一种弹塑性煤储层裂缝扩展模拟装置的制作方法

本发明属于煤储层开发生产，尤其涉及一种弹塑性煤储层裂缝扩展模拟装置。

背景技术：

1、目前，虽然新能源正在蓬勃发展，但传统能源依然占据着绝大多数能源市场份额，其中，煤炭在传统能源的开发利用当中又占有很大的比重。在开采煤炭的过程中，首先需要找到含有煤炭的土地，通过对地层里面煤储层的体积压裂施工进行开采工作，在煤储层压裂的过程中，需要及时将支撑剂填充到压裂开的煤储层裂缝中。但常规的支撑剂使用场景均为规范体积的裂缝情景，对于肉眼不可见的地下煤储层，开展体积压裂工作后，煤储层产生的裂缝与常规情况下的压裂裂缝存在较大差异，因此在裂缝中，支撑剂的扩展与铺设规律需要重新根据煤储层裂缝的新情况进行观察考量。但研究支撑剂的扩展与铺设规律，首先需要获得煤储层的压裂规律。

2、现有的一种用于观测煤储层压裂过程中支撑剂运移裝置，包括储层模拟系统、围压加载系统、压裂液泵注系统、数据采集与分析系统和废料处理系统，压裂液泵注系统与储层模拟系统的进液口连接，废料处理系统与储层模拟系统的出液口连接；本发明针对目前不同压裂施工排量、支撑剂浓度、液量、煤储层裂隙发育下压裂后支撑剂在煤层裂隙通道内的分布情况不明，无法有效指导现场压裂设计的难题，设计出一种模拟不同煤储层裂隙发育程度、不同泵注参数下压裂过程中支撑剂运移铺置的可视化装置。该装置可以清晰观察到不同条件压裂后支撑剂的铺置情况，以期为现场压裂设计提供实验依据。但该用于观测煤储层压裂过程中支撑剂运移裝置的问题在于，体积较大，成本较高，该器械重点研究了煤储层压裂过程中支撑剂运移的问题而忽略了对煤储层压裂裂缝扩展规律的研究，且该装置无法完成对压裂裂缝扩展情况的保留，支撑剂的灌入会改变压裂的裂缝状态。

3、现有的另一种用于模拟页岩储层压裂裂缝的试验装置，包括：框架、第一透明板、第二透明板及驱动机构；第一透明板设于框架内，第一透明板与框架连接；第二透明板与第一透明板相对设置，第一透明板与第二透明板平行，第二透明板可移动地设于框架内，第一透明板与第二透明板之间形成用于模拟裂缝的间隙；驱动机构与第二透明板连接，驱动机构用于驱动第二透明板朝向靠近第一透明板的一侧或远离第一透明板的一侧移动；本发明通过驱动机构可调节第一透明板与第二透明板之间的间隙，从而可以便捷的改变缝宽，提升了试验的效率与准确性。但该用于模拟页岩储层压裂裂缝的试验装置的问题在于，其裂缝的模拟是通过改变装置的透明板的相对距离来产生的，不同于自然产生的压裂裂缝，与实际情况差距较大，不能够完全反映实际情况。

4、通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

5、(1)体积较大，成本较高，重点研究了煤储层压裂过程中支撑剂运移的问题而忽略了对煤储层压裂裂缝扩展规律的研究，无法完成对压裂裂缝扩展情况的保留，支撑剂的灌入会改变压裂的裂缝状态。

6、(2)裂缝的模拟是通过改变装置的透明板的相对距离来产生的，不同于自然产生的压裂裂缝，与实际情况差距较大，不能够完全反映实际情况。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种弹塑性煤储层扩展模拟装置。

2、本发明是这样实现的，一种弹塑性煤储层扩展模拟装置，所述弹塑性煤储层扩展模拟装置包括：

3、箱体(1)，控制面板(2)传送系统(14)。

4、所述箱体(1)，包括试样制备系统(3)，负荷加载系统(4)，数据采集检测系统(5)。

5、所述控制面板(2)，包括操作杆(6)，操作按钮(7)，显示屏(8)。

6、所述传送系统(14)，包括传送带(15)，滚轮(16)。

7、进一步，所述试样制备系统(3)，包括打孔钻头(9)，液压板(10)，切割刀(11)，加湿喷头(12)，加热板(13)；所述试样制备系统(3)位于箱体(1)的前端；所述打孔钻头(9)位于试样制备系统(3)中部上左右内壁；所述液压板(10)位于试样制备系统(3)前段上左右内壁；所述切割刀(11)位于试样制备系统(3)中部上左右内壁；所述加湿喷头(12)位于试样制备系统(3)尾部上左右内壁；所述加热板(13)位于试样制备系统(3)尾部上左右内壁。

8、进一步，所述负荷加载系统(4)，包括气泵(17)，气压壁(18)，水泵(19)，水压壁(20)。所述水压壁(20)位于负荷加载系统(4)内表面，位于气压壁(18)外表面，所述水泵(19)位于负荷加载系统(4)外壁；所述气压壁(18)位于水压壁(20)内表面，与煤储层式样直接接触与式样外表面，所述气泵(17)位于负荷加载系统(4)外表面。

