[发明专利]一种水力压裂煤层裂纹可视化及增透效果评价方法

说明书

一种水力压裂煤层裂纹可视化及增透效果评价方法，用于实验室中对煤层水力压裂检测。包括前期准备阶段、地应力加载阶段、压裂前抽采瓦斯、水力压裂煤体阶段、压裂后抽采瓦斯和压裂效果评价。其步骤简单，检测效果好，有效模拟不同组合方式下的强化瓦斯抽采过程，同时可同步监测并采集煤层瓦斯压力、温度、表面裂纹形态以及抽采瓦斯流量，为研究不同强化抽采条件下瓦斯抽采效率及优化抽采措施提供了有效手段。

技术领域

本发明涉及一种评价方法，尤其适用于实验室中对煤层水力压裂检测的一种水力压裂煤层裂纹可视化及增透效果评价方法

背景技术

我国煤层瓦斯储存条件普遍具有“三低一高”(低饱和度、低渗透性、低储层压力，高变质程度)的特点，全国大部分矿区煤层渗透率在10^-4～10^-3mD，比美国等低3～4个数量级，此类条件下的煤层瓦斯抽采是世界性难题，与此同时，多种强化瓦斯抽采措施也相继被提出和实施，如水力压裂技术、深孔爆破增透技术、高压磨料射流割缝增透技术、高压电脉冲破煤增透技术及注气驱替增产技术等。

水力压裂技术是通过向钻孔内注入高压水，在地应力与高压水双重作用下压裂煤层，使钻孔周围形成若干宏观裂隙和分支裂隙，宏观裂隙向煤层深部扩展，为煤层瓦斯解吸渗流提供通道，提高了钻孔的抽采范围。由此可见，水力压裂过程中煤层裂纹的发育、扩展过程是影响压裂效果的关键因素。因此提出一种水力压裂煤层裂纹可视化及增透效果评价方法，其主要优势包括：(1)可以模拟真三轴采动应力场条件下的大尺度煤层水力压裂过程，更加接近现场真实复杂地质条件；(2)可以对水力压裂过程中煤层表面裂纹进行全过程实时监控；(3)基于压裂前后对煤层进行瓦斯抽采操作评价水力压裂效果。

发明内容

针对上述技术比对不足之处，提供一种结构简单，使用效果好，能够模拟不同真三轴应力、瓦斯压力、煤层温度多场耦合条件下煤与瓦斯延期突出过程的水力压裂煤层裂纹可视化及增透效果评价方法。

为实现上述技术目的，本发明的水力压裂煤层裂纹可视化及增透效果评价方法，包括：前期准备阶段、地应力加载阶段、压裂前抽采瓦斯、水力压裂煤体阶段、压裂后抽采瓦斯和压裂效果评价；其具体步骤为：

1a)从待测煤矿区域突出煤层中取样并进行现场调研，利用现场采集的煤块取样测定突出煤层的相关参数，确定试验方案中地应力、注水速率、压裂位置等试验参数；

1b)使用破碎筛将采集的煤块取样筛分成0-1mm粒径的煤粒，向煤粒中加水搅拌制成6％含水率煤样备用；

1c)将6％含水率煤样装入可视化箱体，可视化箱体底部设有海绵状多功能金属板，多功能金属板上设有充气口，可视化箱体顶部以及可视化箱体的左侧壁上和前侧壁上设有多个透明加载板，可视化箱体顶部的透明加载板有六个序号分别为X1-X6，可视化箱体前侧壁上的透明加载板有六个序号分别为Y1-Y6，可视化箱体的左侧壁上的透明加载板为Z1，每个透明加载板上设有加载活塞，加载活塞穿过箱体壁连通加压油缸；可视化箱体背面设有均匀安装有多个传感器安装孔，同时布置有一排多功能钻孔，其中多功能钻孔尾部在可视化箱体上设有外接接头，外接接头与可视化箱体的箱体壁之间设有密封垫，多功能钻孔包括封孔段、压裂段，多功能钻孔全长0.5m，封孔段长0.15m，压裂段长0.35m，压裂段管壁周向和径向方向分布有透气孔，给多功能钻孔设置序号为A1-A6，在可视化箱体利用可视化箱体背部开设的传感器安装孔向可视化箱体中的6％含水率煤样分别埋入气压传感器，最后使用加载活塞驱动透明加载板使6％含水率煤样在20MPa条件下成型1h后解除所有透明加载板对煤样的加压；

1c)利用密封圈和螺钉将可视化箱体的盖板和箱体密封紧固，将高压气瓶、真空泵、流量计Ⅰ顺序连接，流量计Ⅰ的输出端通过管路与多功能金属板的充气口相连接，在可视化箱体后部的序号为A6的多功能钻孔中设置外接接头与流量计Ⅱ相连接，可视化箱体后部的序号为A3的多功能钻孔中设置外接接头与流量计Ⅲ的进气孔相连接，流量计Ⅲ的出气口管路与压裂泵相连接，检测可视化箱体及气管管路连接的密封效果；