一种含裂隙的煤岩样品制备方法及组合煤岩样品与流程

1.本发明属于煤岩技术领域，尤其涉及一种含裂隙的煤岩样品制备方法及组合煤岩样品。


背景技术：

2.水力压裂是被广泛采用的煤层气井增产技术。在水力压裂增产过程中，诱发的裂缝会一直延伸，直到进入储层的流体损失量超过流体输入量。然而，一旦流体输入停止并且压力降至裂缝闭合压力以下，裂缝可能会缩小甚至闭合，导致裂缝区域不再可用于生产。为避免这种情况，常使用支撑剂填充储层裂缝确保煤层气流动路径的开放。尽管通过在现场应用水力压裂能成功提高煤层气产量，但由于现场条件复杂，无法制备符合需求的煤岩样品。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的技术问题是提供一种含裂隙的煤岩样品制备方法，包括：
4.步骤1，对立体煤岩试样进行破断处理，得到两个断裂样品；
5.步骤2，通过预设实验方案对所述两个断裂样品进行填充处理，得到填充样品；
6.步骤3，按照实验需求对所述填充样品进行线切割，得到含裂隙的煤岩样品。
7.本发明的有益效果是：为了在实验室中探究水力压裂后煤储层渗透特征，本专利提供了一种与工程实际较为符合的样品制备方式，有利于在实验室中开展对于水力压裂的相关理论研究以及支撑剂对裂缝中煤层气流动的影响。本专利能够将支撑剂颗粒铺设的更加均匀，便于实验室开展关于支撑剂对水力压裂影响的相关课题研究。通过改变样品的线切割位置，实现裂隙在样品中的不同展布方向，便于实验室开展裂隙分布对煤样渗透率影响的相关问题研究。通过不同含裂隙样品的组合，模拟水力压裂后煤储层不同区域，便于实验室开展水力压裂后煤储层渗透性研究。
8.在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
9.进一步，所述步骤1之前还包括：
10.对原始煤岩样品进行加工切割，得到立体煤岩试样。
11.进一步，所述对立体煤岩试样进行破断处理具体为：
12.通过巴西劈裂或直剪破坏的方式对所述立体煤岩试样进行破断处理。
13.进一步，所述步骤2具体为：
14.在所述两个断裂样品的断裂面之间均匀铺设填充物，将所述两个断裂样品按照所述立体煤岩试样未进行破断处理之前的形状进行拼接，得到填充样品。
15.进一步，所述填充物包括：
16.黏土矿物或支撑剂。
17.进一步，步骤1之后还包括：
18.对每个断裂样品中的断裂面进行三维扫描，得到每个断裂样品对应的图像集。
19.进一步，还包括：
20.对所述图像集以及所述含裂隙的煤岩样品进行分析得到水力压裂煤储层渗透性分析结果。
21.进一步，还包括：
22.步骤4，按照实验需求对所述含裂隙的煤岩样品进行组合排列，得到不同裂隙结构和充填效果的组合煤岩样品。
23.本发明解决上述技术问题的另一种技术方案如下：一种煤岩样品，其特征在于，通过如上述任一项的一种含裂隙的煤岩样品制备方法制作而成。
24.本发明的有益效果是：为了在实验室中探究水力压裂区域的煤层渗透特征，本专利提供了一种与工程实际较为符合的样品制备方式，有利于在实验室中开展对于水力压裂的相关理论研究以及支撑剂对裂缝中煤层气流动的影响。本专利能够将支撑剂颗粒铺设的更加均匀，便于实验室开展关于支撑剂对水力压裂影响的相关课题研究。通过改变样品的线切割位置，实现裂隙在样品中的不同展布方向，便于实验室开展裂隙分布对煤样渗透率影响的相关问题研究。
附图说明
25.图1为本发明一种含裂隙的煤岩样品制备方法实施例提供的流程示意图；
26.图2为本发明一种含裂隙的煤岩样品制备方法实施例提供的制备步骤示意图。
具体实施方式
27.以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
28.如图1所示，一种含裂隙的煤岩样品制备方法，包括：
29.步骤1，对立体煤岩试样进行破断处理，得到两个断裂样品；
