非常規(guī)天然氣開采可視化模擬裝置及其模擬開采的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種非常規(guī)天然氣開采可視化模擬裝置及其模擬開采的方法，該裝置包括：抽油機(jī)動(dòng)態(tài)仿真裝置、垂直井仿真可視裝置及溫度壓力控制系統(tǒng)；所述抽油機(jī)動(dòng)態(tài)仿真裝置連接垂直井仿真可視裝置，所述垂直井仿真可視裝置安裝在可視巖心夾持器模型上，所述可視巖心夾持器模型浸沒在可視水箱的水中；溫度壓力測(cè)量控制系統(tǒng)，用于對(duì)溫度、壓力進(jìn)行監(jiān)測(cè)和調(diào)節(jié)；所述抽油機(jī)動(dòng)態(tài)仿真裝置、垂直井仿真裝置及溫度壓力測(cè)量控制系統(tǒng)均通過接口與可視巖心夾持器模型相連。該裝置可以形象直觀地研究非常規(guī)天然氣在直井開采過程中頂?shù)装宓奈屯杆闆r，研究直井開采中多項(xiàng)滲流問題及地層巖屑在直井中被攜帶和遷移情況，為非常規(guī)天然氣開采提供基礎(chǔ)參數(shù)。
【專利說明】非常規(guī)天然氣開采可視化模擬裝置及其模擬開采的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及天然氣開采領(lǐng)域，具體涉及一種非常規(guī)天然氣開采可視化模擬裝置及其模擬開采的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]非常規(guī)天然氣是一種非構(gòu)造控制、大面積成藏的天然氣?，F(xiàn)今的美國(guó)是世界上天然氣勘探開發(fā)程度和生產(chǎn)應(yīng)用技術(shù)最發(fā)達(dá)的國(guó)家，其致密氣、煤層氣和頁(yè)巖氣等三種非常規(guī)天然氣的年總產(chǎn)量合計(jì)超過了天然氣年總產(chǎn)量三分之一。平面上，在盆地中心、邊緣斜坡及周緣露頭區(qū)形成了廣泛的天然氣勘探開發(fā)生產(chǎn)局面。剖面上，在淺層、勘探主體深度和層位、深層及超深層中產(chǎn)出大量天然氣。中國(guó)和美國(guó)都具有復(fù)雜的區(qū)域地質(zhì)背景和多樣的盆地發(fā)育類型，同時(shí)都有各種煤系地層、產(chǎn)氣源巖、致密砂巖等在盆地中的廣泛存在，盆地規(guī)模大小、發(fā)育地質(zhì)時(shí)代、主要地層厚度、甚至構(gòu)造破壞程度等都大致相同，按照相類似的地質(zhì)類比原則中國(guó)亦當(dāng)有大量的非常規(guī)天然氣產(chǎn)出。中國(guó)與美國(guó)天然氣勘探生產(chǎn)上的主要差距是勘探程度高低不同、認(rèn)識(shí)思路各有千秋、技術(shù)水平別有特色，在對(duì)非常規(guī)天然氣的機(jī)理分布認(rèn)識(shí)、勘探開發(fā)技術(shù)、綜合利用水平等方面存在較大差距。地質(zhì)上所指的非常規(guī)天然氣類型多種多樣，包括成生物質(zhì)、成熟度、化學(xué)成分、運(yùn)聚動(dòng)力、成藏機(jī)理、產(chǎn)出狀態(tài)、資源豐度等多方面不同于常規(guī)認(rèn)識(shí)和理解的天然氣，也包括在工程技術(shù)條件上具有特殊性的天然氣類型，它們都具有不同程度上的相對(duì)性。隨著經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件改進(jìn)以及認(rèn)識(shí)程度提高而逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橐怀Ｒ?guī)氣的特殊屬性。其中包含因素較多，與勘探思路和開發(fā)技術(shù)直接相關(guān)的分類方法主要有兩種，一種是在成因來源上，可以將天然氣劃分為生物化學(xué)作用甲烷氣、有機(jī)質(zhì)熱成熟高峰之前的未熟一低熟氣、常規(guī)意義上的熱解和裂解氣以及高變質(zhì)階段的高一過成熟氣等，各自對(duì)應(yīng)于不同的地質(zhì)條件和地質(zhì)特殊性。另一種是在成藏動(dòng)力類型和機(jī)理模式上，可以將天然氣劃分為煤系地層中以吸附作用為主導(dǎo)動(dòng)力形式的煤層氣、泥巖和頁(yè)巖中以吸附和游離相態(tài)同時(shí)存在的頁(yè)巖氣、致密砂巖儲(chǔ)層中以活塞式運(yùn)聚為特點(diǎn)的根緣氣、常規(guī)意義上受浮力作用控制并具有置換式運(yùn)聚特點(diǎn)的常規(guī)儲(chǔ)層氣、地層水中以水合及充填等溶解方式存在的水溶氣。以及特殊的溫度和壓力條件下以范德華力為天然氣聚集動(dòng)力的水合物等。其中不同類型的天然氣各自具有特殊的地質(zhì)背景、儲(chǔ)存特征及勘探生產(chǎn)特點(diǎn)，彼此類型之間各有聯(lián)系、遞次過渡，形成了從氣源巖、致密砂巖到常規(guī)儲(chǔ)層圈閉以及露頭區(qū)在機(jī)理上過渡、在分布上連續(xù)的天然氣成藏與分布序列。非常規(guī)天然氣包括致密氣、頁(yè)巖氣、煤層氣。評(píng)價(jià)其富集程度的一個(gè)重要參數(shù)為可采性。要有效地評(píng)估某地區(qū)的煤層氣是否具有商業(yè)化的前景，必須建立準(zhǔn)確的可采性評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)用于氣藏模擬和生產(chǎn)預(yù)測(cè)。非常規(guī)天然氣開采模擬設(shè)備是提供這種數(shù)據(jù)的唯一工具。
