专利名称：煤层气井排采过程气压传播模拟方法、装置与模拟实验系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种煤层气井排采过程气压传播模拟方法、装置与模拟实验系统。
背景技术：
煤层气井的开采主要依靠于石油、天然气井的开采设备，煤层气和天然气虽然都主要是以甲烷为主的能源，但其开采机理有本质的区别。煤层气主要是以吸附状态赋存于煤层中，要把吸附在煤层中的气体采集出来，首先需要通过一定的手段把吸附的气体转变为游离状态，目前，通过排水使储层压力降低是煤层气井排采的主要手段。天然气主要是以游离状态赋存在砂岩、页岩等储层渗透性较好的岩石中，主要是靠储层的压力来进行采集。 煤层气处于吸附状态时，其气压几乎为零，只有当煤层气从吸附状态转变为游离状态时，气压才会大幅度增加，因此解吸出来的游离气量的多少及储层空间大小在一定程度上决定了气压的大小；而解吸出来的气体是不断在变化的，因此气压也是不断变化的。而天然气主要靠储层压力来进行采集，开采时气压一直在减少的，因此煤层气井在排采过程中气压传播不能借鉴天然气的气压传播规律。“排水一降压”是目前煤层气井的主要采气方式。当降到煤层气的临界解吸压力以下时，气体开始解吸，使煤储层中的气体压力发生改变，气体压力的变化，反过来又对气体的解吸速度、液面的高度、煤粉的运移产生重要的影响。煤储层含气量、渗透率、吸附饱和度、储层压力等的不同，导致不同的煤层气井排采时气压传播变化规律的不同。若排采时气体解吸的速度过快，气体压力过大，可能造成煤粉的运移，储层渗透率大大受到伤害，影响后期的产气；若排采时气体解吸的速度过慢，造成的气体压力较小，可能使解吸的游离气发生再次吸附，一方面影响产气效果，同时也可能增加排采成本。现在通常通过理论计算解析煤层气井排采过程中气压传播变化规律，由于理论计算过于复杂，建模困难，所以效果不佳。为了更好地了解煤层气井排采过程中气压传播变化规律，更好地指导煤层气井的排采工作制度，提高煤层气井的产气高峰，亟需研制一套模拟实验装置，能对煤层气井排采过程中吸附气转变成游离气的临界压力、吸附气转变成游离气后的气压进行模拟，掌握排采过程中气压传播变化规律，提高煤层气井的产能。
发明内容
本发明的目的是提供一种煤层气井排采过程气压传播模拟方法、装置与模拟实验系统，用以解决现有技术纯粹利用理论计算，效果不佳的问题。方法方案一种煤层气井排米过程气压传播模拟方法，用注有设定压力气体的两个以上的气罐模拟不同位置的含气煤层；通过在两两气罐之间用带有单向阀的管道连通来模拟相邻含气煤层之间的气体单向运移；通过调节单向阀的开启压力差来模拟煤层中游离煤层气在运移时所需要的压力差。监测所述各气罐压力和单向阀的流量，观测气罐中气体压力的变化，作为研究气体压力变化规律的依据。
装置方案煤层气井排采过程气压传播模拟装置，包括至少一个用于在实验中设定煤层中游离气在运移时所需压力差的单向阀，该单向阀具有进气口与出气口，每个所述单向阀的进气口连接一个用于模拟该单向阀上游煤层压力状态的上游气罐，每个所述单向阀的出气口连接一个用于模拟下游煤层压力状态的下游气罐；上游气罐与下游气罐均具有与相应单向阀对应相通的阀连通口。所述模拟装置为直线型模拟装置，直线型模装置由中心气罐与一条支路构成，所述支路由第一单向阀、第二单向阀、外层气罐和内层气罐构成；第一单向阀的上游气罐为所述外层气罐，第一单向阀的下游气罐为所述内层气罐，第二单向阀的上游气罐为所述内层气罐，第二单向阀的下游气罐为所述中心气罐；内层气罐通过相应的阀连通口分别连接第一单向阀的出气口与第二单向阀的进气口。 所述模拟装置为辐射型模拟装置，该辐射型模拟装置由中心气罐与至少两条支路构成，每条支路由第一单向阀、第二单向阀、外层气罐和内层气罐构成；第一单向阀的上游气罐为所述外层气罐，第一单向阀的下游气罐为所述内层气罐，第二单向阀的上游气罐为所述内层气罐，第二单向阀的下游气罐为所述中心气罐；内层气罐通过相应的阀连通口分别连接第一单向阀的出气口与第二单向阀的进气口 ；所述中心气罐通过对应的阀连通口连接各支路的第二单向阀。