一种支撑裂缝内煤粉团聚和分散行为的模拟装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种支撑裂缝内煤粉团聚和分散行为的模拟装置及方法，所述模拟装置包括注入系统、可视化支撑裂缝系统、排出系统、计算机分析系统，其中，注入系统与可视化支撑裂缝系统连接，可视化支撑裂缝系统与排出系统连接，排出系统和可视化支撑裂缝系统分别与计算机分析系统连接；所述模拟装置可模拟在不同地层压力、流量、煤粉含量、支撑裂缝形态和倾角等条件下，煤粉在支撑裂缝中的分散和团聚行为，评价煤粉对支撑裂缝导流能力的影响和煤粉运动对支撑裂缝中流体压力的扰动。本发明专利技术的有益效果：仿真性强、集成度高，模拟结果可有效指导煤层气井生产实践。

A simulation device and method for agglomeration and dispersion of pulverized coal in supporting cracks

【技术实现步骤摘要】
一种支撑裂缝内煤粉团聚和分散行为的模拟装置及方法
本专利技术涉及一种模拟装置，尤其涉及一种支撑裂缝内煤粉团聚和分散行为的模拟装置及方法。
技术介绍
我国煤层气资源储量巨大，位居世界第三。煤层气是一种清洁能源，煤层气的开发利用不仅有利于环境保护，而且可以补充我国能源缺口，同时保障煤矿安全生产。目前，我国已建成沁水盆地和鄂尔多斯盆地东缘两大煤层气产业化基地，同时新疆准南、内蒙古二连盆地等地区煤层气开发潜力巨大，是我国未来煤层气开发的战略接替区。部分地区的煤储层由于沉积和构造原因，煤储层倾角变化较大，从水平到近直立均有存在。煤层气开发过程中，需要对煤储层进行压裂改造，在煤储层中形成用石英砂或陶粒等支撑剂支撑的导流裂缝(简称支撑裂缝)，然后压裂液和地层水从支撑裂缝中通过井筒返排到地面，随着流体的排出，待储层流体压力降至煤层气临界解吸压力后，煤层气开始解吸并产出。在排采初期，返排流体为单相流，即排采的液体几乎全部为压裂液和地层水；排采中期，随着煤层气的产出，流体变为气液两相流，地层水和煤层气共同采出；排采后期，地层水减少、煤层气气相含量占主导，但由于钻具和支撑剂等对煤储层的机械打磨会产生煤粉，且煤储层中本身含有天然煤粉，因此在排采过程中，煤粉以不同状态(分散和聚集)在压裂液或者地层水的携带作用下进入支撑裂缝中，堵塞支撑剂间隙，从而抑制流体产出，造成储层伤害，严重制约和影响煤层气井产能。因此，对煤粉团聚和分散状态的模拟以及煤粉对支撑裂缝影响的评价尤为重要。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种支撑裂缝内煤粉团聚和分散行为的模拟装置，用于模拟在不同地层压力、流量、煤粉含量、支撑裂缝形态和倾角等条件下，煤粉在支撑裂缝中的分散-团聚行为，并评价支撑裂缝的导流能力和煤粉运动对支撑裂缝中流体压力的扰动。本专利技术提供一种支撑裂缝内煤粉团聚和分散行为的模拟装置，包括注入系统、可视化支撑裂缝系统、排出系统、以及计算机分析系统，所述可视化支撑裂缝系统与所述注入系统、所述排出系统通过连接管路(3)连通，所述计算机分析系统用于获取并分析煤粉在所述可视化支撑裂缝系统中的团聚和分散行为的数据；所述注入系统包括水池(1)、水泵(2)、三通连接器(8)、气源(13)，其中，所述水池(1)内装有纯液体和煤粉混合形成的分散系；所述水泵(2)、所述气源(13)、以及所述可视化支撑裂缝系统通过所述三通连接器(8)、连接管路(3)连通在一起，所述水泵(2)放置在水池(1)中，将水池(1)中的分散系压入连接管路(3)；所述可视化支持裂缝系统包括支撑裂缝模拟装置(16)、用于托举并固定所述支撑裂缝模拟装置(16)的支架(17)、用于填充所述支撑裂缝模拟装置(16)的模拟支撑剂(38)、设在所述支撑裂缝模拟装置(16)的外表面上的第一摄像头(18)和第二摄像头(19)、设在所述支撑裂缝模拟装置(16)的内壁上的第一压力传感器(20)和第二压力传感器(21)，其中，所述支撑裂缝模拟装置(16)的前端连接所述注入系统，后端连接所述排出系统；所述支架(17)活动安装在所述支撑裂缝模拟装置(16)的中间段，所述支架(17)的高度可调节，且所述支撑裂缝模拟装置(16)可绕所述支架(17)进行0-180度旋转；所述排出系统包括固液分离器(30)、高精度电子秤(32)、以及集液池(35)，其中，所述固液分离器(30)用于过滤并保留经所述支撑裂缝模拟装置(16)后产出的煤粉，所述固液分离器(30)的上端接口通过连接管路(3)与所述支撑裂缝模拟装置(16)的后端连通；所述集液池(35)放置在所述固液分离器(30)的下方，用于收集所述固液分离器(30)分离出的液体；所述高精度电子秤(32)用于称量所述固液分离器(30)滤出的煤粉质量。