一种煤粉堵塞煤层气水平井筒的模拟试验台和试验方法技术

本发明专利技术公开了一种煤粉堵塞煤层气水平井筒的模拟试验台和试验方法，涉及煤层气开采技术领域，试验台包括模拟煤层气开采时的水平段井筒的模拟水平井筒、混匀煤浆与甲烷的储液箱，模拟水平井筒的左端与出液管相连接，右端与进液管的一端相连接，进液管的另一端与储液箱的出液口相连接，储液箱的进液口通过高压管线与注气泵的出气口相连接。本发明专利技术的有益效果是，基于现场观测的井底压力、温度数据，可以真实反映井筒堵塞的实际特征，并可以直观地观测模拟水平井筒内的煤粉运移和堵塞特征，分析煤粉堵塞水平井筒的发生条件。

【技术实现步骤摘要】
一种煤粉堵塞煤层气水平井筒的模拟试验台和试验方法
本专利技术涉及煤层气开采
，尤其涉及一种煤粉堵塞煤层气水平井筒的模拟试验台和试验方法。
技术介绍
当前，煤层气的生产通常采用地面井抽采的方式，通过在地面垂向布置井筒至煤层中，在储层压力作用下，煤层气解吸、扩散，并最终渗流汇集至井筒中。水平井开采的设计方法，使得煤层气井与煤层具有更大的接触面积，显著提升煤层气的单井产量。煤储层作为低渗透率储层，内部气体的天然渗流能力较差，通常需要进行水力压裂的方式来进行增产。在井筒布置完成和进行水力压裂之后，则正式进入了煤层气的排采阶段。值得注意的是，煤层弹性模量低，存在易碎的特性，煤储层内部含有大量煤粉，同时，煤层通常是富水储层。因此，在压裂液返排、排采的阶段，煤粉和水很容易混合在一起，形成粘稠的煤浆并在储层压力驱使下进入井筒，常会引发井筒堵塞而导致产量下降，而在煤层中含有的煤层气(主要成分为甲烷)的混合作用下，使得煤粉堵塞煤层气井筒的作用机理更加复杂。长期以来，对于煤粉堵塞井筒的研究通常采用现场产量分析推测，或者是理论分析、数值模拟的方法，并以此为基础，研发井筒解堵技术。然而，无法直观的观测井筒堵塞特征，使得对于煤粉堵塞井筒的研究无法进一步深入，这在一定程度上也限制了煤层气井筒的解堵技术的发展。基于此，本专利技术致力于研发一种煤粉堵塞煤层气水平井筒的模拟试验方法，解决现有试验方法存在的局限性问题，为排采过程中煤粉堵塞水平井筒段的作用机理提供科学有效的研究手段。
技术实现思路
为解决无法直观观测井筒堵塞的技术问题，本专利技术公开了一种煤粉堵塞煤层气水平井筒的模拟试验台和试验方法，为排采过程中煤粉堵塞水平井筒段的作用机理提供科学有效的研究手段。为实现上述目的，本专利技术采用下述技术方案：一种煤粉堵塞煤层气水平井筒的模拟试验台，包括模拟煤层气开采时的水平段井筒的模拟水平井筒、混匀煤浆与甲烷的储液箱，所述模拟水平井筒的左端与出液管相连接，右端与进液管的一端相连接，进液管的另一端与储液箱的出液口相连接，储液箱的进液口通过高压管线与注气泵的出气口相连接，注气泵的进气口与甲烷气瓶相连。作为本专利技术的进一步优选，所述储液箱的顶部设有向储液箱内装填煤粉和水的加料口，加料口处还装有密封用的顶盖；储液箱的内部还设置有对箱内流体的温度进行调节的温控装置，对箱内流体进行搅拌的搅拌器，以及监测箱内流体温度的温度传感器；储液箱的顶部安装有显示储液箱内压力的压力表。作为本专利技术的进一步优选，所述模拟水平井筒的正下方设置多台高速摄像机，高速摄像机沿模拟水平井筒横向布设，用于观测模拟水平井筒内流体的流动形态；所述模拟水平井筒设计为圆筒形结构，采用高强度透明钢化玻璃材质制成。作为本专利技术的进一步优选，在出液管上设置流量计、电控出液稳压阀和出液压力传感器；在所述进液管上设置进液压力传感器和电控进液稳压阀。作为本专利技术的进一步优选，通过计算机实现对电控出液稳压阀、电控进液稳压阀、温控装置、搅拌器、注气泵的自动控制，并接收流量计、出液压力传感器、温度传感器和进液压力传感器传送来的监测数据，高速摄像机将实时监测到的模拟水平井筒中的混合流动形态传送至计算机。本专利技术的另一个目的在于，公开了一种煤粉堵塞煤层气水平井筒的模拟试验方法，采用上述的模拟试验台，包括以下步骤：(1)监测井底压力、温度；(2)绘制参数变化曲线并编制控制程序；(3)搭建模拟试验台；(4)模拟煤粉堵塞煤层气水平井筒过程。作为本专利技术的进一步优选，步骤(1)中，首先布置煤层气井筒，在进行水力压裂前，通过电缆将温压传感器沿井筒垂向井段送入井底，进行煤层水力压裂时，启动温压传感器开始监测井底水平段的压力、温度参数，并将数据通过电缆传输至位于地面的数据采集仪。作为本专利技术的进一步优选，步骤(2)中，将数据采集仪中监测到的温度、压力数据导入计算机，选取自压裂液返排开始的监测数据，利用origin软件进行数据拟合，绘制得到温度和井底压力随时间变化的曲线，采用计算机编程方法，将温度和井底压力随时间变化的曲线编制成为伺服控制程序。作为本专利技术的进一步优选，步骤(4)具体包括：(1)将煤粉、水按照一定的质量比，通过加料口加入储液箱内，旋紧加料口处顶盖保持储液箱处于关闭状态，开启注气泵向储液箱中注入甲烷气体，至箱内压力达到6-8MPa开启搅拌器持续搅拌，将煤浆与甲烷混合均匀；(2)温度传感器将实时监测到的储液箱内流体温度数据传输至计算机，按照已编制的伺服控制程序中的温度变化设置，通过计算机控制温控装置对储液箱内流体进行温度调节，使其按照井底温度监测数据随时间变化；(3)进液压力传感器将进液管内部压力监测数据传输反馈至计算机，通过计算机控制缓慢调节电控进液稳压阀，实现对进液压力的控制，将进液管内流体压力保持在煤储层压力水平；(4)出液压力传感器将出液管内部压力监测数据传输反馈至计算机，通过计算机控制缓慢调节电控出液稳压阀，实现对出液压力的控制，按照伺服程序中的井底压力变化设置，通过计算机控制电控出液稳压阀的开度，调节出液管内部压力，使其按照井底压力监测数据随时间变化；(5)流量计实时监测出液管处的出液量，并将监测数据传输至计算机，高速摄像机实时监测模拟水平井筒中的甲烷气泡、煤浆的混合流动形态，并将视频数据传输至计算机。本专利技术的有益效果是，基于煤层气开采现场监测的井底压力和温度数据，根据数据变化特征编制伺服控制程序，搭建物理模拟试验台，进行煤粉堵塞井筒的模拟测试，可以有效模拟煤层中的煤粉、地层水、甲烷气体三相混合作用下，对井筒的堵塞过程。本专利技术提供了可行的实验室研究手段，基于现场观测的井底压力、温度数据，可以真实反映井筒堵塞的实际特征，并可以直观地观测模拟水平井筒内的煤粉运移和堵塞特征，分析煤粉堵塞水平井筒的发生条件。通过本专利技术提出的方法进行物理模拟试验，可以为研究煤层气井筒防堵技术提供科学的理论依据。附图说明图1为本专利技术实施例1结构示意图；图2为本专利技术实施例2中的温压传感器安装示意图；附图标记说明：1、电缆；2、温压传感器；3、井筒；4、数据采集仪；5、出液管；6、流量计；7、电控出液稳压阀；8、出液压力传感器；9、模拟水平井筒；10、高速摄像机；11、进液压力传感器；12、进液管；13、电控进液稳压阀；14、储液箱；15、加料口；16、温控装置；17、搅拌器；18、温度传感器；19、压力表；20、注气泵；21、甲烷气瓶；22、计算机；具体实施方式下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种煤粉堵塞煤层气水平井筒的模拟试验台，其特征在于，包括模拟煤层气开采时的水平段井筒的模拟水平井筒、混匀煤浆与甲烷的储液箱，所述模拟水平井筒的左端与出液管相连接，右端与进液管的一端相连接，进液管的另一端与储液箱的出液口相连接，储液箱的进液口通过高压管线与注气泵的出气口相连接，注气泵的进气口与甲烷气瓶相连。/n

