气水煤粉多相渗流实验装置及方法

本技术涉及于煤层气地质工程，具体涉及一种气水煤粉多相渗流实验装置及方法。

背景技术：

1、我国的煤层气资源十分丰富，具有巨大的开发潜力。煤层气资源的高效开发对于改善我国能源结构和减轻全球变暖的趋势具有重要意义。不同于常规油气藏，煤层气藏开采过程中煤粉产出现象严重。煤层气藏具有基质和割理双重介质系统，排采过程长期处于气液两相流阶段，开采过程中煤粉产出现象严重，煤储层气水煤粉多相流是煤层气排采的常态。而研究煤储层气水煤粉多相流下相渗曲线对认识煤层气藏生产动态，指导煤层气藏排采过程具有重要意义。但是目前的试验方法无法定量化模拟煤储层煤粉产出动态，因此无法完成煤储层气水煤粉多相流模拟及相渗曲线测试。

技术实现思路

1、本技术实施例的目的是提供一种气水煤粉多相渗流实验装置及方法。

2、为了实现上述目的，本技术第一方面提供一种气水煤粉多相渗流实验装置，包括：

3、进气端，与煤储层模拟装置的第一端连接，用于向煤储层模拟装置注入介质气体；

4、进液端，与第一端连接，用于向煤储层模拟装置注入煤粉水；

5、煤储层模拟装置，用于模拟煤粉水和介质气体共同流经煤储层模拟装置的动态过程；

6、气液分离装置，与煤储层模拟装置连接，用于将从煤储层模拟装置流出的气水煤粉多相流体分离成煤层气和含煤粉的液体；

7、出气端，与气液分离装置的第二端连接，煤层气从出气端流出；

8、出液端，与第二端连接，液体从出液端流出；

9、第一阀门，设置于进气端与第一端之间，用于调节进气端的气体流量；

10、第二阀门，设置于进液端与第一端之间，用于调节进液端的液体流量；

11、第一压力计，设置于第一阀门与第一端之间，用于检测进气端的气体的第一压力；

12、第二压力计，设置于第二阀门与第一端之间，用于检测进液端的液体的第二压力；

13、第三压力计，设置于第二端与出气端之间，用于检测出气端的气体的第三压力；

14、第四压力计，设置于第二端与出液端之间，用于检测出液端的液体的第四压力。

15、在本技术的实施例中，实验装置还包括：第一流量计，设置于第一阀门与第一端之间，用于检测进气端的气体流量；第二流量计，设置于第二阀门与第一端之间，用于检测进液端的液体流量；第三流量计，设置有出液端与第二端之间，用于检测出液端的液体流量；第四流量计，设置有出气端与第二端之间，用于检测出气端的气体流量。

16、在本技术的实施例中，实验装置还包括：供气装置，设置于进气端，用于向煤储层模拟装置提供气体；搅拌装置，设置于进液端，用于搅拌煤粉水；气体收集装置，设置于出气端，用于收集气液分离装置排出的煤层气；液体收集装置，设置于出液端，用于收集气液分离装置排出的液体。

17、在本技术的实施例中，实验装置还包括：第三阀门，设置于第一端，在第三阀门开启时，煤粉水和介质气体进入煤储层模拟装置；第四阀门，设置于第二端，在第四阀门开启时，气水煤粉多相流体从煤储层模拟装置流出；第五阀门，设置于出气端，在第五阀门开启时，煤层气从出气端流出；第六阀门，设置于出液端，在第六阀门开启时，液体从出液端流出。

18、本技术第二方面提供一种气水煤粉多相渗流实验方法，应用于气水煤粉多相渗流实验装置，方法包括：

19、配置多个预设浓度的煤粉水，并依次将每个预设浓度的煤粉水通过进液端加入至煤储层模拟装置；

20、针对每个预设浓度的煤粉水，调节第一阀门和第二阀门，使得预设浓度的煤粉水的饱和度达到预设饱和度；

21、针对每个预设浓度的煤粉水，确定煤粉水在每个预设饱和度下的水相相对渗透率和气相相对渗透率；

22、针对每个预设浓度的煤粉水，根据预设浓度的煤粉水的多个气相相对渗透率和水相相对渗透率确定预设浓度下的煤粉水基于不同预设饱和度的相渗曲线图。

23、在本技术的实施例中，针对每个预设浓度的煤粉水，确定煤粉水在每个预设饱和度下的水相相对渗透率和气相相对渗透率包括：针对每个预设浓度的煤粉水，在进液端的液体流量与出液端的液体流量相同，且进气端的气体流量与出气端的气体流量相同的情况下，分别通过第一压力计、第二压力计、第三压力计和第四压力计获取煤粉水在每个预设饱和度下进气端的第一压力、进液端的第二压力、出气端的第三压力和出液端的第四压力；针对每个预设浓度的煤粉水，根据第一压力、第二压力、第三压力和第四压力确定煤粉水在每个预设饱和度下的水相相对渗透率和气相相对渗透率。