进一步地，所述注入系统还包括第一调节阀(4)、第一压力表(5)、第一流量计(6)、第一单向阀(7)、第二单向阀(9)、第二流量计(10)、第二压力表(11)、第二调节阀(12)、第三流量计(14)、以及第三压力表(15)，其中，所述水泵(2)的液相出口端与所述第一调节阀(4)连接，所述三通连接器(8)的连通水泵(2)的一端与所述第一单向阀(7)连接，所述第一压力表(5)、所述第一流量计(6)则安装在所述第一调节阀(4)与所述第一单向阀(7)之间的连接管路(3)上；所述气源(13)与所述第二调节阀(12)连接，所述三通连接器(8)的连通气源(13)的一端与所述第二单向阀(9)连接，所述第二流量计(10)、所述第二压力表(11)则安装在所述第二调节阀(12)与所述第二单向阀(9)的之间的连接管路(3)上；所述第三流量计(14)、所述第三压力表(15)安装在所述三通连接器(8)与所述可视化支撑裂缝系统连通的连接管路(3)上。进一步地，所述排出系统还包括第四流量计(26)、第四压力表(27)、第三调节阀(28)、以及第三单向阀(29)，其中，所述固液分离器(30)的上端接口通过连接管路(3)依次与所述第三单向阀(29)、所述第三调节阀(28)、所述第四压力表(27)、所述第四流量计(26)、以及所述支撑裂缝模拟装置(16)的后端连接。进一步地，所述计算机分析系统包括与所述第一压力传感器(20)通过数据线缆(24)连接的第一外部存储器(22)、与所述第二压力传感器(21)通过数据线缆(24)连接的第二外部存储器(23)、以及安装有颗粒图像分析软件的计算机(25)，所述第一外部存储器(22)、所述第二外部存储器(23)、所述第一摄像头(18)、所述第二摄像头(19)均通过数据线缆(24)与所述计算机(25)连接。进一步地，所述计算机分析系统还包括玻片(33)和显微镜(34)，所述玻片(33)包括载玻片和盖玻片，用于放置从固液分离器(30)中滤出的煤粉样品，所述显微镜(34)通过数据线缆(24)连接计算机(25)，用于观测所述玻片(33)中的煤粉样品，并在所述计算机(25)中显示成像信息。进一步地，所述气源(13)为高压气瓶或空气压缩机。进一步地，所述支撑裂缝模拟装置(16)为长方体或圆筒型可密封结构，采用无色透明的高强度塑料制成。进一步地，所述模拟支撑剂(38)为无色或浅色透明的圆球形状，粒径在1mm-1cm之间。本专利技术还提供一种支撑裂缝内煤粉团聚和分散行为的模拟方法，用于上述模拟装置，包括以下步骤：S1、组装支撑裂缝内煤粉团聚和分散行为的模拟装置，并保证所有设备、控制阀以及单向阀均处于关闭状态；在支撑裂缝模拟装置(16)中装入模拟支撑剂(38)，并使所述模拟支撑剂(38)排列密实、相互之间不发生滑移，调节支架(17)，使所述支撑裂缝模拟装置(16)保持设定的倾斜角；S2、在水池(1)中装入液体并加入一定量煤粉，搅拌均匀形成分散系；将水泵(2)放入所述分散系中并保持一定的沉没度，打开第一单向阀(7)、第三单向阀(29)、高精度电子秤(32)、第一摄像头(18)、第二摄像头(19)、第一压力传感器(20)、第二压力传感器(21)、计算机(25)、以及显微镜(本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种支撑裂缝内煤粉团聚和分散行为的模拟装置，其特征在于，包括注入系统、可视化支撑裂缝系统、排出系统、以及计算机分析系统，所述可视化支撑裂缝系统与所述注入系统、所述排出系统通过连接管路(3)连通，所述计算机分析系统用于获取并分析煤粉在所述可视化支撑裂缝系统中的团聚和分散行为的数据；/n所述注入系统包括水池(1)、水泵(2)、三通连接器(8)、气源(13)，其中，所述水池(1)内装有纯液体和煤粉混合形成的分散系；所述水泵(2)、所述气源(13)、以及所述可视化支撑裂缝系统通过所述三通连接器(8)、连接管路(3)连通在一起，所述水泵(2)放置在水池(1)中，将水池(1)中的分散系压入连接管路(3)；/n所述可视化支持裂缝系统包括支撑裂缝模拟装置(16)、用于托举并固定所述支撑裂缝模拟装置(16)的支架(17)、用于填充所述支撑裂缝模拟装置(16)的模拟支撑剂(38)、设在所述支撑裂缝模拟装置(16)的外表面上的第一摄像头(18)和第二摄像头(19)、设在所述支撑裂缝模拟装置(16)的内壁上的第一压力传感器(20)和第二压力传感器(21)，其中，所述支撑裂缝模拟装置(16)的前端连接所述注入系统，后端连接所述排出系统；所述支架(17)活动安装在所述支撑裂缝模拟装置(16)的中间段，所述支架(17)的高度可调节，且所述支撑裂缝模拟装置(16)可绕所述支架(17)进行0-180度旋转；/n所述排出系统包括固液分离器(30)、高精度电子秤(32)、以及集液池(35)，其中，所述固液分离器(30)用于过滤并保留经所述支撑裂缝模拟装置(16)后产出的煤粉，所述固液分离器(30)的上端接口通过连接管路(3)与所述支撑裂缝模拟装置(16)的后端连通；所述集液池(35)放置在所述固液分离器(30)的下方，用于收集所述固液分离器(30)分离出的液体；所述高精度电子秤(32)用于称量所述固液分离器(30)滤出的煤粉质量。/n...

