º。
步骤三中，所述水泥浆中加入水的质量为水泥和石英砂总质量的18%。所述水泥浆在所述试样模具中浇筑的高度为90mm。
步骤四中，十份含煤泥浆中水泥、石英砂、煤粉的体积比按照煤粉比例从小到大的顺序分别为1:1:0.08、1:1:0.18、1:1:0.3、1:1:0.55、1:1:0.9、1:1:1.4、1:1:2.0、1:1:2.8、1:1:3.5、1:1:4.0。每份含煤泥浆中加入水的质量为该份含煤泥浆中水泥、石英砂、煤粉总质量的13%。
步骤五中，所述含煤泥浆中加入水的质量为水泥、石英砂、煤粉总质量的18%。所述含煤泥浆在所述试样模具中浇筑的高度为90mm。
实施例五：
按照本发明的考虑过渡带的煤系产层组压裂物模试样的制备方法的另一实施例，其具体步骤、制备原理、有益效果等均与实施例一相同，不同的是：
步骤一中，所述模拟井筒的外径为19mm、内径为14mm。所述垂直段的长度为50mm，所述定向段的长度为120mm，所述井斜角为50º。
步骤二中，所述方位角为120º。
步骤三中，所述水泥浆中加入水的质量为水泥和石英砂总质量的22%。所述水泥浆在所述试样模具中浇筑的高度为70mm。
步骤四中，十份含煤泥浆中水泥、石英砂、煤粉的体积比按照煤粉比例从小到大的顺序分别为1:1:0.12、1:1:0.22、1:1:0.4、1:1:0.7、1:1:1.15、1:1:1.65、1:1:2.4、1:1:3.2、1:1:3.75、1:1:4.2。每份含煤泥浆中加入水的质量为该份含煤泥浆中水泥、石英砂、煤粉总质量的18%。
步骤五中，所述含煤泥浆中加入水的质量为水泥、石英砂、煤粉总质量的22%。所述含煤泥浆在所述试样模具中浇筑的高度为70mm。
实施例六：
按照本发明的考虑过渡带的煤系产层组压裂物模试样的制备方法的另一实施例，其具体步骤、制备原理、有益效果等均与实施例一相同，不同的是：
步骤四中，配制十一份含煤泥浆，第十一份含煤泥浆中水泥、石英砂、煤粉的体积比为1:1:4.25。本实施例通过大量试验证明，当过渡带的含煤泥浆超过十层时，煤质含量基本稳定，不会大幅度变化，此时水泥、石英砂、煤粉采用上述配比时，能够获得最大化的缝网展布。
实施例七：
按照本发明的考虑过渡带的煤系产层组压裂物模试样的制备方法的另一实施例，其具体步骤、制备原理、有益效果等均与实施例二相同，不同的是：
步骤四中，配制十二份含煤泥浆，第十一份和第十二份含煤泥浆中水泥、石英砂、煤粉的体积比均为1:1:4.45。本实施例通过大量试验证明，当过渡带的含煤泥浆超过十层时，煤质含量基本稳定，不会大幅度变化，此时水泥、石英砂、煤粉采用上述配比时，能够获得最大化的缝网展布。
实施例八：
按照本发明的考虑过渡带的煤系产层组压裂物模试样的制备方法的另一实施例，其具体步骤、制备原理、有益效果等均与实施例三相同，不同的是：
步骤四中，配制十三份含煤泥浆，第十一份至第十三份含煤泥浆中水泥、石英砂、煤粉的体积比分别为1:1:4.45、1:1:4.3、1:1:4.25。本实施例通过大量试验证明，当过渡带的含煤泥浆超过十层时，煤质含量基本稳定，不会大幅度变化，此时水泥、石英砂、煤粉采用上述配比时，能够获得最大化的缝网展布。
实施例九：
按照本发明的考虑过渡带的煤系产层组压裂物模试样的制备方法的另一实施例，其具体步骤、制备原理、有益效果等均与实施例四相同，不同的是：
