[发明专利]碎软煤层水力压裂测试的模拟试样及其制备方法

说明书

本发明涉及煤层气勘探技术领域，具体而言涉及碎软煤层水力压裂测试的模拟试样及其制备方法，包括：环形顶板层，所述环形顶板层的内壁设有模拟井筒；环形煤层界面层，位于所述环形顶板层的外壁；煤层，位于所述环形煤层界面层的外壁，所述煤层的外壁形成试样的四个侧面。模拟井筒设置在环形顶板层的中央位置，通过环形的环形顶板层和环形煤层界面层结构，使模拟井筒不需要改变自身的轴线位置，仅通过设置不同方向的出水口即可实现构造出的压裂缝与最小应力方向形成预定夹角，并且一个试样中，可形成多个不同角度的压裂缝，通过在一个试样中对比压裂缝形成的形态，能更准确的得到压裂缝形成角度与最小应力方向之间的关系。

技术领域

本发明涉及煤层气勘探技术领域，尤其是碎软煤层水力压裂试验技术，具体而言涉及一种碎软煤层水力压裂测试的模拟试样及其制备方法。

背景技术

煤层气开发的目的层一般为煤层，水力压裂一般也直接在煤层中进行。从压裂机理上而言，煤层与常规砂岩等油气储层的压裂并无本质区别，但由于煤岩在物理性质、结构、岩石力学性质等方面的特殊性，使得煤层压裂裂缝扩展形态具有不同于常规油气储层的独特性，直接在煤层进行压裂易形成短而宽的裂缝，压裂效果较差。

在先技术通过在煤层的顶板层进行压裂的方案，裂缝在顶板层中形成并延伸至煤层中，形成形态更好的裂缝，并在试验中证明了可行性。另外，考虑到水力压裂裂缝总是垂直于最小主应力，最小主应力的方位决定了裂缝的方向，当地层处于一定深度时，最小主应力为一水平主应力，压裂后形成的裂缝将在一个垂直的平面内，形成垂直裂缝，最理想的方案是，水平井筒方向布置在最小主应力方向上，在沿着水平井简轴线方向会出现相间的横向裂缝。

在实际勘探和开采过程中，水平井的井筒方位还要考虑其它因素，如储层天然裂缝发育程度、储层物性参数等，由于井筒轴线方向与地层最小主应力方向的关系决定裂缝产生的形态。

发明内容

本发明目的在于提出一种碎软煤层水力压裂测试的模拟试样，可以用于测试在不同模拟井筒在不同角度下的裂缝扩展规律，用以指导井筒的布设角度，并配合储层天然裂缝形成优良的采气通道。

更具本发明目的的第一方面，提出一种碎软煤层水力压裂测试的模拟试样，包括：

环形顶板层，所述环形顶板层的内壁设有模拟井筒；

环形煤层界面层，位于所述环形顶板层的外壁；

煤层，位于所述环形煤层界面层的外壁，所述煤层的外壁形成试样的四个侧面；

所述环形顶板层、环形煤层界面层和煤层的上端面齐平，并构成模拟试样的顶面，所述环形顶板层、环形煤层界面层和煤层的下端面齐平，并构成模拟试样的底面；

所述环形顶板层使用细沙和水泥混合制成，所述煤层界面层使用石膏、细沙和水泥混合制成，所述煤层使用煤粉、细沙和水泥混合制成；

其中，所述模拟井筒被设置成圆筒形，所述模拟井筒的外壁设有多个出水口，每个出水口的截面形状为矩形，且其长度方向平行于所述模拟井筒的长度方向，定义模拟试样的一个侧边为最小水平应力方向，以最小水平应力方向为X向，垂直于最小水平应力方向为Y向，多个所述出水口被分为N组，每组出水口位于偏离X轴小于90°的范围内；

沿所述模拟井筒的长度方向，模拟试样被分为M层试样层，每层试样层对应一个所述出水口，且相邻两层试样层之间设有隔离层。

优选的，所述模拟井筒的外壁设有两组出水口，第一组出水口距离所述环形煤层界面层比第二组出水口距离所述环形煤层界面层近，第一组出水口中的每个出水口和第二组出水口中的每个出水口朝向相同，第一组出水口与第二组出水口位于不同的高度。

优选的，每组出水口中的多个出水口等夹角、等间距分布。