多场耦合下煤层气井井周围岩形变可视化模拟装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了多场耦合下煤层气井井周围岩形变可视化模拟装置，包括可视化物理模拟试验系统、气体模拟系统、液压加载系统和电加热温度加载系统，可视化物理模拟试验系统包括由固定承压板与五个移动承压板构成正方体密封室，五个移动承压板的加压方向均垂直于自身平面，固定承压板和五个移动承压板的内表面均设置有类蜂窝状的微小孔，电加热温度加载系统、液压加载系统和气体模拟系统分别用于对正方体密封室内的煤岩试件进行温度、压力和气体的加载。该模拟装置所提供的模拟试验环境能同时五个方向进行加温、加压和加气，更符合实际钻井过程的地层环境，模拟试验结果的准确度更高，可为煤层气水平井钻井过程的顺利完成提供强有力的施工指导。强有力的施工指导。强有力的施工指导。

【技术实现步骤摘要】
多场耦合下煤层气井井周围岩形变可视化模拟装置


[0001]本技术涉及煤层气水平井钻井模拟试验
，具体为一种多场耦合下煤层气井井周围岩形变可视化模拟装置。

技术介绍

[0002]煤层气是形成于煤层又储集于煤层中的一种自生自储式非常规天然气，主要由甲烷（含量超过95%）和极少量较重的烃类（大部分为乙烷和丙烷）以及氮气、二氧化碳组成。我国煤层气资源极其丰富，但普遍属于低压、低孔和低渗储层，致使煤层气难以开采，效果甚差。因此，在煤层气开采过程中，人们经常会从煤储层中提取煤岩试样对其进行井壁稳定性分析，其目的是通过各种热力学实验分析出井周围岩的温度、应力和煤层气渗流变化规律和变形破坏情况等，从而确定合理的钻井液密度窗口，确保煤层气水平井钻井过程顺利完成。
[0003]在煤层气水平井开采过程中，井眼稳定性问题日益突出，煤层气井井周围岩的失稳破坏是煤岩体在钻井工程扰动下，受应力、温度和气体渗流场等因素多场耦合作用综合影响的复杂热动力学问题。煤层气井钻井过程破坏了原始地层环境，受地应力重分布、温度场和气体渗流场等因素变化的影响，井周煤岩原生结构会受到严重破坏，造成煤岩破碎、裂隙发育，致使煤岩力学强度显著降低，从而影响煤层气水平井井壁稳定性。
[0004]水平井开采是煤层气开发的主要钻井手段，但有关水平井井眼稳定的研究并不多见。钻井液性能不稳定、密度窗口设计不合理、清水充气不均等是欠平衡多分支井钻井水平段煤层破坏和井壁失稳的主要原因。煤层气储层井周煤岩失稳力学机理表现为受自身结构与所处地层环境变化影响的煤岩与煤层气多场耦合热动力学演化过程。目前，在钻井工程扰动导致地应力重分布、破坏原始地层温度及煤层气聚积等情况下，针对煤岩与煤层气多场耦合的热动力学行为特性研究鲜有报道，其基础理论及井周稳定关键技术成果极为匮乏，缺乏研究煤层气水平井井周稳定的现场先导实验、尚无较为准确的理论模型定量确定破裂压力和坍塌压力、井周失稳的机制尚不明确、缺少行之有效的煤层气水平井防喷防塌措施等。
[0005]目前对煤层气井井周围岩的研究主要是利用常规三轴力学实验装置（伪三轴、真三轴实验装置等）对标准圆柱体煤岩试件进行三轴力学特性测试、变形破坏及气体渗流情况分析等，但这些实验装置所提供的实验环境条件与煤层气井井下地层环境实际情况有很大差别，并且忽略了钻井工程扰动对实验结果的的显著影响，并不能反映在钻井工程扰动下煤层气水平井井周围岩的变形破坏情况及应力、温度和煤层气渗流变化情况，其实验结果的可靠性十分有限，并不能为煤层气水平井钻井过程的顺利完成提供强有力的施工指导。

