本发明涉及水力压裂技术领域，是一种室内煤岩水力压裂中水泥环破坏的物模制作方法。
背景技术：
煤炭是我国能源的主体，煤炭工业健康、稳定、持续地发展是关系到国家能源安全的重大问题。现阶段，我国煤矿瓦斯抽采的首要目标是保证煤矿安全生产，同时兼顾煤层气的开发与利用。对于低透气性煤层而言，采用常规的钻孔布置方式及参数预抽煤层瓦斯时，往往达不到所要求的抽放效果。地面水力压裂技术在煤层气开发中应用广泛。通过地面钻孔向煤层注入压裂液，当压裂液压力大于煤层上覆围岩压力时，煤层内大量的闭合裂隙被压开并不断延伸、扩展，煤层气流动通道大大增加，煤层透气性显著提高。因此积极开展煤层水力压裂技术研究非常重要。
在煤层气井压裂增产的过程中，部分煤层气压裂井出现了产水过多、产气不足的现象，使得煤层气产量达不到要求。原因是固井水泥环在压裂过程中遭到了损坏，沟通了水层。由于缺乏对地下水泥环状况认识手段，有必要对煤层气井固井水泥环进行压裂试验研究，前提是制作实验室压裂试验的模拟岩样，建立水泥环破坏的物理模型，为煤岩水力压裂奠定基础。
技术实现要素：
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本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种室内煤岩水力压裂水泥环破坏的物模制作方法。
本发明的技术方案如下：
实验室中煤岩的水力压裂，首先将煤块切割处理，使其成规则形状和合适的大小，然后配制模拟煤样的水泥浆，使水泥浆与煤样具有相似的力学性能。将水泥浆倒入特定的模具中。要求先将煤样放入模具中，然后倒入配制好的水泥浆。实验中为了方便移动岩样，需在岩样中放入两个长螺钉。模拟钻井，在岩样中心用取心钻头钻出合适尺寸的井眼，钻出的井眼必须和现场条件具有一定的相似性，采用几何相似性的方法，以现场井眼尺寸与室内煤岩井眼尺寸的比值为基准值，利用现场水泥环厚度除以基准值得到室内煤岩水泥环厚度。加工套管，套管的一段封闭，作为套管的底端，根据不同的射孔位置和布孔方式，在机床上钻出孔眼。由于套管与固井水泥之间的胶结强度差，为避免压裂液沿第一胶结面上窜而使水泥环破坏，在套管上加工出一定深度和间距的螺纹，增加固井水泥与套管的接触面积，从而增大第一胶结面的胶结强度。另外，在压裂憋压过程中，压裂液容易沿第一胶结面上窜至井口，为解决该问题，在距离套管上端加环形密封圈，防止压裂液流出。为了模拟现场射孔沟通储层的效果，制作与射孔孔眼直径相同的圆柱状石蜡，用制作好的石蜡棒封堵孔眼，将套管放入井眼中固井，凝固后放入高温箱中加热，等石蜡融化后加入乙醇溶液溶解石蜡，加入热水清洗套管，晾干后等待压裂。
本发明的有益效果是：通过配制与煤岩具有相同力学性质的包裹层，消除了压裂过程中由于材质不同对实验产生的干扰。套管上增加了螺纹和密封圈，增加套管与水泥环的胶结强度，防止实验过程中水泥环被冲出井眼。利用预先置留的石蜡棒连通套管和水泥环，等固井水泥凝固后将石蜡棒溶解，形成规则的压裂液进入煤岩的通道。
附图说明：
图1为本发明岩样结构示意图。
图中：1—套管；2—长螺钉；3—模拟煤岩；4—密封圈；5—水泥环；6—煤块；7—螺纹；8—射孔通道。
具体实施方式：
以下结合附图和具体实施例，对本发明进行详细说明。
将煤块6切割成240mm×240mm×240mm大小，放入300mm×300mm×300mm的模具中，然后配制模拟岩样的水泥浆，使水泥浆与岩样具有相似的力学性能，将水泥浆倒入模具中做成模拟煤岩3。为了方便移动岩样，需在岩样中加入长螺钉2，保证长螺钉距离最近模具边框的距离为50mm，高出模具顶端的距离为50mm，在浇注完水泥之后，将长螺钉下入呈液态的水泥浆中，并且用清水将露出的部分螺钉清洗干净，为后续工作打好基础。模拟钻井，按照几何相似比为8.2的比例，在岩样中心用25mm的取心钻头钻出深度为250mm的井眼，水泥环厚度为4.5mm。选取长度300mm、外径16mm、厚度1mm的钢管，钢管的一段封闭，作为套管1的底端，在距离套管底端100mm的距离钻出4个直径2mm的孔眼，使孔眼均匀的分布在孔眼四周，在距离第一层孔眼20mm处钻出4个2mm的孔眼8，使孔眼与第一层孔眼相差45°。为了增加第一界面的胶结强度，在距离第二层孔眼20mm的上方加工出深度0.2mm、宽度0.3mm、螺距3mm、长度为60mm的螺纹7，在螺纹上方20mm处加密封圈4。在直径2mm、高5.5mm的模具中加工石蜡棒，石蜡在47℃-64℃熔化，常温下呈固态，首先将液态石蜡倒入一定规格的模具中，待石蜡凝固后取出。将做好的石蜡棒一端涂抹密封胶，放入射孔孔眼中，将制作好的模拟射孔的套管缓慢的放入井眼中间，防止石蜡棒碰到煤岩而断裂，用配制好的固井水泥浆浇注井眼，凝固12小时后放在65℃的恒温箱使石蜡完全溶解，将加热后的岩样取出，立即向套管内加入适量的乙醇，充分搅拌乙醇溶液使石蜡完全溶解，将混合液体倒出，加入65℃热水清洗套管，晾干后等待压裂。