[發(fā)明專利]煤層氣井排采過程氣、水流動狀態(tài)及效應模擬裝置

有效

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• 申請日: 2012-10-19
• 公開（公告）號: CN102865064A
• 公開（公告）日: 2013-01-09
• 發(fā)明（設計）人: 倪小明;張崇崇;楊建;李全中;吉小峰
• 申請（專利權）人: 河南理工大學
• 主分類號: E21B47/00
• 分類號: E21B47/00;E21B47/10;E21B49/00
• 代理公司: 鄭州聯(lián)科專利事務所(普通合伙) 41104
• 代理人: 王聚才

技術領域

本發(fā)明涉及一種煤層氣井排采過程氣、水流動狀態(tài)及效應模擬裝置。

背景技術

煤層氣與煤炭是植物母體孕育出來的一對孿生兄弟，煤層氣作為一種新型的潔凈能源，近年來受到人們的廣泛關注，并積極投入到其勘探開發(fā)中。煤儲層是煤層氣賦存的主要儲層，且煤層氣主要以吸附狀態(tài)賦存在煤層中，要把賦存在煤層中的甲烷氣體采出來，必須在吸附的甲烷氣體的煤中與外部空間之間存在一定的能量差，在能量差的作用下把吸附著的甲烷氣體轉變成游離氣，順著煤層的裂隙通道運移出來。目前，地面煤層氣井主要是通過排采煤層中的水使儲層壓力下降，達到甲烷的解吸壓力以下時使甲烷解吸產(chǎn)出。煤層氣與水共用著煤儲層的裂隙通道，則一方面煤儲層內外能量差值的不同引起了氣、水的流動速度改變，會使氣、水各自流動狀態(tài)不同；另一方面，氣、水共用一裂隙通道時，其他能量相同條件下，二者流動時阻力的不同也導致二者的流動狀態(tài)有所區(qū)別；再者，儲層裂縫系統(tǒng)內流體壓力與外部壓力之間差值的不同引起了裂縫流通截面積改變產(chǎn)生裂縫擴張的正效應或縮小的負效應，使氣、水的導流能力發(fā)生變化；還有，煤儲層裂縫系統(tǒng)中存在一定的顆粒阻塞，氣、水在此流通性不同，當裂縫截面積小到一定程度時只有氣能夠通過。最后裂縫不同長度、寬度、張開度組成不同裂縫展布系統(tǒng)，當氣、水通過時，由于不同裂縫的氣、水導流能力不同，同一裂縫氣、水的流動阻力不同使氣、水在裂縫系統(tǒng)中的流動狀態(tài)不同。由此煤儲層內外能量的差異、裂縫系統(tǒng)內外壓力的差異、裂縫系統(tǒng)中裂縫連通率、裂縫的不同組合狀態(tài)都將引起煤層氣井排采時氣、水的流動狀態(tài)發(fā)生變化，從而進一步影響了煤層氣能否采出來以及采出的量的多少。目前，還沒有一種儀器能比較真實地反映出排采過程中，不同的儲層內部能量與外部能量差、不同的煤儲層裂隙組合狀態(tài)下煤層中水、氣什么條件下能發(fā)生流動及流動的路徑如何，氣、水流動的路徑、流動狀態(tài)的不明確導致儲層改造方向、排采時壓力傳遞變化規(guī)律、產(chǎn)氣量、產(chǎn)水量預測的不精確，這些都影響著煤層氣開發(fā)的決策的準確性及投資的回報率。如何研制出一種試驗裝置，能比較真實的模擬煤層氣井排采時氣、水流動的臨界條件及流動的路徑則為煤層氣井產(chǎn)能的準確預測、決策的正確性提供了重要的保障。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是針對無法正確得知復雜多變的煤儲層裂隙網(wǎng)絡下煤層氣井排采時氣、水能否流動及流動的狀態(tài)，造成煤儲層改造措施的實施、排采工作制度制定的盲目性等問題，研制出一種煤層氣井排采過程氣、水流動狀態(tài)及引起的裂隙壓縮或張開的正、負效應模擬裝置，能模擬不同裂隙網(wǎng)絡組合、不同內、外壓差、不同煤儲層吸附能量下排采時氣、水的流動狀態(tài)及流動路徑及引起的裂隙的壓縮或張開的正、負效應，為排采過程中壓力傳遞變化規(guī)律、氣、水產(chǎn)出來源、產(chǎn)水量、產(chǎn)氣量的準確預測提供理論指導。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：一種煤層氣井排采過程氣、水流動狀態(tài)及效應模擬裝置，包括密閉的缸體，缸體內設有用于模擬煤儲層裂隙網(wǎng)格的網(wǎng)格狀裂隙模擬管路，裂隙模擬管路的前端連接用于向裂隙模擬管路輸送氣體和/或液體的輸送管路，裂隙模擬管路還連接有氣壓阻塞管路，氣壓阻塞管路連接裂隙模擬管路的連接端內設有活塞，裂隙模擬管路的后端連接用于模擬排采控制的抽氣裝置，缸體連接有用于對缸體內充入高壓氣體并對裂隙模擬管路提供壓力的高壓氣體輸送管路。

所述裂隙模擬管路為由有機玻璃管構成的立體網(wǎng)格式結構，裂隙模擬管路內的所有有機玻璃管連通，所述有機玻璃管上設有應變傳感器。

所述氣壓阻塞管路包括第三高壓氣瓶和與第三高壓氣瓶連接的至少兩條高壓氣分支管路，從第三高壓氣瓶至裂隙模擬管路之間的高壓氣分支管路上依次設有氣體空壓機、減壓閥、PID調節(jié)閥、壓力傳感器以及上述活塞。

裂隙模擬管路兩側各連接一所述氣壓阻塞管路。

所述輸送管路包括從前至后依次連接的前段管路、中段管路和后段管路，前段管路包括氣壓輸出管路和水壓輸出管路，氣壓輸出管路的輸出端和水壓輸出管路的輸出端連接后接入中段管路的輸入端；中段管路包括連接管和與連接管并聯(lián)的副管，副管上設有氣液混合器；后段管路包括至少兩混合分支管路，混合分支管路的輸出端連接所述裂隙模擬管路。

所述氣壓管路上從前至后依次設有第一高壓氣瓶、空壓機、壓力傳感器、氣體流量計、第一氣缸、壓力傳感器、PID調節(jié)閥、氣體流量計、第二氣缸、壓力傳感器、PID調節(jié)閥和氣體流量計，并且在改氣壓管路的空壓機與第二氣缸之間連接一根管子，管子上設有PID調節(jié)閥和氣體流量計。

所述水壓輸出管路上依次設有水箱、開關閥、注水泵、液體流量計和PID調節(jié)閥。