[发明专利]用于碎软煤层水力压裂测试的模拟装置

说明书

本发明涉及煤层开采模拟实验技术领域，具体而言，是用于碎软煤层水力压裂测试的模拟装置，包括：压裂试样，被构造成具有煤层顶板层、煤层界面层和煤层；模拟井筒，被设置在煤层顶板层内；真三轴物理模拟实验机，用于对放置于其三轴加载室中的压裂试样进行模拟三向地应力的加载；水力压裂伺服泵压力控制系统，用于向所述模拟井筒注入压裂液以模拟水力压裂过程；可以获得水平段所处的深度与煤层裂缝之间的关系、射孔的分布和间距与煤层裂缝之间的关系，以及天然裂缝的存在位置和方向对于煤层裂缝产生的关系，同时也可以获得上述影响因素对于裂缝产生影响的权重，以期指导煤层气高效抽采提高生产的方向。

技术领域

本发明涉及煤层气开采模拟试验技术领域，尤其是碎软煤层的水压裂试验，具体而言涉及一种用于碎软煤层水力压裂测试的模拟装置。

背景技术

水力压裂的基本原理是将大量混有支撑剂的高压液体通过井筒泵入储层，迫使储层破裂形成人工裂缝，使支撑剂充填裂缝，提高储层的孔渗特性。

碎软低渗煤层一直被视为地面煤层气抽采的禁区，压裂直井总体单井产量低、稳产期短、衰减快，抽采率低下，其抽采技术尚未取得突破。因此，现有技术针对碎软低渗煤层的特点，建立了顶板——煤层——底板的试样模型，在紧邻煤层的顶板岩层中布置水平井，进行水力压裂试验。试验在下伏碎软低渗煤层中形成的裂缝长度，要比直接在碎软低渗煤层中进行水力压裂形成的裂缝更长，压裂改造效果更好，证明了顶板水力压裂裂缝穿过煤岩界面进入煤层的可能性。

在实际施工时，如何确定水平井与煤层之间的距离，使水平井在能获得最优裂缝的位置，是目前亟需知晓的，因此，需要一种模拟实验装置，能探寻水平井与煤层之间处于不同距离与产生的裂缝效果之间的关系，以辅助在实际抽采施工中，确定最佳的水平井井位布置方案。

现有技术文献：

专利文献1CN105756645A-页岩中裂缝扩展的物理模拟系统及方法

发明内容

本发明目的在于提供用于碎软煤层水力压裂测试的模拟装置，能在水力压裂的模拟实验中，获得水平井和煤层在处于不同间距时与产生的裂缝之间的关系，以求证是否存在最优的井位布置间距。

本发明提供用于碎软煤层水力压裂测试的模拟装置，包括：

压裂试样，被构造成具有煤层顶板层、煤层界面层和煤层；

模拟井筒，被设置在煤层顶板层内；

真三轴物理模拟实验机，用于对放置于其三轴加载室中的压裂试样进行模拟三向地应力的加载；

水力压裂伺服泵压力控制系统，用于向所述模拟井筒注入压裂液以模拟水力压裂过程；

压裂过程监测系统，用于检测并记录压裂试样在水力压裂过程中的裂缝状态；

其中，所述模拟井筒包括竖直段和至少两个在高度方向具有预定间距的水平段，多个所述模拟井的水平段设有相同的射流孔。

优选的，多个所述模拟井的水平段之间的高度差以及长度相同，各水平段中点的连线与竖直段之间的夹角为75-85°。

优选的，所述水平段设有多个均匀分布、大小相等的射流孔。

优选的，多个所述射流孔被设置在水平段的正下方，呈一字型排列，不均匀分布。

优选的，多个所述射流孔被分为若干簇并设置在水平段下半部分的弧面上。

优选的，每簇射流孔包含3个孔眼，孔眼之间间距为60°，或每簇射流孔包含5个孔眼，孔眼之间间距为30°。