一种用于注气强化煤层气开发的模拟装置及模拟方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及煤层气开采领域，具体的说是一种用于注气强化煤层气开发的模拟装置及模拟方法。装置部分包括煤层模拟系统、注气系统以及数据系统；煤层模拟系统包括用于容纳含裂隙煤样的箱体、加热单元、液压伺服单元及注水单元；注气系统包括甲烷气瓶、氮气气瓶、二氧化碳气瓶、气体增压泵、第一参考缸、第二参考缸、第三参考缸以及配气罐；第一参考缸、第二参考缸以及第三参考缸的进口均通过气体增压泵分别与甲烷气瓶、氮气气瓶以及二氧化碳气瓶的出口相连，配气罐的进口通过气体增压泵与氮气气瓶和二氧化碳气瓶的出口相连，第一参考缸、第二参考缸、第三参考缸以及配气罐的出口均与箱体进口相连。本发明专利技术可为煤层气资源的高效开发提供技术支撑。

A Simulating Device and Method for Enhanced Coalbed Methane Development by Gas Injection

The invention relates to the field of coalbed methane exploitation, in particular to a simulation device and a simulation method for enhanced coalbed methane development by gas injection. The device includes coal seam simulation system, gas injection system and data system; coal seam simulation system includes box, heating unit, hydraulic servo unit and water injection unit for containing fractured coal samples; gas injection system includes methane cylinder, nitrogen cylinder, carbon dioxide cylinder, gas booster pump, first reference cylinder, second reference cylinder, third reference cylinder and gas distribution tank; The inlets of the reference cylinder, the second reference cylinder and the third reference cylinder are connected with the outlets of methane cylinder, nitrogen cylinder and carbon dioxide cylinder respectively through the gas booster pump. The inlets of the valve tank are connected with the outlets of nitrogen cylinder and carbon dioxide cylinder through the gas booster pump. The outlets of the first reference cylinder, the second reference cylinder, the third reference cylinder and the gas distribution cylinder are all connected with the inlet phase of the box body. Lian. The invention can provide technical support for efficient development of coalbed methane resources.

【技术实现步骤摘要】
一种用于注气强化煤层气开发的模拟装置及模拟方法
