CN110082176B - 预插板式的层理性页岩靶的制作方法及层理性页岩靶 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种预插板式的层理性页岩靶的制作方法及层理性页岩靶，该方法包括：获取页岩靶射孔实验中要求的页岩靶的尺寸、页岩靶中页岩层的数量、每一层页岩层的填充厚度及填充物料、相邻两页岩层间的交界层的填充厚度及填充物料；根据所述页岩靶的尺寸制作页岩靶壳模具，所述页岩靶壳模具的内部空腔被隔层挡板分隔成依次相邻的多个页岩层填充腔；将每一层页岩层的填充物料浇筑到对应的页岩层填充腔中；对所述隔层挡板进行脱模处理，在每个隔层挡板脱模形成的间隙中浇筑对应的交界层的填充物料，得到层理性页岩靶。本发明解决了现有技术的页岩模型的制作方法无法制作出适合进行地面射孔实验的页岩靶的技术问题。

Description

预插板式的层理性页岩靶的制作方法及层理性页岩靶

技术领域

本发明涉及页岩气储层体积压裂增产技术领域，具体而言，涉及一种预插板式的层理性页岩靶的制作方法及层理性页岩靶。

背景技术

页岩气是指赋存于富有机质泥页岩及其夹层中，以吸附和游离状态为主要存在方式的非常规天然气，是一种清洁、高效的能源资源和化工原料，和常规天然气相比，页岩气资源主要具有以下特点：(1)储量丰富。据估计，世界页岩气资源量为457万亿立方米，同常规天然气资源量相当，其中页岩气技术可采资源量为187万亿立方米。全球页岩气技术可采资源量排名前5位国家依次为：中国(36万亿立方米，约占20％)、美国(24万亿立方米，约占13％)、阿根廷、墨西哥和南非。中国页岩气资源丰富，技术可采资源量为36万亿立方米，是常规天然气的1.6倍。在开采技术成熟、经济性适当时，将会产生巨大的商业价值。(2)开采寿命长，生产周期长。页岩气的形成和富集有着自身独特的特点，往往分布在盆地内厚度较大、分布广的页岩烃源岩地层中，因此普遍含气丰富，生产周期长，一般为30-50年，具有很高的工业经济价值。(3)保护环境，相比于一些天然气储藏，页岩气主要以甲烷为主，开采过程中有毒有害气体较少，清洁安全，保护环境。因此在石油资源日益枯竭的今天，页岩气正受到人们越来越多的重视，美国领导下页岩革命也已经在全世界范围内不断掀起新的高潮。我国作为页岩气储量大国，资源潜力巨大，如何高效的开发页岩气资源是关系到经济快速发展和国民生活改善的重大课题。

页岩气储层具有低孔低渗等特征，开发主要依靠水平井结合大规模分段压裂技术，形成大规模缝网，给页岩气提供较好的流动通道，最终实现体积压裂，其中分段压裂技术包括多层压裂技术、清水压裂技术、重复压裂技术及最新的同步压裂技术，这些技术正不断提高着页岩气井的产量，而根据地层的性质进行合理的分段布簇及优化射孔参数(可简称为分簇射孔)则是实现分段压裂进而形成有效缝网体的基本前提。

图2和图3分别是现有技术的页岩气储层均匀分簇以及非均匀页岩气储层非均匀分簇射孔示意图。相比与欧美开发比较成功的较为均质的页岩气储层可以采用均匀分簇，我国的页岩区块普遍经历了更加复杂的地质构造运动，储层非均质性极为突出，如图2和图3所示。储层非均质性主要表现在以下几个方面：(1)岩石力学性质更加复杂，(2)层理和天然裂缝充分发育，(3)地应力方向和大小难以准确测定，(4)储层岩性多变，(5)不同深度储层温度差异大。此时若采用常规的均匀分簇射孔方法(孔密度、孔深、孔径、簇间距等参数保持不变)进行射孔压裂时，常会出现储层起裂困难、缝网难以有效形成、不同射孔簇产量波动剧烈等诸多问题，给高效开发页岩带来巨大挑战。因此探索适合我国非均质页岩的非均匀分簇射孔参数优化方法显得至关重要。