【技术特征摘要】
1.一种煤粉堵塞煤层气水平井筒的模拟试验台，其特征在于，包括模拟煤层气开采时的水平段井筒的模拟水平井筒、混匀煤浆与甲烷的储液箱，所述模拟水平井筒的左端与出液管相连接，右端与进液管的一端相连接，进液管的另一端与储液箱的出液口相连接，储液箱的进液口通过高压管线与注气泵的出气口相连接，注气泵的进气口与甲烷气瓶相连。


2.如权利要求1所述的一种煤粉堵塞煤层气水平井筒的模拟试验台，其特征在于，所述储液箱的顶部设有向储液箱内装填煤粉和水的加料口，加料口处还装有密封用的顶盖；储液箱的内部还设置有对箱内流体的温度进行调节的温控装置，对箱内流体进行搅拌的搅拌器，以及监测箱内流体温度的温度传感器；储液箱的顶部安装有显示储液箱内压力的压力表。


3.如权利要求1所述的一种煤粉堵塞煤层气水平井筒的模拟试验台，其特征在于，所述模拟水平井筒的正下方设置多台高速摄像机，高速摄像机沿模拟水平井筒横向布设，用于观测模拟水平井筒内流体的流动形态；所述模拟水平井筒设计为圆筒形结构，采用高强度透明钢化玻璃材质制成。


4.如权利要求2所述的一种煤粉堵塞煤层气水平井筒的模拟试验台，其特征在于，在出液管上设置流量计、电控出液稳压阀和出液压力传感器；在进液管上设置进液压力传感器和电控进液稳压阀。


5.如权利要求4所述的一种煤粉堵塞煤层气水平井筒的模拟试验台，其特征在于，通过计算机实现对电控出液稳压阀、电控进液稳压阀、温控装置、搅拌器、注气泵的自动控制，并接收流量计、出液压力传感器、温度传感器和进液压力传感器传送来的监测数据，高速摄像机将实时监测到的模拟水平井筒中的混合流动形态传送至计算机。


6.一种煤粉堵塞煤层气水平井筒的模拟试验方法，采用如权利要求1-5任一所述的模拟试验台，其特征在于，包括以下步骤：
(1)监测井底压力、温度；
(2)绘制参数变化曲线并编制控制程序；
(3)搭建模拟试验台；
(4)模拟煤粉堵塞煤层气水平井筒过程。

【专利技术属性】
技术研发人员：黄启铭，程卫民，王刚，孙路路，刘义鑫，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：山东;37