本专利技术涉及煤层气开采领域，具体的说是一种用于注气强化煤层气开发的模拟装置及模拟方法。
技术介绍
煤层气作为一种非常规天然气，目前在世界范围内已大面积开采，我国煤层气资源丰富，2000米以浅煤层气资源量达36.81×1012m3,，其开发利用可以有效解决我国常规天然气市场供应量不足这一局面。然而，我国煤储层具有“低压、低饱和、低含气量”的特征，储层降压困难，气体临界解吸压力低、气体解吸困难，由此造成我国煤层气开发效率低下，严重制约了我国煤层气产业的发展。为了提高煤层气资源采收率，常采取储层改造和增产措施，以提高煤层气抽采效果。传统的储层改造工艺技术主要包括水力压裂、水力冲孔、水力割缝、保护层卸压等。其中，向原位煤层注入二氧化碳或氮气，置换驱替甲烷提高煤层气资源采收率，作为一项新的工艺技术手段，目前尚处于理论研究和先导性试验阶段。针对不同地质条件下注气强化煤层开发时的注气压力、注气方式等关键科学问题认识不清，限制了该工艺的工程应用。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种用于注气强化煤层气开发的模拟装置及模拟方法，以期为注气强化煤层气开发提供一种实验装置和方法，提高注气强化煤层气工艺技术的实施，为煤层气资源的高效开发提供技术支撑。为了解决以上技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种用于注气强化煤层气开发的模拟装置，包括煤层模拟系统、注气系统以及数据系统；煤层模拟系统包括用于容纳含裂隙煤样的箱体、用于加热含裂隙煤样的加热单元、用于向含裂隙煤样施加载荷的液压伺服单元以及用于向含裂隙煤样注水的注水单元；注气系统包括甲烷气瓶、氮气气瓶、二氧化碳气瓶、气体增压泵、用于容纳增压甲烷的第一参考缸、用于容纳增压氮气的第二参考缸、用于容纳增压二氧化碳的第三参考缸以及用于容纳增压氮气和增压二氧化碳混合气的配气罐；第一参考缸、第二参考缸以及第三参考缸的进口均通过气体增压泵分别与甲烷气瓶、氮气气瓶以及二氧化碳气瓶的出口相连，配气罐的进口通过气体增压泵与氮气气瓶和二氧化碳气瓶的出口相连，第一参考缸、第二参考缸、第三参考缸以及配气罐的出口均与箱体进口相连；数据系统包括数据采集箱和计算机，数据采集箱用于收集箱体进出口位置气体的流量和压力数据，计算机与数据采集箱相连并用于根据流量和压力数据以绘制驱替含裂隙煤样中甲烷气体的气体流量曲线。优选的，加热单元为设置在箱体上的第一电加热器；液压伺服单元包括设置在箱体端部的轴压加载器、设置在箱体外周的围压加载器以及与轴压加载器和围压加载器相连的油压泵；注水单元包括水箱以及连接在水箱和箱体之间的高压水泵。优选的，箱体的进口管路上设有第八控制阀门，箱体的出口管路上沿相背于箱体的方向依次设有出气端阀门、第三气体压力表以及第三气体流量计；在油压泵的出口端还设有用于控制油压泵分别向轴压加载器和围压加载器输出的油压管线阀门；在高压水泵和箱体之间的的连接管路上依次设有注水管线阀门和注水流量计。优选的，甲烷气瓶、氮气气瓶以及二氧化碳气瓶与气体增压泵之间的管路上分别设有第一控制阀门、第二控制阀门以及第三控制阀门，气体增压泵的出口位置设有第四控制阀门；第一参考缸的进口设有第十控制阀门和第五气体压力表，第一参考缸的出口设有第十三控制阀门，第二参考缸的进口设有第十一控制阀门和第六气体压力表，第二参考缸的出口设有第十四控制阀门，第三参考缸的进口设有第十二控制阀门和第七气体压力表，第三参考缸的出口设有第十五控制阀门，在第一参考缸、第二参考缸以及第三参考缸与第八控制阀门之间的管路上还依次设有第五控制阀门、第二气体调节阀、第四气体压力表、第二气体流量计以及第六控制阀门；配气罐的进口设有第十六控制阀门和第一气体压力表，配气罐的出口与第八控制阀门之间的管路上依次设有第九控制阀门、第一气体调节阀、第二气体压力表、第一气体流量计以及第七控制阀门。优选的，在第一控制阀门、第二控制阀门以及第三控制阀门与气体增压泵之间的管路上还设有真空泵和抽真空阀门。优选的，在配气罐上设有第二电加热器。