系统方案煤层气井排采过程气压传播模拟实验系统，包括加压装置、模拟装置和数据采集装置；所述模拟装置包括至少一个用于在实验中设定煤层中游离气在运移时所需压力差的单向阀，该单向阀具有进气口与出气口，每个所述单向阀的进气口连接一个用于模拟该单向阀上游煤层压力状态的上游气罐，每个所述单向阀的出气口连接一个用于模拟下游煤层压力状态的下游气罐；上游气罐与下游气罐均具有与相应单向阀对应相通的阀连通口 ；所述采集装置包括设置于各上游气罐、下游气罐中的压力传感器和各单向阀出口处的流量计，所述压力传感器和流量计的数据输出端连接到后台计算机。所述模拟装置为直线型模拟装置，直线型模装置由中心气罐与一条支路构成，所述支路由第一单向阀、第二单向阀、外层气罐和内层气罐构成；第一单向阀的上游气罐为所述外层气罐，第一单向阀的下游气罐为所述内层气罐，第二单向阀的上游气罐为所述内层气罐，第二单向阀的下游气罐为所述中心气罐；内层气罐通过相应的阀连通口分别连接第一单向阀的出气口与第二单向阀的进气口。所述模拟装置为辐射型模拟装置，该辐射型模拟装置由中心气罐与至少两条支路构成，每条支路由第一单向阀、第二单向阀、外层气罐和内层气罐构成；第一单向阀的上游气罐为所述外层气罐，第一单向阀的下游气罐为所述内层气罐，第二单向阀的上游气罐为所述内层气罐，第二单向阀的下游气罐为所述中心气罐；内层气罐通过相应的阀连通口分别连接第一单向阀的出气口与第二单向阀的进气口 ；所述中心气罐通过对应的阀连通口连接各支路的第二单向阀。所述加压装置包括连接所述高压气源的空压机。本发明提供了另一种思路，即用模拟实验的方式了解煤层气井排采过程气压传播的变化规律。针对煤层气井排采过程中气压传播变化复杂、排采工作制度难以合理制定的问题，通过设计多个气罐和单向阀等的煤层气井排采过程气压传播实验模拟装置，以此实现对煤层气排采过程气体压力的动态监测，为煤层气井排采工作制度的制定提供理论依据。模拟实验装置、系统用气罐模拟煤层中的不同位置的含气量，用单向阀连通气罐；通过调节单向阀的开启压力差来模拟煤层中游离煤层气在运移时所需要的压力差。整个装置、系统实现起来并不复杂，但效果很好。实验中可以通过加压装置给各个气罐注入不同压力的气体(也可以采用注好气体的气罐)来模拟煤体中不同位置、不同地质条件下的不同含气量(吸附气+游离气)；通过调节自动阀门的开启压力差来模拟煤层中游离煤层气在运移时所需要的压力差。实验中对各个储气罐的压力以及各单向阀的流量进行实时监控，以此来观测气体压力的变化，研究变化规律。
图I是本发明的模拟装置实施例I示意 图2是本发明的模拟装置实施例2示意 图3是本发明的模拟装置实施例3示意 图4是本发明的实验系统实施例示意 图5是模拟装置实施例2、3的外层气罐示意 图6是模拟装置实施例2、3的内层气罐示意 图7是模拟装置实施例2、3的中心气罐示意 图8是单向阀结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。方法实施例
一种煤层气井排采过程气压传播模拟实验方法，用注有设定压力气体的两个以上的气罐模拟不同位置的含气煤层；通过在两两气罐之间用带有单向阀的管道连通来模拟相邻含气煤层之间的气体单向运移；通过调节单向阀的开启压力差来模拟煤层中游离煤层气在运移时所需要的压力差。进一步的，监测各气罐压力和单向阀的流量，观测气罐压力的变化，作为研究气体压力变化规律的依据。基于以上方法，给出模拟装置与模拟实验系统。模拟装置实施例I
如图1，一种煤层气井排采过程气压传播实验模拟装置，包括一个用于在实验中设定煤层中游离气在运移时所需压力差的单向阀50，单向阀50具有进气口与出气口，单向阀50的进气口连通一个用于模拟上游煤层压力状态的上游气罐20，单向阀50的出气口连通一个用于模拟下游煤层压力状态的下游气罐30 ;上游气罐20与下游气罐30均具有与单向阀50对应的阀连通口。另外，为了方便调整气罐气体压力和气体量，气罐上还设有用于注入不同压力气体的注气口 40，作为其他实施方式，也可以采用注好气体的气罐，此时不需要注气 □。