碎软煤层水力压裂测试的模拟试样的制作方法

本技术涉及煤层气勘探，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：

1、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。

2、申请人先前提出了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。

3、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。

技术实现思路

1、本实用新型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。

2、根据本实用新型目的的第一方面，提出一种碎软煤层水力压裂测试的模拟试样，包括：

3、环形顶板层，所述环形顶板层的内壁设有模拟井筒；

4、环形煤层界面层，位于所述环形顶板层的外壁；

5、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；

6、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；

7、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；

8、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。

9、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。

10、优选的，每组出水口中的多个出水口等夹角、等间距分布。

11、优选的，定义x-y平面内的0-90°为区间a，定义x-y平面内与区间a对角分布的为区间b，所述模拟井筒的外壁设有两组出水口，其中第一组出水口的朝向位于区间a内，第二组出水口位于区间b内。

12、优选的，所述第一组出水口位于第二组出水口的下方，所述模拟井筒的外壁可拆卸安装出水嘴，所述出水嘴的内部设有出水口，所述模拟井筒的外壁设有插孔，所述出水嘴设有与所述插孔配合的嵌入部。

13、优选的，所述试样层的厚度是30-50mm。

14、优选的，所述环形顶板层、环形煤层界面层和煤层的厚度比是3:1:6。

15、优选的，相邻两层试样层之间设有隔离层。所述隔离层包括纤维布以及设置到所述纤维布两侧的金属箔层，所述金属箔层的表面设有开孔。

16、由以上技术方案的碎软煤层水力压裂测试的模拟试样，与与现有技术相比，其显著有益效果在于：

17、本实用新型提出碎软煤层水力压裂测试的模拟试样，通过设置环形顶板层和环形煤层界面层，模拟井筒设置在环形顶板层的中央位置，通过环形的结构，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，在模拟实验中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；同时，本实用新型前述技术方案提出的模拟试样一次测试可获得较多的数据结果，便于实现不同参数的对照组，利于压裂试验的进行，并节约测试时间和测试成本，并且保证测试结果的一致性和准确性。

技术特征：

1.一种碎软煤层水力压裂测试的模拟试样，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的碎软煤层水力压裂测试的模拟试样，其特征在于，所述模拟井筒（10）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（102）比第二组出水口距离所述环形煤层界面层（102）近，第一组出水口中的每个出水口（31）和第二组出水口中的每个出水口（31）朝向相同，第一组出水口与第二组出水口位于不同的高度。

3.根据权利要求2所述的碎软煤层水力压裂测试的模拟试样，其特征在于，每组出水口中的多个出水口（31）等夹角、等间距分布。

4.根据权利要求1所述的碎软煤层水力压裂测试的模拟试样，其特征在于，定义x-y平面内的0-90°为区间a，定义x-y平面内与区间a对角分布的为区间b，所述模拟井筒（10）的外壁设有两组出水口（31），其中第一组出水口（31）的朝向位于区间a内，第二组出水口（31）位于区间b内。

5.根据权利要求2所述的碎软煤层水力压裂测试的模拟试样，其特征在于，所述第一组出水口（31）位于第二组出水口（31）的下方，所述模拟井筒（10）的外壁可拆卸安装出水嘴，所述出水嘴的内部设有出水口（31），所述模拟井筒（10）的外壁设有插孔，所述出水嘴设有与所述插孔配合的嵌入部。

6.根据权利要求1-5中的任意一项所述的碎软煤层水力压裂测试的模拟试样，其特征在于，所述试样层的厚度在30-50mm。

7.根据权利要求1-5中的任意一项所述的碎软煤层水力压裂测试的模拟试样，其特征在于，所述环形顶板层（101）、环形煤层界面层（102）和煤层（103）的厚度比是3:1:6。

8.根据权利要求1-5中任意一项所述的碎软煤层水力压裂测试的模拟试样，其特征在于，相邻两层试样层之间设有隔离层（20）。

9.根据权利要求8所述的碎软煤层水力压裂测试的模拟试样，其特征在于，所述隔离层（20）包括纤维布以及设置到所述纤维布两侧面的金属箔层，所述金属箔层的表面设有开孔。

技术总结
本技术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，该模拟试样包括：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。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。

技术研发人员：平立华,王可新,程翔,巫修平,吴财芳,周丹,汤楷,包宏亮,王慧军
受保护的技术使用者：中煤长江地质集团有限公司
技术研发日：20221206
技术公布日：2024/1/12