一种注气强化煤层气开发的模拟方法，包括以下步骤：步骤1）、模拟准备：首先将含裂隙煤样置入箱体中，然后依次通过加热单元对含裂隙煤样进行加热，通过液压伺服单元对含裂隙煤样施加轴压和围压，最后对整个装置进行抽真空后再通过注水单元对含裂隙煤样注水；步骤2）、甲烷吸附平衡：通过气体增压泵将甲烷气瓶中的甲烷通入第一参考缸中并增压，将增压后的甲烷通入箱体中达到含裂隙煤样对于甲烷的吸附平衡；步骤3）、单气或混合气驱替甲烷模拟：通过气体增压泵将氮气气瓶中的氮气通入第二参考缸中并增压，将增压后的氮气通入含裂隙煤样中以驱替含裂隙煤样中的甲烷，通过数据采集箱采集驱替含裂隙煤样中甲烷时的气体流量数据，并在计算机上绘制氮气驱替甲烷的气体流量曲线；或通过气体增压泵将二氧化碳气瓶中的二氧化碳通入第三参考缸中并增压，将增压后的二氧化碳通入含裂隙煤样中以驱替含裂隙煤样中的甲烷，通过数据采集箱采集驱替含裂隙煤样中甲烷时的气体流量数据，并在计算机上绘制二氧化碳驱替甲烷的气体流量曲线；或通过气体增压泵将氮气气瓶中的氮气和二氧化碳气瓶中的二氧化碳分别通入配气罐中并增压，将增压后的氮气和二氧化碳混合气通入含裂隙煤样中以驱替含裂隙煤样中的甲烷，通过数据采集箱采集驱替含裂隙煤样中甲烷时的气体流量数据，并在计算机上绘制氮气和二氧化碳混合气驱替甲烷的气体流量曲线；步骤4）、模拟结果：对比步骤3）中得到的氮气驱替甲烷的气体流量曲线、二氧化碳驱替甲烷的气体流量曲线以及氮气和二氧化碳混合气驱替甲烷的气体流量曲线得到注气强化煤层气开发的最佳注气方式。优选的，步骤3）中，由第二气体调节阀调节氮气或二氧化碳分别注入箱体中的驱替压力，进行不同压力条件下的多次氮气或二氧化碳驱替模拟实验，得到多个不同压力条件下的氮气驱替甲烷的气体流量曲线或二氧化碳驱替甲烷的气体流量曲线；由第一气体调节阀调节配气罐内氮气和二氧化碳混合气注入箱体中的驱替压力，进行不同压力条件下的多次氮气和二氧化碳混合气驱替模拟实验，得到多个不同压力条件下的氮气和二氧化碳混合气驱替甲烷的气体流量曲线。有益效果本专利技术提供了注气强化煤层气开发模拟装置及模拟方法，实现了在同一个装置上面对单组分气体、双组分气体在不同注气方式下对煤层气强化开发效果的实验模拟，并且可以通过对比不同注气方式下的煤层气抽采量，寻求注气强化煤层气开发的最佳注气方式，为工程上注气强化煤层气开发工艺技术的实施提供了实验支撑和技术支撑，具有以下优点：（1）该装置所采用的配气灌可以实现不同组分、不同比例混合气体的配置，为多组分气体注入强化煤层气开发的相关研究，提供了气源；（2）该装置所采用的实验样品为含裂隙煤样，吸附甲烷后准确模拟实际开采工况；（3）该装置所采用气体调压阀可以稳定气体压力，实现含裂隙煤样对气体的稳态吸附；（4）该装置结构紧凑、便于组装、成本低廉、易于加工制造。附图说明图1为本专利技术的模拟装置部分的结构示意图；图中标记：1、第一控制阀门，2、第二控制阀门，3、第三控制阀门，4、抽真空阀门，5、真空泵，6、第四控制阀门，7、第十控制阀门，8、第十三控制阀门，9、第十一控制阀门，10、第十四控制阀门，11、第十二控制阀门，12、第十五控制阀门，13、第五本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于注气强化煤层气开发的模拟装置，其特征在于：包括煤层模拟系统、注气系统以及数据系统；煤层模拟系统包括用于容纳含裂隙煤样（48）的箱体（47）、用于加热含裂隙煤样（48）的加热单元、用于向含裂隙煤样（48）施加载荷的液压伺服单元以及用于向含裂隙煤样（48）注水的注水单元；注气系统包括甲烷气瓶（36）、氮气气瓶（35）、二氧化碳气瓶（34）、气体增压泵（33）、用于容纳增压甲烷的第一参考缸（31）、用于容纳增压氮气的第二参考缸（29）、用于容纳增压二氧化碳的第三参考缸（27）以及用于容纳增压氮气和增压二氧化碳混合气的配气罐（25）；第一参考缸（31）、第二参考缸（29）以及第三参考缸（27）的进口均通过气体增压泵（33）分别与甲烷气瓶（36）、氮气气瓶（35）以及二氧化碳气瓶（34）的出口相连，配气罐（25）的进口通过气体增压泵（33）与氮气气瓶（35）和二氧化碳气瓶（34）的出口相连，第一参考缸（31）、第二参考缸（29）、第三参考缸（27）以及配气罐（25）的出口均与箱体（47）进口相连；数据系统包括数据采集箱和计算机，数据采集箱用于收集箱体（47）进出口位置气体的流量和压力数据，计算机与数据采集箱相连并用于根据流量和压力数据以绘制驱替含裂隙煤样（48）中甲烷气体的气体流量曲线。...