但目前针对非均质性页岩孔簇参数优化研究主要侧重于从数值模拟的角度对均匀分簇射孔的簇间距进行优化，包括起裂模型优化、裂缝扩展模型优化等，这些方法一定程度为页岩高效压裂提供了借鉴和指导，但也存在页岩非均质性难以有效模拟、孔缝模型假设过于理想、计算参数选取缺乏实验依据、裂缝扩展机理和扩展规律研究模糊、研究结果适用范围窄效果差等诸多问题。

为了研究非均质页岩分簇射孔后孔道特性及裂缝延伸情况，进行地面射孔实验是最直观且可靠的一种方法，而模拟天然页岩成分和结构的人工大尺度多层页岩靶的制作则是一项关键技术，其尺度及模拟准确性直接关系到射孔实验分析的成败。而现有技术中，CN109164504A、CN105601169B及CN104007463A均公开了页岩模型的制作方法，但存在层理单一、尺度过小、未体现层间特性等问题，无法根据现有技术制作出适合进行地面射孔实验的页岩靶。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种预插板式的层理性页岩靶的制作方法及层理性页岩靶，以解决现有技术的页岩模型的制作方法无法制作出适合进行地面射孔实验的页岩靶的技术问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种预插板式的层理性页岩靶的制作方法，该方法包括：

获取页岩靶射孔实验中要求的页岩靶的尺寸、页岩靶中页岩层的数量、每一层页岩层的填充厚度及填充物料、相邻两页岩层间的交界层的填充厚度及填充物料；

根据所述页岩靶的尺寸制作页岩靶壳模具，其中，所述页岩靶壳模具的内部空腔被隔层挡板分隔成依次相邻的多个页岩层填充腔，所述页岩层填充腔的数量与页岩层的数量相同，每个页岩层填充腔的厚度与对应的页岩层的填充厚度相同，每个隔层挡板的厚度与对应的交界层的填充厚度相同，在一页岩层填充腔中设置有穿过该页岩层填充腔的套管，所述套管可容纳所述页岩靶射孔实验采用的射孔枪；

将每一层页岩层的填充物料浇筑到对应的页岩层填充腔中；

对所述隔层挡板进行脱模处理，在每个隔层挡板脱模形成的间隙中浇筑对应的交界层的填充物料，得到层理性页岩靶。

进一步的，所述隔层挡板垂直于所述内部空腔的底面且与所述内部空腔的相对两侧面平行。

进一步的，所述套管垂直于所述内部空腔的底面且设置在所述内部空腔的中心位置。

进一步的，所述隔层挡板为T形插板，在所述页岩靶壳模具的相对两侧面与所述T形插板对应的位置上设置有凹槽，所述T形插板的两个侧部穿过所述凹槽。

进一步的，所述隔层挡板包括：尺寸相同的两个板面以及设置在该两个板面间的颗粒填充物。

进一步的，所述内部空腔的上下面之间的间距比所述射孔枪的长度长0.4米至0.8米。

进一步的，所述内部空腔的四个侧面与所述套管间的距离比所述页岩靶射孔实验中采用的射孔弹的穿深多0.1米至0.3米。

进一步的，每一层页岩层的填充物料为配比相同或不同的水泥砂浆，所述水泥砂浆中各成分的配比为：以水泥的质量为100％计，水的含量为45％至54％，砂的含量为200％至400％。

进一步的，所述交界层的填充物料为压裂砂，所述压裂砂中各成分的配比为：以水泥的质量为100％计，水的含量为52％，粘土的含量为150％，石英砂的含量为500％，方解石粉的含量为200％，长石粉的含量为200％。

为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，提供了一种层理性页岩靶，该层理性页岩靶由上述预插板式的层理性页岩靶的制作方法制作得到，所述层理性页岩靶的弹性模量、泊松比、单轴抗压强度均在天然页岩的范围内。

