多层叠置含气系统垂直井开采模拟试验设备的制作方法

本发明属于煤层气开采技术领域，具体地讲，特别涉及一种多层叠置含气系统垂直井开采模拟试验设备。

背景技术：

目前，随着经济持续发展对能源需求的日益增加和常规油气资源的日益短缺，世界各国都在积极寻找开发新的能源，以弥补常规油气资源的缺口。煤层气(俗称瓦斯)是制约煤矿井下安全生产的主要因素之一，但也是一种优质的能源，可用于发电、取暖、化工等众多领域。因此，合理地开发煤层气资源，不仅可以大幅减少矿难事故的发生，而且有助于减少国民经济对常规油气资源的依赖。

中国地域辽阔，煤层气资源丰富，资源总量为30×10¹²～35×10¹²m³，其中埋深300～1500m范围内煤层气总资源量约为25×10¹²m³。随着传统煤层气勘探开发热点地区(沁水盆地、鄂尔多斯盆地等)的研究逐渐完善，其他地区、类型的煤层气藏成为煤层气行业新的研究、勘探、开发增长点。滇东黔西地区煤层气资源勘探是国家“十三五”规划的内容之一，该区具有“一弱、两多、三高、四大”的地质特点：即龙潭组富水性弱，控气构造类型多和煤层层数多，煤层含气量高、资源丰度高、储层压力及地应力高，以及煤层气资源量大、煤级变化大、煤层渗透性变化大和地质条件垂向变化大。相比单一煤层而言，多煤层条件下的煤层气储藏具有其特殊性，前人基于对织纳煤田水公河向斜的分析研究，初步提出和论证了“多层叠置独立含煤层气系统”的学术观点。

由于西南地区的上述地质条件特点，一方面构成了该区丰富的煤层气资源基础，另一方面我国北方乃至国外行之有效的煤层气常规开发技术在该区无法适用。目前关于煤层气开采的研究多集中在单一煤层，急需新理论、新技术、新工艺来指导西南地区多层叠置含气系统垂直井开采。因此，针对该区地质条件的这一特殊性，研究和发展适用的开采工艺和技术，成为推进该区煤层气规模性开发的必然选择。所以，开展多层叠置含气系统垂直井开采模拟试验，研究其开采过程中储层物性动态演化规律及层间干扰机制，对协调多层叠置发育地区各系统进行有序、递进开发，避免开采过程中系统间的相互干扰，实现煤层气资源高效经济开发，具有十分重要的理论研究价值和实际指导意义。

而传统的煤与瓦斯抽采模拟试验箱和抽采管均针对单层含气系统设计，并不能模拟多层叠置含气系统，也不能实现多层叠置含气系统垂直井的分层抽采。申请号为“201310025114.7”的发明专利提供了一种“多煤层联合开采过程中煤层气抽采试验方法”，在该专利的申请文件中同时介绍了一种用于多煤层联合开采模拟试验的试验箱和抽采管。其中试验箱上沿长度方向设有多个水平压头和竖向压头，抽采管采用外管和内管的结构，其中内管由多段对接而成。采用这种试验箱和抽采管，在对多煤层进行抽采时，无法观测不同煤层各自的瓦斯流量，不利于研究不同煤层之间的相互影响，并且，无法进行单层依次开采或递进开采试验。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于提供一种使用方便、高效的多层叠置含气系统垂直井开采模拟试验设备。

本发明的技术方案如下：一种多层叠置含气系统垂直井开采模拟试验设备，包括箱体和箱盖，在所述箱体沿长度方向的其中一端插装有抽采管，所述抽采管包括固定在箱体上的外管和插装在外管内的内管，在所述箱体沿长度方向的另一端插装有第一水平压头，所述第一水平压头的内端固定有位于箱体内的竖向的第一压板，在所述箱体沿宽度方向的一侧插装有至少两个第二水平压头，所述第二水平压头沿箱体的长度方向均匀布置，所述第二水平压头与第一水平压头的中心线相互垂直，在每一所述第二水平压头的内端均固定有竖向的第二压板，在所述箱盖上插装有与第二水平压头一一对应的竖向压头，在每一所述竖向压头的内端均固定有位于箱体内的水平的第三压板，在所述箱体内底设置有与竖向压头一一对应的透气板，在每一所述透气板下方均设有气流通道，所述气流通道的一端通过透气板与箱体内腔贯通，气流通道的另一端贯穿箱体外壁并固定连接有管接头；在所述外管上设有与透气板一一对应的抽采区，在外管的每一抽采区上均开设有外抽采孔，在所述外管相邻的两个抽采区之间设置有隔板，所述隔板将相邻的抽采区密封隔断；所述内管的数量与抽采区的数量一一对应，内管的内端伸入对应抽采区内，并且在内管上开设有位于对应抽采区内的内抽采孔。

