[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

摘要

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。

主权项

1.一种构造煤原位煤层气水平井洞穴卸压开采模拟试验系统，其特征在于，包括煤系地层结构重构与相似材料模拟子系统(1)、水平井钻孔扩孔模拟子系统(2)、水平井塌孔造洞穴卸压激励模拟子系统(3)、产出物举升模拟子系统(4)、气液固分离模拟子系统(5)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(1)包括三轴应力密封立体支架(1.1)、相似材料围岩(1.3)、相似材料煤层(1.4)、高压气瓶(1.2)和气体增压泵(1.9)，所述的三轴应力密封立体支架(1.1)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(1.3)和相似材料煤层(1.4)，两层相似材料围岩(1.3)分别位于相似材料煤层(1.4)上方和下方，X方向伺服加载系统(1.7)、Y方向伺服加载系统(1.6)和Z方向伺服加载系统(1.5)分别与三轴应力密封立体支架(1.1)外部对应的加载活塞(1.10)液动连接；所述的气体增压泵(1.9)的入口与高压气瓶(1.2)的出口连通、出口管路置于相似材料煤层(1.4)内、动力输入口与空压机(1.8)出口连通；相似材料煤层(1.4)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(1.4)的压力、温度和应变；所述的水平井钻孔扩孔模拟子系统包括模拟钻机、钻柱管串、钻具及钻井液循环系统，钻具为往复式钻孔扩孔钻具，钻具自与钻柱管串连接端至钻进端分别为三级扩孔与收回总成(2.3)、一级和二级扩孔与收回总成(2.2)和领眼总成(2.1)，三级扩孔与收回总成(2.3)上包含若干周向设置可张开和闭合的刀翼(2.5)，刀翼(2.5)由锁定机构二(2.6)锁紧定位，一级和二级扩孔与收回总成(2.2)上包含若干周向设置的可伸出和缩回的柱塞钻头(2.4)，柱塞钻头(2.4)由锁定机构一(2.7)锁紧定位；所述的钻具上设有钻头定位传感器和钻进速度传感器；所述的水平井塌孔造洞穴卸压激励模拟子系统包括柱塞泵(3.1)、水箱(3.3)、电源(3.10)、测量装置(3.11)和井下喷射装置(3.12)，柱塞泵(3.1)的入口与水箱(3.3)连通、出口与井下喷射装置(3.12)连通，井下喷射装置(3.12)置于水平井(1.11)水平段靠近井口一侧；所述的电源(3.10)的高电位端与置于水平井(1.11)内的铜带电连接、低电位端与测量装置(3.11)的高电位端电连接，测量装置(3.11)的低电位端与三轴应力密封立体支架(1.1)外表面的铜带电连接；在水平井(1.11)靠近直井(1.12)处设有井下压力传感器和饱和度探针；水平井(1.11)井口进液管路上设有压力传感器一(3.8)；所述的产出物举升模拟子系统包括破碎扰动装置(4.1)和水力喷射泵(4.2)，水力喷射泵(4.2)为宽流道射流泵、设在直井(1.12)内靠近井底处；破碎扰动装置(4.1)设在直井(1.12)井底、卸压洞穴(6)和直井(1.12)连接处；所述的气液固分离模拟子系统包括煤液气分离装置(5.4)、废水收集与处理装置(5.6)、煤粉储存装置(5.8)和气体收集瓶(5.10)，煤液气分离装置(5.4)入口与直井(1.12)井口管路连通、三个出口分别与废水收集与处理装置(5.6)、煤粉储存装置(5.8)和气体收集瓶(5.10)连通；直井(1.12)井口管路上设有煤水气组分传感器(5.1)和压力传感器二(5.3)；所述的监测控制模拟子系统包括现场工作站、监测仪表及传感器和中央服务器控制系统三层网络架构和软件，用于实时检测、控制装备运转情况和实施过程，实现试验数据的采集、显示和处理分析。