为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，提供了另一种层理性页岩靶，该层理性页岩靶包括从左至右平行设置的多个页岩层，相邻两个页岩层之间设置有交接层，所述层理性页岩靶中设置有一套管，所述套管穿过所述层理性页岩靶，所述套管垂直于所述层理性页岩靶的底面且位于所述层理性页岩靶的中心位置，所述套管可容纳页岩靶射孔实验采用的射孔枪，所述层理性页岩靶的顶面和底面间的距离由所述射孔枪的长度确定，所述层理性页岩靶的四个侧面距所述套管的距离由所述页岩靶射孔实验采用的射孔弹的穿深确定。

本发明的有益效果为：采用本发明预插板式的层理性页岩靶的制作方法的层理性页岩靶的弹性模量、泊松比、单轴抗压强度均在天然页岩的范围内，对地下压裂实验具有指导意义；制作的层理性页岩靶的尺度可进行真实尺寸的射孔实验，同时可方便观测射孔后裂缝形态；制作的层理性页岩靶中具有平行于层理面的套管，可直接进行射孔，无需进行钻孔等操作，同时，这种套管布置方式与页岩气水平井开发的井筒方向一致，具有指导意义。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1是本发明实施例预插板式的层理性页岩靶的制作方法的流程图；

图2是本发明实施例页岩气储层均匀分簇示意图；

图3是本发明实施例非均匀页岩气储层非均匀分簇射孔示意图；

图4是本发明实施例预制套管的页岩靶壳模具完成所有物料填充后的横向剖面示意图；

图5是本发明实施例页岩靶壳模具的结构示意图；

图6是本发明实施例T形插板的示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“页岩靶”，为用水泥砂浆等材料浇筑出的模拟真实合成的“页岩”，由于该“页岩”是用于进行射孔实验的，因此将其称为“页岩靶”。该页岩靶的形状可以为多种，通常为长方体形或者圆柱形。在浇筑页岩靶时，采用非等时分层浇筑的方法，以模拟页岩的层理，页岩靶中的每个页岩层的浇筑物料可以相同或不同，在页岩靶中的相邻两个页岩层之间可以浇筑出交界层。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

图2和图3分别是现有技术的页岩气储层均匀分簇以及非均匀页岩气储层非均匀分簇射孔示意图。相比于较为均质的页岩气储层可以采用均匀分簇，非均质性储层主要有以下几个特点：(1)岩石力学性质更加复杂，(2)层理和天然裂缝充分发育，(3)地应力方向和大小难以准确测定，(4)储层岩性多变，(5)不同深度储层温度差异大。因此若对非均质性页岩气储层采用常规的均匀分簇射孔方法(孔密度、孔深、孔径、簇间距等参数保持不变)进行射孔压裂时，常会出现储层起裂困难、缝网难以有效形成、不同射孔簇产量波动剧烈等诸多问题，给高效开发页岩带来巨大挑战。因此探索适合非均质页岩的非均匀分簇射孔参数优化方法显得至关重要。本发明的主要目的在于提供一种预插板式的层理性页岩靶的制作方法及层理性页岩靶，为非均质页岩非均匀分簇射孔压裂缝网形成机理及扩展规律研究提供实验支持，以及为探索适合非均质页岩的非均匀分簇射孔参数优化方法提供实验基础。

图1是本发明实施例预插板式的层理性页岩靶的制作方法的流程图，如图1所示，本实施例的预插板式的层理性页岩靶的制作方法包括步骤S101和步骤S104。

步骤S101，获取页岩靶射孔实验中要求的页岩靶的尺寸、页岩靶中页岩层的数量、每一层页岩层的填充厚度及填充物料、相邻两页岩层间的交界层的填充厚度及填充物料。

在本发明的实施例中，制作的页岩靶的尺寸等参数由预设的页岩靶射孔实验来确定，在页岩靶射孔实验中规定有实验采用的射孔枪、射孔弹型号、页岩靶的尺寸、页岩靶中页岩层的数量(页岩靶层理数)、每一层页岩层的填充厚度及填充物料等实验参数。