采用上述结构，在箱体内设置一一对应的第二水平压头、竖向压头、透气板和气流通道，并在抽采管的外管上设置与透气板一一对应的抽采区，在外管内插装与抽采区一一对应的内管，从而提供了一种使用方便、高效的多层叠置含气系统垂直井开采模拟试验设备。进行模拟试验时，只需要在箱体内装入间隔布置的煤层和相似材料，并使煤层位于透气板上方区域，相似材料间隔在相邻的煤层之间(也即相邻的透气板上方区域之间)，即可通过与煤层一一对应的透气板和气流通道对任一单独煤层或者两两煤层或者其中三个煤层进行抽真空、充入瓦斯气体、充入二氧化碳气体等操作，可以模拟不同煤层气体含量不同的多层叠置含气系统，这是现有煤与瓦斯抽采模拟试验设备所无法实现的；再则，抽采管设置为外管和内管结构，在外管上设置与透气板一一对应的抽采区，相邻抽采区之间密封间隔有隔板，内管的数量与抽采区一一对应设置，试验时，只需要将外管预埋在箱体内，即可利用外管中的不同内管对相应的煤层同时或者不同时进行瓦斯抽采模拟试验，这也是现有煤与瓦斯抽采模拟试验设备所无法实现的，一方面弥补了现有模拟试验设备的空白，便于观测瓦斯抽采过程中不同煤层之间的相互影响，为后续研究提供了物质基础，另一方面为多层叠置含气系统垂直井抽采抽采管的开发提供了参考。

所述外管通过均呈管状的外接头和压套安装在箱体上，所述外接头螺纹套接在外管的外端，并且外接头的外端周向延展形成圆环状的第一挡板，所述压套插接在外管的外端，并且压套的外端周向延展形成圆环状的第二挡板，所述第二挡板将第一挡板压紧固定在箱体的对应端板上；在所述压套内插接有内接头，所述内接头的外端周向延展形成圆环状的第三挡板，所述第三挡板固定在压套的第二挡板上，在所述内接头内开设有与内管一一对应的轴向通孔，所述通孔的内端与对应的内管对接，在每一所述通孔的外端均连接有管接头。通过外接头和压套将外管固定在箱体上，外管的固定结构简单牢固，并且操作方便快捷。通过内接头和压套将内管安装在外管内，使内管的安装结构简单、牢固。

在所述第一挡板与箱体的对应端板之间垫有密封圈，在所述第二挡板朝向第一挡板的一侧开有凹陷部，所述第一挡板位于该凹陷部内，在所述第一挡板与第二挡板之间垫有密封圈，在所述第二挡板与第三挡板之间也垫有密封圈。

所述内管由前端封闭的管体构成，并且管体外壁呈前细后粗的阶梯状，使管体的外壁形成与隔板相对应的台阶面，所述台阶面挡在对应隔板的后端，并且在每一隔板供内管穿设的过孔内嵌装有与内管外壁密封配合的密封圈。这样设置外壁阶梯状的内管，使内管的安装更加快捷，并且台阶面上还可以设置密封垫，有利于进一步确保各抽采区的相互密封。

所述第二水平压头沿箱体的长度方向均匀布置有四个，所述竖向压头与第二水平压头一一对应布置有四个，所述透气板与竖向压头一一对应布置有四个，所述外管上的抽采区与透气板一一对应布置有四个，所述内管与抽采区一一对应布置有四个，所述内接头上开设的通孔周向均布有四个。

所述外管每一抽采区上的外抽采孔均周向均布有多个，所述内管上的内抽采孔所在区域正对所述外抽采孔所在区域。

在所述箱盖与箱体顶部之间垫装有“O”形密封圈。

有益效果：本发明通过在箱体内设置一一对应的第二水平压头、竖向压头、透气板和气流通道，并在抽采管的外管上设置与透气板一一对应的抽采区，外管内插装与抽采区一一对应的内管，从而提供了一种使用方便、高效的多层叠置含气系统垂直井开采模拟试验设备，具有构思巧妙、结构简单、生产容易和生产成本低等特点。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1中箱体的俯视图。

