[实用新型]煤层气井排采过程煤粉产出模拟测试装置

说明书

技术领域

本实用新型属于煤矿安全技术领域，具体涉及一种煤层气井排采过程煤粉产出模拟测试装置。

背景技术

地面煤层气井主要是通过排水-降压使煤层气解吸产出的。排采阶段不同，煤粉产出的主控因素有所差异。单相水流排采阶段，煤层主要受到水流的冲刷作用，若排采强度过大，产水量过多，可能导致煤粉沿着煤层裂隙向井筒运移。煤粉产出一方面可能使煤层裂隙宽度增加；另一方面由于缺少了煤粉的支撑，煤层在围岩重力及水平应力作用下可能导致裂隙宽度减小。在双重作用下，变形程度差异导致排水阶段煤粉产出量与渗透率关系变得复杂。进入产气阶段，游离气体的压力和冲力作用可能使煤层中的煤粉进一步产出，煤储层渗透率的大小既与煤粉产出量有关，同时又与气体解吸、有效应力有关，使得煤粉产出与渗透率关系更加复杂。煤粉产出量不仅与产水量、产气量等有关，还与煤层本身裂隙的宽度、长度、密度、形态等有关，煤层本身裂隙发育程度的差异，对产水量、产气量也会有重要影响。

为了查明煤层气井不同排采阶段煤粉产出量与压差、水量、气量等关系，国内外研究者通过钻取煤柱，放置在三轴夹持器里，设置不同的围压和轴压来模拟煤层所受应力环境，测试不同压差下煤粉产出量。由于受所选煤样限制，所选煤样裂隙发育程度不明确，导致煤粉产出量的研究更多基于宏观方面，其与流量、压差、裂隙发育程度等精细描述方面显得不足，针对什么样的煤储层，不同排采阶段需要采取怎么样的排采工作制度无法给出较明确的回答。一些研究者采用制作煤板，在其中夹持支撑剂、煤粉等来测试一定压差、流量下支撑剂、煤粉产出量，通过构建相应数学模型来得出其关系，由于模拟条件与实际存在一定差异，数学模拟的准确性的验证存在一定困难。为了更好地得出煤层气井不同排采阶段产水量、煤层裂隙发育程度、产气量、气/水混合等不同条件下煤粉产出量，以便为现场不同储层条件下煤层气井排采提供指导，因此亟需一种设备，既能模拟不同裂缝形态，又能模拟煤层所受应力状态，测试不同排采阶段煤粉产出量，更科学有效的指导煤层气井排采制度的制定。

实用新型内容

针对目前不同煤储层裂隙下压差、产水量、产气量与煤粉产出量关系不明，无法真正指导现场煤层气排采生产的现实，设计了一种能模拟不同煤层裂隙发育状况的装置，通过模拟现场煤储层条件及所受外界环境条件，得出不同条件下各种关键参数对煤粉产出量的影响，为现场排采工作制度提供更可靠的理论依据和借鉴。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：煤层气井排采过程煤粉产出模拟测试装置，包括排采阶段模拟系统、围压控制系统、煤粉测试系统和关键参数控制系统，排采阶段模拟系统的出口与煤粉测试系统的入口通过管路连接，围压控制系统的出液端与煤粉测试系统的进液端通过管路连接，关键参数控制系统通过数据线分别与排采阶段模拟系统、围压控制系统和煤粉测试系统连接。

排采阶段模拟系统包括气相模拟装置、液相模拟装置和气液混合装置，

气相模拟装置包括高压气瓶组和第一气体增压组，

高压气瓶组包括若干高压气瓶，各高压气瓶经第一高压气管并联后与第一增压进气管的进气端连接，各第一高压气管上分别设有邻近高压气瓶的减压阀；

第一气体增压组包括若干个气体增压装置和若干个驱动装置，驱动装置与气体增压装置配套，各气体增压装置之间通过增压连接管连接，各气体增压装置的结构相同，第一气体增压装置包括第一气体增压室和第一高压储气室，第一气体增压室通过第一增压进气管和第一高压气管与高压气瓶连接，第一增压进气管上设有邻近第一气体增压室的第一单向阀，第一气体增压室通过第二高压气管与高压储气室连接，第二高压气管上分别设有邻近第一气体增压室的第二单向阀和邻近第一高压储气室的第三单向阀，第一气体增压室内滑动连接有气体增压活塞，气体增压活塞上固定连接有活塞杆；增压连接管上设有邻近第一高压储气室的气体增压自动控制阀；

驱动装置包括第一电机、转盘和转动杆，第一电机的动力输出轴与转盘传动连接，转盘的边沿固定连接有铰接块，转动杆的一端与铰接块通过销轴铰接，转动杆的另一端与活塞杆通过销轴铰接；

第一气体增压组中的第二高压储气室通过第一增压出气管与气液混合装置连接，第一增压出气管上设有邻近第二高压储气室的第一自动控制阀；