[0003]目前國(guó)內(nèi)還沒有非常規(guī)天然氣開采模擬方面的設(shè)備，無(wú)法對(duì)既具有吸附氣，又具有游離氣特點(diǎn)的非常規(guī)天然氣開展物理模擬，評(píng)價(jià)各種模擬參數(shù)。因此，迫切需要研發(fā)一臺(tái)非常規(guī)天然氣開采物理模擬實(shí)驗(yàn)裝置。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]在下文中給出關(guān)于本發(fā)明的簡(jiǎn)要概述，以便提供關(guān)于本發(fā)明的某些方面的基本理解。應(yīng)當(dāng)理解，這個(gè)概述并不是關(guān)于本發(fā)明的窮舉性概述。它并不是意圖確定本發(fā)明的關(guān)鍵或重要部分，也不是意圖限定本發(fā)明的范圍。其目的僅僅是以簡(jiǎn)化的形式給出某些概念，以此作為稍后論述的更詳細(xì)描述的前序。
[0005]本發(fā)明實(shí)施例的目的是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種非常規(guī)天然氣開采模擬裝置，該裝置使得非常規(guī)天然氣開采模擬變得可視化，實(shí)驗(yàn)效果更為直觀可靠。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是:
[0007]—種非常規(guī)天然氣開采模擬裝置，包括:
[0008]抽油機(jī)動(dòng)態(tài)仿真裝置、垂直井仿真可視裝置及溫度壓力控制系統(tǒng)；
[0009]所述抽油機(jī)動(dòng)態(tài)仿真裝置連接垂直井仿真可視裝置，所述垂直井仿真可視裝置安裝在可視巖心夾持器模型上，所述可視巖心夾持器模型浸沒在可視水箱的水中；
[0010]所述溫度壓力測(cè)量控制系統(tǒng)，用于對(duì)垂直井仿真可視裝置的底部溫度和壓力進(jìn)行監(jiān)測(cè)和調(diào)節(jié)；
[0011]所述抽油機(jī)動(dòng)態(tài)仿真裝置、垂直井仿真裝置及溫度壓力測(cè)量控制系統(tǒng)均通過接口與可視巖心夾持器模型相連。
[0012]本發(fā)明還提供一種上述的非常規(guī)天然氣開采模擬裝置進(jìn)行模擬開采的方法，包括以下步驟:
[0013](I)給可視巖心夾持器模型的箱體中放置樣品，并蓋好頂蓋,將可視巖心夾持器模型放入可視水箱中；所述樣品為巖石、煤塊和煤粉中的至少一種；
[0014](2)將垂直井仿真可視裝置一端穿過頂蓋上的模擬井口后安裝在箱體上，然后接上抽油機(jī)動(dòng)態(tài)仿真裝置；
[0015](3)在可視水箱中放入地層水，水面沒過可視巖心夾持器模型上表面；
[0016](4)啟動(dòng)抽油機(jī)，使地層水被抽油機(jī)抽出，從套管流出，流入一計(jì)量裝置中，進(jìn)行單位時(shí)間內(nèi)采出地層水的計(jì)量和巖屑量的計(jì)量，同時(shí)從側(cè)面觀測(cè)可視巖心夾持器模型中巖屑的運(yùn)行軌跡；
[0017](5)通過溫度壓力控制系統(tǒng)對(duì)垂直井仿真可視裝置的底部溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，模擬不同溫度下，開采模擬裝置的抽采效率，和/或，通過壓力監(jiān)控系統(tǒng)，檢測(cè)垂直井仿真可視裝置的底部壓力的變化。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0019]利用本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)裝置可以在可視化的狀態(tài)下模擬非常規(guī)天然氣開發(fā)，可以形象直觀地研究非常規(guī)天然氣在直井開采過程中頂?shù)装宓奈屯杆闆r，研究直井開采中多項(xiàng)滲流問題及地層巖屑在直井中被攜帶和遷移情況，為非常規(guī)天然氣開采提供基礎(chǔ)參數(shù)，同時(shí)測(cè)定非常規(guī)天然氣開采的各種技術(shù)參數(shù)。利用該實(shí)驗(yàn)裝置可以對(duì)非常規(guī)天然氣勘探中取出的巖心進(jìn)行測(cè)試，用計(jì)算機(jī)對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行處理獲得非常規(guī)天然氣開采技術(shù)參數(shù)，評(píng)價(jià)該地區(qū)非常規(guī)天然氣資源潛力和開發(fā)前景，尤其適用于非常規(guī)天然氣開發(fā)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的制造。
