煤岩煤样包覆型水泥靶多脉冲压裂地面模拟实验装置制造方法及图纸

煤岩煤样包覆型水泥靶多脉冲压裂地面模拟实验装置，包括煤层气煤岩包覆型水泥靶装置I和煤层气多脉冲压裂装置II；煤层气煤岩包覆型水泥靶装置I包括煤层气煤岩煤样，煤层气煤岩煤样包覆镶嵌于水泥靶中，在水泥靶上开有相对于煤层气煤岩煤样偏心孔或对称孔且贯穿整个水泥靶；煤层气多脉冲压裂装置II插入孔内，通过径向泄气孔定向泄气产生高压脉冲压力作用于煤层气煤岩包覆型水泥靶装置I，煤层气煤岩试验靶快速启裂裂缝并延伸裂缝，很好的反映出压力随时间的动态作用过程。

Multi-Pulse Fracturing Surface Simulator for Coal-rock Coal Sample Coated Cement Target

Coal-bed methane-coal-rock cladding cement target multi-pulse fracturing ground simulation experimental device, including coal-bed methane-coal-rock cladding cement target device I and coal-bed methane multi-pulse fracturing device II; coal-bed methane-coal-rock cladding cement target device I includes coal-bed methane-coal sample, coal-bed methane-coal-rock-coal sample is embedded in cement target, and eccentric or symmetrical pore relative to coal-bed methane-coal-rock-coal sample is opened on cement target. It runs through the whole cement target. Coalbed methane multi-pulse fracturing device II inserts into the hole, produces high-pressure pulse pressure through directional venting of radial venting hole to act on coal-bed methane coal-rock coated cement target device I. Coalbed methane coal-rock test target quickly opens and extends cracks, which well reflects the dynamic process of pressure acting with time.

