一种模拟煤层气排采过程中差异压降的装置及其方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种模拟煤层气排采过程中差异压降的装置，包括实验装置和伺服注水压力泵，实验装置包括试验腔体和腔体盖，在试验腔体底部和腔体盖顶部设置压力表测量水压，试验腔体通过内壁上设置的等距刻度线分为若干个分层区间，在每个分层区间上均设有排水管，在试验腔体内设置有多组垂直于等距刻度线的压力传感器；还包括一种方法，包括如下步骤：首先将煤样破碎，并筛选所需粒径的煤粉与石膏粉进行混合，其次将混合好的煤样分批次加入试件箱，用成型压力机挤压成型，然后向模型中注水，最后打开排水阀门，根据压力数据绘出压力等值线，分析压力分布；能够揭示纵向非均质储层中排水降压各分层压降差异的规律，为煤层气开发提供理论指导。

A Device and Method for Simulating Differential Pressure Drop in the Process of Coalbed Methane Drainage and Production

The invention discloses a device for simulating differential pressure drop in the process of coalbed methane drainage and production, including an experimental device and a servo water injection pressure pump. The experimental device includes a test chamber and a chamber cover. A pressure gauge is set at the bottom of the test chamber and the top of the chamber cover to measure the water pressure. The test chamber is divided into if through an equidistant scale set on the inner wall. There are drainage pipes in each stratified zone and pressure sensors perpendicular to the equidistant scale line in the test chamber. There is also a method which includes the following steps: firstly, crushing the coal sample and screening the required size of pulverized coal and gypsum powder for mixing, secondly, mixing the mixed coal sample. Adding the test box in batches, extruding with the forming press, then injecting water into the model, finally opening the drainage valve, drawing the pressure isoline according to the pressure data, and analyzing the pressure distribution, can reveal the law of pressure drop difference among different layers of drainage and decompression in the vertical heterogeneous reservoir, and provide theoretical guidance for the development of coalbed methane.

