[發明專利]一種煤層氣水平井塌孔造洞穴卸壓開采模擬試驗系統

有效

• 申請號: 201811266368.7
• 申請日: 2018-10-29
• 公開（公告）號: CN109356553B
• 公開（公告）日: 2021-01-26
• 發明（設計）人: 劉世奇;王冉;桑樹勛;曹麗文;周效志;黃華州;方輝煌;王海文;劉會虎;李自成;劉長江;徐宏杰;賈金龍;王鶴;高德燚
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: E21B43/00
• 分類號: E21B43/00;E21B7/18;E21B43/20
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

1.一種煤層氣水平井塌孔造洞穴卸壓開采模擬試驗系統，其特征在于，包括煤系地層結構重構與相似材料模擬子系統、壓力脈動激勵卸壓模擬子系統、電模擬子系統、產出物分離檢測子系統和數據采集控制子系統；

所述的煤系地層結構重構與相似材料模擬子系統包括樣品倉(4.1)、氣體注入裝置、恒溫房和圍壓加載裝置及多個閥門，樣品倉(4.1)為由六塊可移動鋼板相連形成的密封的六面體，樣品倉(4.1)內放置有煤系地層相似材料，相似材料自上而下為頂層相似材料巖層、相似材料煤層、底層相似材料巖層，相似材料內設有由水平井和直井貫通構成的U型井、水平井水平段位于相似材料煤層內；圍壓加載裝置中的X方向伺服站(4.22)、Y方向伺服站(4.23)和Z方向伺服站(4.21)分別與樣品倉(4.1)外部對應的加載活塞液動連接、連接管路上分別對應設有X方向壓力傳感器(4.32)、Y方向壓力傳感器(4.33)和Z方向壓力傳感器(4.31)；氣體注入裝置中的增壓泵(1.7)的入口與氦氣高壓氣瓶(1.1)、二氧化碳高壓氣瓶(1.2)和甲烷高壓氣瓶(1.3)的出口管路連通、出口管路與樣品倉(4.1)內相似材料煤層中水平井連通、動力輸入口與空壓機(1.6)出口連通，自增壓泵(1.7)出口至水平井的連通管路上依次設有減壓閥(1.9)、氣體質量流量控制器(1.10)和壓力傳感器一(1.12)；相似材料煤層內靠近下端處設有壓力傳感器、溫度傳感器、應變測量儀和飽和度探針；

所述的壓力脈動激勵卸壓模擬子系統包括流體注入裝置和井下噴射裝置，流體注入裝置包括液壓泵(2.2)、液壓缸(2.4)、高模量彈簧(2.5)和沖擊壓力腔(2.7)，所述的液壓泵(2.2)出口一條支路通過電磁閥與液壓缸(2.4)液動連接、另一條支路通過電磁閥與沖擊壓力腔(2.7)連通，導桿(2.51)右端與高模量彈簧(2.5)的右安裝板固定連接，左端穿過高模量彈簧(2.5)的左安裝板并與其滑動連接，液壓缸(2.4)的活塞桿與導桿(2.51)同軸設置，在液壓缸(2.4)活塞桿端面與導桿(2.51)左端面之間設有離合器；沖擊壓力腔(2.7)內的沖擊活塞(2.71)左端伸出沖擊壓力腔(2.7)并與高模量彈簧(2.5)的右安裝板固定連接；液壓泵(2.2)的出口管路上設有壓力傳感器二(2.31)，高模量彈簧(2.5)的右安裝板上設有位移傳感器一(2.6)，液壓泵(2.2)的進水口管路置于儲液池(2.1)內；井下噴射裝置置于相似材料煤層內水平井水平段靠近井口一側，沖擊壓力腔(2.7)的出口管路與井下噴射裝置連通；

所述的電模擬子系統包括電源(3.1)和測量裝置(3.2)，所述的電源(3.1)的高電位端與置于相似材料煤層內水平井內的銅帶電連接、低電位端與測量裝置(3.2)的高電位端電連接，測量裝置(3.2)的低電位端與樣品倉(4.1)內壁的銅帶電連接；

所述的產出物分離檢測子系統包括氣液固分離器(6.1)、電子天平稱重裝置一(6.4)、電子天平稱重裝置二(6.5)和氣體收集瓶(6.7)，氣液固分離器(6.1)的入口與煤系地層相似材料內的直井出口連通、氣體出口與氣體收集瓶(6.7)連通、液體出口及固體出口分別與電子天平稱重裝置一(6.4)和電子天平稱重裝置二(6.5)連通，在氣液固分離器(6.1)與氣體收集瓶(6.7)之間的連通管路上設有氣體流量計(6.3)；

所述的數據采集控制子系統包括采集硬件和數據處理軟件，采集硬件包括工作站、打印機、采集卡，采集卡由PCI8360，CP-168組成；數據處理軟件用于對各部件進行參數設置、控制及數據實時顯示，并對采集的數據進行處理得到數據報表及曲線圖并生成試驗數據庫。

2.根據權利要求1所述的一種煤層氣水平井塌孔造洞穴卸壓開采模擬試驗系統，其特征是：所述的煤層氣水平井塌孔造洞穴卸壓開采模擬試驗系統還包括真空泵(5)，真空泵(5)與煤系地層相似材料內的直井出口管路連通。

3.根據權利要求1或2所述的一種煤層氣水平井塌孔造洞穴卸壓開采模擬試驗系統，其特征是：所述的壓力脈動激勵卸壓模擬子系統還包括磨料罐(2.11)和混合腔(2.13)，磨料罐(2.11)出口、沖擊壓力腔(2.7)出口與混合腔(2.13)連通，混合腔(2.13)的出口與井下噴射裝置連通。