【專利附圖】

【附圖說明】[0020]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0021]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的抽油機(jī)動(dòng)態(tài)仿真裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的垂直井仿真可視裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的可視巖心夾持器模型安裝于可視水箱中的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的溫度壓力測(cè)量控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的垂直井仿真可視裝置安裝于可視巖心夾持器模型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖7為圖6的俯視圖。
[0028]附圖標(biāo)記:
[0029]100-抽油機(jī)動(dòng)態(tài)仿真裝置；200_垂直井仿真可視裝置；300_溫度壓力測(cè)量控制系統(tǒng)；400_可視巖心夾持器模型；500_可視水箱；600_計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)；
[0030]1-電動(dòng)機(jī)；2-剎車；3_減速箱；4_曲柄；5_平衡重；6-連桿；7-橫梁；8_平衡塊；9-游梁支座；10_游梁；11_驢頭；12_懸繩器；13_支架；14_底座；15_卡繩器；16-第一井口裝置；17第二井口裝置；18_抽油桿；19_套管；20_內(nèi)管；21_玻璃球；22_單向閥；23_活塞；24-井底穩(wěn)定器；25 -電纜；26_箱體；27、固定螺絲28-模擬井口 ；29_頂蓋；30_螺母；31-銷子；32_螺絲；36_支撐架；37_水箱底板；38_水箱支撐架；39_定位腳輪。
【具體實(shí)施方式】
[0031]為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。在本發(fā)明的一個(gè)附圖或一種實(shí)施方式中描述的元素和特征可以與一個(gè)或更多個(gè)其它附圖或?qū)嵤┓绞街惺境龅脑睾吞卣飨嘟Y(jié)合。應(yīng)當(dāng)注意，為了清楚的目的，附圖和說明中省略了與本發(fā)明無(wú)關(guān)的、本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的部件和處理的表示和描述。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有付出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0032]參見圖1、圖2、圖3和圖4 一種非常規(guī)天然氣開采模擬裝置，包括:
[0033]抽油機(jī)動(dòng)態(tài)仿真裝置100、垂直井仿真可視裝置200及溫度壓力控制系統(tǒng)300 ；
[0034]抽油機(jī)動(dòng)態(tài)仿真裝置100連接垂直井仿真可視裝置200，垂直井仿真可視裝置200安裝在可視巖心夾持器模型400上，可視巖心夾持器模型400浸沒在可視水箱500的水中；
[0035]溫度壓力測(cè)量控制系統(tǒng)300，用于對(duì)垂直井仿真可視裝置的底部溫度和壓力進(jìn)行監(jiān)測(cè)和調(diào)節(jié)；
[0036]抽油機(jī)動(dòng)態(tài)仿真裝置100、垂直井仿真可視裝置200及溫度壓力測(cè)量控制系統(tǒng)300均通過接口與可視巖心夾持器模型400相連。
[0037]本發(fā)明的抽油機(jī)動(dòng)態(tài)仿真裝置，用于從垂直井仿真可視裝置中抽出液體；垂直井仿真可視裝置，用于動(dòng)態(tài)模擬垂直井動(dòng)態(tài)抽液的過程，并能夠觀察抽液、排液的過程；溫度壓力控制系統(tǒng)中，溫度控制系統(tǒng)主要用來控制可視水箱中液體的溫度。壓力控制系統(tǒng)由壓力傳感器和二次儀表組成，主要安裝在垂直井仿真可視裝置的井底穩(wěn)定器內(nèi)，監(jiān)控井底的壓力變化。
