[发明专利]一种非常规天然气井压裂物理模拟试样的制备方法

说明书

本发明提供一种非常规天然气井压裂物理模拟试样的制备方法，包括步骤：1、确定储层页岩试件的单轴抗压强度和抗拉强度，选择满足强度标号要求的水泥；2、将两块砂岩薄板放置在混凝土模具两侧，将搅拌好的水泥、石英砂、石子、水的混合物倒入两砂岩薄板之间；3、养护成型后拆模得到模拟复层试样，对试样进行层理面剪切强度试验，确定剪切强度；4、砂岩薄板的中心位置上钻取模拟井眼，粘固模拟井筒，得到具有模拟井筒的复层试样。本发明利用调配相似材料与天然砂岩相结合制备非常规天然气井压裂物理模拟试样，制备更符合含非常规天然气条件的压裂试件，有利于更深入研究非常规天然气井压裂过程中裂缝沿垂直于层理方向的扩展机理。

技术领域

本发明属于岩样制备技术领域，具体涉及非常规天然气井压裂物理模拟试样的制备方法，适用于非常规天然气中的致密气和页岩气的压裂物理模拟。

背景技术

目前，我国探明并已开发利用的非常规天然气资源主要包括致密气、页岩气、煤层气等，在陆上主要分布于鄂尔多斯、四川、松辽、渤海湾、准噶尔、沁水等含气盆地。我国非常规天然气具备规模发展的资源基础，勘探成果显著，开发上取得重要进展。近十年来，非常规天然气探明储量快速增长，天然气累计探明地质储量中，非常规天然气占比约41％，且呈逐年递增趋势。2018年非常规天然气产量约507亿方，占全国天然气总产量1603亿方的32％左右；其中，致密气为345亿方，页岩气为108亿方，煤层气为54亿方。

在多产层组合压裂开采过程中，水力致裂裂缝垂向扩展范围是压裂设计中需要重点考虑的因素之一，它在一定程度上影响着水力压裂的效率，也决定着压裂作业的成败。在实验室内通过对分层介质进行真三轴水力压裂模拟实验，是认识水力致裂裂缝垂向穿层扩展规律和高效开发非常规资源的重要手段。目前，若采用天然沉积岩样制备分层试样进行室内实验，其层理发育，各种沉积层交错分布，物性差别较大，使得层理面难以控制，且影响裂缝扩展的因素较多，裂缝扩展机理难以掌握，导致实验结果离散性较大。因此，采用目前的制样方法无法实现实验变量对比研究，难以掌握裂缝穿层扩展规律。

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，其制备方法存在以下不足：该物模试样取自与模拟地层所在地区岩石力学性质相近的露头岩石，露头岩石的特点为风化程度高、节理裂隙发育、水敏性黏土矿物含量高，然而在钻取模拟井眼时选择强度较大、裂缝不发育的岩石薄板，此处取露头岩石的方法不能达到预制井眼的效果；需要选择包裹层对含煤产层组合体进行外部浇筑，形成含煤产层组压裂物模试样，包裹层的材料应选择与所有材料性质相近的物质，但其中间层为岩石薄板，两侧分别粘固煤岩薄板，岩石与煤岩的物性差别比较大，包裹层的性质难以确定；由于中间层岩石薄板与两侧煤岩薄板强度相差较大，在真三轴压裂过程中，容易造成应力集中，严重影响模拟实验结果的准确性和可靠性；该含煤产层组压裂物模试样为正方体，其边长为400-440mm，试样尺寸较大且重量较重，难以搬动和进行室内压裂实验。

申请公布号为CN110388201A的发明专利公开了一种模拟水力压裂裂缝真实形态的人造岩样制作方法，其制作方法重点在于批量制作与储层岩石矿物组分一致、表面粗糙形貌真实且统一的岩样，该发明的缺点是没有充分体现复层试样特性，压裂表面粗糙度不可控。

申请公布号为CN109162709A的发明专利公开了一种孔洞型碳酸盐岩储层物理模拟试样的制备方法及应用，该发明侧重于制作模拟孔洞，研究在水力压裂实验条件下孔洞对于水力裂缝扩展和延伸的影响，其并非研究复层试样中的层理面对于裂缝穿层扩展的影响。

申请公布号为CN103883302A的发明专利公开了一种煤层气井水力压裂物理模拟试件制作方法，该制作方法的重点在于研究顶底板的岩石力学性质对水力压裂裂缝延伸的影响，其缺点是没有考虑顶底板的表面形态对裂缝延伸的影响，也就是其层理面的粗糙度不可控。

因此，需要设计一种更为合理的非常规天然气井压裂物理模拟试样的制备方法，以便于研究沿垂直于层理方向水力致裂裂缝穿层扩展规律，为更深入研究非常规天然气储层层理发育或多层天然气储层井压裂提供技术支持。

发明内容