本發(fā)明涉及水力壓裂技術(shù)領(lǐng)域，是一種室內(nèi)煤巖水力壓裂中水泥環(huán)破壞的物模制作方法。

背景技術(shù)：

煤炭是我國(guó)能源的主體，煤炭工業(yè)健康、穩(wěn)定、持續(xù)地發(fā)展是關(guān)系到國(guó)家能源安全的重大問(wèn)題。現(xiàn)階段，我國(guó)煤礦瓦斯抽采的首要目標(biāo)是保證煤礦安全生產(chǎn)，同時(shí)兼顧煤層氣的開(kāi)發(fā)與利用。對(duì)于低透氣性煤層而言，采用常規(guī)的鉆孔布置方式及參數(shù)預(yù)抽煤層瓦斯時(shí)，往往達(dá)不到所要求的抽放效果。地面水力壓裂技術(shù)在煤層氣開(kāi)發(fā)中應(yīng)用廣泛。通過(guò)地面鉆孔向煤層注入壓裂液，當(dāng)壓裂液壓力大于煤層上覆圍巖壓力時(shí)，煤層內(nèi)大量的閉合裂隙被壓開(kāi)并不斷延伸、擴(kuò)展，煤層氣流動(dòng)通道大大增加，煤層透氣性顯著提高。因此積極開(kāi)展煤層水力壓裂技術(shù)研究非常重要。

在煤層氣井壓裂增產(chǎn)的過(guò)程中，部分煤層氣壓裂井出現(xiàn)了產(chǎn)水過(guò)多、產(chǎn)氣不足的現(xiàn)象，使得煤層氣產(chǎn)量達(dá)不到要求。原因是固井水泥環(huán)在壓裂過(guò)程中遭到了損壞，溝通了水層。由于缺乏對(duì)地下水泥環(huán)狀況認(rèn)識(shí)手段，有必要對(duì)煤層氣井固井水泥環(huán)進(jìn)行壓裂試驗(yàn)研究，前提是制作實(shí)驗(yàn)室壓裂試驗(yàn)的模擬巖樣，建立水泥環(huán)破壞的物理模型，為煤巖水力壓裂奠定基礎(chǔ)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
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本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種室內(nèi)煤巖水力壓裂水泥環(huán)破壞的物模制作方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

實(shí)驗(yàn)室中煤巖的水力壓裂，首先將煤塊切割處理，使其成規(guī)則形狀和合適的大小，然后配制模擬煤樣的水泥漿，使水泥漿與煤樣具有相似的力學(xué)性能。將水泥漿倒入特定的模具中。要求先將煤樣放入模具中，然后倒入配制好的水泥漿。實(shí)驗(yàn)中為了方便移動(dòng)巖樣，需在巖樣中放入兩個(gè)長(zhǎng)螺釘。模擬鉆井，在巖樣中心用取心鉆頭鉆出合適尺寸的井眼，鉆出的井眼必須和現(xiàn)場(chǎng)條件具有一定的相似性，采用幾何相似性的方法，以現(xiàn)場(chǎng)井眼尺寸與室內(nèi)煤巖井眼尺寸的比值為基準(zhǔn)值，利用現(xiàn)場(chǎng)水泥環(huán)厚度除以基準(zhǔn)值得到室內(nèi)煤巖水泥環(huán)厚度。加工套管，套管的一段封閉，作為套管的底端，根據(jù)不同的射孔位置和布孔方式，在機(jī)床上鉆出孔眼。由于套管與固井水泥之間的膠結(jié)強(qiáng)度差，為避免壓裂液沿第一膠結(jié)面上竄而使水泥環(huán)破壞，在套管上加工出一定深度和間距的螺紋，增加固井水泥與套管的接觸面積，從而增大第一膠結(jié)面的膠結(jié)強(qiáng)度。另外，在壓裂憋壓過(guò)程中，壓裂液容易沿第一膠結(jié)面上竄至井口，為解決該問(wèn)題，在距離套管上端加環(huán)形密封圈，防止壓裂液流出。為了模擬現(xiàn)場(chǎng)射孔溝通儲(chǔ)層的效果，制作與射孔孔眼直徑相同的圓柱狀石蠟，用制作好的石蠟棒封堵孔眼，將套管放入井眼中固井，凝固后放入高溫箱中加熱，等石蠟融化后加入乙醇溶液溶解石蠟，加入熱水清洗套管，晾干后等待壓裂。