24、在本技术的实施例中，针对每个预设浓度的煤粉水，根据第一压力、第二压力、第三压力和第四压力确定煤粉水在每个预设饱和度下的水相相对渗透率和气相相对渗透率包括：针对每个预设浓度的煤粉水，根据第二压力和第四压力确定煤粉水在每个预设饱和度下的水相有效渗透率；针对每个预设浓度的煤粉水，根据第一压力和第三压力确定煤粉水在每个预设饱和度下的气相有效渗透率；针对每个预设浓度的煤粉水，确定煤粉水的绝对渗透率；针对每个预设浓度的煤粉水，根据水相有效渗透率和绝对渗透率之间的比值确定煤粉水在每个预设饱和度下的水相相对渗透率，并根据气相有效渗透率和绝对渗透率之间的比值确定煤粉水在每个预设饱和度下的气相相对渗透率。

25、在本技术的实施例中，针对每个预设浓度的煤粉水，根据第二压力和第四压力确定煤粉水在每个预设饱和度下的水相有效渗透率包括，根据以下公式(1)计算水相有效渗透率：

26、

27、其中，kw是指煤粉水的水相有效渗透率，sw是指煤粉水的预设饱和度，μw是指煤粉水的粘度，l是指煤储层模拟装置的长度，qw是指进液端进入煤储层模拟装置的液体流量，a是指煤储层模拟装置的截面积，δp是指第四压力与第二压力之间的压力差。

28、在本技术的实施例中，针对每个预设浓度的煤粉水，根据第一压力和第三压力确定煤粉水在每个预设饱和度下的气相有效渗透率包括：针对每个预设浓度的煤粉水，根据第一压力和第三压力的算术平均值确定实验装置的气体粘度和偏差系数；获取煤储层模拟装置的装置参数，装置参数包括装置截面积和装置长度；针对每个预设浓度的煤粉水，根据装置参数、气体粘度、偏差系数、第一压力和第三压力确定煤粉水在每个预设饱和度下的气相有效渗透率。

29、在本技术的实施例中，针对每个预设浓度的煤粉水，根据装置参数、气体粘度、偏差系数、第一压力和第三压力确定煤粉水在每个预设饱和度下的气相相对渗透率包括，根据以下公式(2)计算气相相对渗透率包括：

30、

31、其中，kg是指煤粉水的气相有效渗透率，sw是指煤粉水的预设饱和度，p0是指标准大气压，qg是指进气端进入煤储层模拟装置的气体流量，μga是指煤储层模拟装置在平均压力下煤层气的气体粘度，l是指煤储层模拟装置的长度，a是指煤储层模拟装置的截面积，za煤储层模拟装置在平均压力下煤层气的偏差系数，平均压力是指第一压力和第三压力的算术平均值，p1是指第一压力，p2是指第三压力。

32、通过上述气水煤粉多相渗流实验装置及方法。实验装置包括：进气端、进液端、出气端、出液端、煤储层模拟装置以及气液分离装置，将煤粉水和介质气体形成的气水煤粉多相流体分离成煤层气和液体。第一阀门和第二阀门分别设置于进气端和进液端。第一、第二、第三和第四压力计，分别测量进气端、进液端、出气端和出液端的压力。配置不同浓度的煤粉水，依次在每次试验时将每个预设浓度的煤粉水加入至煤储层模拟装置，调节第一阀门和第二阀门以调节进液端和进气端的流量，得到不同饱和度的煤粉水，从而得到不同浓度的煤粉水基于不同预设饱和度的相渗曲线图。可以定量化模拟煤储层煤粉产出动态，研究煤储层割理内气-水产出特征，从而指导煤层气藏排采过程。

33、本技术实施例的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。