图3为图1去掉抽采管的A-A剖视图。

图4为抽采管的结构示意图。

图5为图4的I部放大图。

图6为图4的J部放大图。

图中标记如下：外管1、隔板2、内管3、外接头4、第一挡板4a、压套5、第二挡板5a、内接头6、第三挡板6a、通孔6b、管接头7、箱体8、“O”形密封圈9、箱盖10、竖向压头11、第三压板12、第一压板13、第一水平压头14、透气板15、第二水平压头16、第二压板17、气流通道18。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述的实施例示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述实施例是示例性的，旨在解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式作进一步的描述，使本发明的技术方案及其有益效果更加清楚、明确。

如图1、图2和图3所示，本发明包括箱体8和箱盖10，在所述箱盖10与箱体8顶部之间垫装有“O”形密封圈9。在所述箱体8沿长度方向的其中一端插装有抽采管，所述抽采管包括固定在箱体8上的外管1和插装在外管1内的内管3。在所述箱体8沿长度方向的另一端插装有第一水平压头14，在所述第一水平压头14的内端固定有位于箱体8内的竖向的第一压板13。在所述箱体8沿宽度方向的一侧插装有至少两个第二水平压头16，所述第二水平压头16沿箱体8的长度方向均匀布置，所述第二水平压头16与第一水平压头14的中心线相互垂直。在每一所述第二水平压头16的内端均固定有竖向的第二压板17。在所述箱盖10上插装有与第二水平压头16一一对应的竖向压头11，在每一所述竖向压头11的内端均固定有位于箱体8内的水平的第三压板12。

如图1、图2、图3和图4所示，在所述箱体8的内底设置有与竖向压头11一一对应的透气板15，在每一所述透气板15下方均设有气流通道18，所述气流通道18的一端通过透气板15与箱体8内腔贯通，气流通道18的另一端贯穿箱体8外壁并固定连接有管接头7。在所述外管1上设有与透气板15一一对应的抽采区，在外管1的每一抽采区上均开设有外抽采孔，在所述外管1相邻的两个抽采区之间设置有隔板2，所述隔板2将相邻的抽采区密封隔断。所述内管3的数量与抽采区的数量一一对应，内管3的内端伸入对应抽采区内，并且在内管3上开设有位于对应抽采区内的内抽采孔。

如图4和图5所示，所述外管1通过均呈管状的外接头4和压套5安装在箱体8上，所述外接头4螺纹套接在外管1的外端，并且外接头4的外端周向延展形成圆环状的第一挡板4a。所述压套5插接在外管1的外端，并且压套5的外端周向延展形成圆环状的第二挡板5a，所述第二挡板5a将第一挡板4a压紧固定在箱体8的对应端板上。在所述压套5内插接有内接头6，所述内接头6的外端周向延展形成圆环状的第三挡板6a，所述第三挡板6a固定在压套5的第二挡板5a上，在所述内接头6内开设有与内管3一一对应的轴向通孔6b，所述通孔6b的内端与对应的内管3对接，在每一所述通孔6b的外端均连接有管接头7。在所述第一挡板4a与箱体8的对应端板之间垫有密封圈，在所述第二挡板5a朝向第一挡板4a的一侧开有凹陷部，所述第一挡板4a位于该凹陷部内，在所述第一挡板4a与第二挡板5a之间垫有密封圈，在所述第二挡板5a与第三挡板6a之间也垫有密封圈。

如图4和图6所示，所述内管3由前端封闭的管体构成，并且管体外壁呈前细后粗的阶梯状，使管体的外壁形成与隔板2相对应的台阶面，所述台阶面挡在对应隔板2的后端，并且在每一隔板2供内管3穿设的过孔内嵌装有与内管3外壁密封配合的密封圈。所述外管1每一抽采区上的外抽采孔均周向均布有多个，所述内管3上的内抽采孔所在区域正对所述外抽采孔所在区域。

如图1、图2、图3和图4所示，本实施例优选所述第二水平压头16沿箱体8的长度方向均匀布置有四个，所述竖向压头11与第二水平压头16一一对应布置有四个。所述透气板15与竖向压头11一一对应布置有四个，所述外管1上的抽采区与透气板15一一对应布置有四个，所述内管3与抽采区一一对应布置有四个，所述内接头6上开设的通孔6b周向均布有四个。