[实用新型]不同压裂工艺下煤储层裂缝形态变化模拟测试装置

说明书

技术领域

本实用新型属于煤层气开发技术领域，尤其涉及一种不同压裂工艺下煤储层裂缝形态变化模拟测试装置。

背景技术

我国煤层气资源地质储量丰富，煤层气的开发不仅可以弥补我国常规能源的不足，而且可以减少常规化石燃料燃烧造成的环境污染。近年来，随着煤矿开采深度、开采强度的增加，煤与瓦斯突出事故的强度和频度增加，加强煤矿瓦斯治理变得极其重要。地面煤层气开发是目前降低煤层瓦斯含量的有效手段之一，可以大大降低煤层瓦斯含量，减少煤与瓦斯突出事故的发生。

我国地质构造运动的复杂多样性，决定了煤层气开发前需对煤层气储层进行改造。煤储层改造主要手段为水力压裂，通过高压流体的注入，在煤层中造缝，创造气体的产出通道。因此，如何使裂缝导流能力最优，是有效进行水力压裂的关键。

水力压裂在地下进行，难以进行直观的裂缝形态观测，现阶段压裂过程裂缝形态的监测主要是通过地震监测的方法，其存在监测的精度低的弊端。截至目前，对压裂后裂缝形态的测试、研究一直缺乏行之有效的方法。迫切需要一种装置或工艺，可以对不同压裂工艺下裂缝形态变化进行直观观测，进而根据裂缝形态变化对压裂工艺进行优化，为提高煤层气水力压裂效果，实现煤层气高效开发提供重要依据。

发明内容

本实用新型针对煤层气储层水力压裂过程中裂缝形态变化难以测试，施工参数优化难的问题。提供了一种不同压裂工艺下煤储层裂缝形态变化模拟测试装置，通过该装置可以对不同压裂工艺下裂缝的形态进行测试，为施工参数的优化提供指导。这对提高单井产气量，促进煤层气行业快速发展具有重要意义。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：不同压裂工艺下煤储层裂缝形态变化模拟测试装置，包括水力压裂模拟系统、样品缸系统和作用在样品缸系统外围的应力加载系统与CT扫描系统，水力压裂模拟系统的高压管线与样品缸系统的上部加载体连接。

所述样品缸系统包括样品壁16外围的承重板18、加载板15、承重板18与煤样之间的连接板19，在连接板19上设计有出水孔17，在上部承重板18上连接高压管线5的一端，另一端连接压裂模拟系统，在三个加载板15上分别设计有应力加载系统的加载轴20，在承重板18外围设计有CT扫描系统的CT扫描室13。

所述承重板18由三块钢板通过相互垂直焊接而成。

所述的连接板19位于承重板18与煤样壁16之间，在连接板19上均匀分布16个出水孔17。

所述的应力加载系统中，加载轴20与手动加压泵22通过加载管线27进行连接，在加载管线上设计有阀门6、压力表8。

所述水力压裂模拟系统包括加压泵3、水箱10、高压管线5，高压管线5从水箱10依次经过加压泵3、控制阀门6、流量计7、压力表8，最后流经样品缸上部的加载板15C进入煤样内部。其中压力、流量数据主要是通过计算机1进行记录。

所述计算机1通过电缆23与控制阀门6、流量计7、压力表8、CT扫描主机12进行连接。

所述CT扫描系统包括CT扫描主机12、CT扫描室13。通过电缆23将扫描结果传输到计算机1。

采用上述技术方案，水力压裂模拟系统主要是进行水力压裂过程的模拟。通过加压泵，可以将单一的水、气、水气混合物加压以后通过高压管线注入到煤样中，近似模拟实际压裂过程。其中压裂过程中的流量、压力可以通过流量计、压力表进行记录，并将数据实时传输到计算机，通过计算机实现对加压泵的实时控制，高压管线从样品缸上部进入煤样内部，为了确保样品缸内部良好的封闭性，在高压管线与样品缸壁之间采用密封材料进行密封。

样品缸系统主要是进行样品的放置。该系统中为了实现样品三个方向不同的加载应力，设计了一个三个面固定的承重板，而在其对应面设计有可以移动的加载板，这样可以通过加载板的移动实现对煤样的加载。为了避免加载过程中加载板之间相互影响，设计加载板的尺寸稍小于煤样的尺寸，有效避免了由于煤样受挤压，造成支撑板之间相互干扰。为了便于压裂过程中压裂液的及时流出，在煤样与承重板之间设计了连接板，在连接板上设计有流水孔。在压裂过程中，当压裂裂缝延伸到煤样边界时，压裂液会顺着流水孔流出，此时既可以停止压裂。

应力加载系统主要是提供煤样周围所需要的加载应力。通过手动加压泵进行加压以后，将其加载应力作用在固定在加载板表面的加载轴上。随着手动加压泵的加载，引起加载轴的运动，进而推动加载板运动，引起煤样的压缩变形。其中加载压力的大小可以通过管线上的压力表进行监测。在实际工作时，可以根据方案需要，分别进行三个方向的加载，使其加载应力分别达到实验方案要求。