[发明专利]一种构造煤原位煤层气水平井洞穴卸压开采模拟试验系统

说明书

本发明公开了一种构造煤原位煤层气水平井洞穴卸压开采模拟试验系统，由煤系地层结构重构与相似材料模拟子系统模拟构造煤储层，由水平井钻井扩孔模拟子系统施工水平井‑直井对接U型井，并对水平段扩孔；由水平井塌孔造洞穴卸压激励模拟子系统实现水平井压力脉动激励和应力释放，并水力驱替煤液气混合物向直井段运移；由产出物举升模拟子系统实现进一步破碎煤粉及混合物举升，由气液固分离模拟子系统进行煤、液、气的分离，由监测控制子系统实时检测、控制装备运转和实施过程。本发明能够实现模拟松软构造煤储层水平井大口径成井、水平井造洞穴应力释放、混合流体有效举升及产出混合物的高效分离，为实现构造煤原位煤层气的高效开发提供指导依据。

技术领域

本发明涉及一种煤层气开采模拟试验系统，特别是涉及一种构造煤原位煤层气水平井洞穴卸压开采模拟试验系统，属于煤层气开采领域。

背景技术

构造煤是指煤层受构造应力作用，原生结构、构造受到强裂破坏而产生碎裂、揉皱、擦光面等构造变动特征的煤。构造煤广泛发育和构造煤煤层气资源丰富是中国煤与煤层气资源的显著特征，构造煤资源量占我国已发现煤炭资源的比例很高，构造煤煤层气资源量占我国煤层气资源总量的比例更大。构造煤具有富气、低渗、松软等突出特征，多为煤与瓦斯突出煤层，因危害大且抽采利用困难，煤矿生产中多将其风排到大气中，构造煤煤层气的高效开发对能源、安全、生态具有十分突出的意义。

基于疏水降压解吸采气理论的方法是当前原位煤层气地面井开发的主要方法，由于构造煤储层渗透率极低且水力压裂等改造方式效果很差，疏水降压解吸采气理论不适合应用于构造煤储层，勘探开发实践结果也表明，基于疏水降压解吸采气理论基础的煤层气勘探开发技术，包括SVR技术系列(直井压裂、U型井、多分枝水平井、水平井压裂等)、ECBM技术系列(CO₂-ECBM、N₂-ECBM等)及其复合技术，均无法实现构造煤煤层气的高效开发。因而，构造煤煤层气高效勘探开发技术与装备成为制约中国煤层气产业快速规模化发展的重要技术瓶颈之一。

随着对煤层气开采技术的深入研究，煤矿区被保护层构造煤煤层气采动卸压增透开发理论为构造煤原位煤层气的开采提供了新的思路，但在实际开采应用中，由于构造煤本身的特性，存在覆岩变形造成井孔破断、煤与煤层气生产衔接困难等问题。因此，研创一种适用于构造煤原位煤层气开采的技术理论及开采模拟试验系统，对于打破我国构造煤煤层气地面井高效开发技术瓶颈，实现我国煤层气勘探开发具有重要的理论和实际生产指导意义。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种构造煤原位煤层气水平井洞穴卸压开采模拟试验系统，能够实现模拟松软构造煤储层水平井大口径成井、水平井造洞穴应力释放、混合流体有效举升及产出混合物的高效分离的开采过程，为实现构造煤原位煤层气的高效连续开发提供指导依据。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种构造煤原位煤层气水平井洞穴卸压开采模拟试验系统，包括煤系地层结构重构与相似材料模拟子系统、水平井钻孔扩孔模拟子系统、水平井塌孔造洞穴卸压激励模拟子系统、产出物举升模拟子系统、气液固分离模拟子系统和监测控制子系统，所述的煤系地层结构重构与相似材料模拟子系统包括三轴应力密封立体支架、相似材料围岩、相似材料煤层、高压气瓶和气体增压泵，所述的三轴应力密封立体支架由六块可移动钢板相连形成密封的六面体、其内放置相似材料围岩和相似材料煤层，两层相似材料围岩分别位于相似材料煤层上方和下方，X方向伺服加载系统、Y方向伺服加载系统和Z方向伺服加载系统分别与三轴应力密封立体支架外部对应的加载活塞液动连接；所述的气体增压泵的入口与高压气瓶的出口连通、出口管路置于相似材料煤层内、动力输入口与空压机出口连通；相似材料煤层内靠近下端处设有压力传感器、温度传感器和应变测量仪，用于测量试验过程中相似材料煤层的压力、温度和应变；