[0038]參見圖5，還包括計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)600，用于采集垂直井仿真可視裝置的井底溫度和壓力，還用于采集抽油機(jī)動(dòng)態(tài)仿真裝置從垂直井仿真可視裝置中抽出液體的流量，進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制，所述計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)通過接口與可視巖心夾持器模型相連。
[0039]本發(fā)明的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，用于采集可視水箱中熱水的溫度、垂直井仿真可視裝置的井底壓力、液體進(jìn)入抽油桿內(nèi)的流量，通過壓力傳感器和壓力控制器進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制，如果計(jì)算機(jī)采集壓力數(shù)據(jù)后顯示壓力過大，即通過壓力控制器控制壓力，減少流量，反之，增加流量。
[0040]本發(fā)明可以形象直觀地用于模擬研究非常規(guī)油氣儲(chǔ)層開采過程中頂?shù)装宓奈屯杆闆r，在模擬實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)時(shí)，可以通過巖心組合實(shí)現(xiàn)非常規(guī)儲(chǔ)層的地層組合，通過模擬可以看到吸水和透水過程。同時(shí)，可以用于研究直井開采中多項(xiàng)滲流問題及地層巖屑在直井中被攜帶和遷移情況，為非常規(guī)天然氣開采提供基礎(chǔ)參數(shù)，同時(shí)測(cè)定非常規(guī)天然氣開采的壓力、流量參數(shù)。利用該實(shí)驗(yàn)裝置可以對(duì)利用油氣鉆井的全直徑巖心或柱塞樣品進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，用計(jì)算機(jī)對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行處理獲得非常規(guī)天然氣開采技術(shù)參數(shù)，評(píng)價(jià)該地區(qū)非常規(guī)天然氣資源潛力和開發(fā)前景，尤其適用于非常規(guī)天然氣開發(fā)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的制造。
[0041]參見圖1，抽油機(jī)動(dòng)態(tài)仿真裝置100包括:游梁10、平衡塊8、驢頭11、懸繩器12、游梁支座9、電機(jī)1、剎車2、減速箱3、曲柄4、平衡重5、連桿6、橫梁7、支架13及底座14 ；
[0042]游梁10 —端固定有平衡塊8，另一端設(shè)有驢頭11，驢頭11上固定有懸繩器12，游梁10通過滑輪放置在游梁支座9上，游梁支座9固定在支架13上，支架13、減速箱3和電機(jī)I固定在底座14上，電機(jī)I通過皮帶連接減速箱3，減速箱3連接剎車2，曲柄4 一端固定平衡重5，另一端連接在減速箱3 —側(cè)，曲柄4通過連桿6連接橫梁7，橫梁7與靠近平衡塊8—側(cè)的游梁10相連。
[0043]本發(fā)明的抽油機(jī)動(dòng)態(tài)仿真裝置是垂直井仿真可視裝置的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力源，根據(jù)抽油機(jī)的工作原理以游梁式抽油機(jī)為原型，按比例縮小成實(shí)驗(yàn)型抽油機(jī)。當(dāng)抽油機(jī)電動(dòng)工作做往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，與抽油桿、抽油泵配合使用，帶動(dòng)垂直井內(nèi)的柱塞泵上下運(yùn)動(dòng)，能將井下液體抽到地面。電機(jī)、減速箱和支架通過焊接方式固定在底座上。剎車通過螺絲與減速箱連接，曲柄一般通過螺絲固定平衡重，另外一端通過螺絲連接在減速箱一側(cè)，曲柄和游梁通過連桿進(jìn)行連接，連桿上部通過橫梁與曲柄連接，連桿下部通過螺絲與曲柄固定連接，平衡塊焊接在游梁上，懸繩器焊接于驢頭上，驢頭焊接于游梁上，支架通過螺絲固定在底座上。
[0044]參見圖1和圖2，優(yōu)選的，驢頭11下方設(shè)有公扣，垂直井仿真可視裝置上部設(shè)有對(duì)應(yīng)的母扣，所述公扣連接母扣。通過公扣和母扣連接，連接便捷。
[0045]參見圖2,垂直井仿真可視裝置200包括套管19,套管19上部依次設(shè)有第一井口裝置16和第二井口裝置17，套管19的底部設(shè)有井底穩(wěn)定器24，套管19內(nèi)設(shè)有內(nèi)管20，內(nèi)管20內(nèi)設(shè)有抽油桿18，抽油桿18底部連接活塞23，活塞23上部的抽油桿18內(nèi)設(shè)有單向閥22，單向閥22的上部設(shè)有玻璃球21，抽油桿18上部連接第二井口裝置17，抽油桿里面裝有電纜25，電纜25上部連接卡繩器15，卡繩器用于固定電纜位置，卡繩器15連接抽油機(jī)動(dòng)態(tài)仿真裝置的驢頭，垂直井仿真可視裝置200的下部設(shè)置在可視巖心夾持器模型中，即卡繩器15上設(shè)有對(duì)應(yīng)的母扣，與驢頭11下方的公扣連接。