【技术特征摘要】
1.一种用于注气强化煤层气开发的模拟装置，其特征在于：包括煤层模拟系统、注气系统以及数据系统；煤层模拟系统包括用于容纳含裂隙煤样（48）的箱体（47）、用于加热含裂隙煤样（48）的加热单元、用于向含裂隙煤样（48）施加载荷的液压伺服单元以及用于向含裂隙煤样（48）注水的注水单元；注气系统包括甲烷气瓶（36）、氮气气瓶（35）、二氧化碳气瓶（34）、气体增压泵（33）、用于容纳增压甲烷的第一参考缸（31）、用于容纳增压氮气的第二参考缸（29）、用于容纳增压二氧化碳的第三参考缸（27）以及用于容纳增压氮气和增压二氧化碳混合气的配气罐（25）；第一参考缸（31）、第二参考缸（29）以及第三参考缸（27）的进口均通过气体增压泵（33）分别与甲烷气瓶（36）、氮气气瓶（35）以及二氧化碳气瓶（34）的出口相连，配气罐（25）的进口通过气体增压泵（33）与氮气气瓶（35）和二氧化碳气瓶（34）的出口相连，第一参考缸（31）、第二参考缸（29）、第三参考缸（27）以及配气罐（25）的出口均与箱体（47）进口相连；数据系统包括数据采集箱和计算机，数据采集箱用于收集箱体（47）进出口位置气体的流量和压力数据，计算机与数据采集箱相连并用于根据流量和压力数据以绘制驱替含裂隙煤样（48）中甲烷气体的气体流量曲线。2.根据权利要求1所述的一种用于注气强化煤层气开发的模拟装置，其特征在于：加热单元为设置在箱体（47）上的第一电加热器（43）；液压伺服单元包括设置在箱体（47）端部的轴压加载器（50）、设置在箱体（47）外周的围压加载器（42）以及与轴压加载器（50）和围压加载器（42）相连的油压泵（49）；注水单元包括水箱（37）以及连接在水箱（37）和箱体（47）之间的高压水泵（38）。3.根据权利要求2所述的一种用于注气强化煤层气开发的模拟装置，其特征在于：箱体（47）的进口管路上设有第八控制阀门（41），箱体（47）的出口管路上沿相背于箱体（47）的方向依次设有出气端阀门（44）、第三气体压力表（45）以及第三气体流量计（46）；在油压泵（49）的出口端还设有用于控制油压泵（49）分别向轴压加载器（50）和围压加载器（42）输出的油压管线阀门（51）；在高压水泵（38）和箱体（47）之间的的连接管路上依次设有注水管线阀门（39）和注水流量计（40）。4.根据权利要求1所述的一种用于注气强化煤层气开发的模拟装置，其特征在于：甲烷气瓶（36）、氮气气瓶（35）以及二氧化碳气瓶（34）与气体增压泵（33）之间的管路上分别设有第一控制阀门（1）、第二控制阀门（2）以及第三控制阀门（3），气体增压泵（33）的出口位置设有第四控制阀门（6）；第一参考缸（31）的进口设有第十控制阀门（7）和第五气体压力表（32），第一参考缸（31）的出口设有第十三控制阀门（8），第二参考缸（29）的进口设有第十一控制阀门（9）和第六气体压力表（30），第二参考缸（29）的出口设有第十四控制阀门（10），第三参考缸（27）的进口设有第十二控制阀门（11）和第七气体压力表（28），第三参考缸（27）的出口设有第十五控制阀门（12），在第一参考缸（31）、第二参考缸（29）以及第三参考缸（27）与第八控制阀门（41）之间的管路上还依次设有第五控制阀门（13）、第二气体调节阀（15）...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜志刚，张小东，黄强，高富强，谢冰，赵进东，郭进军，王晓强，刘翠然，张坤，田朝森，
申请(专利权)人：洛阳理工学院，
类型：发明
国别省市：河南,41