[发明专利]水力压裂煤系储层裂缝延伸形态模拟装置及其模拟方法

说明书

本发明公开了水力压裂煤系储层裂缝延伸形态模拟装置及其模拟方法，包括煤/岩模拟组件、轴压加载组件、环压加载组件和井筒压裂模拟组件，本发明针对目前真三轴水力压裂物理模拟测试装置无法较真实模拟射孔层段、射孔数及无法对大致相同的岩样进行不同压裂施工参数下的裂缝延伸形态模拟测试，导致与现场实际存在一定出入的问题，设计出一种水力压裂煤系储层裂缝延伸形态模拟装置，能对不同射孔层段、射孔数、压裂施工参数、大致相同的力学性质及裂缝发育程度岩样进行不同参数下重复压裂实验，更准确的测试某一参数对压裂裂缝延伸形态的影响，为煤系储层压裂裂缝形态准确研究奠定基础。

技术领域

本发明涉及水力压裂煤系储层裂缝延伸形态模拟技术领域，特别是涉及水力压裂煤系储层裂缝延伸形态模拟装置及其模拟方法。

背景技术

煤层气作为一种清洁、高效能源，我国经过近四十年的勘探开发，勘探开发深度已经延伸到2000米左右。勘探开发深度的增加，深部煤层及其围岩的致密砂岩中都可能含有甲烷气体，进行煤层气和围岩层中致密砂岩中气体的开发是目前开发深部煤系气储层的主要方式之一。深部煤系气储层埋藏深、所受应力大导致原始状态下的渗透率都比较低，要想获得工业性气流，进行水力压裂是提高其导流能力的主要方式。

在煤系储层中进行水力压裂时，煤层可能与开发的致密砂岩层直接接触，也可能与围岩致密砂岩层之间存在一定的距离，由于煤层与围岩致密砂岩层的岩石力学性质、裂隙发育程度等差异性，导致其水力压裂时煤层与围岩致密砂岩层的裂缝延伸形态可能存在较大差异。即使对单一煤层段进行压裂，煤层段内煤的变形破坏程度、裂隙发育程度等的差异性也可能引起水力压裂时裂缝起裂、延伸等变化规律的差异，最终影响着压裂改造效果。为了研究水力压裂过程中裂缝在非均质性煤层段、煤层与其他岩层合层压裂时裂缝延伸变化规律及裂缝延伸形态，国内外研究者通过研制真三轴水力压裂物理模拟实验装置对压裂过程中裂缝延伸形态进行研究，其基本做法是通过制作较大尺度的立方体煤块或用相似材料制作成较大尺寸的立方体，在实验样品中间钻一小孔，模拟储层及所受的应力状态，进行不同压裂液、不同加载围压、不同施工排量等条件下实验，通过压裂液颜色来确定其裂缝形态。采用原始煤样或相似模拟材料，制作样品所需时间及制样过程相对比较复杂，耗时较长；同时，由于是在材料上钻出的一个小孔，无法较真实的模拟现场压裂时的从射孔孔眼进入压裂层这一过程，可能导致模拟结果与实际存在一定的出入。而且压裂后煤样无法再重复使用，无法改变某一实验条件进行重复性实验，导致某一参数对裂缝延伸形态的影响无法较准确的测试。采用压裂模拟软件FracproPT、mayer等进行模拟，更多的是一种规律性的认识，与实际存在一定的出入。为了较准确的模拟现场水力压裂射孔层段、水力压裂的某一参数如施工排量、压裂液、压裂液量，以及应力条件、单一煤层或煤层与砂岩合压等不同条件下水力压裂裂缝延伸规律及形态，亟需研制一种水力压裂裂缝延伸形态模拟测试装置，能满足上述要求。

所以本发明提供一种新的方案来解决此问题。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的在于提供水力压裂煤系储层裂缝延伸形态模拟装置及其模拟方法。