一种氮气致裂煤层能量变化及渗透率测试方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于煤层能量变化及渗透率测试技术领域，具体涉及一种氮气致裂煤层能量变化及渗透率测试方法及装置。
【背景技术】
[0002]我国有着丰富的煤层气资源，据最新统计其量为36.81万亿m3，居世界第三位。合理地开发利用这些丰富的煤层气资源一方面可以有效防止煤与瓦斯突出，另一方面可以作为能源加以利用，同时也可以减少温室气体的排放，是一举三得的事情。
[0003]我国地面煤层气经过了 30余年的勘探开发，2013年的全国地面煤层气产量只有30亿m3，井下抽采量126亿m3，丰富的资源量与实际抽采量之间形成了巨大的反差。宄其原因，主要在于我国煤层大多经历了多期构造运动作用，煤体被破坏的相对比较严重，现主要以低渗、低压煤储层为主。储层渗透率低，煤层气运移时阻力大，运移困难；压力低意味着能量低，煤层气从吸附状态转变成游离态困难，产出率低。
[0004]因此，如何增加煤储层的能量或提高煤储层裂隙的导流能力是提高煤层气井产气的关键。目前，针对低渗储层，采取了活性水压裂技术，取得了一定的效果，但当储层能量比较低时，改造效果不太好。
[0005]研宄发现通过向煤层中注氮气同时配合活性水压裂，不仅能够提高储层能量，而且还能提高储层渗透性，应用前景广阔。
[0006]现有技术中有通过分别产生内生裂隙以及外生裂隙的方法来测试渗透率的变化，其中通过气水结合的方式进行生成外生裂隙，无法对单一气体的作用进行测试，且其仅能对单一煤样进行测试，当需要对多个煤样进行测试对比时，需要取出上一煤样再次测试。
[0007]但针对什么裂隙发育、压力大小的煤储层，注入氮气后能使储层能量增加多少，煤层的导流能力增加多少，目前却不能给出确定的回答。
[0008]为了实现针对不同储层的注氮气压裂参数最优化，迫切需要一种试验模拟装置能对氮气致裂煤储层能量变化以及渗透率进行测试，以便更好的指导注氮气压裂施工设计。
【发明内容】
[0009]本发明的目的在于提供一种氮气致裂煤层能量变化及渗透率测试方法及装置，能够有效测试出注入氮气后不同煤层的能量以及渗透率变化，可以对多个煤样进行组合性测试。
[0010]为解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案:一种氮气致裂煤层能量变化及渗透率测试装置，包括储层环境模拟系统、动力致裂系统及数据显示系统，还包括测试系统，所述测试系统包括自上而下依次设置的固定式煤样罐、上可活动煤样罐及下可活动煤样罐；
固定式煤样罐底部自上而下设置有均为圆柱状的且通过连接转轴连接的上层隔板、中层隔板及下层隔板，3层隔板上均设置有气孔，上层隔板及下层隔板上的气孔相互贯通，上层隔板及下层隔板均与固定式煤样罐固定连接；中层隔板相对连接转轴转动设置，中层隔板上固定连接有转动把手；下层隔板的底部设置有压力传感器及侧壁上设置有螺纹的螺纹槽；
上可活动式煤样罐底部自上而下设置有均为圆柱状的且通过连接转轴连接的上层隔板、中层隔板及下层隔板，3层隔板上均设置有气孔，上层隔板及下层隔板上的气孔相互贯通，上层隔板及下层隔板均与上可活动式煤样罐固定连接；中层隔板相对连接转轴转动设置，中层隔板上固定连接有转动把手；下层隔板的底部设置有压力传感器及侧壁上设置有螺纹的螺纹槽；上可活动式煤样罐的上部设置有套设于其内部且相对于上可活动式煤样罐滑动设置的活动套筒；活动套筒的侧壁上配合固定式煤样罐底部的螺纹槽内的螺纹设置有对接螺纹；
下可活动式煤样罐的上部设置有套设于其内部且相对于下可活动式煤样罐滑动设置的活动套筒；活动套筒的侧壁上配合上可活动式煤样罐底部的螺纹槽内的螺纹设置有对接螺纹；下可活动式煤样罐的底部设置有与下可其固定连接单层隔板；
储层环境模拟系统包括轴向应力加载系统和围压加载系统；
轴向应力加载系统包括连接有轴向加压连杆且位于固定式煤样罐上方的轴向加载机，竖直设置的轴向加压连杆的端部配合固定式煤样罐设置，且其上设置有压力传感器；