[0046]本發(fā)明卡繩器15為一個(gè)帶有四孔的圓環(huán)，通過螺接方式連接到第一、二井口裝置上，抽油桿安放在內(nèi)管內(nèi)，抽油桿可以上下自由運(yùn)動(dòng)，內(nèi)管的上下兩端通過螺絲方式安放在套管中，玻璃球安放于單向閥的上部，抽油桿帶動(dòng)活塞向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，玻璃球向下運(yùn)動(dòng)，單向閥關(guān)閉，封閉內(nèi)管中的流體，使流體隨內(nèi)管向上運(yùn)動(dòng)，氣體從第一井口裝置16流出，液體從第二井口裝置17流出，當(dāng)抽油桿帶動(dòng)活塞向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，單向閥打開，下部流體流入內(nèi)管。如此反復(fù)進(jìn)行，流體從下部井底穩(wěn)定器的端口中不斷被吸入，并不斷被生產(chǎn)出來。其中，優(yōu)選活塞直徑為50mm，行程為200mm，垂直井仿真可視裝置的流量為4.5L/min。
[0047]參見圖3、圖6和圖7，可視巖心夾持器模型400包括箱體26，箱體26上設(shè)有頂蓋29，頂蓋29上設(shè)有模擬井口 28，箱體26內(nèi)根據(jù)模擬實(shí)驗(yàn)方案可以裝有巖石、煤塊或煤粉中的至少一種，可視巖心夾持器模型400下部設(shè)有支撐架36，支撐架36放置在可視水箱500中，垂直井仿真可視裝置200 —端穿過模擬井口 28后安裝在箱體26上。箱體26上還設(shè)有預(yù)留固定螺絲27，當(dāng)水箱放置其它需要固定的場(chǎng)所時(shí)，可以使用固定螺絲27固定。
[0048]本實(shí)施例中，箱體26為正方體，和/或，箱體26的長(zhǎng)度為400_600臟，優(yōu)選的箱體規(guī)格為內(nèi)腔500mm X 500mm X 500mm，壓力為常壓，內(nèi)裝煤塊和煤粉。
[0049]參見圖3和圖6，支撐架36浸沒在液體中，因此支撐架36采用不銹鋼材質(zhì)。選用為不銹鋼支撐架，和/或，頂蓋29通過螺絲30和螺母32與箱體26固定連接。當(dāng)將頂蓋29扣在箱體33上，需要固定二者位置時(shí)，在頂蓋29和箱體33上有對(duì)應(yīng)大小的孔，使用時(shí)當(dāng)頂蓋29上的孔與箱體33上的孔對(duì)準(zhǔn)后，可以使用銷子31插入其中的孔中，插入越深越緊。達(dá)到連接牢固可靠的優(yōu)點(diǎn)。
[0050]參見圖3，本實(shí)施例中，可視水箱500包括底板37，底板37下方設(shè)有水箱支撐架38，水箱支撐架38下方設(shè)有定位腳輪39。
[0051]本發(fā)明的可視水箱主要用于盛裝預(yù)熱后的液體，并將可視巖心夾持器模型安裝浸沒在液體中?？梢曀湟?guī)格為:內(nèi)室IOOOmmX IOOOmmX800mm，為有機(jī)鋼化玻璃制成。在可視巖心夾持器模型的四個(gè)側(cè)面及底面，各布置有四個(gè)接口，一共20個(gè)接口，接口跟內(nèi)腔相連處通徑為10mm，跟可視水箱內(nèi)液體相連處通徑為3mm或6mm (可換裝)，各接口不用時(shí)可用絲堵堵上。設(shè)置定位腳輪，方便移動(dòng)。
[0052]本發(fā)明還提供一種上述的非常規(guī)天然氣開采模擬裝置進(jìn)行模擬開采的方法，包括以下步驟:
[0053](I)給可視巖心夾持器模型的箱體中放置樣品，并蓋好頂蓋,將可視巖心夾持器模型放入可視水箱中；所述樣品為巖石、煤塊和煤粉中的至少一種；
[0054](2)將垂直井仿真可視裝置一端穿過頂蓋上的模擬井口后安裝在箱體上，然后接上抽油機(jī)動(dòng)態(tài)仿真裝置；
[0055](3)在可視水箱中放入地層水，水面沒過可視巖心夾持器模型上表面；
[0056](4)啟動(dòng)抽油機(jī)，使地層水被抽油機(jī)抽出，從套管流出，流入一計(jì)量裝置中，進(jìn)行單位時(shí)間內(nèi)采出地層水的計(jì)量和巖屑量的計(jì)量，同時(shí)從側(cè)面觀測(cè)可視巖心夾持器模型中巖屑的運(yùn)行軌跡；[0057](5)通過溫度壓力控制系統(tǒng)對(duì)垂直井仿真可視裝置的底部溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，模擬不同溫度下，開采模擬裝置的抽采效率，和/或，通過壓力監(jiān)控系統(tǒng)，檢測(cè)垂直井仿真可視裝置的底部壓力的變化。
