一种煤层气井排采产出煤粉运移模拟试验方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种在实验室内模拟煤粉运移的试验方法，特别是涉及一种煤层气井排采产出煤粉运移模拟试验方法，属于煤层气开采领域。
【背景技术】
[0002]随着我国国民经济的发展，传统能源的供应量逐渐减少，而且在生产生活中排放的大量二氧化碳所产生的温室效应已经严重威胁到整个自然的生态安全，人类对新型、清洁能源的需求越来越大，因而煤层气作为一种新型、清洁能源受到了广泛关注。我国具有丰富的煤层气资源，煤层气开发对缓解我国油气资源紧张现状、减轻矿井灾害程度、减少温室气体排放等具有重要意义。经统计沁水盆地南部部分煤层气井煤粉产出量较大，平均检栗周期为6个月，频繁的检栗作业对气井生产动态产生负面影响，同时也增加了煤层气的排采成本。煤粉运移规律的研究已成为煤层气开发技术的核心难题之一，对煤储层保护以及生产参数的科学确定具有重要意义。但是，目前煤粉来源等尚不清楚，煤层气井排采过程中产出煤粉的机理研究未见报道，严重阻碍了煤粉防治和有效排采管控的实施。
[0003]鉴于此，在试验室内模拟煤储层围压条件，实现煤层气开采过程中煤层流体及煤粉的运移试验方法，对研究煤粉的运移规律具有重要的理论指导意义，对于指导煤层气的生产作业具有实际指导意义。
【发明内容】
[0004]为了解决上述问题，本发明提供一种煤层气井排采产出煤粉运移模拟试验方法，该方法能够在煤层围压环境下，模拟煤层气开采过程中煤层流体及煤粉的运移及淤堵，得到试验条件下煤粉的流量、流速、压力降等试验数据，并得到最终的煤层流体及煤粉的运移及淤堵试验结果。本发明操作简单，容易实现，得到的数据准确。
[0005]为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案，一种煤层气井排采产出煤粉运移模拟试验方法，所使用的试验装置包括活塞搅拌容器、岩心夹持器、空压机、电磁阀、液体增压栗、天平、平流栗、背压阀、电磁流量计和电气控制及监控系统，所述的平流栗的进口管路口置于容器III内，出口管路依次串接背压阀、电磁流量计后与活塞搅拌容器的上腔连通，活塞搅拌容器的下腔与岩心夹持器的轴向进口连通；岩心夹持器的轴向出口管路口置于容器II内，岩心夹持器的轴向进口管路上设有压力传感器I，容器II放置在天平上；电磁阀两端分别与空压机和液体增压栗连接，液体增压栗的进口管路口置于容器I内，出口与岩心夹持器环压的进口连通，岩心夹持器环压的出口管路口置于容器I内；所述的电气控制及监控系统由电气元件及控制软件组成；具体步骤如下:
[0006](I)将准备好的煤柱或胶结、压实的压裂砂装入岩心夹持器的胶套中，密封后将胶套置于岩心夹持器中，调节岩心夹持器的长度，将胶套和试验样品固定好；
[0007](2)将配置好的浓度一定、容量一定的水煤混合物放入清洗干净的活塞搅拌容器的下腔中；
[0008](3)将整个试验装置中的连接管线、电源等连接好，打开电源和电气控制及监控系统；
[0009](4)在容器I和容器III中盛满清水；
[0010](5)打开空压机和液体增压栗，向岩心夹持器的环空加围压，围压达到试验设计值时停止增加围压；
[0011](6)打开背压阀，并设置为试验设定压力，设置平流栗输出压力为试验设计压力；打开岩心夹持器进口和出口处的阀门，打开平流栗和活塞搅拌容器连通管路上的阀门，打开活塞搅拌容器上腔入口处的阀门和下腔与岩心夹持器连通管路上的阀门，向活塞搅拌容器上腔注入介质加压，开始向岩心夹持器中注入水煤混合物；
[0012](7)观察压力传感器I和压力传感器II或显示器上控制软件中压力值，并对背压阀和平流栗进行调节，使岩心夹持器入口处的压力值达到试验压力；试验过程中，通过电磁流量计将流量信息传递给平流栗，并由平流栗自动调节注入流量，使岩心夹持器入口处的压力始终保持为定值；