【技术特征摘要】
1.一种支撑裂缝内煤粉团聚和分散行为的模拟装置，其特征在于，包括注入系统、可视化支撑裂缝系统、排出系统、以及计算机分析系统，所述可视化支撑裂缝系统与所述注入系统、所述排出系统通过连接管路(3)连通，所述计算机分析系统用于获取并分析煤粉在所述可视化支撑裂缝系统中的团聚和分散行为的数据；
所述注入系统包括水池(1)、水泵(2)、三通连接器(8)、气源(13)，其中，所述水池(1)内装有纯液体和煤粉混合形成的分散系；所述水泵(2)、所述气源(13)、以及所述可视化支撑裂缝系统通过所述三通连接器(8)、连接管路(3)连通在一起，所述水泵(2)放置在水池(1)中，将水池(1)中的分散系压入连接管路(3)；
所述可视化支持裂缝系统包括支撑裂缝模拟装置(16)、用于托举并固定所述支撑裂缝模拟装置(16)的支架(17)、用于填充所述支撑裂缝模拟装置(16)的模拟支撑剂(38)、设在所述支撑裂缝模拟装置(16)的外表面上的第一摄像头(18)和第二摄像头(19)、设在所述支撑裂缝模拟装置(16)的内壁上的第一压力传感器(20)和第二压力传感器(21)，其中，所述支撑裂缝模拟装置(16)的前端连接所述注入系统，后端连接所述排出系统；所述支架(17)活动安装在所述支撑裂缝模拟装置(16)的中间段，所述支架(17)的高度可调节，且所述支撑裂缝模拟装置(16)可绕所述支架(17)进行0-180度旋转；
所述排出系统包括固液分离器(30)、高精度电子秤(32)、以及集液池(35)，其中，所述固液分离器(30)用于过滤并保留经所述支撑裂缝模拟装置(16)后产出的煤粉，所述固液分离器(30)的上端接口通过连接管路(3)与所述支撑裂缝模拟装置(16)的后端连通；所述集液池(35)放置在所述固液分离器(30)的下方，用于收集所述固液分离器(30)分离出的液体；所述高精度电子秤(32)用于称量所述固液分离器(30)滤出的煤粉质量。