[0058]本發(fā)明溫度壓力測(cè)量控制系統(tǒng)主要由三通閥、溫度壓力控制顯示儀表和高精度的溫度壓力傳感器和流量計(jì)組成，溫度傳感器的探頭通過接口放入可視巖心夾持器模型中，壓力傳感器和溫度傳感器放置在垂直井仿真可視裝置的井底穩(wěn)定器中，監(jiān)控垂直仿真井底的壓力和溫度的變化。計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)主要包括計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、數(shù)據(jù)采集卡、采集及處理軟件等，可適時(shí)采集壓力、溫度、流量等參數(shù)。通過數(shù)模轉(zhuǎn)換板把溫度、壓力、流量傳感器采集的模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，通過計(jì)算機(jī)記錄到硬盤中。
[0059]計(jì)算機(jī)利用獲得溫度數(shù)據(jù)、壓力數(shù)據(jù)和流量數(shù)據(jù)，可以通過以下公式進(jìn)行計(jì)算單位時(shí)間內(nèi)的累計(jì)產(chǎn)出氣量和液體體積。
[0060]Vi=Si=KT1-SH=KIV1
[0061]其中，i，1-1為記錄的序號(hào)；
[0062]T 為時(shí)間，s ;
[0063]S 為流量，ml/s ；
[0064]V 為體積，ml。
[0065]本發(fā)明提供一種非常規(guī)天然氣直井開采技術(shù)物理模擬裝置，同時(shí)裝置實(shí)現(xiàn)了可視化模擬，效果更加直觀、清楚。本發(fā)明可以模擬不同地層溫度、壓力條件下，非常規(guī)天然氣開采直井在一定的抽排工作制度下，天然氣、地層水、巖屑等產(chǎn)出的速度。
[0066]本發(fā)明可以通過車載運(yùn)往非常規(guī)天然氣開發(fā)現(xiàn)場(chǎng)，將各系統(tǒng)部分進(jìn)行組裝，根據(jù)不同地區(qū)所具有的不同地質(zhì)特征設(shè)定好試驗(yàn)的時(shí)間，開展勘探現(xiàn)場(chǎng)非常規(guī)天然氣開采現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，可以測(cè)定特定地區(qū)、不同含氣性特征、含氣量分布規(guī)律和不同儲(chǔ)氣能力的非常規(guī)天然氣儲(chǔ)層的滲流特征。
[0067]本發(fā)明在井底接口設(shè)計(jì)有壓力傳感器接口，可適時(shí)監(jiān)視垂直井的壓力變化，在實(shí)驗(yàn)中，首先準(zhǔn)備好巖石或煤巖樣品，樣品切割為應(yīng)根據(jù)可視巖心夾持器大小進(jìn)行，使得剛好能夠放置于可視巖心夾持器模型中，擰緊螺母，把樣品固定在箱體中，然后再把可視巖心夾持器模型放入可視水箱中，再裝上垂直井仿真可視裝置，接上抽油機(jī)。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)前，首先在可視水箱中放入模擬地層水，模擬地層水由純凈水和質(zhì)量百分比濃度為5%氯化鉀溶液按體積比為1:1比例配制，水面沒過可視巖心夾持器模型上表面，然后啟動(dòng)抽油機(jī)開始實(shí)驗(yàn)，地層水開始被抽油機(jī)抽出，從套管流出，流到一計(jì)量裝置中，進(jìn)行單位時(shí)間內(nèi)采出地層水的計(jì)量和巖屑量的計(jì)量，同時(shí)從側(cè)面觀測(cè)可視巖心夾持器模型中巖屑的運(yùn)行軌跡，確定其為懸浮式運(yùn)移、跳躍式運(yùn)移，還是階梯式運(yùn)移模式。同時(shí)從溫度壓力控制系統(tǒng)對(duì)垂直井仿真可視裝置的底部溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，模擬不同溫度下，開采模擬裝置的抽采效率，同時(shí)通過壓力監(jiān)控系統(tǒng)，研究不同排采工作制度下，垂直井底壓力的變化。
[0068]采用本發(fā)明開展非常規(guī)天然氣開采實(shí)驗(yàn)工作。通過對(duì)四川、山西等地區(qū)開采模擬實(shí)驗(yàn)，將所測(cè)的溫度、壓力和流量數(shù)據(jù)應(yīng)用該地區(qū)低滲透砂巖、煤層氣和頁(yè)巖氣開采中，取得了良好的指導(dǎo)效果。具體實(shí)施例為:在山西沁水盆地煤巖模擬中，通過系統(tǒng)模擬，得到IOOOm深度，溫度25°C，壓力12MPa條件下，流量小于20ml/分鐘時(shí)候，巖屑的運(yùn)移方式才表現(xiàn)為懸浮式運(yùn)移，運(yùn)移效率高于跳躍式和階梯式運(yùn)移，有利于巖屑排出井口，不會(huì)造成井底堵塞，利于氣井的穩(wěn)定生產(chǎn)，這樣模擬實(shí)驗(yàn)通過查明了巖屑的遷移方式，指導(dǎo)煤層氣開采。表明該儀器裝置能夠順利完成現(xiàn)場(chǎng)非常規(guī)天然氣開采模擬工作，所提供的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可信，可以快捷方便地指導(dǎo)非常規(guī)天然氣開發(fā)實(shí)踐。
