[发明专利]煤岩钻孔水力致裂实验装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种煤岩钻孔水力致裂实验装置。

背景技术

我国煤储层“低渗”特点决定了井下瓦斯治理或地面煤层气开发时都需对煤储层进行改造，水力压裂是目前煤层气井地面开发或井下瓦斯治理的重要手段之一。地面煤层气井水力压裂设计的好坏直接关系到后期产气量的高低，而查明水力压裂时裂缝起裂、扩展、延伸变化规律是进行水力压裂参数优化的基础。查明井下钻孔水力压裂时裂缝起裂、扩展、延伸变化规律是进行钻孔参数优化、水力压裂参数优化的基础。对煤储层的基本情况了解地越充分，越有利于提高水力压裂的效果。而以往的压裂指导大多只是依据纯粹的数学理论或压裂模拟软件进行模拟，不能直观的了解到压裂过程中裂缝是如何形成的以及裂缝的延伸方向。

目前，地面水力压裂设计主要依据建立的水力压裂模拟软件进行模拟，现实情况的多变性和影响因素的复杂性，在一定程度上就使理论推导与现实有一定的差距，对压裂现场的指导不够准确，影响着压裂效果，最终影响地面煤层气井产气量或井下瓦斯抽采（放）效果。因此，查明水力压裂时裂缝变化情况显得极其重要。目前没有能够模拟煤岩钻孔水力致裂情况的实验装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种煤岩钻孔水力致裂实验装置，能够通过实验室模拟不同煤体结构、不同地应力大小、不同钻孔深度下煤岩水力压裂，查明煤岩裂缝起裂、扩展、延伸变化规律，进而指导现场生产，提高压裂效果。

为实现上述目的，本发明的煤岩钻孔水力致裂实验装置包括样品装置系统、围压系统、致裂系统、封闭系统和监测系统，样品装置系统包括样品缸，样品缸内的底部设有筛筒，筛筒底部设有出水管，筛筒上方的样品缸内盛装有样品，样品内设有模拟钻孔；围压系统包括充气子系统和充水子系统，充气子系统包括高压气泵和实验缸，实验缸底部设有支撑底座，高压气泵的出口通过输气管路与实验缸的上部相连通，高压气泵的进口通过进气管连通设有储气罐，输气管路上设有充气阀门、气路流量计和气路压力表，所述样品缸设在所述实验缸内的支撑底座上；充水子系统包括高压充水泵，高压充水泵的进水口连通设有充水水箱，高压充水泵的出水口通过充水管路与实验缸的底部相连通，充水管路上设有充水阀门、充水流量计和充水压力表；所述出水管的出水口伸出所述样品缸和所述实验缸；致裂系统包括致裂高压水泵，致裂高压水泵的进水口连通设有致裂水箱，致裂高压水泵的出水口通过致裂管路与所述模拟钻孔相连通，致裂管路上设有致裂控制阀、致裂压力表和致裂流量计；封闭系统包括样品缸密封装置和实验缸密封装置，样品缸密封装置包括上钢板和下钢板，上、下钢板皆为圆形设置且二者的直径皆小于样品缸的直径，上、下钢板之间设有橡胶垫，橡胶垫的直径大于样品缸的直径；实验缸密封装置包括实验缸上钢板和实验缸下钢板，实验缸上、下钢板皆为圆形设置且二者的直径皆小于实验缸的直径，实验缸上、下钢板之间设有实验缸橡胶垫，实验缸橡胶垫的直径大于实验缸的直径；监测系统包括设在样品缸外壁上的声发射传感器，声发射传感器外罩设有密封罩。

所述监测系统还包括有设在实验缸外的照相机。

所述样品为煤样或混合材料，混合材料的成份包括矾土水泥、硅酸盐水泥、电过滤粉和水，采用混合材料模拟Ⅰ类煤样时，矾土水泥、硅酸盐水泥、电过滤粉和水的重量比为1：2：25：11，上述材料混合后的凝固时间为30分钟；采用混合材料模拟Ⅱ类煤样时，矾土水泥、硅酸盐水泥、电过滤粉和水的重量比为1：2：40：16.4，上述材料混合后的凝固时间为30分钟；采用混合材料模拟Ⅲ类煤样或Ⅳ类煤样时，矾土水泥、硅酸盐水泥、电过滤粉和水的重量比为1：2：60：24，上述材料混合后的凝固时间为35分钟。

所述实验缸为钢化玻璃实验缸。

所述封闭系统还包括有压设在实验缸密封装置顶部的压块，压块顶部设有限位块，限位块与实验室固定物相连接并用于限制压块的竖向位置。

本发明具有如下的优点：

1.本发明可以在实验室进行模拟实验，查明煤矿井下本煤层钻孔水力压裂过程裂缝起裂、扩展、延伸变化规律，了解裂缝延伸方向，进而指导现场压裂，从而大大提高压裂效果。

2. 照相机的设置，便于对致裂时裂起裂、延伸状况进行拍照记录。