单向阀50是按两侧压力差的大小来控制开启和关闭的，即在压差达到设定值时自动开启，小于设定值时自动关闭，而且其设定值也是要求可调的。单向阀结构如图8、9所示，压差设定值的大小是通过旋拧螺丝81控制下部弹簧82的压缩程度来调整，下部为进气口，上部为出气口，达到开启压力差时，气体推动阀芯83脱离阀座84导通进气口与出气口。实验通过给各个气罐注入不同压力的气体来模拟不同位置的不同含气量(吸附气+游离气)的煤层；通过在两两气罐之间用带有单向阀的管道连通来模拟相邻含气煤层之间的气体单向运移；通过调节自动阀门的开启压力差来模拟煤层中游离煤层气在运移时所需要的压力差。通过在四个方向上设置模拟装置，模拟在煤层中不同方向、不同地质条件下，煤层气排采时压力变化。实验对各个储气罐的压力以及各阀门的流量进行实时监控，以此来观测气体压力的变化规律。模拟装置实施例2
实施例2是实施例I的扩展，如图2，为直线型模拟装置。直线型模装置由中心气罐3与一条支路构成，支路由第一单向阀4、第二单向阀5、外层气罐I和内层气罐2构成；第一单向阀4的上游气罐为外层气罐I，第一单向阀4的下游气罐为内层气罐2，第二单向阀5的上游气罐为内层气罐2，第二单向阀5的下游气罐为中心气罐3 ;内层气罐2的阀连通口分别连接第一单向阀4的出气口与第二单向阀4的进气口。采用高压软管7连接气罐。 模拟装置实施例3
实施例3在实施例2基础上进一步扩展为辐射型模拟装置。与实施例2不同仅在于，中心气罐连接多条支路，如图3所示的四条支路。中心气罐设有与支路个数对应的入气口，每个入气口连接对应支路中的第二单向阀。如图5、6、7分别显示出了各种气罐，图5表示外层气罐，图6表不内层气罐，图7表不中心气罐。气罐的阀连通口分为入气口 42与排气口 45，外层气罐上设有注气口 40，排气口 45，安全阀44。内层气罐具有入气口 42，中心气罐的入气口个数与支路个数对应。安全阀45用来控制罐体内部气体压力，保护安全。实验系统实施例
如图4，一种煤层气井排采过程气压传播实验模拟系统，包括加压装置、模拟装置和数据采集装置；模拟装置不再赘述。加压装置包括高压气源与空压机，高压气源通过高压管线连接着气罐，为气罐提供所需的气压；当高压气源中的气体达不到实验设计的气压时，通过空压机进行加压，直到满足要求为止。采集装置包括设置于各上游气罐、下游气罐中的压力传感器43和各单向阀出口处的流量计6，压力传感器43和流量计6的数据输出端连接到后台计算机10。压力传感器的压力探头通过螺纹拧到罐体上，然后焊接螺母使其不会动。每个流量计和压力传感器都与电脑连接，在实验开始时就开始记录每个流量计和压力传感器的数据，直到实验结束。可以把记录的下来的数据转成Excel格式的文件进行保存，以便后期数据处理。实验步骤如下
(I)连接实验装置。将压力探头安装到气罐中并与自动压力记录仪进行连接，然后将各个方向上的气罐、流量计和单向阀按上图连接起来。(2)检查装置的气密性；
(3)对各个气罐按实验要求进行充气。(4)实验开始，打开各个气罐的单向阀，设置压差，实时记录压力和流量。(5)对数据进行整理，分析，最终得出不同压差下气压传播规律。本发明能够用来模拟煤层气井拍采时不同方向、不同含气饱和度、不同煤储层渗透率，的气压传播变化，进行模拟实验。能根据煤储层渗透率、煤层含气量、煤层气井排采井底压力下降，对排采过程中不同方向的气压进行定量测试，减少 了排采工作制度制定的随意性和盲目性，提高了工作效率，节约了生产成本，间接提高了煤层气井的产气量。比理论计算方式更加方便实用。
权利要求
1.一种煤层气井排采过程气压传播模拟方法，其特征在于，用注有设定压力气体的两个以上的气罐模拟不同位置的含气煤层；通过在两两气罐之间用带有单向阀的管道连通来模拟相邻含气煤层之间的气体单向运移；通过调节单向阀的开启压力差来模拟煤层中游离煤层气在运移时所需要的压力差。
2.根据权利要求I所述的煤层气井排采过程气压传播模拟方法，其特征在于，监测所述各气罐压力和单向阀的流量，观测气罐中气体压力的变化，作为研究气体压力变化规律的依据。
