專利名稱：一種煤層氣垂直井排采控制模擬實驗裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于煤層氣開采研究設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種煤層氣垂直井排采 控制模擬實驗裝置。
背景技術(shù)：
煤層氣主要是以吸附狀態(tài)賦存于煤儲層中，通過排水、降低儲層壓力，從煤儲層中 解吸、產(chǎn)出，其產(chǎn)出機理與常規(guī)天然氣差別很大，國外經(jīng)過幾十年基礎(chǔ)理論的研究，逐漸形 成了“排水一降壓一氣體解吸一基質(zhì)擴散一裂隙滲流”的煤層氣開發(fā)理論。我國在借鑒國外 煤層氣勘探開發(fā)先進經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，在技術(shù)方法上通過改進，逐漸形成了有利區(qū)塊優(yōu)選方 法體系、水力加砂壓裂技術(shù)，智能排采設(shè)備等一系列煤層氣勘探開發(fā)的技術(shù)體系。三十余年 來我國煤炭、石油、地礦以及地方政府等有關(guān)部門先后在42個含煤區(qū)施工了 4000余口煤層 氣井，特別是在開溧、鐵法、阜新、撫順、大城、壽陽、屯留、韓城、吳堡、三交、三交北、峰峰、安 陽、焦作、豐城、六盤水等地區(qū)進行了排采試驗，雖然有的煤層氣井取得了單井產(chǎn)量的突破， 但很多煤層氣井開采試驗并不成功，究其原因，除客觀地質(zhì)因素影響外，大部分是由于開發(fā) 技術(shù)，特別是排采技術(shù)失誤造成的。目前，我國還沒有成熟的煤層氣產(chǎn)出理論和排采控制經(jīng)驗，往往因為主觀失誤造 成試驗失敗，甚至對一個試驗區(qū)判了“死刑”。通過對我國低壓、低滲的煤儲層中煤層氣的產(chǎn) 出過程和排采控制理論進行研究，對提高煤層氣井產(chǎn)氣量有著十分重要的作用。我國煤層 氣勘探開發(fā)實踐表明這方面的研究工作明顯滯后于煤層氣勘探評價研究，制約著我國煤 層氣商業(yè)化發(fā)展的進程。因此，對煤層氣產(chǎn)出機理和排采控制理論的研究就顯得十分必要。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種能更好地研究煤層氣井排采時壓力的變化對煤儲 層顆粒的移動、支撐劑的移動造成的影響；能更好地了解煤層氣井排采時支撐劑顆粒的運 移變化規(guī)律，為煤層氣排采工作制度提供理論指導(dǎo)的煤層氣垂直井排采控制模擬實驗裝置。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型的技術(shù)方案是一種煤層氣垂直井排采控制模擬實 驗裝置，包括壓力系統(tǒng)、樣品裝置系統(tǒng)和采集系統(tǒng)，樣品裝置系統(tǒng)包括用于固定模具的固定 器、與固定器相連的圍壓泵，采集系統(tǒng)包括與固定器一側(cè)相連的氣囊、與氣囊出口處相銜接 的采集器，固定器另一側(cè)與壓力系統(tǒng)相連。所述壓力系統(tǒng)包括氣壓部分和水壓部分，氣壓部分包括由管路串聯(lián)的高壓氣瓶、 閥門、氣壓表和流量計，水壓部分包括串接在氣壓部分中的流量計與氣壓表之間的水箱、高 壓柱塞泵和水壓表。所述流量計與固定器之間設(shè)有壓力表。所述圍壓泵與固定器之間設(shè)有壓力表。所述采集器中下部設(shè)有濾網(wǎng)。[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果為樣品裝置系統(tǒng)分別與壓力系統(tǒng)和采 集系統(tǒng)相連，本實用新型可以在不同圍壓狀態(tài)下對不同裂隙寬度、不同煤體結(jié)構(gòu)、不同支撐 劑在氣相加壓、水相加壓和氣、水兩相加壓等情況以及不同壓差下支撐劑運移規(guī)律進行模 擬實驗，為煤層氣垂直井不同排采階段、不同產(chǎn)氣量、不同產(chǎn)水量和不同裂隙條件下的排采 工作制度的制定提供指導(dǎo)，極大地推進了我國煤層氣商業(yè)化發(fā)展的進程。

圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
如圖1所示的煤層氣垂直井排采控制模擬實驗裝置，其包括壓力系統(tǒng)、樣品裝置 系統(tǒng)和采集系統(tǒng)，樣品裝置系統(tǒng)分別與壓力系統(tǒng)和采集系統(tǒng)相連。壓力系統(tǒng)包括氣壓部分和水壓部分，氣壓部分包括由管路串聯(lián)的高壓氣瓶1、閥門 10、氣壓表31和流量計5，水壓部分包括依次串接在氣壓部分中的流量計5與氣壓表31之 間的水箱12、高壓柱塞泵13和水壓表32，高壓柱塞泵13的主要功能是控制流體的流量，為 系統(tǒng)提供恒定的壓力和恒定的流量。壓力系統(tǒng)可進行單一氣相或單一水相加壓，也可以氣、水兩相加壓。氣壓主要是在 高壓氣瓶1中裝入不同的氣體，例如氮氣、二氧化碳、甲烷和氦氣，通過閥門10調(diào)節(jié)壓力。 在氣、水兩相加壓時，可以按照實驗的所需，調(diào)整氣相壓力和水相壓力。樣品裝置系統(tǒng)包括用于固定模具11的固定器2、與固定器2相連的圍壓泵4，圍壓 泵4與固定器2之間設(shè)有壓力表33。采集系統(tǒng)包括氣囊6、與氣囊6出口處相銜接的采集器7，在采集器7中下部設(shè)有 濾網(wǎng)14。采集系統(tǒng)主要是對壓差達到不同值時的支撐劑量進行收集，當僅采用單一氣相加 壓時，可通過氣囊收集的支撐劑直接稱重；當使用氣、水兩相或單一水相加壓時，則需對收 集到的支撐劑需要進行烘干。樣品裝置系統(tǒng)與壓力系統(tǒng)和采集系統(tǒng)的連接是通過固定器2實現(xiàn)的，固定器2 — 側(cè)與壓力系統(tǒng)的管路相連，在管路上的流量計5與固定器2之間設(shè)有壓力表34 ；固定器2 的另一側(cè)與采集系統(tǒng)的氣囊6相連。樣品裝置系統(tǒng)中的核心是固定器2內(nèi)的模具11，模具11的制作裝置包括裂隙制造 器8和模具盤9，模具11的制作步驟是第一步、選擇模具盤模具盤9上焊接了一根根的圓形或板狀的柱體，柱體的寬度是根據(jù)煤層中裂隙寬 度和支撐劑的寬度進行焊接，其規(guī)格主要有0. 3mm、0. 45mm、0. 6mm、0. 75mm、0. 8mm、0. 9mm和 1. 2mm 等。第二步、模擬材料配置不同煤體結(jié)構(gòu)的煤，其強度不同，模擬材料配比也不同。根據(jù)研究，不同煤體結(jié)構(gòu) 的煤，選取不同的材料重量比進行制作調(diào)勻，然后注入不同規(guī)格的模具盤，在規(guī)定時間后取 出。各種煤體結(jié)構(gòu)煤的配比及凝固時間見表1。
第三步、等凝固后，把制作好的材料取出，在其中充填上不同粒徑、不同類型的支 撐劑，常見支撐劑的基本參數(shù)見表2。第四步、制作不同規(guī)格橡膠墊圈根據(jù)模具盤9中的不同規(guī)格裂隙，制作不同規(guī)格的橡膠墊圈，橡膠墊圈的孔洞需 與模具盤9的裂隙一一對應(yīng)。第五步、把充填好支撐劑的模擬材料放入固定器。本實用新型上可連接數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)，通過傳感器與計算機進行連接，以顯示圍壓 泵數(shù)據(jù)，進行控制操作。