[0069]在本發(fā)明上述各實(shí)施例中，實(shí)施例的序號(hào)僅僅便于描述,不代表實(shí)施例的優(yōu)劣。對(duì)各個(gè)實(shí)施例的描述都各有側(cè)重，某個(gè)實(shí)施例中沒有詳述的部分，可以參見其他實(shí)施例的相關(guān)描述。
[0070]本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解:實(shí)現(xiàn)上述方法實(shí)施例的全部或部分步驟可以通過程序指令相關(guān)的硬件來完成，前述的程序可以存儲(chǔ)于一計(jì)算機(jī)可讀取存儲(chǔ)介質(zhì)中，該程序在執(zhí)行時(shí)，執(zhí)行包括上述方法實(shí)施例的步驟；而前述的存儲(chǔ)介質(zhì)包括:只讀存儲(chǔ)器(Read-Only Memory,簡(jiǎn)稱 ROM)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(Random Access Memory,簡(jiǎn)稱 RAM)、磁碟或者光盤等各種可以存儲(chǔ)程序代碼的介質(zhì)。
[0071]在本發(fā)明的裝置和方法等實(shí)施例中，顯然，各部件或各步驟是可以分解、組合和/或分解后重新組合的。這些分解和/或重新組合應(yīng)視為本發(fā)明的等效方案。同時(shí)，在上面對(duì)本發(fā)明具體實(shí)施例的描述中，針對(duì)一種實(shí)施方式描述和/或示出的特征可以以相同或類似的方式在一個(gè)或更多個(gè)其它實(shí)施方式中使用，與其它實(shí)施方式中的特征相組合，或替代其它實(shí)施方式中的特征。
[0072]應(yīng)該強(qiáng)調(diào)，術(shù)語(yǔ)“包括/包含”在本文使用時(shí)指特征、要素、步驟或組件的存在，但并不排除一個(gè)或更多個(gè)其它特征、要素、步驟或組件的存在或附加。
[0073]最后應(yīng)說明的是:雖然以上已經(jīng)詳細(xì)說明了本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)，但是應(yīng)當(dāng)理解在不超出由所附的權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以進(jìn)行各種改變、替代和變換。而且，本發(fā)明的范圍不僅限于說明書所描述的過程、設(shè)備、手段、方法和步驟的具體實(shí)施例。本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員從本發(fā)明的公開內(nèi)容將容易理解，根據(jù)本發(fā)明可以使用執(zhí)行與在此所述的相應(yīng)實(shí)施例基本相同的功能或者獲得與其基本相同的結(jié)果的、現(xiàn)有和將來要被開發(fā)的過程、設(shè)備、手段、方法或者步驟。因此，所附的權(quán)利要求旨在在它們的范圍內(nèi)包括這樣的過程、設(shè)備、手段、方法或者步驟。
【權(quán)利要求】
1.一種非常規(guī)天然氣開采模擬裝置，其特征在于，包括: 抽油機(jī)動(dòng)態(tài)仿真裝置、垂直井仿真可視裝置及溫度壓力控制系統(tǒng)； 所述抽油機(jī)動(dòng)態(tài)仿真裝置連接垂直井仿真可視裝置，所述垂直井仿真可視裝置安裝在可視巖心夾持器模型上，所述可視巖心夾持器模型浸沒在可視水箱的水中； 所述溫度壓力測(cè)量控制系統(tǒng)，用于對(duì)垂直井仿真可視裝置的底部溫度和壓力進(jìn)行監(jiān)測(cè)和調(diào)節(jié)； 所述抽油機(jī)動(dòng)態(tài)仿真裝置、垂直井仿真可視裝置及溫度壓力測(cè)量控制系統(tǒng)均通過接口與可視巖心夾持器模型相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非常規(guī)天然氣開采模擬裝置，其特征在于，還包括計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，用于采集垂直井仿真可視裝置的井底溫度和壓力，還用于采集抽油機(jī)動(dòng)態(tài)仿真裝置從垂直井仿真可視裝置中抽出液體的流量，進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制，所述計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)通過接口與可視巖心夾持器模型相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的非常規(guī)天然氣開采模擬裝置，其特征在于，所述抽油機(jī)動(dòng)態(tài)仿真裝置包括:游梁、平衡塊、驢頭、懸繩器、游梁支座、電機(jī)、剎車、減速箱、曲柄、平衡重、連桿、橫梁、支架及底座； 