[发明专利]卸压煤层气开发模拟的围岩相似材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种卸压煤层气开发模拟的围岩相似材料及其制备方法，属于工程相似模拟材料领域。相似材料以石英砂为骨料，石膏、高岭土或滑石粉为胶结物，水为调和剂，硼砂为缓凝剂，按质量计份配料：脆性围岩原料配比为石英砂90‑100份，石膏粉300‑320份，高岭土90‑100份，去离子水110‑120份，硼砂1份；塑性围岩原料配比为石英砂100‑110份，石膏粉45‑50份，滑石粉45‑50份，去离子水50‑55份，硼砂0.5份。硼砂先溶于水，后混料加水，利用加载装置压制成型，养护制得相似材料。所配材料脆、塑性显著，能模拟构造煤围岩变形及破坏特征，且材料制备过程简单、原料获取容易、成本低。

技术领域

本发明涉及一种围岩相似材料及其制备方法，尤其是一种适用于构造煤原位煤层气水平井洞穴卸压的围岩相似材料及其制备方法，属于工程相似物理模拟试验材料研发领域。

背景技术

我国煤层气资源丰富，预测埋深2000m以浅煤层气地质资源量达36.8×10¹²m³，与常规天然气资源量相当。煤层气规模化开发能够缓解我国常规油气能源短缺形势，降低煤矿瓦斯事故发生几率，减少煤矿生产中温室气体排放量，可产生显著的经济、环境、安全及社会效益。

以黔西滇东地区、两淮地区及鄂尔多斯盆地西缘为代表的我国构造煤煤层厚度大、分布广泛，煤层气资源量及资源开发潜力巨大。由于构造煤储层具有效应力高、原始渗透率低及水力压裂改造难度大等特点，因此采用传统的直井、水平井压裂工艺难以取得较好的煤层气开采效果。为了全面推进我国构造煤发育区煤层气开发工作，就需要解决传统直井、水平井压裂方式构造煤储层改造效果差，采动区被保护层性卸压应力释放程度低等问题，积极探索构造煤原位煤层气水平井洞穴卸压开发新技术、新方法，以显著提高构造煤煤层气地面开发效果。出于构造煤原位煤层气水平井洞穴卸压开发新技术研发的目的，需要在构造煤煤系地层结构重构的基础上开展大型室内物理模拟试验。因此，为煤系地层结构重构相似物理模型制备研发围岩相似材料，就成为构造煤卸压煤层气开发室内物理模拟试验开展的重要前提工作。

发明内容

技术问题：本发明的目的是为了满足构造煤卸压煤层气开发室内大型物理模拟试验中煤系地层结构物理模型重构的需要，提供一种能够模拟构造煤卸压煤层气开发中砂岩、灰岩等脆性围岩，粉砂质泥岩、泥岩、页岩等塑性围岩变形及破坏特征的相似材料及其制备方法。

技术方案：本发明的一种卸压煤层气开发模拟的围岩相似材料，包括石英砂、石膏、高岭土或滑石粉、硼砂和水，所述的石英砂为骨料，石膏、高岭土或滑石粉为胶结物，水为调和剂，硼砂为缓凝剂，按质量计份配成脆性围岩相似材料和塑性围岩相似材料，所述脆性围岩相似材料的配比为80目石英砂90-100份，1250目高强石膏粉300-320份，1250目高岭土90-100份，去离子水110-120份，硼砂1份；所述的塑性围岩相似材料的配比为80目石英砂100-110份，1250目高强石膏粉45-50份，1250目滑石粉45-50份，去离子水50-55份，硼砂0.5份。

实施上述卸压煤层气开发模拟的围岩相似材料的制备方法，包括以下步骤：

(a)根据煤层气勘查工作中煤岩心录井、构造煤顶底板采样测试结果确定脆性围岩相似材料、塑性围岩相似材料在煤系地层结构重构相似物理模型中的位置及各分层厚度；

(b)根据含构造煤煤层的煤系地层结构重构相似物理模型中脆性围岩相似材料、或塑性围岩相似材料的各分层厚度，分别计算各分层脆性围岩相似材料原料、塑性围岩相似材料原料的总质量，按80目石英砂90-100份，1250目高强石膏粉300-320份，1250目高岭土90-100份，去离子水110-120份，硼砂1份的质量配比称取脆性围岩相似材料各原料；按80目石英砂100-110份，1250目高强石膏粉45-50份，1250目滑石粉45-50份，去离子水50-55份，硼砂0.5份的质量配比称取塑性围岩相似材料各原料；