[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

本發明公開了一種煤層氣水平井塌孔造洞穴卸壓開采模擬試驗系統，由煤系地層結構重構與相似材料模擬子系統模擬構造煤儲層；由壓力脈動激勵卸壓模擬子系統實現水平井壓力脈動激勵和應力釋放，并水力驅替煤液氣混合物向直井段運移；由電模擬子系統實現相似材料內電場分布的檢測，由產出物分離檢測子系統進行煤、液、氣的分離并稱重，由數據采集控制子系統實時檢測、控制裝備運轉和實施過程。本發明能夠實現模擬松軟構造煤儲層水平井塌孔造洞穴及應力釋放，模擬氣?液?固三相在卸壓空間內的運移特征，模擬產出混合物的分離過程，得到煤層卸壓與氣體解吸變化規律、煤系地層激勵卸壓后復雜滲流場與水平井段流動動態規律。

技術領域

本發明涉及一種煤層氣開采模擬試驗系統，特別是涉及一種煤層氣水平井塌孔造洞穴卸壓開采模擬試驗系統，屬于煤層氣開采領域。

背景技術

構造煤是指煤層受構造應力作用，原生結構、構造受到強裂破壞而產生碎裂、揉皺、擦光面等構造變動特征的煤。構造煤廣泛發育和構造煤煤層氣資源豐富是中國煤與煤層氣資源的顯著特征，構造煤資源量占我國已發現煤炭資源的比例很高，構造煤煤層氣資源量占我國煤層氣資源總量的比例更大。構造煤具有富氣、低滲、松軟等突出特征，多為煤與瓦斯突出煤層，因危害大且抽采利用困難，煤礦生產中多將其風排到大氣中，構造煤煤層氣的高效開發對能源、安全、生態具有十分突出的意義。

基于疏水降壓解吸采氣理論的方法是當前原位煤層氣地面井開發的主要方法，由于構造煤儲層滲透率極低且水力壓裂等改造方式效果很差，疏水降壓解吸采氣理論不適合應用于構造煤儲層，勘探開發實踐結果也表明，基于疏水降壓解吸采氣理論基礎的煤層氣勘探開發技術，包括SVR技術系列(直井壓裂、U形井、多分枝水平井、水平井壓裂等)、ECBM技術系列(CO2-ECBM、N2-ECBM等)及其復合技術，均無法實現構造煤煤層氣的高效開發。因而，構造煤煤層氣高效勘探開發技術與裝備成為制約中國煤層氣產業快速規模化發展的重要技術瓶頸之一。

隨著對煤層氣開采技術的深入研究，煤礦區被保護層構造煤煤層氣采動卸壓增透開發理論為構造煤原位煤層氣的開采提供了新的思路，因此，研創一種適用于構造煤原位煤層氣井的卸壓開采模擬試驗系統，對于打破我國構造煤煤層氣地面井高效開發技術瓶頸，具有重要的理論和實際生產指導意義。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提供一種煤層氣水平井塌孔造洞穴卸壓開采模擬試驗系統，能夠實現模擬松軟構造煤儲層水平井塌孔造洞穴及應力釋放，模擬氣-液-固三相在卸壓空間內的運移特征，模擬產出混合物的分離過程，得到煤層卸壓與氣體解吸變化規律、煤系地層激勵卸壓后復雜滲流場與水平井段流動動態規律，為實現構造煤原位煤層氣的高效連續開發提供指導依據。

為了達到上述目的，本發明采用如下技術方案：一種煤層氣水平井塌孔造洞穴卸壓開采模擬試驗系統，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、氣體注入裝置、恒溫房和圍壓加載裝置及多個閥門，樣品倉為由六塊可移動鋼板相連形成的密封的六面體，樣品倉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、Y方向伺服站和Z方向伺服站分別與樣品倉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、Y方向壓力傳感器和Z方向壓力傳感器；氣體注入裝置中的增壓泵的入口與氦氣高壓氣瓶、二氧化碳高壓氣瓶和甲烷高壓氣瓶的出口管路連通、出口管路與樣品倉內相似材料煤層中水平井連通、動力輸入口與空壓機出口連通，自增壓泵出口至水平井的連通管路上依次設有減壓閥、氣體質量流量控制器和壓力傳感器一；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；