在本发明的实施例中，每一层页岩层的填充厚度可以相同或不同，每一层页岩层的填充高度的取值范围优选为20至40厘米。

在本发明的实施例中，每一层页岩层的填充物料为配比(水灰比)相同或不同的水泥砂浆，每一层页岩层的水泥砂浆中各成分的含量为：以水泥的质量为100％计，水的含量为45％至54％，砂的含量为200％至400％。

在本发明的实施例中，每一层交界层的填充厚度可以相同或不同，每一层页岩层的填充高度的取值范围为8至10厘米。

在本发明的实施例中，交界层的填充物料为压裂砂，压裂砂中各成分的配比为：以水泥的质量为100％计，水的含量为52％，粘土的含量为150％，石英砂的含量为500％，方解石粉的含量为200％，长石粉的含量为200％。

步骤S102，根据所述页岩靶的尺寸制作页岩靶壳模具，其中，所述页岩靶壳模具的内部空腔被隔层挡板分隔成依次相邻的多个页岩层填充腔，所述页岩层填充腔的数量与页岩层的数量相同，每个页岩层填充腔的厚度与对应的页岩层的填充厚度相同，每个隔层挡板的厚度与对应的交界层的填充厚度相同，在一页岩层填充腔中设置有穿过该页岩层填充腔的套管，所述套管可容纳所述页岩靶射孔实验采用的射孔枪。

在本发明实施例中，页岩靶壳模具为根据预设页岩靶射孔实验设计加工而成，该页岩靶壳模具的尺寸由预设页岩靶射孔实验确定，该页岩靶壳模具的尺寸直接决定制作出的页岩靶的尺寸。

在本发明的实施例中，页岩靶壳模具的内部空腔可以为多种形状，例如圆柱状、长方体形状、斜四棱柱状等。内部空腔的形状由预设的页岩靶射孔实验要求的页岩靶的形状决定。

在本发明的一可选实施例中，页岩靶壳模具的内部空腔为长方体形状，隔层挡板垂直于内部空腔的底面，且每个隔层挡板均与该内部空腔的同一侧面平行。套管垂直于上述长方体形内部空腔的底面且设置在所述内部空腔的中心位置。长方体形内部空腔的上下面之间的间距比所述射孔枪的长度长0.4米至0.8米，长方体形内部空腔的四个侧面与所述套管间的距离比所述页岩靶射孔实验中采用的射孔弹的穿深多0.1米至0.3米。

在本发明的实施例中，上述隔层挡板可以为实心挡板也可以为空心挡板，该隔层挡板的厚度与对应的交界层的填充厚度相同。

在本发明的一实施例中，为了便于脱模，以及减少制作成本，将隔层挡板设计为包括尺寸相同的两个板面以及设置在该两个板面间的颗粒填充物，该颗粒填充物可以采用细沙等材料。在对隔层挡板进行脱模时，可以先将两个板面间的细沙倒出，进而通过敲击等方式可以很容易将两个板面与页岩层进行分离，以实现简单快速进行隔层挡板脱模。在本发明的实施例中，可以对两个板面进行简单固定，例如使用胶带固定，也可以对两个板面不进行固定。

步骤S103，将每一层页岩层的填充物料浇筑到对应的页岩层填充腔中。

在本发明的实施例中，在进行页岩层填充后还需对页岩层进行3-5天的候凝。

步骤S104，对所述隔层挡板进行脱模处理，在每个隔层挡板脱模形成的间隙中浇筑对应的交界层的填充物料，得到层理性页岩靶。

在本发明实施例中，对完成所有物料填充后的页岩靶模具进行最终固结的时间最低为28天。

图4是本发明实施例预制套管的页岩靶壳模具完成所有物料填充后的横向剖面示意图，如图4所示，在本发明的可选实施例中，页岩靶壳模具可以为没有顶面的长方体形空腔容器，内含长方体形空腔，填充的页岩层和交界层相互平行设置在长方体形空腔内。在本发明的另一可选实施例中，该长方体形空腔容器可以没有底面，直接固定在地面上，即长方体形空腔的底面为地面。

