一种大型多尺度深部煤层气开发试验平台制造技术

本实用新型专利技术公开了一种大型多尺度深部煤层气开发试验平台，包括伸缩支架（17），所述伸缩支架（17）上放置有样品仓底座（9），所述样品仓底座（9）上固定连接有样品仓外壳（12），所述样品仓底座（9）内放置有样品待测物（14），所述样品待测物（14）上方和下方具有砂岩层（13），所述样品仓外壳（12）安装于固定支架（10）上，所述样品仓外壳（12）的四个侧面及上方分别布置有液压系统（8），所述液压系统（8）的油缸推杆分别穿过样品仓外壳（12）后向样品待测物（14）提供四个水平方向及向下的压力。本实用新型专利技术设计合理，具有很好的实验应用价值。

A large multi-scale deep CBM development test platform

【技术实现步骤摘要】
一种大型多尺度深部煤层气开发试验平台
本技术涉及深部煤层气开发领域，具体为一种大型多尺度深部煤层气资源开发试验平台。
技术介绍
深部煤层气是指埋深大于1000米的煤层气资源。我国埋深大于1000米煤层气资源超过20万亿立方米，约占总煤层气资源量的三分之二。相较于浅部煤层气资源，深部煤层气具有钻探成本高，地层应力大、渗透率低且目前相关开发技术不完善等不利因素。地应力对煤层的裂缝发育和渗透率具有重要控制作用，对后期储层压裂改造裂缝延伸方向也具有重要影响。随着埋藏深度的增加，煤层与岩石水平最大主应力和垂向主应力比值不断发生变化。根据Hoek和Brown对全球多地现代地应力测试数据拟合结果表明，水平最大主应力与垂直应力具有以下关系：100/H+0.3<k<1500/H+0.5，其中，H为煤岩埋深，k为水平最大主应力和垂直应力比值与埋深的关系系数，变化特征如图5所示。为了能够在最接近真实地层状态下研究不同水平最大主应力与垂向应力比值之下，射孔、储层压裂改造作业后，深部煤层裂缝发育和支撑剂分布特征，设计了本实验平台。
技术实现思路
本技术目的是提供一种大型多尺度深部煤层气资源开发试验平台，能够模拟在深部地层不同应力状态下，通过对大型煤岩样品进行射孔、压裂作业，实现在不同型号射孔弹和压裂方案对深部煤岩储层裂缝发育开度、延伸角度及长度、支撑剂分布特征进行研究，通过较低的经济成本，最大限度地实现储层改造方案的优化，并利用试验相关数据对不同地质条件下储层改造后产能做出预测。本技术是采用如下技术方案实现的：一种大型多尺度深部煤层气开发试验平台，包括伸缩支架，所述伸缩支架上放置有样品仓底座，所述样品仓底座上固定连接有样品仓外壳，所述样品仓底座内放置有待测物，所述待测物上方和下方具有砂岩层，所述样品仓外壳安装于固定支架上，所述样品仓外壳的四个侧面及上方分别布置有液压系统，所述液压系统的油缸推杆分别穿过样品仓外壳后向待测物提供四个水平方向及向下的压力；所述样品仓外壳上安装微地震检测器；所述待测物、砂岩层及样品仓外壳中央开有供井筒伸入的孔，所述样品仓外壳位于井筒伸入的孔处具有水泥浇注口；所述井筒上方设有起重装置；所述井筒通过其上部侧口通入注砂浆管，所述注砂浆管依次连接泵、流量调节阀及携砂液混合器。所述起重装置吊装射孔枪进入井筒。所述注砂浆管和井筒之间具有封堵器，通过水泥浇注口注入水泥后在井筒与待测物间隙之间形成水泥环。工作时，样品（煤块或类似待测物）下方垫放砂岩层后位于样品仓底座内，样品仓底座利用伸缩支架将样品提升至样品仓外壳中，利用样品仓底座支撑样品。在进行射孔作业前，将井筒与样品之间空隙用通过水泥浇注口完成水泥灌浆浇注，使井筒和煤块样品之间形成水泥环，防止样品在作业过程中垮塌。射孔作业时，先按照深部煤层应力分布特征，利用液压系统对样品X、Y、Z三个方向载荷进行调整，满足样品所在地层地应力要求。射孔枪沿井筒下到煤岩位置进行射孔，射孔完成后，使用起重装置将射孔枪吊起。放入注砂管，使用封堵器将空间上下封堵。然后，启动携砂液混合器和高压注入泵，按照样品特性和试验方案设计流量、压力分别注入前置液、压裂液和顶替液对煤岩样品在地层地应力状态下实施压裂，压裂过程中利用微地震监测器对压裂过程数据进行记录。压裂完成后对压裂液进行返排。打开样品仓底座与样品仓外壳之间的连接螺栓，使用伸缩支架将样品卸下，再使用传送带将底座和样品运到旁边，便于对压裂裂缝发育及支撑剂分布特征进行观察，结合微地震监测数据对压裂效果进行评估。本技术具有如下优点：1、本实验平台能够通过液压系统的对大型煤样进行无级加载三轴应力，通过调整X、Y、Z轴方向应力，模拟不同深度下地层应力状态。2、本实验平台能够实现射孔作业测试功能，可以完成不同型号射孔弹在深部煤储层中穿深和射孔孔径耦合关系测试。3、本实验平台可以通过物料提升系统及皮带机实现大型煤样自动装卸和实验。4、本实验平台配备微地震监测系统，通过纪录地震波信息反演煤样在射孔及压裂作业中岩石破裂应力和裂缝延伸长度等特征。