3.煤层气井排采过程气压传播模拟装置，其特征在于，包括至少一个用于在实验中设定煤层中游离气在运移时所需压力差的单向阀，该单向阀具有进气口与出气口，每个所述单向阀的进气口连接一个用于模拟该单向阀上游煤层压力状态的上游气罐，每个所述单向阀的出气口连接一个用于模拟下游煤层压力状态的下游气罐；上游气罐与下游气罐均具有与相应单向阀对应相通的阀连通口。
4.根据权利要求3的煤层气井排采过程气压传播模拟装置，其特征在于，所述模拟装置为直线型模拟装置，直线型模装置由中心气罐与一条支路构成，所述支路由第一单向阀、第二单向阀、外层气罐和内层气罐构成；第一单向阀的上游气罐为所述外层气罐，第一单向阀的下游气罐为所述内层气罐，第二单向阀的上游气罐为所述内层气罐，第二单向阀的下游气罐为所述中心气罐；内层气罐通过相应的阀连通口分别连接第一单向阀的出气口与第二单向阀的进气口。
5.根据权利要求3的煤层气井排采过程气压传播模拟装置，其特征在于，所述模拟装置为辐射型模拟装置，该辐射型模拟装置由中心气罐与至少两条支路构成，每条支路由第一单向阀、第二单向阀、外层气罐和内层气罐构成；第一单向阀的上游气罐为所述外层气罐，第一单向阀的下游气罐为所述内层气罐，第二单向阀的上游气罐为所述内层气罐，第二单向阀的下游气罐为所述中心气罐；内层气罐通过相应的阀连通口分别连接第一单向阀的出气口与第二单向阀的进气口 ；所述中心气罐通过对应的阀连通口连接各支路的第二单向阀。
6.煤层气井排采过程气压传播模拟实验系统，其特征在于，包括加压装置、模拟装置和数据采集装置；所述模拟装置包括至少一个用于在实验中设定煤层中游离气在运移时所需压力差的单向阀，该单向阀具有进气口与出气口，每个所述单向阀的进气口连接一个用于模拟该单向阀上游煤层压力状态的上游气罐，每个所述单向阀的出气口连接一个用于模拟下游煤层压力状态的下游气罐；上游气罐与下游气罐均具有与相应单向阀对应相通的阀连通口 ；所述采集装置包括设置于各上游气罐、下游气罐中的压力传感器和各单向阀出口处的流量计，所述压力传感器和流量计的数据输出端连接到后台计算机。
7.根据权利要求6的煤层气井排采过程气压传播模拟实验系统，其特征在于，所述模拟装置为直线型模拟装置，直线型模装置由中心气罐与一条支路构成，所述支路由第一单向阀、第二单向阀、外层气罐和内层气罐构成；第一单向阀的上游气罐为所述外层气罐，第一单向阀的下游气罐为所述内层气罐，第二单向阀的上游气罐为所述内层气罐，第二单向阀的下游气罐为所述中心气罐；内层气罐通过相应的阀连通口分别连接第一单向阀的出气口与第二单向阀的进气口。
8.根据权利要求6的煤层气井排采过程气压传播模拟实验系统，其特征在于，所述模拟装置为辐射型模拟装置， 该辐射型模拟装置由中心气罐与至少两条支路构成，每条支路由第一单向阀、第二单向阀、外层气罐和内层气罐构成；第一单向阀的上游气罐为所述外层气罐，第一单向阀的下游气罐为所述内层气罐，第二单向阀的上游气罐为所述内层气罐，第二单向阀的下游气罐为所述中心气罐；内层气罐通过相应的阀连通口分别连接第一单向阀的出气口与第二单向阀的进气口 ；所述中心气罐通过对应的阀连通口连接各支路的第二单向阀。
9.根据权利要求6或7或8的煤层气井排采过程气压传播模拟实验系统，其特征在于，所述加压装置包括连接所述高压气源的空压机。
全文摘要
本发明涉及煤层气井排采过程气压传播模拟方法、装置与模拟实验系统，用注有设定压力气体的两个以上的气罐模拟不同位置的含气煤层；通过在两两气罐之间用带有单向阀的管道连通来模拟相邻含气煤层之间的气体单向运移；通过调节单向阀的开启压力差来模拟煤层中游离煤层气在运移时所需要的压力差。针对煤层气井排采过程中气压传播变化复杂、排采工作制度难以合理制定的问题，通过设计多个气罐和单向阀等的煤层气井排采过程气压传播实验模拟装置，以此实现对煤层气排采过程气体压力的动态监测，为煤层气井排采工作制度的制定提供理论依据。
文档编号E21F7/00GK102635390SQ20121011987
公开日2012年8月15日 申请日期2012年4月23日 优先权日2012年4月23日
发明者倪小明, 沈毅, 王向浩, 王延斌, 王晋 申请人:河南理工大学