所述游梁一端固定有平衡塊，另一端設(shè)有驢頭，所述垂直井仿真可視裝置的上部連接在所述驢頭的下方；所述驢頭上固定有懸繩器，所述游梁通過滑輪放置在游梁支座上，所述游梁支座固定在支架上，所述支架、減速箱和電機(jī)固定在底座上，所述電機(jī)通過皮帶連接減速箱，所述減速箱連接剎車，所述曲柄一端固定平衡重，另一端連接在減速箱一側(cè)，所述曲柄通過連桿連接橫梁，所 述橫梁與靠近所述平衡塊一側(cè)的游梁相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的非常規(guī)天然氣開采模擬裝置，其特征在于，所述驢頭下方設(shè)有公扣，垂直井仿真可視裝置上部設(shè)有對(duì)應(yīng)的母扣，所述公扣連接母扣。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的非常規(guī)天然氣開采模擬裝置，其特征在于，所述垂直井仿真可視裝置包括套管，所述套管上部依次設(shè)有第一井口裝置和第二井口裝置，所述套管的底部設(shè)有井底穩(wěn)定器，所述套管內(nèi)設(shè)有內(nèi)管，所述內(nèi)管內(nèi)設(shè)有抽油桿，所述抽油桿底部連接活塞，所述活塞上部的抽油桿內(nèi)設(shè)有單向閥，所述單向閥的上部設(shè)有玻璃球，所述抽油桿上部連接第二井口裝置，所述抽油桿裝有電纜，所述電纜上部連接卡繩器，所述卡繩器連接所述抽油機(jī)動(dòng)態(tài)仿真裝置的驢頭，所述垂直井仿真可視裝置的下部設(shè)置在所述可視巖心夾持器模型中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的非常規(guī)天然氣開采模擬裝置，其特征在于，所述可視巖心夾持器模型包括箱體，所述箱體上設(shè)有頂蓋，所述頂蓋上設(shè)有模擬井口，所述箱體內(nèi)設(shè)有巖石、煤塊和煤粉中的至少一種，所述可視巖心夾持器模型下部設(shè)有支撐架，所述支撐架放置在所述可視水箱中，所述垂直井仿真可視裝置一端穿過所述模擬井口后安裝在所述箱體上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的非常規(guī)天然氣開采模擬裝置，其特征在于，所述箱體為正方體，和/或，所述箱體的長(zhǎng)度為400-600mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的非常規(guī)天然氣開采模擬裝置，其特征在于，所述支撐架為不銹鋼支撐架；和/或，所述頂蓋通過螺絲和螺母與所述箱體固定連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的非常規(guī)天然氣開采模擬裝置，其特征在于，所述可視水箱包括底板，所述底板下方設(shè)有水箱支撐架，所述水箱支撐架下方設(shè)有定位腳輪。
10.一種利用權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)的非常規(guī)天然氣開采模擬裝置進(jìn)行模擬開采的方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)給可視巖心夾持器模型的箱體中放置樣品，并蓋好頂蓋，將可視巖心夾持器模型放入可視水箱中；所述樣品為巖石、煤塊和煤粉中的至少一種； (2)將垂直井仿真可視裝置一端穿過頂蓋上的模擬井口后安裝在箱體上，然后接上抽油機(jī)動(dòng)態(tài)仿真裝置； (3)在可視水箱中放入地層水，水面沒過可視巖心夾持器模型上表面； (4)啟動(dòng)抽油機(jī)，使地層水被抽油機(jī)抽出，從套管流出，流入一計(jì)量裝置中，進(jìn)行單位時(shí)間內(nèi)采出地層水的計(jì)量和巖屑量的計(jì)量，同時(shí)從側(cè)面觀測(cè)可視巖心夾持器模型中巖屑的運(yùn)行軌跡； (5)通過溫度壓力控制系統(tǒng)對(duì)垂直井仿真可視裝置的底部溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，模擬不同溫度下，開采模擬裝置的抽采效率， 和/或，通過壓力監(jiān)控系統(tǒng)，檢測(cè)垂直井仿真可視裝置的底部壓力的變化。
【文檔編號(hào)】E21B47/00GK103643920SQ201310647840
【公開日】2014年3月19日 申請(qǐng)日期:2013年12月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月4日
【發(fā)明者】李昕睿 申請(qǐng)人:北京源海威科技有限公司