步骤四中，配制十四份含煤泥浆，第十一份至第十四份含煤泥浆中水泥、石英砂、煤粉的体积比分别为1:1:4.3、1:1:4.4、1:1:4.25、1:1:4.45。本实施例通过大量试验证明，当过渡带的含煤泥浆超过十层时，煤质含量基本稳定，不会大幅度变化，此时水泥、石英砂、煤粉采用上述配比时，能够获得最大化的缝网展布。
实施例十：
按照本发明的考虑过渡带的煤系产层组压裂物模试样的制备方法的另一实施例，其具体步骤、制备原理、有益效果等均与实施例五相同，不同的是：
步骤四中，配制十五份含煤泥浆，第十一份至第十五份含煤泥浆中水泥、石英砂、煤粉的体积比分别为1:1:4.35、1:1:4.45、1:1:4.3、1:1:4.35。本实施例通过大量试验证明，当过渡带的含煤泥浆超过十层时，煤质含量基本稳定，不会大幅度变化，此时水泥、石英砂、煤粉采用上述配比时，能够获得最大化的缝网展布。
本领域技术人员不难理解，本发明的考虑过渡带的煤系产层组合采井眼轨迹方位角的设计方法包括上述本发明说明书的发明内容和具体实施方式部分以及附图所示出的各部分的任意组合，限于篇幅并为使说明书简明而没有将这些组合构成的各方案一一描述。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (19)
1.一种考虑过渡带的煤系产层组合采井眼轨迹方位角的设计方法，其按照先后顺序包括以下步骤：
步骤一：对模拟区块的井身结构进行统计分析，确定该区块定向井的井斜角范围；加工具有一定井斜角的模拟井筒；
步骤二：将试样模具放置在水平面上，在试样模具的底面中心开设圆孔；以穿过该圆孔并与该试样模具底面垂直的线为基准线，按照一定方位角将模拟井筒的井筒头朝下放置在圆孔中；
步骤三：将水泥、石英砂按照一定比例混合均匀，向混合物中加入水进行搅拌，形成水泥浆；将该水泥浆浇筑在试样模具的底层，即形成煤系产层组的岩石层；
步骤四：将水泥、石英砂、煤粉按照一定比例混合均匀，向混合物中加入水进行搅拌，形成含煤泥浆；配制至少十份含有不同比例煤粉的含煤泥浆，按照煤粉比例从小到大的顺序逐层浇筑在试样模具的中间层，即形成煤系产层组的过渡带；
步骤五：将水泥、石英砂、煤粉按照一定比例混合均匀，向混合物中加入水进行搅拌，形成含煤泥浆；将该含煤泥浆浇筑在试样模具的顶层，并在该含煤泥浆中插入若干个相互垂直的石蜡薄片，即形成煤系产层组的煤岩层；
步骤六：静置、干燥、成型后即可得到考虑过渡带的煤系产层组压裂物模试样；将物模试样翻转后放置在真三轴水力压裂试验机上，此时模拟井筒的井筒头朝上；
步骤七：将支撑剂放入水中充分搅拌，并在搅拌的同时放入示踪剂，即可得到压裂液；将压裂液注入真三轴水力压裂试验机，开展水力压裂物理模拟试验，试验结束后通过示踪剂记录裂缝的起裂位置和形态；
步骤八：根据模拟井筒在不同方位角的条件下经过水力压裂物理模拟试验产生裂缝的起裂位置和形态，确定适合该区块的井眼轨迹的方位角。
2.如权利要求1所述的考虑过渡带的煤系产层组合采井眼轨迹方位角的设计方法，其特征在于：所述试样模具的内腔尺寸为300mm×300mm×300mm或400mm×400mm×400mm。
3.如权利要求1所述的考虑过渡带的煤系产层组合采井眼轨迹方位角的设计方法，其特征在于：所述水泥为复合硅酸盐水泥，所述石英砂的粒度为80-120目。
4.如权利要求1所述的考虑过渡带的煤系产层组合采井眼轨迹方位角的设计方法，其特征在于：步骤一中，所述模拟井筒包括垂直段和定向段，所述垂直段位于煤系产层组的岩石层中，所述定向段的井眼位于煤系产层组的过渡带的中间层区域。
