[发明专利]煤层气井排采过程气、水流动状态及效应模拟装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种煤层气井排采过程气、水流动状态及效应模拟装置。

背景技术

煤层气与煤炭是植物母体孕育出来的一对孪生兄弟，煤层气作为一种新型的洁净能源，近年来受到人们的广泛关注，并积极投入到其勘探开发中。煤储层是煤层气赋存的主要储层，且煤层气主要以吸附状态赋存在煤层中，要把赋存在煤层中的甲烷气体采出来，必须在吸附的甲烷气体的煤中与外部空间之间存在一定的能量差，在能量差的作用下把吸附着的甲烷气体转变成游离气，顺着煤层的裂隙通道运移出来。目前，地面煤层气井主要是通过排采煤层中的水使储层压力下降，达到甲烷的解吸压力以下时使甲烷解吸产出。煤层气与水共用着煤储层的裂隙通道，则一方面煤储层内外能量差值的不同引起了气、水的流动速度改变，会使气、水各自流动状态不同；另一方面，气、水共用一裂隙通道时，其他能量相同条件下，二者流动时阻力的不同也导致二者的流动状态有所区别；再者，储层裂缝系统内流体压力与外部压力之间差值的不同引起了裂缝流通截面积改变产生裂缝扩张的正效应或缩小的负效应，使气、水的导流能力发生变化；还有，煤储层裂缝系统中存在一定的颗粒阻塞，气、水在此流通性不同，当裂缝截面积小到一定程度时只有气能够通过。最后裂缝不同长度、宽度、张开度组成不同裂缝展布系统，当气、水通过时，由于不同裂缝的气、水导流能力不同，同一裂缝气、水的流动阻力不同使气、水在裂缝系统中的流动状态不同。由此煤储层内外能量的差异、裂缝系统内外压力的差异、裂缝系统中裂缝连通率、裂缝的不同组合状态都将引起煤层气井排采时气、水的流动状态发生变化，从而进一步影响了煤层气能否采出来以及采出的量的多少。目前，还没有一种仪器能比较真实地反映出排采过程中，不同的储层内部能量与外部能量差、不同的煤储层裂隙组合状态下煤层中水、气什么条件下能发生流动及流动的路径如何，气、水流动的路径、流动状态的不明确导致储层改造方向、排采时压力传递变化规律、产气量、产水量预测的不精确，这些都影响着煤层气开发的决策的准确性及投资的回报率。如何研制出一种试验装置，能比较真实的模拟煤层气井排采时气、水流动的临界条件及流动的路径则为煤层气井产能的准确预测、决策的正确性提供了重要的保障。

发明内容

本发明的目的是针对无法正确得知复杂多变的煤储层裂隙网络下煤层气井排采时气、水能否流动及流动的状态，造成煤储层改造措施的实施、排采工作制度制定的盲目性等问题，研制出一种煤层气井排采过程气、水流动状态及引起的裂隙压缩或张开的正、负效应模拟装置，能模拟不同裂隙网络组合、不同内、外压差、不同煤储层吸附能量下排采时气、水的流动状态及流动路径及引起的裂隙的压缩或张开的正、负效应，为排采过程中压力传递变化规律、气、水产出来源、产水量、产气量的准确预测提供理论指导。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种煤层气井排采过程气、水流动状态及效应模拟装置，包括密闭的缸体，缸体内设有用于模拟煤储层裂隙网格的网格状裂隙模拟管路，裂隙模拟管路的前端连接用于向裂隙模拟管路输送气体和/或液体的输送管路，裂隙模拟管路还连接有气压阻塞管路，气压阻塞管路连接裂隙模拟管路的连接端内设有活塞，裂隙模拟管路的后端连接用于模拟排采控制的抽气装置，缸体连接有用于对缸体内充入高压气体并对裂隙模拟管路提供压力的高压气体输送管路。

所述裂隙模拟管路为由有机玻璃管构成的立体网格式结构，裂隙模拟管路内的所有有机玻璃管连通，所述有机玻璃管上设有应变传感器。

所述气压阻塞管路包括第三高压气瓶和与第三高压气瓶连接的至少两条高压气分支管路，从第三高压气瓶至裂隙模拟管路之间的高压气分支管路上依次设有气体空压机、减压阀、PID调节阀、压力传感器以及上述活塞。

裂隙模拟管路两侧各连接一所述气压阻塞管路。

所述输送管路包括从前至后依次连接的前段管路、中段管路和后段管路，前段管路包括气压输出管路和水压输出管路，气压输出管路的输出端和水压输出管路的输出端连接后接入中段管路的输入端；中段管路包括连接管和与连接管并联的副管，副管上设有气液混合器；后段管路包括至少两混合分支管路，混合分支管路的输出端连接所述裂隙模拟管路。

所述气压管路上从前至后依次设有第一高压气瓶、空压机、压力传感器、气体流量计、第一气缸、压力传感器、PID调节阀、气体流量计、第二气缸、压力传感器、PID调节阀和气体流量计，并且在改气压管路的空压机与第二气缸之间连接一根管子，管子上设有PID调节阀和气体流量计。

所述水压输出管路上依次设有水箱、开关阀、注水泵、液体流量计和PID调节阀。