[发明专利]煤层气垂直井水力压裂过程煤粉产出测试装置与方法

说明书

煤层气垂直井水力压裂过程煤粉产出测试装置与方法，包括压裂动力系统、地层模拟系统、压裂模拟系统、煤粉分离测试系统和总控制系统；压裂动力系统的出口与压裂模拟系统的进口连接，压裂模拟系统的出口与煤粉分离测试系统的进口连接，总控制系统通过数据线分别与压裂动力系统、地层模拟系统、压裂模拟系统和煤粉分离测试系统连接；本发明可以对不同煤层属性参数、不同应力状态、不同水力压裂参数、不同压裂时间下煤粉产出粒度和产出量进行分离分析，更准确分析煤层气直井进行水力压裂下煤粉产出与压裂参数间的关系，为煤层气垂直井水力压裂参数的优化提供理论支撑。

技术领域

本发明属于煤层气安全生产技术领域，尤其涉及一种煤层气垂直井水力压裂过程煤粉产出测试装置与方法。

背景技术

煤层气作为一种清洁能源日益受到重视，但我国煤储层原始渗透率普遍较低，于此决定了煤储层压裂改造增透在我国煤层气开发中具有非常重要的作用。我国煤层结构相对复杂，在压裂过程中煤层易受到扰动产生煤粉，煤粉产出可能导致裂缝宽度减少或堵塞裂缝，使煤储层导流能力显著降低，影响了后期的产气量。

煤储层属性参数（主要包括煤层厚度、岩石力学性质、煤层段力学性质组合等）等的差异和压裂工艺参数（主要包括压裂液压力、压裂液排量、压裂液类型等）等差异造成了压裂过程中煤粉产出量和产出粒径的差异，这些差异引起煤储层裂隙导流能力的影响不同。为了研究煤层气垂直井水力压裂过程中这些参数对煤粉产出量的影响，一些研究者进行了理论推导和简单的模拟实验，由于实验测试装置简单，导致实验时无法进行煤粉的提取，更无法较准确的模拟煤层真实情况下受力状态，更不能测出煤粉的产出量和粒度分布特征，导致研究成果在指导现场开发时存在较大偏差。因此，迫切需要研制一套测试系统，能对不同煤储层参数、不同压裂工艺参数下煤粉产出量及产出粒径进行准确的测试，并为优化压裂工艺参数，减少煤层气垂直井水力压裂过程中煤粉产出量，降低煤粉产出对储层的伤害，提高煤层气井排采效率和产气量提供有力支撑。

发明内容

本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种能够准确的模拟不同煤层厚度、煤层力学参数、不同煤层组合、不同水力压裂参数下煤粉产出量、产出粒径对裂隙通道及储存渗透率的影响的煤层气垂直井水力压裂过程煤粉产出测试装置与方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：煤层气垂直井水力压裂过程煤粉产出测试装置，包括压裂动力系统、地层模拟系统、压裂模拟系统、煤粉分离测试系统和总控制系统；压裂动力系统的出口与压裂模拟系统的进口连接，压裂模拟系统的出口与煤粉分离测试系统的进口连接，地层模拟系统的动力输出端与压裂模拟系统的动力输入端顶压配合,总控制系统通过总数据线分别与压裂动力系统、地层模拟系统、压裂模拟系统和煤粉分离测试系统连接。

压裂动力系统包括压裂动力控制器、高压气瓶组、气体增压组和注水装置；高压气瓶组包括若干高压气瓶，所有的高压气瓶由第一高压气管串联，第一高压气管上设有邻近高压气瓶的气瓶控制阀和气瓶压力表，第一高压气管出气口处设有气压计和电动气压阀；注水装置包括第一高压水管和储水池，第一高压水管的进水口与储水池连接，第一高压水管沿水流方向依次设有压裂过滤器、水泵机组和流量计，压裂过滤器位于储水池内部；气体增压组包括若干个气体增压装置，气体增压装置包括气体增压室和增压活塞，所有的气体增压室经第二高压气管并联后与第一高压气管的出气口连接，第二高压气管上设有邻近气体增压室的自动充气控制阀，气体增压室上设有第一压力传感器，增压活塞沿垂直方向滑动连接在气体增压室内，所有气体增压室底部通过第二高压水管并联后与第一高压水管的出水口连接，第二高压水管上设有邻近气体增压室的回流阀；

压裂动力控制器通过第一数据线分别与气瓶控制阀、气压计 、电动气压阀、自动充气控制阀、水泵机组、流量计和第一压力传感器连接，压裂动力控制器与总控制系统通过总数据线连接。

地层模拟系统包括地层压力模拟控制器和三组自动液压顶推装置，每组自动液压顶推装置包括供液装置、伺服增压装置和自控液压千斤顶；