[发明专利]一种煤系复合储层压裂物理模拟试件制备方法

说明书

一种煤系复合储层压裂物理模拟试件制备方法，尤其适用于煤系气开发地质与岩石力学领域使用。首先采集大块新鲜煤样和不同岩性的小块岩样，对大块新鲜煤样的断面进行激光扫描并计算表面形貌的分数维值，对小块岩样开展X‑衍射分析和岩石力学检测，并根据检测结果利用砂子、水泥和粘土调配模拟出不同的配方，确定煤系复合储层岩石组合类型、不同岩性岩层厚度，模具制备含煤多岩性岩石组合立方体试件，在立方体试件的同一侧面，于煤样和不同岩性自制岩样的中心部位分别钻取井眼，并在其内固结钢质注液管以模拟井眼，利用密封材料对含煤多岩性岩石组合立方体进行外部浇筑，制备成标准尺寸的煤系复合储层物理模拟压裂试件。其步骤简单，使用方便，制备的试件更贴近实际。

技术领域

本发明涉及一种煤系复合储层压裂物理模拟试件制备方法，尤其适用于煤系气开发地质与岩石力学领域使用的一种煤系复合储层压裂物理模拟试件制备方法。

背景技术

在我国鄂尔多斯盆地东缘、滇东-黔西等多煤层区，煤岩、致密砂岩和泥页岩等不同岩性储层常垂向叠置发育，岩层较薄且互层频繁，形成煤系复合储层，其内非常规天然气资源丰富，开发潜力巨大。

煤系复合储层普遍具有低孔低渗的特点，多类型储层合压合采是经济高效开发煤系气资源的最佳选择，实施压裂改造以形成复杂缝网是有效方法。然而，与常规单一岩性储层相比，煤系复合储层具备鲜明的地质特点，岩性组合样式多样且复杂，尤其是不同类型储层岩石力学性质与层间界面性质显著差异，影响压裂缝延伸能力与扩展方式，进而决定着煤系气采气速率和最终采收率。因此，查明煤系复合储层合压裂缝扩展规律是最大限度释放煤系气产能的关键，对煤系气规模性开发具有重要意义。

煤系复合储层深埋地下，致使压裂缝几何形态与延伸扩展无法直接观测。压裂物理模拟是一种可靠且有效地分析压裂缝几何形态与延伸扩展过程的重要实验室手段，但目前尚无针对多煤层区煤系复合储层的压裂物理模拟方法。

针对多岩层组合压裂物理模拟的发明专利包括：

1、申请公布号为CN107060714A的发明专利公开了一种研究薄互层压裂裂缝延伸规律的大型真三轴物模试验方法。该方法声明各个试验要素逼近真实地质条件，通过该方法可掌握薄互层油藏水力压裂裂缝的延伸规律，指导薄互层储层改造。

上述专利涉及的物模试验方法，描述的仅是两种岩性岩层的互层，且不涉及煤岩，相似材料强调使用不同硬度和粒径的水泥，难以逼近真实煤系复合储层。

2、申请公布号为CN105334090A的发明专利公开了一种含煤产层组压裂物模试样的制备方法，该发明可制备含煤产层组中不同岩性组合的分层试样。

上述专利虽然包含煤岩和不同岩性岩石，但存在着不足：一是在物模试样制备时使用大型岩石切割机，致使煤与岩石表面光滑，且二者之间属于平直面接触，与实际煤岩与其顶底板形态不规则的接触界面不同；二者煤系复合储层开发时强调合压合采，该发明中的单层压裂模式不足以指导实际煤系复合储层多层合压改造时压裂缝的延伸与扩展。

发明内容

针对上述技术的不足之处，提供一种煤系复合储层压裂物理模拟试件制备方法，该方法借助天然新鲜大块煤样与相似材料，以煤岩表面分数维值大小量化表征煤-岩接触界面的不规则程度，真实反映不同类型岩层力学性质和层间界面性质的差异性，提升压裂物理模拟结果的可信性。

为实现上述技术目标，本发明的煤系复合储层压裂物理模拟试件制备方法，包括如下步骤：

步骤1，在矿井下采集大块新鲜煤样和不同岩性的小块岩样，标记取样方位与层位，大块煤样尺寸在5cm×30cm×30cm以上，且尺寸约30cm×30cm的煤样表面为自然断面，确保煤与岩石的界面为不规则接触面，小块岩样尺寸应大于8cm×8cm×8cm；