30.步骤2，通过预设实验方案对所述两个断裂样品进行填充处理，得到填充样品；
31.步骤3，按照实验需求对所述填充样品进行线切割，得到含裂隙的煤岩样品。
32.在一些可能的实施方式中，为了在实验室中探究水力压裂区域的煤层渗透特征，本专利提供了一种与工程实际较为符合的样品制备方式，有利于在实验室中开展对于水力压裂的相关理论研究以及支撑剂对裂缝中煤层气流动的影响。本专利能够将支撑剂颗粒铺设的更加均匀，便于实验室开展关于支撑剂对水力压裂影响的相关课题研究。通过改变样品的线切割位置，实现裂隙在样品中的不同展布方向，便于实验室开展裂隙分布对煤样渗透率影响的相关问题研究。
33.需要说明的是，水力压裂技术作为提高煤层渗透率和水、气导流能力的重要的技术措施之一，已经成为了提高煤层气产量的重要方式。但由于现场条件复杂，现提供一种实验室水力压裂物理模型的制备方法，有助于研究水力压裂影响下煤储层渗透性规律。
34.本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
35.一种含有裂隙煤岩样品制备方法及其应用，包括如下步骤：
36.a、将从现场采集的原始煤岩样品加工切割成为立方体煤岩试样；
37.b、对立方体煤岩试样进行巴西劈裂或者直剪破坏等破断处理，通过巴西劈裂实验
使煤样产生拉伸断裂，或者直剪破坏使煤样产生剪切断裂，得到两块断裂后的新样品，每块样品上分别分布有一个断裂面；
38.c、将破断处理形成的断裂面进行三维扫描，得到多张三维扫描图像。
39.d、为了研究断裂面内支撑剂覆盖情况对样品渗透性的影响可以设计相应的实验方案(这里涉及的实验方案，是基于后续实验的需求所设计的。如需要研究“断裂面内支撑剂对样品渗透性影响”，则在两个断裂面之间铺设支撑剂。基于实验方案可进行支撑剂的铺设区域的划分，在不同铺设区域上可铺设密集程度不同的支撑剂。)，在两个断裂面之间均匀铺设充填物(如黏土矿物、支撑剂等)，将样品的断裂面按照破坏时的初始位置对齐并固定位置，防止样品散落；
40.e、将固定好的样品按照实验需要的形状通过线切割机床进行切割，线切割成立方体或圆柱体，得到含裂隙煤岩样品。通过改变切割位置，实现裂隙在煤样中的不同展布方向。
41.f、为了模拟现场实际水力压裂后煤岩的分布特征，按照现场的地质特点对含裂隙的煤岩样品进行组合排列，得到不同裂隙结构和充填效果的组合煤岩样品。
42.由于深部煤储层通常具有低或超低渗透率的特点，因此往往需要通过水力压裂的方式以实现煤层气的经济生产。在此过程中，通常注入砂等支撑剂以支撑水力裂缝的开口，以提高煤层气产量。本专利提供的样品制作方法，用于制备模拟现场受水力压裂作用、产生不同展布方向裂缝并包含支撑剂的煤样，便于实验室开展水力压裂煤储层渗透性等相关问题的研究。
43.现有专利通常采用钻孔注入高压水的方式进行水力压裂样品的制备，这种方式无法控制裂隙在煤样中的分布情况。本专利可以通过改变步骤e中样品的切割位置，实现裂隙在样品中的不同展布方向。相比于现有专利，本专利步骤d能够将支撑剂颗粒铺设的更加均匀，便于实验室开展关于支撑剂对水力压裂影响的相关课题研究。此外，在样品制备过程中加入对断裂面的三维激光扫描，将扫描结果导入数值模拟软件，有利于开展相关的数值模拟工作。
44.实施例1，如图2所示，步骤1：在现场选取一块大小合适的原始煤岩，为确保在切割过程中煤样的稳定性，使用石膏覆盖样品底部。然后将原始煤岩安装在线锯的平台上。在切割过程中，仔细识别并标记所有的可见裂缝，避免切割的立方体样品中含有可见裂缝，从而获得一个没有可见裂缝的煤岩立方体样品a。
45.步骤2：对立方体样品a进行巴西劈裂、直剪破坏等破断处理。以直剪破坏实验为例，使用应变控制式直剪仪，对准上下剪切盒，插上销钉，将样品放入剪切盒内。试样装好后，转动手轮，使上盒前端与测力计接触。顺次加上加压盖、钢珠、加压架。施加垂直荷载后，立即拔去销钉，将百分表调零，转动手轮，直达煤岩样品发生破坏出现贯穿裂缝。剪切结束后，退去剪切盒垂直压力，得到样品a1和样品a2。
