专利名称：一种煤层气垂直井排采控制模拟实验装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种模拟煤层气垂直井排采情况的煤层气垂直井排采控制模拟实验
直O
背景技术：
煤层气是以吸附状态为主赋存在煤储层中，其产出机理与常规天然气差别很大， 国外经过几十年基础理论的研究，逐渐形成了 “排水一降压一气体解吸一基质扩散一裂隙 渗流”的煤层气开发理论。我国在借鉴国外煤层气勘探开发先进经验基础上，在技术方法上 通过改进，逐渐形成了有利区块优选方法体系、水力加砂压裂技术，智能排采设备等一系列 煤层气勘探开发的技术体系。三十余年来我国煤炭、石油、地矿以及地方政府等有关部门先 后在42个含煤区施工了 4000余口煤层气井，特别是在开溧、铁法、阜新、抚顺、大城、寿阳、 屯留、韩城、吴堡、三交、三交北、峰峰、安阳、焦作、丰城、六盘水等地区也进行了排采实验， 虽然有的井取得了单井产量的突破，但很多煤层气井开采实验并不成功，究其原因，除客观 地质因素影响外，大部分是由于开发技术，特别是排采技术失误造成的。目前我国还没有成 熟的煤层气产出理论和排采控制经验，往往因为主观失误造成实验失败，甚至对一个实验 区判了 “死刑”。因此，对煤层气产出机理和排采控制理论的研究就显得十分必要。煤层气是通过排水，降低储层压力，从而从煤储层中解吸、产出。通过对我国低压、 低渗的煤储层中煤层气的产出过程和排采控制理论进行研究，对提高煤层气井产能有着十 分重要的作用。我国煤层气勘探开发实践表明这方面的研究工作明显滞后于煤层气勘探 评价研究，制约着我国煤层气商业化发展的进程。
发明内容
本发明的目的在于提供一种煤层气垂直井排采控制模拟实验装置，以解决现今我 国对低压、低渗的煤储层中煤层气的产出过程和排采控制理论进行研究滞后于煤层气勘探 评价研究的问题。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案一种煤层气垂直井排采控制模拟实 验装置，该模拟实验装置包括固定模拟煤体的固定器，固定器的两端具有开口，中间具有与 两端的开口连通的空腔，该空腔用于固定设置模拟煤体，固定器的一端通过第一压力表连 接有与固定器的空腔连通的有压气源和/或有压水源，固定器的另一端设置有与固定器的 空腔连通的支撑剂收集装置。所述固定器的周壁上设有与固定器的空腔连通的围压接口，围压接口通过第二压 力表与围压气源连通。所述有压气源的出口处设置有气体流量计，有压水源的出口处设置有液体流量 计。所述有压气源的出口与气体流量计之间设置有流量调节阀。所述的有压气源为充有气体的高压气瓶，所述有压水源包括注液泵与水箱。
所述高压气瓶中充设的气体为高压氮气或氦气或甲烷气或二氧化碳气。所述的支撑剂收集装置包括收集气囊，收集气囊的一端与固定器的空腔连通，收 集气囊的另一端与一收集箱的进口相连，收集箱的壁面上具有流体出口，流体出口上设置 有拦截支撑剂的滤网。在使用时，本发明的固定器的空腔用于固定模拟煤体，模拟煤体是模拟地下煤层 制造出来的一种模拟材料，模拟煤体的内部具有由一端延伸至另一端的裂隙孔道，裂隙孔 道是模拟实际开采时煤层中的裂隙制造的，裂隙孔道内填设有颗粒状的支撑剂，支撑剂的 性质及其在裂隙孔道中填设的紧致程度均是模拟现实煤层中的支撑剂设置的，现实使用的 支撑剂一般有石英砂、陶粒、玻璃球或核桃壳等。