本發(fā)明的有益效果是：通過(guò)配制與煤巖具有相同力學(xué)性質(zhì)的包裹層，消除了壓裂過(guò)程中由于材質(zhì)不同對(duì)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的干擾。套管上增加了螺紋和密封圈，增加套管與水泥環(huán)的膠結(jié)強(qiáng)度，防止實(shí)驗(yàn)過(guò)程中水泥環(huán)被沖出井眼。利用預(yù)先置留的石蠟棒連通套管和水泥環(huán)，等固井水泥凝固后將石蠟棒溶解，形成規(guī)則的壓裂液進(jìn)入煤巖的通道。

附圖說(shuō)明：

圖1為本發(fā)明巖樣結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1—套管；2—長(zhǎng)螺釘；3—模擬煤巖；4—密封圈；5—水泥環(huán)；6—煤塊；7—螺紋；8—射孔通道。

具體實(shí)施方式：

以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

將煤塊6切割成240mm×240mm×240mm大小，放入300mm×300mm×300mm的模具中，然后配制模擬巖樣的水泥漿，使水泥漿與巖樣具有相似的力學(xué)性能，將水泥漿倒入模具中做成模擬煤巖3。為了方便移動(dòng)巖樣，需在巖樣中加入長(zhǎng)螺釘2，保證長(zhǎng)螺釘距離最近模具邊框的距離為50mm，高出模具頂端的距離為50mm，在澆注完水泥之后，將長(zhǎng)螺釘下入呈液態(tài)的水泥漿中，并且用清水將露出的部分螺釘清洗干凈，為后續(xù)工作打好基礎(chǔ)。模擬鉆井，按照幾何相似比為8.2的比例，在巖樣中心用25mm的取心鉆頭鉆出深度為250mm的井眼，水泥環(huán)厚度為4.5mm。選取長(zhǎng)度300mm、外徑16mm、厚度1mm的鋼管，鋼管的一段封閉，作為套管1的底端，在距離套管底端100mm的距離鉆出4個(gè)直徑2mm的孔眼，使孔眼均勻的分布在孔眼四周，在距離第一層孔眼20mm處鉆出4個(gè)2mm的孔眼8，使孔眼與第一層孔眼相差45°。為了增加第一界面的膠結(jié)強(qiáng)度，在距離第二層孔眼20mm的上方加工出深度0.2mm、寬度0.3mm、螺距3mm、長(zhǎng)度為60mm的螺紋7，在螺紋上方20mm處加密封圈4。在直徑2mm、高5.5mm的模具中加工石蠟棒，石蠟在47℃-64℃熔化，常溫下呈固態(tài)，首先將液態(tài)石蠟倒入一定規(guī)格的模具中，待石蠟?zāi)毯笕〕?。將做好的石蠟棒一端涂抹密封膠，放入射孔孔眼中，將制作好的模擬射孔的套管緩慢的放入井眼中間，防止石蠟棒碰到煤巖而斷裂，用配制好的固井水泥漿澆注井眼，凝固12小時(shí)后放在65℃的恒溫箱使石蠟完全溶解，將加熱后的巖樣取出，立即向套管內(nèi)加入適量的乙醇，充分?jǐn)嚢枰掖既芤菏故炌耆芙猓瑢⒒旌弦后w倒出，加入65℃熱水清洗套管，晾干后等待壓裂。