46.步骤3：利用三维激光扫描仪，分别扫描样品a1和样品a2的断裂面，扫描结果可用于与物理模型实验匹配的数值模拟工作。
47.步骤4：根据后续实验设计的要求，选择是否在样品a1和样品a2的断裂之间铺设黏土矿物或支撑剂等填充物，并进一步的设计支撑剂铺设区域，在不同的区域上可以铺设不同密集程度的支撑剂。然后将样品a1和样品a2的断裂面对齐并固定，从而得到样品a3。
48.步骤5：将样品a3进行线切割改变线切割的位置，实现裂隙在样品中的不同展布方向。
49.步骤6：如果需要研究水力压裂后煤储层的渗透性问题，将切割得到煤岩样品b1单独进行力学和渗透性实验。如果需要研究水力压裂后煤储层及岩石顶板底板的渗透性问题，将切割得到的煤岩样品c2与岩石顶板c1和岩石底板c3进行组合，得到与岩石组合的含裂隙煤岩样品，进一步地研究其在载荷作用下的力学响应特征和渗透性演化规律。
50.优选地，在上述任意实施例中，所述步骤1之前还包括：
51.对原始煤岩样品进行加工切割，得到立体煤岩试样。
52.优选地，在上述任意实施例中，所述对立体煤岩试样进行破断处理具体为：
53.通过巴西劈裂或直剪破坏的方式对所述立体煤岩试样进行破断处理。
54.优选地，在上述任意实施例中，所述步骤2具体为：
55.在所述两个断裂样品的断裂面之间均匀铺设填充物，将所述两个断裂样品按照所述立体煤岩试样未进行破断处理之前的形状进行拼接，得到填充样品。
56.优选地，在上述任意实施例中，所述填充物包括：
57.黏土矿物或支撑剂。
58.优选地，在上述任意实施例中，步骤1之后还包括：
59.对每个断裂样品中的断裂面进行三维扫描，得到每个断裂样品对应的图像集。
60.优选地，在上述任意实施例中，还包括：
61.对所述图像集以及所述含裂隙的煤岩样品进行分析得到水力压裂煤储层渗透性分析结果。
62.优选地，在上述任意实施例中，还包括：
63.步骤4，按照实验需求对所述含裂隙的煤岩样品进行组合排列，得到不同裂隙结构和充填效果的组合煤岩样品。
64.本发明解决上述技术问题的另一种技术方案如下：一种组合煤岩样品，其特征在于，通过如上述任一项的一种含裂隙的煤岩样品制备方法制作而成。
65.在一些可能的实施方式中，为了在实验室中探究水力压裂区域的煤层渗透特征，本专利提供了一种与工程实际较为符合的样品制备方式，有利于在实验室中开展对于水力压裂的相关理论研究以及支撑剂对裂缝中煤层气流动的影响。本专利能够实现支撑剂颗粒铺设的不同方案，便于实验室开展关于支撑剂对水力压裂影响的相关课题研究。通过改变样品的线切割位置，实现裂隙在样品中的不同展布方向，便于实验室开展裂隙分布对煤样渗透率影响的相关问题研究。
66.读者应理解，在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
67.在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其
它的方式实现。例如，以上所描述的方法实施例仅仅是示意性的，例如，步骤的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个步骤可以结合或者可以集成到另一个步骤，或一些特征可以忽略，或不执行。
68.上述方法如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分，或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
69.以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。