围压加载系统包括分别横向固定设置于固定式煤样罐、上可活动式煤样罐及下可活动式煤样罐的内部的导轨，导轨上设置有煤样放置槽，煤样放置于煤样放置槽中；煤样放置槽上贯穿设置有出气孔；导轨上滑动设置有2个卡箍，2个卡箍相对设置，卡箍的高度低于煤样的高度；卡箍的外侧设置有与油罐相连的油液冲击室，油罐与油液冲击室之间设置有油压表；卡箍的内侧配合煤样固定设置有挤压壁；3个导轨与固定式煤样罐、上可活动式煤样罐和下可活动式煤样罐的底部之间分别预留有与出气孔连通的间隙，固定式煤样罐、上可活动式煤样罐和下可活动式煤样罐的侧壁上设置有位于间隙内的出气通道，出气通道通过其上设置有测试气压表、测试气体流量表以及出气阀门的测试管道连接气体储集箱；
动力致裂系统包括与固定式煤样罐贯通，并与气罐连接的注气口，注气口与气罐之间设置有气压表以及气体流量计；
数据显示系统包括计算机，压力传感器通过电缆与计算机上的压力传感器连接接口连接。
油罐上连接有高压油泵，高压油泵上连接有设置有3个出油口的分流器，3个出油口与分流器之间均设置有分流器控制阀门；每个出油口上均设置有2个出油通道，同一个出油口上的2个出油通道分别通过高压油管与位于同一个煤样罐内部的2个油液冲击室连接，油压表设置于高压油管上。
[0011]气罐上连接有高压气泵，气压表、气体流量计及进气阀门设置于高压气泵的出气口，高压气泵通过注气孔连接软管与位于轴向加压连杆内部的气体通道连通，气体通道的末端设置有与固定式煤样罐贯通的注气口。
[0012]下可活动式煤样罐底部设置有固定台，固定台的两侧设置有安装壁，安装壁上配合轴向加载机竖直设置有滑轨和与固定式煤样罐连接的固定杆。
[0013]固定台与下可活动式煤样罐之间设置有液压升降台，液压升降台与下可活动式煤样罐连接。
[0014]挤压壁的横截面为半圆形。
[0015]上可活动式煤样罐的数量为I或2或3。
[0016]本发明还公开了一种进行的氮气致裂煤层能量变化及渗透率测试方法，依次包括以下步骤:
(1)气密性检测:
首先，形成闭合空间；
然后，注气:关闭固定式煤样罐上的出气阀门，同时打开高压气泵及进气阀门；向固定式煤样罐中注入气体；注入1-5分钟后，停止注气；观察气压表的指针是否变化，若否则气密性良好；若是则气密性不好，需要检查漏气地方；
(2)煤样放置:启动轴向加载机，使轴向加压连杆向上运动，从而将煤样放入固定式煤样罐或上可活动式煤样罐或下可活动式煤样罐中；
(3)装置连接及固定:将液压升降台升至位于固定式煤样罐或下可活动式煤样罐的下部；分别将固定式煤样罐、上可活动式煤样罐及下可活动式煤样罐的油液冲击室与高压油泵连接；分别将固定式煤样罐、上可活动式煤样罐及下可活动式煤样罐的测试管道与气体储集箱连接将压力传感器与计算机连接；
(4)储层环境模拟:分别为轴向应力的加载和围压的加载；
轴向应力加载，向煤样施加轴向应力；
围压加载:像煤样施加围压，打开油罐和高压油泵，卡箍在高压油液的作用下向煤样的方向移动；最终，卡箍上的挤压壁通过对煤样进行挤压，使煤样受到围压的作用；油压表采集到该围压的大小并显示出来；
(5)注气致裂及测试:首先，开启固定式煤样罐的出气阀门；然后，开启气罐及高压气泵，向固定式煤样罐中注气；气压表以及测试气压表的压力差反映了煤样储层能量的变化；气体流量计和测试气体流量计的差值反映了储层渗透率；
(6)测试结束:首先，取消储层模拟，关闭高压油泵及轴向加载机从而取消围压和轴向应力；关闭高压气泵，停止注气；收回煤样。
[0017]步骤(I)中煤样有I个时，检测固定式煤样罐的气密性，形成闭合空间的方法为，开启轴向加载机，使得轴向加压连杆向下移动，与固定式煤样罐上部相接；转动固定式煤样罐底部的中层隔板，使固定式煤样罐底部的隔板上的气孔处于错开状态；
步骤(I)中煤样有数个时，需要依次检测固定式煤样罐、上可活动式煤样罐及下可活动式煤样罐的气密性；
上可活动式煤样罐在气密性检测过程中，形成闭合空间的方法为:开启轴向加载机，使得轴向加压连杆向下移动，与固定式煤样罐上部相接；转动固定式煤样罐底部的中层隔板，使固定式煤样罐底部的隔板上的气孔处于贯通状态；转动上可活动式煤样罐的中层隔板，使得上可活动式煤样罐底部的气孔处于错开状态；
下可活动式煤样罐在气密性检测过程中，形成闭合空间的方法为:开启轴向加载机，使得轴向加压连杆向下移动，与固定式煤样罐上部相接；转动固定式煤样罐底部的中层隔板，使固定式煤样罐底部的隔板上的气孔处于贯通状态；转动上可活动式煤样罐的中层隔板，使得上可活动式煤样罐底部的气孔处于贯通状态；
步骤(4)中煤样有I个时，向固定式煤样罐中的煤样加载轴向应力，加载方法为:打开轴向加载机，使得轴向加压连杆向下运动，对煤样施加轴向应力；轴向加压连杆端部的压力传感器采集该轴向应力的大小，并输入到计算机中；通过计算机的显示屏读