【技术实现步骤摘要】
煤岩煤样包覆型水泥靶多脉冲压裂地面模拟实验装置
本技术涉及煤层气压裂开发的增产技术，特别涉及一种大尺寸煤气层的煤岩煤样包覆型水泥靶多脉冲压裂地面模拟实验装置。
技术介绍
针对我国煤层气煤层的地质具有低压、低渗、低孔的特征及煤层气吸附性强的开发难题，开展了把高能气体多脉冲加载压裂用于煤层气开发技术研究与探索。近多年来煤层气高能气体多脉冲压裂技术得到进一步试验和应用，取得初步效果，但在作用机理及效果评价方面还需要进一步加强，尤其在作用机理的试验与认识进一步开展实验研究方面还处于探索阶段。结合前期煤气层多脉冲压裂实验设计模型与方法，进行煤气层小尺寸实验煤样的试验模型设计，并进行了部分煤气层试制煤样多脉冲压裂模拟试验，其实验方法是首先直接在煤岩进行钻孔，采用多脉冲压裂火药直接放置孔内进行多脉冲压裂实验。通过这类实验发现在地面煤岩靶中无论药量控制多少，试验煤岩几乎完全破碎，完全没有形成多裂缝状态，难以准确反映裂缝形态及实验效果，难以进行作用机理方面分析研究。
技术实现思路
为了克服和解决煤层气煤岩多脉冲压裂实验机理研究的问题，本技术的目的在于提供采用大尺寸煤气层的煤岩煤样包覆型水泥靶多脉冲压裂地面模拟实验装置，研究分析大尺寸煤气层煤岩产生多裂缝形态的形成机制及松弛地应力机理，完善与优化煤层煤岩样多脉冲压裂合理组配的设计试验方案；为煤层气煤层多脉冲压裂造缝机理研究奠定基础。为了达到上述目的，本技术的技术方案是这样实现的：煤岩煤样包覆型水泥靶多脉冲压裂地面模拟实验装置，包括煤层气煤岩包覆型水泥靶装置I和煤层气多脉冲压裂装置II；煤层气煤岩包覆型水泥靶装置I包括煤层气煤岩煤样7，煤层气煤岩煤样7包覆镶嵌于水泥靶6中，在水泥靶6上开有相对于煤层气煤岩煤样7偏心孔或对称孔且贯穿整个水泥靶6；煤层气多脉冲压裂装置II插入孔内，煤层气多脉冲压裂装置II包括钢制泄气管3，钢制泄气管3内置起爆装置2，起爆装置2一端连接电子点火线1，另一端通过铝制中心传爆管体14连接压裂药12，铝制中心传爆管体14内部放置辅助点火药13，钢制泄气管3末端连接堵头11构成钢制泄气管管内密封；所述的钢制泄气管3上开有至少一排径向泄气孔9。本技术的特点是采用煤层气煤岩包覆型模拟水泥靶实验，能够代替无限大的煤层气煤岩形成多裂缝的模拟实验，模拟较为真实的储层环境，对煤层气多脉冲压裂产生多裂缝的形成与扩展规律研究有重要的指导意义。附图说明图1是本技术的示意图。图2是煤岩煤样包覆镶嵌水泥靶多脉冲压裂试验P-t测试曲线。具体实施方式下面结合附图对本技术做详细叙述。参照图1，煤岩煤样包覆型水泥靶多脉冲压裂地面模拟实验装置，包括煤层气煤岩包覆型水泥靶装置I和煤层气多脉冲压裂装置II；煤层气煤岩包覆型水泥靶装置I包括煤层气煤岩煤样7，煤层气煤岩煤样7包覆镶嵌于水泥靶6中，在水泥靶6上开有相对于煤层气煤岩煤样7偏心孔或对称孔且贯穿整个水泥靶6；煤层气多脉冲压裂装置II插入孔内，煤层气多脉冲压裂装置II包括钢制泄气管3，钢制泄气管3内置起爆装置2，起爆装置2一端连接电子点火线1，另一端通过铝制中心传爆管体14连接压裂药12，铝制中心传爆管体14内部放置辅助点火药13，钢制泄气管3末端连接堵头11构成钢制泄气管管内密封；所述的钢制泄气管3上通过金属钻头开有至少一排径向泄气孔9，泄气孔设置方式与所试验煤岩煤样形态相匹配，所述钢制泄气管3外壁连接铜柱测压装置4和传感器测试P-t装置15；钢制泄气管3末端连接的堵头11通过螺栓10，及螺栓10内置厚垫片8相连接与煤层气煤岩包覆型水泥靶装置I构成尾部密封；钢制泄气管3与试验靶模拟井井筒环空挤入密封胶5密封，确保试验过程中压裂药12产生高能气体能量能够通过定向泄气孔充分作用于煤岩。本技术得工作原理为：包括以下步骤：步骤一、设计大尺寸多脉冲压裂激励煤层气煤岩的实验靶，实验靶包括煤层气煤岩包覆型水泥靶装置I和煤层气多脉冲压裂装置II；所述的煤层气煤岩包覆型水泥靶装置I设计步骤包括：(1)确定好煤层气煤岩煤样7，分析标定设计尺寸一般不小于300×100×200mm。(2)结合煤层气煤岩来源区块煤层气地层特征，煤层顶板、底板层地层地质特征及岩性力学特性参数，筛选包覆型水泥的材料配比组成，水泥靶6所用水泥：干河砂：水质量比配比为(0.8～1.5)：(1.5～2.5)：(0.4～0.6)；设计包覆型水泥固化的性能力学参数，确定使其达到与煤层顶板或底板层岩层的破裂强度基本一致的加工方法。