[0013](8)试验过程中，由控制软件监测、记录压力传感器1、天平和电磁流量计的数值变化情况，并计算出岩心夹持器入口与出口的实时压差，绘制相关数据随时间的变化曲线，岩心夹持器流出的悬浊液由与出口相连的容器II接收；
[0014](9)试验结束后，打开岩心夹持器环空与容器I之间连接管路上的阀门并打开活塞搅拌容器底部的阀门进行泄流，解除管路连接；打开岩心夹持器，将取出试验样品，清洗试验容器。
[0015]本发明的另一种煤层气井排采产出煤粉运移模拟试验方法，所使用的试验装置包括活塞搅拌容器、岩心夹持器、空压机、电磁阀、液体增压栗、天平、平流栗、背压阀、电磁流量计和电气控制及监控系统，所述的平流栗的进口管路口置于容器III内，出口管路依次串接背压阀、电磁流量计后与活塞搅拌容器的上腔连通，活塞搅拌容器的下腔与岩心夹持器的轴向进口连通；岩心夹持器的轴向出口管路口置于容器II内，岩心夹持器的轴向进口管路上设有压力传感器I，容器II放置在天平上；电磁阀两端分别与空压机和液体增压栗连接，液体增压栗的进口管路口置于容器I内，出口与岩心夹持器环压的进口连通，岩心夹持器环压的出口管路口置于容器I内；所述的电气控制及监控系统由电气元件及控制软件组成；具体步骤如下:
[0016](I)将准备好的煤柱或胶结、压实的压裂砂装入岩心夹持器的胶套中，密封后将胶套置于岩心夹持器中，调节岩心夹持器的长度，将胶套和试验样品固定好；
[0017](2)将配置好的浓度一定、容量一定的水煤混合物放入清洗干净的活塞搅拌容器的下腔中；
[0018](3)将整个试验装置中的连接管线、电源等连接好，打开电源和电气控制及监控系统；
[0019](4)在容器I和容器III中盛满清水；
[0020](5)打开空压机和液体增压栗，向岩心夹持器的环空加围压，围压达到试验设计值时停止增加围压；
[0021](6)打开背压阀，并设置为最高工作压力，设置平流栗输出流量为试验设计流量；打开岩心夹持器进口和出口处的阀门，打开平流栗和活塞搅拌容器连通管路上的阀门，打开活塞搅拌容器上腔入口处的阀门和下腔与岩心夹持器连通管路上的阀门，向活塞搅拌容器上腔注入介质加压，开始向岩心夹持器中注入水煤混合物；
[0022](7)观察电磁流量计或显示器上控制软件中流量值，并对平流栗进行适当调节，使岩心夹持器入口处的流量值达到试验设定流量；流出流体的流量由根据天平称量的容器II中流体的重量换算得到；试验过程中，通过压力传感器I将压力信息传递给平流栗，并由平流栗自动调节注入压力，使岩心夹持器入口处的流量始终保持为定值；
[0023](8)试验过程中，由控制软件监测、记录平流栗、压力传感器1、天平和电磁流量计的数值变化情况，并计算出岩心夹持器入口与出口的实时压差，绘制相关数据随时间的变化曲线，岩心夹持器流出的悬浊液由与出口相连的容器II接收；
[0024](9)试验结束后，打开岩心夹持器环空与容器I之间连接管路上的阀门并打开活塞搅拌容器底部的阀门进行泄流，解除管路连接；打开岩心夹持器，将取出试验样品，清洗试验容器。
[0025]进一步的，上述两种试验方法所使用的试验装置还包括备用的活塞搅拌容器，两个活塞搅拌容器的上腔和与平流栗出口连通的管路并联连通，下腔和与岩心夹持器轴向进口连通的管路并联连通；试验时，先关闭备用的活塞搅拌容器上腔入口处的阀门和下腔与岩心夹持器连通管路上的阀门，当活塞搅拌容器中的水煤混合物用尽还需要继续试验时，关闭活塞搅拌容器上腔入口处的阀门和下腔与岩心夹持器连通管路上的阀门，打开备用的活塞搅拌容器上腔入口处的阀门和下腔与岩心夹持器连通管路上的阀门，继续向岩心夹持器注入流体；试验结束后，打开备用的活塞搅拌容器底部的阀门进行泄流。
[0026]进一步的，上述两种试验方法中所述的岩心夹持器样品室内试验压力为0.1MPa?16MPa，试验温度为常温；所述的岩心夹持器环空内的试验压力为0.lMPa_20MPa。
[0027]进一步的，上述两种试验方法中所述的水煤混合物中，煤粉的粒径不大于2_，质量浓度不大于10%。
[0028]进一步的，上述两种试验方法中所述的压力传感器14和背压阀14的精度为0.4级，所述的电磁流量计16的精