如图4所示，在本发明的优选实施例中，套管垂直于上述长方体形内部空腔的底面且设置在所述内部空腔的中心位置，以使套管距离内部空腔的四个侧面的距离大致相同。

在本发明的可选实施例中，长方体形内部空腔的顶、底两面之间的间距由预设页岩靶射孔实验所采用的射孔枪的长度确定。优选的，顶、底两面之间的间距比射孔枪的长度长0.4米至0.8米，以保证射孔枪能完全进入套管内。

在本发明的可选实施例中，长方体形内部空腔的四个侧面距套管的距离可以相同或不同，套管距该四个侧面的距离由预设页岩靶射孔实验中的射孔弹穿深(射孔弹型号)确定。优选的，套管距该四个侧面的距离比射孔弹穿深多0.1米至0.3米，以使射孔弹在页岩靶的穿透距离基本一致，同时射孔后不会因靶完全碎裂(尺寸远远小于射孔弹穿深)或完全不能破碎(尺寸远远大于射孔弹穿深)而导致无法观察孔缝形态。

由以上描述可以看出，采用本发明预插板式的层理性页岩靶的制作方法的层理性页岩靶的弹性模量、泊松比、单轴抗压强度均在天然页岩的范围内，对地下压裂实验具有指导意义；制作的层理性页岩靶的尺度可进行真实尺寸的射孔实验，同时可方便观测射孔后裂缝形态；制作的层理性页岩靶中具有平行于层理面的套管，可直接进行射孔，无需进行钻孔等操作，同时，这种套管布置方式与页岩气水平井开发的井筒方向一致，具有指导意义。

在本发明的另一实施例中，本发明实施例预插板式的层理性页岩靶的制作方法具体包括以下步骤：

(1)确定页岩靶尺寸，设计页岩靶层理数，并对页岩靶每一层的填充厚度、每一层填充物料水灰比(水、水泥、砂的质量比)、初凝时间、相邻层间交界面的填充高度、相邻层间交界面的填充物料成分及比例进行设计；

(2)设计加工大尺度页岩预分层靶壳模具，包括带有凹槽的靶壳外周部分和隔层挡板部分，如图5和图6；

(3)根据每一层的水灰比设计，配置页岩层填充物料，即利用水、水泥、砂按比例配置水泥砂浆；

(4)将每一层的页岩层填充物浇筑到大尺度页岩预分层靶壳模具中对应位置，需要说明的是，在填充时，为了防止隔层挡板变形，可能需要进行必要的支撑辅助手段以保证顺利填充；

(5)浇筑完成之后进行一定时间的初凝；

(6)根据所述层间交界面填充物料成分及比例配置得到页岩靶层间交界面填充物料(可由本领域技术人员根据需要进行选择，如，纯的压裂砂或者水、水泥、粘土、石英砂、方解石粉、长石粉等以一定比例混合)；

(7)初凝结束后，对所述页岩靶壳的隔层挡板部分进行脱模处理，得到具有层间空隙的页岩靶壳；

(8)在上述带有层间空隙的页岩靶壳的空隙部分填满层间交界面填充物料；

(9)对上述完成间隙填充后的页岩靶进行放置等待最终凝固；

(10)对完成最终固结的页岩靶进行脱模处理，得到大尺度层理性页岩靶。

在上述制作方法中，优选地，所述大尺度预分层页岩靶壳模具外周部分为没有顶面的长方体形空腔容器。

在上述制作方法中，优选地，所述长方体形页岩靶壳模具外周部分可以没有底面，直接固定在地面上。

在上述的制作方法中，优选地，根据尺寸不同所述页岩靶模具外周部分可采用2-5层铁皮焊接，上下两头可采用铁圈焊接进行加固，需要说明的是，这里对模具的焊接及加工可采用任一现有技术。