【技术实现步骤摘要】
一种模拟煤层气排采过程中差异压降的装置及其方法
本专利技术涉及煤层气排采开发
，具体为一种模拟煤层气排采过程中差异压降的装置及其方法。
技术介绍
煤层气开发时需要进行排水降压，压力低于临界解吸压力之后，吸附态的煤层气会解吸出来，之后才能被产出，因此，大面积的排水降压是煤层气开发的关键，所以有必要对排水降压过程中煤储层地层压力分布的变化规律进行精细研究。煤储层作为一种非常规储层，有着极低的渗透率，因此，地层水在煤储层中的渗流属于低速渗流，根据低速渗流理论：地层水的流动需要一定的启动压力梯度来突破煤基质表面对水流动的束缚作用，当地层压力梯度小于启动压力梯度时，地层水可能不流动，从而造成无法进行排采降压。而且由于煤储层在纵向上往往呈现出不同煤岩类型叠置的现象，造成渗透性在纵向上的非均质性，以及启动压力梯度在纵向上的非均质性，那么在排水降压过程中，各个层段的煤储层降压程度可能会存在差异，甚至可能在某局部区域无法达到降压的效果，这对于煤层气的开发效果会造成重要的影响。因此有必要设计一套物理模拟装置来揭示其中的规律，为煤层气的开发提供理论指导。在现有的技术方案中，如申请号为201010101527.5公布的一种煤层气生产物理模拟装置及其模拟方法，其通过对充气、注水和生产状态进行模拟，优化了气井排采工作，降低成本。然而，在上述技术方案中，虽然能够实现生产状态下的降压模拟，但是其还存在一些缺陷，综合上述技术方案和现实存在的问题，以及结合目前被广泛应用的技术方案，还存在的主要缺陷主要体现在以下两个方面：首先，由于煤层的非均质性强，单一的模拟装置无法准确的模拟出各层的压力变化规律；其次，由于不同煤岩类型的叠置，造成了煤岩在纵向上的非均质性和启动压力梯度的非均质性，在排水降压的过程中，如不考虑上述因素，将会导致局部区域无法达到降压的效果，虽然煤层各个区域存在非均质性，但是并不是完全独立的，如果在模拟时不能全面考虑整体的降压效果，在实际生产中由于相互的干扰和影响，其最终的结果将于模拟结果的大相径庭，使得模拟过程失去了意义。
技术实现思路
为了克服现有技术方案的不足，本专利技术提供一种模拟煤层气排采过程中差异压降的装置及其方法，能够揭示纵向非均质储层中排水降压各分层压降差异的规律，为煤层气开发提供理论指导，能有效的解决
技术介绍
提出的问题。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种模拟煤层气排采过程中差异压降的装置，包括实验装置和伺服注水压力泵，所述实验装置和伺服注水压力泵之间通过注水管道连通，所述实验装置包括试验腔体和腔体盖，所述试验腔体上端边缘设有卡合凸起块，且所述腔体盖通过设在其四周边缘的卡定凹槽与卡合凸起块卡合连接，所述试验腔体底部和腔体盖顶部分别设有注水管和出水管，所述注水管和出水管均通过内置的压力表测量水压，且注水管和出水管内分别设有注水阀门和出水阀门，所述出水管通过导管穿过腔体盖与试验腔体连通，所述注水管与试验腔体的连接处以及导管与试验腔体的连接处均设有铁丝网；所述试验腔体内壁由下至上均匀设有四条相互平行的等距刻度线，所述等距刻度线将试验腔体分为若干个分层区间，并且在每个分层区间的侧面腔体上均设有排水管，在每个所述排水管内设有排水阀门，所述试验腔体内设置有多组垂直于等距刻度线的压力传感器，且每组压力传感器在纵向上等间距均匀分布。作为本专利技术一种优选的技术方案，还包括压力机，所述压力机包括压力加载平台和四根压力导向柱，所述压力导向柱固定安装在试验腔体的四角，所述压力加载平台沿着压力导向柱竖向运动，所述压力加载平台底部固定安装有呈正四棱台状的压力加载压板，且在所述压力加载压板的底面上固定安装有若干相互交叉的防滑定位纹。作为本专利技术一种优选的技术方案，所述卡定凹槽呈L型固定安装在腔体盖的边缘，所述卡定凹槽内侧固定安装有若干个等间距均匀分布的咬合卡齿，所述咬合卡齿的内宽等于卡合凸起块的外宽，所述卡合凸起块呈环状固定安装在试验腔体的上端，且卡合凸起块外侧与腔体盖内壁贴合接触，在所述卡合凸起块外侧与腔体盖内壁的接触处设有呈环形的气密性垫圈。作为本专利技术一种优选的技术方案，所述排水管的管壁上设有若干个均匀分布的通孔，所述通孔用来模拟井壁上的射孔，并使煤岩与排水管内部连通，所述通孔所在的管壁上均固定安装有漏斗状的射流导管，在射流导管与排水管的连接端设有鱼鳔腔体。另外，本专利技术还提供了一种模拟煤层气排采过程中差异压降的方法，包括如下步骤：步骤100、煤样准备，将各煤岩类型的煤样使用粉碎机进行破碎，并筛选足量所需粒径的煤粉，按照配比与石膏粉进行充分混合；步骤200、型煤成型，将混合好的煤样分批次加入试件箱，加入适量清水，使用成型压力机按一定的成型压力成型；步骤300、模型注水，通过伺服注水压力泵向模型中注水，直至出水口压力达到设定值，停止注水并关闭注水阀门；步骤400、测绘压力分布，按照预定排水方案打开对应的排水阀门，并将压力传感器的压力数据用电脑处理，绘出压力等值线，分析压力分布。作为本专利技术一种优选的技术方案，成型所用的煤样由不同煤岩类型、粒径的煤粉和石膏粉组成，粒径均大于120目小于200目，其中，光亮煤的粒径配比为：(60～80目煤粉)：(120～200目煤粉)：石膏粉＝93：0：7；半亮煤的粒径配比为：(60～80目煤粉)：(120～200目煤粉)：石膏粉＝85：8：7；半暗煤的粒径配比为：(60～80目煤粉)：(120～200目煤粉)：石膏粉＝70：23：7；暗淡煤的粒径配比为：(60～80目煤粉)：(120～200目煤粉)：石膏粉＝50：43：7。作为本专利技术一种优选的技术方案，在步骤200中，压力成型的具体步骤为：步骤201、逐次将煤样和适量的清水充分混合湿润步骤202、每次对煤样给予成型压力成型，每次加入煤样成型的煤层厚度至等距刻度线上，成型后保持成型压力稳定1h时间；步骤203、在逐次对煤样成型时，将各类传感器植入煤层指定位置，并且按照分层区间逐层安装排水阀门。作为本专利技术一种优选的技术方案，在步骤300中，模型注水的具体步骤为：步骤301、接通伺服注水压力泵，向模型中注入，直至出水口出水后关闭出水阀门；步骤302、保持同样的注水速率持续注水，并且设置伺服注水压力泵的注水压力，当注水口处压力达到2.1Mpa时停止注水，小于2.05Mpa继续注水，直至出水口压力达到2MPa；步骤303、关闭注水阀门，停止注水。作为本专利技术一种优选的技术方案，在上述步骤中，当通过伺服注水压力泵向腔体内注水直至出水口出水后，保持相同注水速率注水时，绘制注水口的注水压力随时间的变化图，并且当注水压力出现峰值时，停止注水，并且由注水口向外抽水直至注水口的水压降低至峰值的30-50％，再重新以相同的注水速率继续注水。作为本专利技术一种优选的技术方案，在步骤400中，所述预定排水方案具体为：按照需求分别打开若干个相互独立的排水阀门或者选择性的打开目标层位的排水阀门。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术通过可以根据设计方案，模拟不同渗透率煤岩类型叠置状态下压降传递的规律，卡定凹槽多个卡孔的设计，使得本实验装置不止适用于四各岩层叠置，可以根据需要自行设计，排水阀门在岩层中的管壁布满小孔，模拟了排采过程中射孔的效果，把传感器传输的结果用计算机进行压力等值本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模拟煤层气排采过程中差异压降的装置，包括实验装置(1)和伺服注水压力泵(2)，所述实验装置(1)和伺服注水压力泵(2)之间通过注水管道(3)连通，其特征在于：所述实验装置(1)包括试验腔体(101)和腔体盖(102)，所述试验腔体(101)上端边缘设有卡合凸起块(103)，且所述腔体盖(102)通过设在其四周边缘的卡定凹槽(104)与卡合凸起块(103)卡合连接，所述试验腔体(101)底部和腔体盖(102)顶部分别设有注水管(105)和出水管(106)，所述注水管(105)和出水管(106)均通过内置的压力表(107)测量水压，且注水管(105)和出水管(106)内分别设有注水阀门(108)和出水阀门(109)，所述出水管(106)通过导管穿过腔体盖(102)与试验腔体(101)连通，所述注水管(105)与试验腔体(101)的连接处以及导管与试验腔体(101)的连接处均设有铁丝网(110)；所述试验腔体(101)内壁由下至上均匀设有四条相互平行的等距刻度线(4)，所述等距刻度线(4)将试验腔体(101)分为若干个分层区间(5)，并且在每个分层区间(5)的侧面腔体上均设有排水管(6)，在每个所述排水管(6)内设有排水阀门(601)，所述试验腔体(101)内设置有多组垂直于等距刻度线(4)的压力传感器(7)，且每组压力传感器(7)在纵向上等间距均匀分布。...