在实验时，有压水源和/或有压气源通过 固定器的空腔与模拟煤体的裂隙孔道连通，开启有压水源和/或有压气源，向裂隙孔道内 注入有压水和/或有压气体，并调节有压水和/或有压气体的压力，将支撑剂由裂隙孔道内 冲入支撑剂收集装置内，通过对具有不同的裂隙宽度、不同煤体结构、不同支撑剂在气相加 压、水相加压和气、水两相加压等情况下对支撑剂运移规律进行模拟实验从而得出煤层气 垂直井在不同排采阶段、不同产气量、不同产水量、不同裂隙条件下的支撑剂、煤粉等的运 移情况，为实际生产过程中排采工作制度的制定提供指导。在实验时，本发明的模拟煤体的周壁与固定器的空腔壁之间具有围压间隙，固定 器的周壁上设置的围压接口与围压间隙连通，围压接口通过第二压力表与围压气源连通， 通过调节围压气源的压力，可以为模拟煤体提供切合实际的围压，使模拟实验更切合实际， 使实验数据更具有指导意义。支撑剂收集装置包括收集气囊，收集气囊的一端与固定器的空腔连通，收集气囊 的另一端与一收集箱的进口相连，收集箱的壁面上具有流体出口，流体出口上设置有拦截 支撑剂的滤网，通过滤网可以将气体和/或水排出，将支撑剂留下，以便测量支撑剂的产出量。
图1是本发明实施例的原理图。
具体实施例方式一种煤层气垂直井排采控制模拟实验装置的实施例，在图1中，该模拟实验装置 包括固定器2，固定器2的两端具有两个开口，固定器2的中间具有与两端的开口连通的空 腔，固定器2的空腔中装设有模拟煤体11，模拟煤体11与天然煤体的质地、强度与天然煤体 相同或极其相近。模拟煤体11由矾土水泥和硅酸盐水泥和电过滤粉以及水组合凝固而成， 根据所模拟的煤体的种类的差别，矾土水泥和硅酸盐水泥和电过滤粉以及水的比例可以选 为1 2 25 11或1 2 40 :16. 4或1 :2 60 :24。模拟煤体11的中间具有由一端延伸至另 一端的裂隙孔道，裂隙孔道内填设有颗粒状的支撑剂，这里的支撑剂为与天然煤矿中煤体 的裂隙中具有的颗粒状砂石的结构和性质相同或相近的物质，这种支撑剂有如下几种石 英砂、陶粒、玻璃球以及核桃壳，其中石英砂的粒径一般选为16、0目，陶粒的粒径一般选 为12 100目，玻璃球的粒径一般选为12 100目，核桃壳的粒径一般选为16、0目，支撑剂 的种类以及粒径的选择是根据煤体的类型及现实煤体的裂隙内填充的支撑剂的性质选取定器2的一端连接有第一压力表3，第一压力表3的出口与固定器2的空腔连通并通 过固定器的空腔与模拟煤体11的裂隙孔道相连。第一压力表3的进口分为两路，一路通过 气体流量计5与流量调节阀10与高压气瓶1连接，气体流量计5与流量调节阀10之间设 置有第四压力表9。另一路通过液体流量计8与注液泵13的出口连通，液体流量计8与注 液泵13之间设置有第三压力表16。注液泵13的进口与水箱12连通。固定器2的另一端 与气囊6的一个端口相连，气囊6的这个端口与固定器2的空腔连通并通过固定器的空腔 与模拟煤体11的裂隙孔道相连。气囊6的另一端与收集箱7的进口相连，收集箱7还具有 流体出口，流体出口上设置有滤网14，滤网14用于将液体和气体放出，将支撑剂拦下，实现 收集支撑剂的目的。作为以上技术方案的改进，固定器2的周壁上设有围压接口，围压接口固定器2的 内腔连通。围压接口通过第二压力表15与围压泵4相连。在使用时的时候，固定器2的两 端均设置有封堵盖，模拟煤体11的两端分别与固定器两端设置的封堵盖配合，模拟煤体11 的外周面与固定器的内周面之间具有围压间隙，固定模拟煤体11的两个端面与封堵盖之 间设置有密封垫，两密封垫将围压间隙密封。