在上述制作方法中，优选地，所述页岩靶壳模具的具体尺寸可由射孔实验时射孔弹型号及射孔枪长度决定，所述预分层页岩靶壳的高度可设计为比射孔枪长度多0.4～0.8m、所述预分层页岩靶壳的长和宽可选择为稍大于射孔弹穿深0.1～0.3m，(目的：保证射孔枪能完全进入页岩靶内、射孔弹穿透距离基本一致，同时射孔后不会因靶完全碎裂(尺寸远远小于射孔弹穿深)或完全不能破碎(尺寸远远大于射孔弹穿深)而导致无法观察孔缝形态。)例如，选用长度约为1m的射孔枪、穿深为1.5m左右的射孔弹进行射孔实验，则所述大尺度页岩靶壳模具的长宽高可分别为：3.2-3.5m、3.2～3.5m、1.4～1.8m，选用长度约为1m的射孔枪、穿深为70cm左右的射孔弹进行射孔实验，则所述大尺度页岩靶壳模具的长宽高可分别为：1.6～2m、1.6～2m、1.4～1.8m。

图5是本发明实施例页岩靶壳模具的结构示意图，图6是本发明实施例T形插板的示意图，如图5和图6所示，在上述制作方法中，优选地，为了能够方便取出隔层挡板，对于页岩靶壳外周部分和隔层挡板的设计为：根据每一页岩层的设计厚度，在靶壳外周前后两个侧面对应位置进行一定长度的开口，开口宽度为此层交界面的设计厚度，以形成带凹槽的靶壳外周；加工一定数量能嵌入开口从而对靶壳空腔进行分隔的的T形插板作为隔层挡板，T形插板的水平部分长度稍大于靶壳外周宽度以便于脱模时着力，如图5和图6所示，隔层挡板与带凹槽靶壳外周部分相关尺寸具有以下关系：h1>＝H1、h2＝H2、h3＝H3。

在上述的制作方法中，优选地，所述页岩靶壳模具(包括靶壳外周部分内部和隔层挡板部分)为清洗和/或擦拭干净并涂抹薄层凡士林和/或硅油的模具。

在上述制作方法中，优选地，可以用足够数量的隔层挡板放置在对应位置，一次性将页岩靶壳模具分隔成需要层数，也可以只取用2块隔层挡板，交替脱模、分隔使用。

在上述制作方法中，优选地，为了降低成本、脱模方便，同时保证预留交界面填充空间，隔层挡板可由两块较薄的T形插板和一定强度的颗粒物来制作代替，具体方式为：将两块T形插板放置到靶壳外周部分凹槽中，在两板中间填充如细沙等易清除的颗粒支撑物至预留的凹槽厚度。

在上述制作方法中，优选地，在垂直于地面靠近页岩靶壳中心的位置固定一根套管以便得到带有套管的层理性页岩靶。

在上述的制作方法中，优选地，对于所述每一层页岩填充物料成分的设计，以每一层水泥质量为基准，所述每一层页岩填充物料中水的含量为45％～54％，所述每一层页岩填充物料中砂的含量为200％～400％。

在上述的制作方法中，优选地，对于每一个所述相邻层间交界面填充物料成分及比例可由本领域技术人员根据需要依据常规页岩成分进行确定即可，例如以每一个所述相邻层间交界面填充物料中水泥质量为基准，交界面填充物料中水、粘土、石英砂、方解石粉、长石粉的含量可分别为：52％、150％、500％、200％、200％。

在上述的制作方法中，优选地，对所述页岩靶进行隔层挡板部分脱模前填充的页岩层候凝时间为3-5天。

在上述的制作方法中，优选地，对完成所有物料填充后的页岩靶模具进行最终固结的时间最低为28天。

在本发明的另一实施例中，本发明的预插板式的层理性页岩靶的制作方法具体包括以下步骤：

(1)根据选用的射孔弹型号和射孔枪长度确定了页岩靶壳内部尺寸为：长和宽分别为2.5m、高为1.4m，采用4层铁皮进行焊接形成一个没有顶面和底面的长方体形空腔，此为不带凹槽的预分层靶壳外周部分，为保证安全，在靶壳外周部分的上下两头可采用铁圈再进行焊接加固；

(2)设计页岩靶为八层，层厚均设计为30cm，每一层的填充物料按照水灰比分别为：0.45：1：2、0.45：1：2.3、0.47：1：2.5、0.5：1：2.5、0.5：1：2.5、0.52：1：2.8、0.53：1：3、0.54：1：4，层与层的交界面厚度设计为10-30mm，采用压裂砂填充，压裂砂可按照水：水泥：粘土：石英砂：方解石粉：长石粉＝0.52：1：1.5：5：2：2进行配置；