【技术特征摘要】
1.一种模拟煤层气排采过程中差异压降的装置，包括实验装置(1)和伺服注水压力泵(2)，所述实验装置(1)和伺服注水压力泵(2)之间通过注水管道(3)连通，其特征在于：所述实验装置(1)包括试验腔体(101)和腔体盖(102)，所述试验腔体(101)上端边缘设有卡合凸起块(103)，且所述腔体盖(102)通过设在其四周边缘的卡定凹槽(104)与卡合凸起块(103)卡合连接，所述试验腔体(101)底部和腔体盖(102)顶部分别设有注水管(105)和出水管(106)，所述注水管(105)和出水管(106)均通过内置的压力表(107)测量水压，且注水管(105)和出水管(106)内分别设有注水阀门(108)和出水阀门(109)，所述出水管(106)通过导管穿过腔体盖(102)与试验腔体(101)连通，所述注水管(105)与试验腔体(101)的连接处以及导管与试验腔体(101)的连接处均设有铁丝网(110)；所述试验腔体(101)内壁由下至上均匀设有四条相互平行的等距刻度线(4)，所述等距刻度线(4)将试验腔体(101)分为若干个分层区间(5)，并且在每个分层区间(5)的侧面腔体上均设有排水管(6)，在每个所述排水管(6)内设有排水阀门(601)，所述试验腔体(101)内设置有多组垂直于等距刻度线(4)的压力传感器(7)，且每组压力传感器(7)在纵向上等间距均匀分布。2.根据权利要求1所述的一种模拟煤层气排采过程中差异压降的装置，其特征在于：还包括压力机(8)，所述压力机(8)包括压力加载平台(801)和四根压力导向柱(802)，所述压力导向柱(802)固定安装在试验腔体(101)的四角，所述压力加载平台(801)沿着压力导向柱(802)竖向运动，所述压力加载平台(801)底部固定安装有呈正四棱台状的压力加载压板(803)，且在所述压力加载压板(803)的底面上固定安装有若干相互交叉的防滑定位纹(804)。3.根据权利要求1所述的一种模拟煤层气排采过程中差异压降的装置，其特征在于：所述卡定凹槽(104)呈L型固定安装在腔体盖(102)的边缘，所述卡定凹槽(104)内侧固定安装有若干个等间距均匀分布的咬合卡齿(111)，所述咬合卡齿(111)的内宽等于卡合凸起块(103)的外宽，所述卡合凸起块(103)呈环状固定安装在试验腔体(101)的上端，且卡合凸起块(103)外侧与腔体盖(102)内壁贴合接触，在所述卡合凸起块(103)外侧与腔体盖(102)内壁的接触处设有呈环形的气密性垫圈(112)。4.根据权利要求1所述的一种模拟煤层气排采过程中差异压降的装置，其特征在于：所述排水管(6)的管壁上设有若干个均匀分布的通孔(602)，所述通孔(602)用来模拟井壁上的射孔，并使煤岩与排水管(6)内部连通，所述通孔(602)所在的管壁上均固定安装有漏斗状的射流导管(603)，在射流导...

【专利技术属性】
技术研发人员：许浩，赵天天，汤达祯，候伟，翟羽阳，熊先钺，王伟，刘玉龙，丁飞飞，
申请(专利权)人：中国地质大学北京，
类型：发明
国别省市：北京,11