[發明專利]一種煤層氣分段壓裂水平井產能模擬測試裝置及方法

有效

• 申請號: 202010480504.3
• 申請日: 2020-05-30
• 公開（公告）號: CN111594099B
• 公開（公告）日: 2022-04-01
• 發明（設計）人: 曹運興;倪小明;楊慈祥;石玢;范紅明;李佳峰;田林;石延霞;鮮保安;張斌;張洲
• 申請（專利權）人: 河南理工大學;中國石油天然氣股份有限公司華北油田分公司
• 主分類號: E21B43/00
• 分類號: E21B43/00;E21B49/00
• 代理公司: 鄭州銀河專利代理有限公司 41158
• 代理人: 范志遠

1.一種煤層氣分段壓裂水平井產能模擬測試裝置，其特征在于：所述煤層氣分段壓裂水平井產能模擬測試裝置包括承載臺、動力加載機構、煤儲層模擬機構、氣體回收機構及數據采集裝置，其中所述承載臺包括承載機架、作業臺及操控臺，其中承載機架為軸線與水平面垂直分布的框架結構，其上端面與作業臺連接并同軸分布，側表面與至少一個操控臺相互連接，所述煤儲層模擬機構通過至少三個定位夾具與作業臺連接，其軸線與水平面平行分布，所述動力加載機構、氣體回收機構及數據采集裝置均與承載機架連接，并分別與煤儲層模擬機構相互連接，且動力加載機構、氣體回收機構間通過煤儲層模擬機構連通，所述數據采集裝置另設至少一個操控界面，且所述操控界面均與操控臺上端面連接，且所述動力加載機構、煤儲層模擬機構、氣體回收機構均與數據采集裝置電氣連接；所述動力加載機構包括承載腔、圍壓囊袋、軸壓囊袋、氦氣瓶、甲烷氣瓶、加壓泵、圍壓泵、軸壓泵、高壓通氣管線、控制閥、單向閥、壓力表及流量計，所述承載腔為柱狀密閉腔體結構，并包覆在煤儲層模擬機構外側，承載腔軸線與水平面平行分布并通過定位夾具與作業臺連接，所述承載腔一端設導流口，并通過導流口與氣體回收機構連通，所述圍壓囊袋為與承載腔同軸分布的空心管狀結構，并與承載腔側壁內表面連接，且圍壓囊袋長度不小于承載腔長度的80%，所述軸壓囊袋共兩個，嵌于承載腔內并與承載腔同軸分布，且兩軸壓囊袋分別與承載腔兩端面端頭內側面連接，所述氦氣瓶、甲烷氣瓶、加壓泵、圍壓泵及軸壓泵均與承載機架連接并嵌于承載機架內，其中所述氦氣瓶、甲烷氣瓶相互并聯，并分別通過加壓泵與至少一條高壓通氣管線連通，各高壓通氣管線相互并聯并分別通過單向閥與煤儲層模擬機構連通，且加壓泵與單向閥之間的高壓通氣管線上均設一個流量計，所述氦氣瓶、甲烷氣瓶與加壓泵間通過控制閥連通，且控制閥位置處另設一個壓力表，所述高壓通氣管線中，一條與氦氣瓶連接的高壓通氣管線和一條與甲烷氣瓶連接的高壓通氣管線構成一個作業組，所述作業組至少三個，各作業組相互并聯并與煤儲層模擬機構相互連通，且各作業組沿煤儲層模擬機構軸線方向均布，作業組軸線與煤儲層模擬機構軸線垂直分布，所述圍壓囊袋通過導流管與圍壓泵連通，兩軸壓囊袋分別通過導流管與軸壓泵連通，且圍壓囊袋、軸壓囊袋與導流管連接位置處均設一個壓力表，所述控制閥、單向閥、壓力表及流量計均位于承載腔外，所述加壓泵、圍壓泵、軸壓泵、控制閥、單向閥、壓力表及流量計均與數據采集裝置電氣連接。

2.根據權利要求1所述的一種煤層氣分段壓裂水平井產能模擬測試裝置，其特征在于：所述煤儲層模擬機構包括外相似材料、內相似材料、彈性隔離圈、壓力感應片、氣口及分段儲層氣體產出量測試機構，所述內相似材料為圓柱體結構，所述外相似材料為與內相似材料同軸分布的空心管樁結構，包覆在內相似材料外，外相似材料、內相似材料間通過彈性隔離圈相互連接并構成一個獨立產氣段，所述獨立產氣段的內相似材料中設一條與內相似材料同軸分布的產氣模擬通道，所述彈性隔離圈上均布若干氣口，且所述外相似材料、內相似材料均通過氣口相互連通，且內相似材料另通過氣口與產氣模擬通道連通，所述獨立產氣段至少兩個，各獨立產氣段間通過密封環相互連接，同軸分布并相互連通，且各獨立產氣段分別設至少一個分段儲層氣體產出量測試機構并與動力加載機構的至少一條高壓通氣管線連通，所述分段儲層氣體產出量測試機構數量與氣口數量一致，并位于各氣口位置處，所述壓力感應片若干，環繞外相似材料軸線分別均布在外相似材料外側面、氣口對應的彈性隔離圈外側面和內側面以及產氣模擬通道側表面，所述分段儲層氣體產出量測試機構及壓力感應片分別與數據采集裝置電氣連接。

3.根據權利要求2所述的一種煤層氣分段壓裂水平井產能模擬測試裝置，其特征在于：所述分段儲層氣體產出量測試機構包括電控開關、電磁閥、精密流量計，其中所述電控開關若干，各電控開關嵌于產氣模擬通道內并位于產氣模擬通道、產氣通道連通位置處，產氣模擬通道、產氣通道間及相鄰兩個產氣段間均通過電控開關連通，所述電磁閥、精密流量計若干，且一個電磁閥和一個精密流量計構成一個檢測組，所述檢測組數量與氣口數量一致，且每個氣口內均設一個檢測組，其中電磁閥與氣口同軸分布，其排氣端與精密流量計相互連通，所述精密流量計與產氣通道連通，所述電控開關、電磁閥、精密流量計均與數據采集裝置電氣連接。