本實用新型的操作步驟為①選擇模具選擇實驗所需的模具11 ；②試驗樣品裝 模具把要進行試驗的樣品烘干，準確稱重裝入模具盤9 ；③氣密性檢查向系統(tǒng)充入氦 氣，檢查系統(tǒng)的氣密性；④設(shè)置圍壓根據(jù)現(xiàn)場圍壓需要，通過圍壓泵4設(shè)置模具11固定 器2的圍壓；⑤小排量加壓在裝好模具11后，要進行小排量的加壓，看是否能出氣，如果 不能出氣，檢查固定器2兩端橡膠墊圈的孔洞是否與裂隙孔洞吻合；⑥加壓試驗并數(shù)據(jù)采 集逐級加壓，及時收集壓力變化支撐劑量、稱重，采集加壓過程中的各種數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)記錄為數(shù)據(jù)文件；⑦數(shù)據(jù)處理根據(jù)收集到的各種數(shù)據(jù)，做出不同圍壓下壓差與支撐劑量和 氣、水流量與產(chǎn)出的支撐劑量關(guān)系圖；⑧耦合分析耦合分析不同圍壓下壓差、氣、水流量 與產(chǎn)出的支撐劑量的關(guān)系，為不同排采階段、不同產(chǎn)水量、不同產(chǎn)氣量、不同儲層壓力條件 下的排采工作制度提供依據(jù)。
權(quán)利要求1.一種煤層氣垂直井排采控制模擬實驗裝置，其特征在于，包括壓力系統(tǒng)、樣品裝置系 統(tǒng)和采集系統(tǒng)，樣品裝置系統(tǒng)包括用于固定模具的固定器、與固定器相連的圍壓泵，采集系 統(tǒng)包括與固定器一側(cè)相連的氣囊、與氣囊出口處相銜接的采集器，固定器另一側(cè)與壓力系 統(tǒng)相連。
2.如權(quán)利要求1所述的煤層氣垂直井排采控制模擬實驗裝置，其特征在于，所述壓力 系統(tǒng)包括氣壓部分和水壓部分，氣壓部分包括由管路串聯(lián)的高壓氣瓶、閥門、氣壓表和流量 計，水壓部分包括串接在氣壓部分中的流量計與氣壓表之間的水箱、高壓柱塞泵和水壓表。
3.如權(quán)利要求2所述的煤層氣垂直井排采控制模擬實驗裝置，其特征在于，所述流量 計與固定器之間設(shè)有壓力表。
4.如權(quán)利要求1、2或3所述的煤層氣垂直井排采控制模擬實驗裝置，其特征在于，所述 圍壓泵與固定器之間設(shè)有壓力表。
5.如權(quán)利要求4所述的煤層氣垂直井排采控制模擬實驗裝置，其特征在于，所述采集 器中下部設(shè)有濾網(wǎng)。
專利摘要本實用新型公開了一種煤層氣垂直井排采控制模擬實驗裝置，包括壓力系統(tǒng)、樣品裝置系統(tǒng)和采集系統(tǒng)，樣品裝置系統(tǒng)包括用于固定模具的固定器、與固定器相連的圍壓泵，采集系統(tǒng)包括與固定器一側(cè)相連的氣囊、與氣囊出口處相銜接的采集器，固定器另一側(cè)與壓力系統(tǒng)相連。本實用新型可以在不同圍壓狀態(tài)下對不同裂隙寬度、不同煤體結(jié)構(gòu)、不同支撐劑在氣相加壓、水相加壓和氣、水兩相加壓等情況以及不同壓差下支撐劑運移規(guī)律進行模擬實驗，為煤層氣垂直井不同排采階段、不同產(chǎn)氣量、不同產(chǎn)水量和不同裂隙條件下的排采工作制度的制定提供指導(dǎo)，極大地推進了我國煤層氣商業(yè)化發(fā)展的進程。
文檔編號E21B49/00GK201902207SQ201020679908
公開日2011年7月20日 申請日期2010年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月27日
發(fā)明者倪小明, 朱明陽, 沈毅, 王延斌, 蘇現(xiàn)波, 賈炳 申請人:河南理工大學(xué)