密封垫与封堵盖上均设置有与裂隙通道连通 的通孔。高压气瓶1与注液泵13通过固定器一端的密封垫与封堵盖上的通孔与裂隙通道 连通，气囊6通过固定器另一端密封垫与封堵盖上的通孔与裂隙孔道连通。围压泵通过围 压接口向与围压间隙内通入高压气体，形成围压。高压气瓶1中充设的气体为高压氮气或氦气或甲烷气或二氧化碳气。本实施例中的围压气源围压泵，也可以是高压气瓶。本实施例是实验时候的实施例，因此在固定器的空腔中设置了模拟煤体。在现实开采过程中，需要将煤层压裂出裂隙，然后在裂隙中填上支撑剂，然后再进 行煤层气的开采，在开采过程中，不能将支撑剂冲出，因此需要模拟开采过程，研究支撑剂 的移动规律。利用本实施例中的模拟实验系统可以很好的模拟支撑剂的运移规律，可以得 出支撑剂的运移与哪些因素有关，为实际开采提供理论依据。
权利要求
1.一种煤层气垂直井排采控制模拟实验装置，其特征在于该模拟实验装置包括固定 模拟煤体的固定器，固定器的两端具有开口，中间具有与两端的开口连通的空腔，该空腔用 于固定设置模拟煤体，固定器的一端通过第一压力表连接有与固定器的空腔连通的有压气 源和/或有压水源，固定器的另一端设置有与固定器的空腔连通的支撑剂收集装置。
2.根据权利要求1所述的煤层气垂直井排采控制模拟实验装置，其特征在于所述固 定器的周壁上设有与固定器的空腔连通的围压接口，围压接口通过第二压力表与围压气源 连通。
3.根据权利要求1或2所述的煤层气垂直井排采控制模拟实验装置，其特征在于所 述有压气源的出口处设置有气体流量计，有压水源的出口处设置有液体流量计。
4.根据权利要求3所述的煤层气垂直井排采控制模拟实验装置，其特征在于所述有 压气源的出口与气体流量计之间设置有流量调节阀。
5.根据权利要求4所述的煤层气垂直井排采控制模拟实验装置，其特征在于所述的 有压气源为充有气体的高压气瓶，所述有压水源包括注液泵与水箱。
6.根据权利要求5所述的煤层气垂直井排采控制模拟实验装置，其特征在于所述高 压气瓶中充设的气体为高压氮气或氦气或甲烷气或二氧化碳气。
7.根据权利要求1所述的煤层气垂直井排采控制模拟实验装置，其特征在于所述的 支撑剂收集装置包括收集气囊，收集气囊的一端与固定器的空腔连通，收集气囊的另一端 与一收集箱的进口相连，收集箱的壁面上具有流体出口，流体出口上设置有拦截支撑剂的 滤网。
全文摘要
本发明涉及煤层气垂直井排采控制模拟实验装置，该模拟实验装置包括固定模拟煤体的固定器，固定器的两端具有开口，中间具有与两端的开口连通的空腔，该空腔用于固定设置模拟煤体，固定器的一端通过第一压力表连接有与固定器的空腔连通的有压气源和/或有压水源，固定器的另一端设置有与固定器的空腔连通的支撑剂收集装置。通过在固定器的空腔中设置模拟煤体，对具有不同的裂隙宽度、不同煤体结构、不同支撑剂在气相加压、水相加压和气、水两相加压等情况下的支撑剂运移规律进行模拟实验从而得出煤层气垂直井在不同排采阶段、不同产气量、不同产水量、不同裂隙条件下的支撑剂、煤粉等的运移情况，为实际生产过程中的排采工作制度的制定提供指导。
文档编号E21B47/06GK102134993SQ20111002429
公开日2011年7月27日 申请日期2011年1月22日 优先权日2011年1月22日
发明者倪小明, 朱明阳, 沈毅, 王延斌, 苏现波, 贾炳 申请人:河南理工大学