(3)根据设计层理在上述靶壳外周前后面对应位置进行7处开口，开口宽度为18mm，形成带有凹槽的靶壳外周部分，进行刷油等处理；

(4)加工14块T形插板，插板为厚度为5mm的钢板，插板表面用保鲜膜包裹并刷油；

(5)将插板两两对齐放入靶壳外周部分的7个开口中，在两板之间填充细沙；

(6)在完成预分层的靶壳模具中，靠近中心处垂直地面固定一根

套管，其位置可以根据隔层挡板的位置进行微调；

(7)按照设计配置页岩靶每一层的填充物料并浇筑到预分层靶壳模具中；

(8)当隔层挡板两侧的页岩层填充物料均进行了2～5天的初凝后即可进行该挡板的脱模处理；

(9)隔层挡板脱模后，在形成的空隙中填满根据设计配置好的页岩层理交界面压裂砂；

(10)所有空隙填充完成后对页岩靶壳进行静置30天，完成最终凝固；

(11)30天后对页岩靶进行页岩靶壳外周部分的脱模；

(12)此时得到的页岩靶在弹性模量、泊松比、单轴抗压强度均在天然页岩的范围内，进行射孔实验具有指导意义；而保留在靶内的套管也类似页岩气开发中的水平井筒，无需再进行钻孔等操作即可直接进行射孔实验，十分方便。

通过此方法得到的页岩靶由于在尺度上进行了设计，因此在进行射孔实验后不会存在因完全碎裂(远远小于射孔弹穿深)或完全不能破碎(远远大于射孔弹穿深)而导致的无法观察孔缝形态。

从以上描述可以看出，本发明的预插板式的层理性页岩靶的制作方法至少具有以下有益效果：

1、采用本发明预插板式的层理性页岩靶的制作方法的层理性页岩靶的弹性模量、泊松比、单轴抗压强度均在天然页岩的范围内，对地下压裂实验具有指导意义；

2、制作的层理性页岩靶的尺度可进行真实尺寸的射孔实验，同时可方便观测射孔后裂缝形态；

3、制作的层理性页岩靶中具有平行于层理面的套管，可直接进行射孔，无需进行钻孔等操作，同时，这种套管布置方式与页岩气水平井开发的井筒方向一致，具有指导意义；

4、通过本发明制作方法得到的页岩靶由于在尺度上进行了设计，因此在进行射孔实验后不会存在因完全碎裂(远远小于射孔弹穿深)或完全不能破碎(远远大于射孔弹穿深)而导致的无法观察孔缝形态。

需要说明的是，在附图的流程图示出的某些步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种层理性页岩靶，该层理性页岩靶由上述任一实施例的预插板式的层理性页岩靶的制作方法制作得到。

该层理性页岩靶的各层层理性质相同或者不同。

该层理性页岩靶的弹性模量、泊松比、单轴抗压强度均在天然页岩的范围内，对地下压裂实验具有指导意义。

该层理性页岩靶的尺度可进行真实尺寸的射孔实验，同时可方便观测射孔后裂缝形态。

该层理性页岩靶中具有平行于层理面的套管，可直接进行射孔，无需进行钻孔等操作，同时，这种套管布置方式与页岩气水平井开发的井筒方向一致，具有指导意义。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了另一种层理性页岩靶，该层理性页岩靶的形状为长方体，所述层理性页岩靶包括从左至右平行设置的多个页岩层，所述层理性页岩靶中设置有一套管，所述套管穿过所述层理性页岩靶，所述套管垂直于所述层理性页岩靶的底面且位于所述层理性页岩靶的中心位置，所述套管可容纳页岩靶射孔实验采用的射孔枪，所述层理性页岩靶的顶面和底面间的距离由所述射孔枪的长度确定，所述层理性页岩靶的四个侧面距所述套管的距离由所述页岩靶射孔实验采用的射孔弹的穿深确定。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种预插板式的层理性页岩靶的制作方法，其特征在于，包括：