5.如权利要求4所述的考虑过渡带的煤系产层组合采井眼轨迹方位角的设计方法，其特征在于：所述模拟井筒的外径为15-20mm、内径为10-15mm。
6.如权利要求5所述的考虑过渡带的煤系产层组合采井眼轨迹方位角的设计方法，其特征在于：所述垂直段的长度为40-80mm，所述定向段的长度为80-150mm。
7.如权利要求6所述的考虑过渡带的煤系产层组合采井眼轨迹方位角的设计方法，其特征在于：所述井斜角为30-60°，所述井斜角位于煤系产层组的岩石层中。
8.如权利要求1所述的考虑过渡带的煤系产层组合采井眼轨迹方位角的设计方法，其特征在于：步骤三中，所述水泥浆中水泥与石英砂的体积比为1:1，加入水的质量为水泥和石英砂总质量的15-25％。
9.如权利要求8所述的考虑过渡带的煤系产层组合采井眼轨迹方位角的设计方法，其特征在于：所述水泥浆在所述试样模具中浇筑的高度为50-100mm。
10.如权利要求1所述的考虑过渡带的煤系产层组合采井眼轨迹方位角的设计方法，其特征在于：步骤四中，配制十份含煤泥浆，十份含煤泥浆中水泥、石英砂、煤粉的体积比按照煤粉比例从小到大的顺序分别为1:1:0.05-0.15、1:1:0.15-0.25、1:1:0.25-0.45、1:1:0.45-0.8、1:1:0.8-1.3、1:1:1.3-1.8、1:1:1.8-2.6、1:1:2.6-3.4、1:1:3.4-3.9、1:1:3.9-4.25。
11.如权利要求10所述的考虑过渡带的煤系产层组合采井眼轨迹方位角的设计方法，其特征在于：所述煤系产层组的过渡带超过十层所述步骤四中的含煤泥浆，其中水泥、石英砂、煤粉的体积比均为1:1:4.25-4.45。
12.如权利要求11所述的考虑过渡带的煤系产层组合采井眼轨迹方位角的设计方法，其特征在于：所述步骤四中每份含煤泥浆中加入水的质量为该份含煤泥浆中水泥、石英砂、煤粉总质量的10-20％。
13.如权利要求12所述的考虑过渡带的煤系产层组合采井眼轨迹方位角的设计方法，其特征在于：所述煤系产层组的过渡带中每份含煤泥浆的质量均相等。
14.如权利要求13所述的考虑过渡带的煤系产层组合采井眼轨迹方位角的设计方法，其特征在于：所述煤系产层组的过渡带中自下而上浇筑含煤泥浆，每层浇筑完后静置3-5min。
15.如权利要求1所述的考虑过渡带的煤系产层组合采井眼轨迹方位角的设计方法，其特征在于：步骤五中，所述含煤泥浆中水泥、石英砂、煤粉的体积比为1:1:5，加入水的质量为水泥、石英砂、煤粉总质量的15-25％。
16.如权利要求15所述的考虑过渡带的煤系产层组合采井眼轨迹方位角的设计方法，其特征在于：所述步骤五中含煤泥浆在所述试样模具中浇筑的高度为50-100mm。
17.如权利要求16所述的考虑过渡带的煤系产层组合采井眼轨迹方位角的设计方法，其特征在于：每相邻两个平行的石蜡薄片之间的距离为5-10mm。
18.如权利要求17所述的考虑过渡带的煤系产层组合采井眼轨迹方位角的设计方法，其特征在于：所述石蜡薄片的厚度为0.5-1mm；所述石蜡薄片的高度与所述煤系产层组的煤岩层的高度相等。
19.如权利要求1所述的考虑过渡带的煤系产层组合采井眼轨迹方位角的设计方法，其特征在于：步骤六中，所述干燥为自然晾干，持续晾干时间为1-3天。
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