9、进一步，所述数据采集检测系统(5)，包括压力传感器(21)、湿度传感器(22)、超声波检测装置(23)、中央处理器(24)；所述压力传感器(21)设置于气压壁(18)内表面，用于检测装置对储煤层式样实际施加的压力，保证实验准确以及安全；所述湿度传感器(22)设置于气压壁(18)内表面，用于检测煤储层式样当前的湿度；所述超声波检测装置(23)嵌入到气压壁(18)中，用于通过超声波实现对储煤层式样内部裂缝扩展情况的检测，并将结果通过中央处理器(24)处理之后输出到控制面板(2)；所述中央处理器(24)设置于箱体(1)外壁，嵌入在控制面板(2)内部，进行采集数据的分析处理工作。

10、进一步，所述控制面板(2)设置于箱体(1)右侧外壁，所述操作杆(6)设置于控制面板(2)外壁，所述操作按钮(7)设置于控制面板(2)外壁，所诉显示屏(8)设置于控制面板(2)外壁。

11、所述传送系统(14)设置于箱体(1)下方内壁。

12、结合上述的技术方案和解决的技术问题，请从以下几方面分析本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：

13、第一、针对上述现有技术存在的技术问题以及解决该问题的难度，紧密结合本发明的所要保护的技术方案以及研发过程中结果和数据等，详细、深刻地分析本发明技术方案如何解决的技术问题，解决问题之后带来的一些具备创造性的技术效果。具体描述如下：

14、现有的煤储层裂缝扩展模拟装置，并没有重点关注研究裂缝扩展的情况，而把注意力集中放在了压裂后支撑剂在裂缝间隙中的扩展与铺设状况，但支撑剂的灌入会改变压裂的裂缝状态，而裂缝扩展的模拟仿真研究也相当重要，仿真裂缝扩展情况，有助于了解煤储层的裂缝扩展机理，并以理论研究的进展为基础进一步优化支撑剂的研究，此外，当前煤储层裂缝扩展模拟装置体积较大，使用成本较高。还有一些已有的技术，其裂缝的模拟是通过改变装置的透明板的相对距离来产生的，不同于自然产生的压裂裂缝，与实际情况差距较大，不能够完全反映实际情况。

15、本发明方案有效实现了煤储层裂缝扩展的研究，装置体积适中，成本适中，通过超声波传感器以及中央处理器和显示屏的合理运用，成功将受力情况下煤储层裂缝的扩展情况详细的展现出来，且本技术涉及到的实验装置使用模拟实际情况的煤储层式样进行裂缝扩展实验研究，煤储层式样根据具体的情景要求进行针对性的制作，使得最终结果与真实情况几乎完全一致。

16、第二，把技术方案看做一个整体或者从产品的角度，本发明所要保护的技术方案具备的技术效果和优点，具体描述如下：

17、(1)通过超声波传感器、压力传感器、湿度传感器等传感器的设置，实现了动态参数采集，并且通过显示屏进行可视化输出，有效模拟显示了煤储层裂缝扩展情况。

18、(2)本技术所涉及到的实验装置，与传统的实验装置不同，传统的试验方法是通过自身的机械结构完成对裂缝的模拟，误差较大，本装置通过试样制备系统，根据具体的模拟情况的不同，制备真实的煤储层仿真式样，实现了基于现实情况的高准确度仿真。

19、第三，作为本发明的权利要求的创造性辅助证据，还体现在以下几个重要方面：

20、(1)本发明的技术方案转化后的预期收益和商业价值为：

21、该弹塑性煤储层裂缝扩展模拟装置能够在全国煤矿企业进行使用，也可以在矿物开采相关领域的研究院以及高校进行仿真模拟研究；除了销售设备外，亦可以通过租赁使用等方式实现其商业价值。

22、(2)本发明的技术方案填补了国内外业内技术空白：

23、当前在煤储层开发生产技术领域，重点研究关注的对象为煤储层裂缝扩展后的支撑剂的扩展情况，而忽略了对裂缝扩展本身的研究，裂缝扩展本身的研究价值不仅局限于支撑剂，还涉及到理论相关研究。因此有效填补了对裂缝扩展仿真模拟的技术空白。

24、(3)本发明的技术方案是否解决了人们一直渴望解决、但始终未能获得成功的技术难题：

25、无论是煤矿企业还是相关采矿专业研究院以及高校，都希望从理论上解决问题，当前煤储层裂缝扩展模拟装置只是从支撑剂现象上对支撑剂的使用情况进行情景仿真，而没有实现对压力下煤储层裂缝扩展的直接研究，并且如今许多裂缝扩展的模拟都是通过机械结构进行模拟，与实际情况有很大差距，本技术涉及到的实验装置通过超声波传感器等结构有效解决了裂缝扩展的实时监测与可视化输出，且通过试样制备等手段，实现了实际矿物样品的高度还原。

26、(4)本发明的技术方案是否克服了技术偏见：。