获取页岩靶射孔实验中要求的页岩靶的尺寸、页岩靶中页岩层的数量、每一层页岩层的填充厚度及填充物料、相邻两页岩层间的交界层的填充厚度及填充物料；

根据所述页岩靶的尺寸制作页岩靶壳模具，其中，所述页岩靶壳模具的内部空腔被隔层挡板分隔成依次相邻的多个页岩层填充腔，所述页岩层填充腔的数量与页岩层的数量相同，每个页岩层填充腔的厚度与对应的页岩层的填充厚度相同，每个隔层挡板的厚度与对应的交界层的填充厚度相同，在一页岩层填充腔中设置有穿过该页岩层填充腔的套管，所述套管可容纳所述页岩靶射孔实验采用的射孔枪；

将每一层页岩层的填充物料浇筑到对应的页岩层填充腔中；

对所述隔层挡板进行脱模处理，在每个隔层挡板脱模形成的间隙中浇筑对应的交界层的填充物料，得到层理性页岩靶。

2.根据权利要求1所述的预插板式的层理性页岩靶的制作方法，其特征在于，所述内部空腔的形状为长方体，所述隔层挡板垂直于所述内部空腔的底面且与所述内部空腔的相对两侧面平行。

3.根据权利要求2所述的预插板式的层理性页岩靶的制作方法，其特征在于，所述套管垂直于所述内部空腔的底面且设置在所述内部空腔的中心位置。

4.根据权利要求3所述的预插板式的层理性页岩靶的制作方法，其特征在于，所述隔层挡板为T形插板，在所述页岩靶壳模具的相对两侧面与所述T形插板对应的位置上设置有凹槽，所述T形插板的两个侧部穿过所述凹槽。

5.根据权利要求1、3或4中任意之一所述的预插板式的层理性页岩靶的制作方法，其特征在于，所述隔层挡板包括：尺寸相同的两个板面以及设置在该两个板面间的颗粒填充物。

6.根据权利要求3所述的预插板式的层理性页岩靶的制作方法，其特征在于，所述内部空腔的上下面之间的间距比所述射孔枪的长度长0.4米至0.8米。

7.根据权利要求3或6所述的预插板式的层理性页岩靶的制作方法，其特征在于，所述内部空腔的四个侧面与所述套管间的距离比所述页岩靶射孔实验中采用的射孔弹的穿深多0.1米至0.3米。

8.根据权利要求1所述的预插板式的层理性页岩靶的制作方法，其特征在于，每一层页岩层的填充物料为配比相同或不同的水泥砂浆，所述水泥砂浆中各成分的配比为：以水泥的质量为100％计，水的含量为45％至54％，砂的含量为200％至400％。

9.根据权利要求1所述的预插板式的层理性页岩靶的制作方法，其特征在于，所述交界层的填充物料为压裂砂，所述压裂砂中各成分的配比为：以水泥的质量为100％计，水的含量为52％，粘土的含量为150％，石英砂的含量为500％，方解石粉的含量为200％，长石粉的含量为200％。

10.一种层理性页岩靶，其特征在于，由如权利要求1-9任意之一所述的预插板式的层理性页岩靶的制作方法制作得到，所述层理性页岩靶的弹性模量、泊松比、单轴抗压强度均在天然页岩的范围内。

11.一种层理性页岩靶，其特征在于，所述层理性页岩靶的形状为长方体，所述层理性页岩靶包括从左至右平行设置的多个页岩层，相邻两个页岩层之间设置有交接层，所述层理性页岩靶中设置有一套管，所述套管穿过所述层理性页岩靶，所述套管垂直于所述层理性页岩靶的底面且位于所述层理性页岩靶的中心位置，所述套管可容纳页岩靶射孔实验采用的射孔枪，所述层理性页岩靶的顶面和底面间的距离由所述射孔枪的长度确定，所述层理性页岩靶的四个侧面距所述套管的距离由所述页岩靶射孔实验采用的射孔弹的穿深确定。

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