2.根据权利要求1所述的支撑裂缝内煤粉团聚和分散行为的模拟装置，其特征在于，所述注入系统还包括第一调节阀(4)、第一压力表(5)、第一流量计(6)、第一单向阀(7)、第二单向阀(9)、第二流量计(10)、第二压力表(11)、第二调节阀(12)、第三流量计(14)、以及第三压力表(15)，其中，所述水泵(2)的液相出口端与所述第一调节阀(4)连接，所述三通连接器(8)的连通水泵(2)的一端与所述第一单向阀(7)连接，所述第一压力表(5)、所述第一流量计(6)则安装在所述第一调节阀(4)与所述第一单向阀(7)之间的连接管路(3)上；
所述气源(13)与所述第二调节阀(12)连接，所述三通连接器(8)的连通气源(13)的一端与所述第二单向阀(9)连接，所述第二流量计(10)、所述第二压力表(11)则安装在所述第二调节阀(12)与所述第二单向阀(9)的之间的连接管路(3)上；
所述第三流量计(14)、所述第三压力表(15)安装在所述三通连接器(8)与所述可视化支撑裂缝系统连通的连接管路(3)上。


3.根据权利要求1所述的支撑裂缝内煤粉团聚和分散行为的模拟装置，其特征在于，所述排出系统还包括第四流量计(26)、第四压力表(27)、第三调节阀(28)、以及第三单向阀(29)，其中，所述固液分离器(30)的上端接口通过连接管路(3)依次与所述第三单向阀(29)、所述第三调节阀(28)、所述第四压力表(27)、所述第四流量计(26)、以及所述支撑裂缝模拟装置(16)的后端连接。


4.根据权利要求1所述的支撑裂缝内煤粉团聚和分散行为的模拟装置，其特征在于，所述计算机分析系统包括与所述第一压力传感器(20)通过数据线缆(24)连接的第一外部存储器(22)、与所述第二压力传感器(21)通过数据线缆(24)连接的第二外部存储器(23)、以及安装有颗粒图像分析软件的计算机(25)，所述第一外部存储器(22)、所述第二外部存储器(23)、所述第一摄像头(18)、所述第二摄像头(19)均通过数据线缆(24)与所述计算机(25)连接。


5.根据权利要求4所述的支撑裂缝内煤粉团聚...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕帅锋，王生维，肖宇航，王小明，潘思东，张磊，乌效鸣，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：湖北;42