5、本实验平台能够模拟煤层原位应力状态，对大型煤岩样品进行多尺度的试验作业。通过模拟1000米以上深度的煤层射孔、压裂过程中裂缝发育以及支撑剂的分布特征，能够揭示深部煤层在非线性形变应力状态下岩石力学特征、破裂机理以及对携砂液在裂缝内的渗流特性。本技术设计合理，具有很好的实验应用价值。附图说明图1表示本技术整体示意图。图2表示样品X、Y轴俯视剖面图。图3表示样品装料示意图。图4表示液压系统示意图。图5表示水平最大主应力和垂直应力比值与埋深关系图。图中：1-携砂液混合器，2-流量调节阀，3-（高压注入）泵，4-起重装置，5-井筒，6-注砂浆管，7-封堵器，8-液压系统（共5套），9-样品仓底座，10-固定支架，11-微地震检测器，12-样品仓外壳，13-砂岩层，14-样品待测物（煤块或类似待测物），15-水泥环，16-射孔位置，17-（液压）伸缩支架，18-水泥浇注口。801-箱体，802-回油滤油器，803-空气冷却器，804-溢流阀，805-电液换向阀，806-液控单向阀，807-单向节流阀，808-油缸，809-电动机，810-液压泵，811-空气滤清器，812-球阀，813-蝶阀，814-单向阀，815-避震喉，816-压力变送器（PT），817-液位变送器（LT），818-温度变送器（TT）。具体实施方式下面结合附图对本技术的具体实施例进行详细说明。一种大型多尺度深部煤层气开发试验平台，如图1所示，包括伸缩支架17，伸缩支架17采用液压支架，其上固定放置有样品仓底座9，样品仓底座9随液压伸缩支架17上升至预设位置后与样品仓外壳12通过螺栓等方式固定连接。样品仓底座9内放置有煤块（或类似待测物）14，煤块14上方和下方具有砂岩层13，样品仓外壳12吊装固定于支架10上，样品仓外壳12的四个侧面分别布置有液压站8（如图2所示），样品仓外壳12上方也布置有液压系统8。液压系统8的油缸推杆分别穿过样品仓外壳12后向待测物14提供四个水平方向及向下的压力。样品仓外壳12外安装微地震检测器11；煤块14、砂岩层13及样品仓外壳12中央开有供井筒5伸入的孔（如图2所示）。井筒5伸入至煤块中，在样品仓外壳12位于井筒5伸入的孔处具有水泥浇注口18；井筒5通过其上部侧口通入注砂浆管6，注砂浆管6依次连接泵3、流量调节阀2及携砂液混合器1，注砂浆管6和井筒5之间具有封堵器7，通过水泥浇注口18注入水泥后在井筒5与待测物14间隙之间形成水泥环15。井筒5上方设有起重装置4，起重装置4吊装射孔枪进入井筒5，进行射孔作业。液压系统8是本平台重要的组成部件，有五套独立液压系统构成，使用PLC控制系统集中控制。如图4所示，液压系统800主要由箱体801、溢流阀804、电液换向阀805、液控单向阀806、单向节本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大型多尺度深部煤层气开发试验平台，其特征在于：包括伸缩支架（17），所述伸缩支架（17）上放置有样品仓底座（9），所述样品仓底座（9）上固定连接有样品仓外壳（12），所述样品仓底座（9）内放置有样品待测物（14），所述样品待测物（14）上方和下方具有砂岩层（13），所述样品仓外壳（12）安装于固定支架（10）上，所述样品仓外壳（12）的四个侧面及上方分别布置有液压系统（8），所述液压系统（8）的油缸推杆分别穿过样品仓外壳（12）后向样品待测物（14）提供四个水平方向及向下的压力；所述样品仓外壳（12）上安装微地震检测器（11）；所述样品待测物（14）、砂岩层（13）及样品仓外壳（12）中央开有供井筒（5）伸入的孔，所述样品仓外壳（12）位于井筒（5）伸入的孔处具有水泥浇注口（18）；所述井筒（5）上方设有起重装置（4）；所述井筒（5）通过其上部侧口通入注砂浆管（6），所述注砂浆管（6）依次连接泵（3）、流量调节阀（2）及携砂液混合器（1）。/n

【技术特征摘要】
1.一种大型多尺度深部煤层气开发试验平台，其特征在于：包括伸缩支架（17），所述伸缩支架（17）上放置有样品仓底座（9），所述样品仓底座（9）上固定连接有样品仓外壳（12），所述样品仓底座（9）内放置有样品待测物（14），所述样品待测物（14）上方和下方具有砂岩层（13），所述样品仓外壳（12）安装于固定支架（10）上，所述样品仓外壳（12）的四个侧面及上方分别布置有液压系统（8），所述液压系统（8）的油缸推杆分别穿过样品仓外壳（12）后向样品待测物（14）提供四个水平方向及向下的压力；所述样品仓外壳（12）上安装微地震检测器（11）；所述样品待测物（14）、砂岩层（13）及样品仓外壳（12）中央开有供井筒（5）伸...

【专利技术属性】
技术研发人员：李琨杰，韩廷鹤，李薇，谭晋崇，
申请(专利权)人：山西高碳能源低碳化利用研究设计院有限公司，
类型：新型
国别省市：山西;14