一种煤层气井模拟试验系统及方法

本公开涉及煤层气勘探与开发，尤其涉及一种煤层气井模拟试验系统及方法。

背景技术：

1、煤层气作为一种清洁环保能源，是常规天然气的重要战略补充，对国家缓解减排压力、优化能源结构、实现经济转型有重要的战略意义。其主要获取方式是地面钻井开采，利用人工井眼对煤层及其围岩中的地下水进行抽排，从而降低煤储层压力，促使煤层中吸附的甲烷气体解吸释放，并经由油套环空运移至井口被收集。由于煤储层应力敏感，在采集过程中，需要随时了解掌握煤储层的变化，以便及时调整排采强度，使煤层气的开采实现最大化。煤储层变化的最直接影响就是煤层气井井筒内流体的流动特性及流型。即准确确定井筒内的流动状况，为制定合理的排采制度，避免盲目抽采，实现产能最大化具有重要意义。

2、由于煤层气的特殊性质，以及煤层地质条件的差异，煤层气井的开发和生产面临着许多挑战。其中一个关键问题是如何通过准确监测和分析煤层气井中流体的压力、温度和含水率特征，了解流体的横截面分布和流动特性。

技术实现思路

1、有鉴于此，本公开期望提供一种煤层气井模拟试验系统及方法。

2、本公开的技术方案是这样实现的：

3、第一方面，本公开提供了一种煤层气井模拟试验系统，包括：井筒模拟装置、气体循环装置、液体循环装置、测量装置、控制及数据处理装置，其中，

4、所述井筒模拟装置用于构造气液流通通道，以模拟存在井筒倾角或油管与套管存在偏心时煤层气井的油套环空；

5、所述气体循环装置用于向所述气液流通通道内注入气体；

6、所述液体循环装置用于向所述气液流通通道内注入液体；

7、所述测量装置用于测量所述井筒模拟装置中气液流通通道内的压力、温度、含水率；以及，测量所述气体循环装置中气体的气相流量、气体压力、气体温度；以及，测量所述液体循环装置中液体的液相流量；

8、所述控制及数据处理装置用于采集所述测量装置的测量数据并对所述测量数据进行处理。

9、在一些示例中，所述井筒模拟装置包括外管、内管、第一连接件、第二连接件、第一支撑件、第二支撑件、调节件，其中，

10、所述外管两端封闭，所述外管上端外侧通过长度可调节的所述第一连接件固定在所述第一支撑件上，所述外管下端外侧通过所述第二连接件活动连接在所述第二支撑件上；

11、所述内管两端封闭，位于所述外管内部，所述内管与所述外管之间的环形柱状空间构成所述气液流通通道；

12、所述调节件用于调节所述内管沿与所述外管的轴线垂直的方向上移动，以模拟油管与套管的偏心状态；

13、所述外管上设置有多个通孔，用于分别与所述气体循环装置、所述液体循环装置、所述测量装置连接。

14、在一些示例中，所述调节件用于调节所述内管在与轴线垂直的方向上沿所述外管直径移动以调节偏心距离；所述第一连接件与所述外管旋转连接，所述第二连接件与所述外管旋转连接，通过调节所述外管绕轴线旋转以调节偏心方向，其中旋转连接是指固定后连接件可绕连接点旋转的连接方式。

15、第二方面，本公开提供了一种采用第一方面所述煤层气井模拟试验系统的煤层气井模拟试验方法，包括：

16、获取待模拟煤层气井的井筒状态；

17、根据所述待模拟煤层气井的井筒状态对应的井筒倾角、油管与套管的偏心状态调整井筒模拟装置；

18、开启气体循环装置，向井筒模拟装置的气液流通通道内注入气体；

19、开启液体循环装置，向井筒模拟装置的气液流通通道内注入液体；

20、通过控制及数据处理装置控制测量装置进行数据测量，采集测量数据并进行处理，获得气液流通通道内的压力、温度、含水率；以及，所述气体循环装置内气体的气相流量、气体压力、气体温度；以及，所述液体循环装置内液体的液相流量，以进一步分析待模拟煤层气井的气液两相流动特性。

21、在一些示例中，所述根据所述待模拟煤层气井的井筒状态对应的油管与套管的偏心状态调整井筒模拟装置，包括：

22、调节内管在与轴线垂直的方向上沿外管直径移动以调节偏心距离，达到待模拟煤层气井的井筒状态对应的偏心距离；

23、绕外管轴线旋转外管，使得外管轴线指向内管轴线的方向调整到所述待模拟煤层气井的井筒状态对应的偏心方向。

24、本公开提供了一种煤层气井模拟试验系统及方法；通过气体循环装置和液体循环装置调节气液比例，考察不同气液比例对被测参数的影响；通过井筒模拟装置建立井筒倾角、油管与套管相对偏心多因素组合的油套环空气液两相流实验，研究井筒倾角、油管与套管偏心对气液流动特性的影响，以模拟不同的井筒状态；通过不同气液比例模拟研究不同的生产层状态的气液两相流通特性、流体的横截面分布提供依据，以进一步支撑优化煤层气井的设计和开采方案，提高煤层气的产量和经济效益。

技术特征：

1.一种煤层气井模拟试验系统，包括：井筒模拟装置、气体循环装置、液体循环装置、测量装置、控制及数据处理装置，其中，

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述井筒模拟装置包括外管、内管、第一连接件、第二连接件、第一支撑件、第二支撑件、调节件，其中，

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述调节件用于调节所述内管在与轴线垂直的方向上沿所述外管直径移动以调节偏心距离；

4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述气体循环装置包括排气阀、第一管线、空气压缩机、稳压气罐、压缩空气储罐、冷干机、气体流量调节阀、止回阀，其中，所述排气阀与所述外管上端的第一通孔连接，所述空气压缩机通过所述第一管线依次连接所述稳压气罐、所述压缩空气储罐、所述冷干机、所述气体流量调节阀、所述止回阀，其中，所述止回阀通过所述第一管线与所述外管下侧的第二通孔连接。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述液体循环装置包括第一水箱、第二管线、第三管线、液体流量调节阀、第二水箱、水泵、第四管线、第三支撑件，其中，

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述第二管线为柔性连接管，所述第二管线与所述第三通孔通过可曲挠橡胶软接头和旋转直通接头连接。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述测量装置包括压力传感器阵列、温度传感器阵列、电极系电阻率传感器阵列、气相流量计、液相流量计，其中，

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述压力传感器阵列包括第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、第四压力传感器、第五压力传感器，其中，

9.一种煤层气井模拟试验方法，所述方法应用于权利要求1至8任一项所述煤层气井模拟试验系统，其特征在于，所述方法包括：

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述根据所述待模拟煤层气井的井筒状态对应的井筒倾角、油管与套管的偏心状态调整所述井筒模拟装置，包括：

技术总结
本公开公开了一种煤层气井模拟试验系统及方法，属于煤层气勘探与开发技术领域，系统包括：井筒模拟装置用于构造气液流通通道，以模拟煤层气井的油套环空；气体循环装置向气液流通通道中注入气体；液体循环装置向气液流通通道中注入液体；测量装置测量气液流通通道的压力、温度、含水率，测量气体循环装置的气相流量、气体压力、气体温度，测量液体循环装置的液相流量；控制及数据处理装置采集测量数据并进行处理。通过调节气液比例，以模拟不同的生产层状态，为研究各种井筒倾角、油管与套管的偏心状态、不同气液比例的情况下的气液两相流通特性、流体的横截面分布提供依据。

技术研发人员：党博,曹峰,赵佳轩
受保护的技术使用者：西安石油大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/24