所述步骤(2)考虑到煤层煤岩与油层岩层力学特性有明显区别，如煤层地层破裂压力明显低，压裂方法与产生裂缝的形式不同，因此，外围水泥靶设计的抗压强度应尽量与煤岩强度有可比性，包覆水泥靶强度参照煤层气顶板层强度设计。(3)模拟靶结构设计，确定足够大的模拟靶外围尺寸、制作煤岩煤样包覆型水泥靶厚度为300～600mm，模拟靶浇筑制作时将煤层气煤岩煤样7包覆镶嵌于水泥模拟靶中，制作大型模拟水泥靶，并标记煤岩煤样7在水泥靶中三维位置；模拟靶模板设计、水泥靶6胶结固化后的包覆厚度、外观形态，以及抗压强度(煤层气顶板接近)等参数设计与试制养护方法；由于《SY/5891.1-1999》油气井射孔检测用混凝土靶制作规范要求混凝土靶外径因能保证射孔后混凝土层未穿透部分平均厚度不小于76mm，该数据明显对于高能气体压裂工艺不适合，且考虑到地面没有围压，在实验中可能存在压力憋不住及地面安全问题，因此试验混凝土靶厚度为300～600mm。(4)制作煤岩煤样为包覆型水泥靶，模拟靶浇筑制作，把煤层气煤岩煤样7包覆镶嵌于水泥模拟靶中，制作大型模拟水泥靶，并标记煤岩煤样7在水泥靶中三维位置。混凝土靶浇筑成型后保持24小时，在靶面上加入清水；温度高于0℃度，养护28天，在养护期内，靶面清水高度不应小于50mm。将基坑内放置靶壳位置铲平、夯实，放上靶壳，壳内撒上一层细砂，开始进行水泥靶6底部浇筑，水泥、砂、水应充分搅拌均匀后浇筑、震动、待不出气泡不下沉为止，按规范浇筑底部后，放入煤层气煤岩煤样，然后继续进行浇筑至预先设计好的厚度时将靶面抹平，并标记日期以及煤岩煤样在水泥靶中三维位置。所述的煤层气多脉冲压裂装置II包括钢制泄气管3，钢制泄气管3内置起爆装置2，起爆装置2一端连接电子点火线1，另一端通过铝制中心传爆管体14连接压裂药12，铝制中心传爆管体14内部放置辅助点火药13，钢制泄气管3末端连接堵头11构成钢制泄气管管内密封。所述的钢制泄气管3上通过金属钻头开有至少一排径向泄气孔9，泄气孔设置方式与所试验煤岩煤样形态相匹配，所述钢制泄气管3外壁连接铜柱测压装置4和传感器测试P-t装置15；步骤二、所述的煤层气煤岩包覆型水泥靶装置I和煤层气多脉冲压裂装置II通过水钻钻孔后进行组装，钻孔位置为煤岩煤样7的偏心孔或对称孔，即开孔位置设计结合煤样的形状以及在制作大型模拟水泥靶时所标明煤岩煤样7在水泥靶中的三维位置加工为偏心孔或对称孔。然后在开孔位置处通过水钻钻孔贯穿整个试验靶，形成模拟井井眼，清理靶面、确认井筒内没有异物，最后将煤层气多脉冲压裂装置II置于模拟井井眼中心；钢制泄气管3末端连接的堵头11通过螺栓10，及螺栓10内置厚垫片8相连接与煤层气煤岩包覆型水泥靶装置I构成本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.煤岩煤样包覆型水泥靶多脉冲压裂地面模拟实验装置，其特征在于，包括煤层气煤岩包覆型水泥靶装置I和煤层气多脉冲压裂装置II；煤层气煤岩包覆型水泥靶装置I包括煤层气煤岩煤样(7)，煤层气煤岩煤样(7)包覆镶嵌于水泥靶(6)中，在水泥靶(6)上开有相对于煤层气煤岩煤样(7)偏心孔或对称孔且贯穿整个水泥靶(6)；煤层气多脉冲压裂装置II插入孔内，煤层气多脉冲压裂装置II包括钢制泄气管(3)，钢制泄气管(3)内置起爆装置(2)，起爆装置(2)一端连接电子点火线(1)，另一端通过铝制中心传爆管体(14)连接压裂药(12)，铝制中心传爆管体(14)内部放置辅助点火药(13)，钢制泄气管(3)末端连接堵头(11)构成钢制泄气管管内密封；所述的钢制泄气管(3)上开有至少一排径向泄气孔(9)。

【技术特征摘要】
1.煤岩煤样包覆型水泥靶多脉冲压裂地面模拟实验装置，其特征在于，包括煤层气煤岩包覆型水泥靶装置I和煤层气多脉冲压裂装置II；煤层气煤岩包覆型水泥靶装置I包括煤层气煤岩煤样(7)，煤层气煤岩煤样(7)包覆镶嵌于水泥靶(6)中，在水泥靶(6)上开有相对于煤层气煤岩煤样(7)偏心孔或对称孔且贯穿整个水泥靶(6)；煤层气多脉冲压裂装置II插入孔内，...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴晋军，刘敬，杜芳利，赵君忠，
申请(专利权)人：西安石油大学，
类型：新型
国别省市：陕西,61