技术实现思路

[0006]本技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种多场耦合下煤层气井井周
围岩形变可视化模拟装置，能从多个方位准确模拟井周围岩的压力、温度和煤层气渗流情况，模拟试验环境更加贴合实际钻井过程的地层环境，同时还能获得在钻井工程扰动的多场耦合作用下煤层气水平井井周围岩的变形破坏情况及应力、温度和气体渗流变化规律。
[0007]本技术的目的是通过以下技术方案来实现的：多场耦合下煤层气井井周围岩形变可视化模拟装置，包括可视化物理模拟试验系统、气体模拟系统、液压加载系统和电加热温度加载系统；
[0008]所述可视化物理模拟试验系统包括固定承压板和五个移动承压板，所述固定承压板与所述五个移动承压板构成正方体密封室，所述正方体密封室用于装载煤岩试件，所述五个移动承压板的加压方向均垂直于自身平面，所述固定承压板和五个移动承压板的内表面均设置有类蜂窝状的微小孔；
[0009]所述电加热温度加载系统用于对所述正方体密封室内的煤岩试件进行温度加载；
[0010]所述液压加载系统用于对所述正方体密封室内的煤岩试件进行压力加载；
[0011]所述气体模拟系统用于对所述正方体密封室内的煤岩试件进行气体加载。
[0012]进一步地，还包括固定挡板，所述固定承压板固定在所述固定挡板上，所述固定挡板和所述固定承压板的中心处设置有玻璃窗口，所述固定挡板靠近所述玻璃窗口的一侧架设有与所述玻璃窗口位置平行的高清摄像机。
[0013]进一步地，所述正方体密封室内煤岩试件中呈阵列式布设有压力传感器和温度传感器，所述固定承压板和固定挡板上贯穿开设有用于所述压力传感器和温度传感器布线出口的小孔，所述小孔的内壁通过密封圈进行密封。
[0014]进一步地，所述电加热温度加载系统包括电加热温度板，所述五个移动承压板的外侧均设置有所述电加热温度板。
[0015]进一步地，所述五个移动承压板上均设置有液压加载系统，所述液压加载系统包括液压动作器、定心压盘、压轴和压块，所述五个移动承压板的外侧固定有所述压块，所述压轴的一端与所述压块的中心固定，另一端与所述定心压盘的中心固定，所述定心压盘远离所述压轴一端的中心与所述液压动作器的液压伸缩轴固定，所述液压动作器的液压输入端与液压源连通，所述液压动作器上设置有液压伺服阀、载荷传感器和位移传感器。
[0016]进一步地，所述气体模拟系统包括甲烷罐和气体测量装置，所述五个移动承压板通过进气管与所述甲烷罐的出气管连通，所述出气管上设置有电磁阀，所述气体测量装置包括气体计量仪和高压气筒，所述玻璃窗口上开设有贯穿至所述正方体密封室内的出气孔，所述高压气筒通过气管连接至所述出气孔，所述出气孔的内壁与所述气管之间通过密封圈进行密封，所述气管上设置有所述气体计量仪。
[0017]进一步地，还包括控制系统，所述气体模拟系统、液压加载系统和电加热温度加载系统均与所述控制系统电性连接。
[0018]本技术的有益效果是：
[0019]（1）多场耦合下煤层气井井周围岩形变可视化模拟装置，所提供的模拟试验环境能同时五个方向进行加压、加温和加气，更符合实际钻井过程的地层环境，因此模拟试验结果准确度更高。
[0020]（2）多场耦合下煤层气井井周围岩形变可视化模拟装置，可实现在钻井过程中煤层气水平井井周围岩变形破坏情况的可视化动态监测。
[0021]（3）多场耦合下煤层气井井周围岩形变可视化模拟装置，可实现在钻井过程中煤层气水平井井周围岩应力、温度和煤层气渗流变化情况的实时动态监测。
附图说明
[0022]图1为本技术多场耦合下煤层气井井周围岩形变可视化模拟装置的整体结构示意图；
[0023]图2为本技术多场耦合下煤层气井井周围岩形变可视化模拟装置中可视化物理模拟系统的立体图；
[0024]图3为本技术多场耦合下煤层气井井周围岩形变可视化模拟装置中正方体密封室内部结构示意图；
[0025]图中，1
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固定承压板，2
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移动承压板，3
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蜂窝孔，4
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固定挡板，5
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压力传感器，6
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温度传感器，7
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电加热温度板，8
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甲烷罐，9
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气体计量仪，10
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.多场耦合下煤层气井井周围岩形变可视化模拟装置，其特征在于，包括可视化物理模拟试验系统、气体模拟系统、液压加载系统和电加热温度加载系统；所述可视化物理模拟试验系统包括固定承压板（1）和五个移动承压板（2），所述固定承压板（1）与所述五个移动承压板（2）构成正方体密封室，所述正方体密封室用于装载煤岩试件，所述五个移动承压板（2）的加压方向均垂直于自身平面，所述固定承压板（1）和五个移动承压板（2）的内表面均设置有类蜂窝状的微小孔（3）；所述电加热温度加载系统用于对所述正方体密封室内的煤岩试件进行温度加载；所述液压加载系统用于对所述正方体密封室内的煤岩试件进行压力加载；所述气体模拟系统用于对所述正方体密封室内的煤岩试件进行气体加载。2.根据权利要求1所述的多场耦合下煤层气井井周围岩形变可视化模拟装置，其特征在于，还包括固定挡板（4），所述固定承压板（1）固定在所述固定挡板（4）上，所述固定挡板（4）和所述固定承压板（1）的中心处设置有玻璃窗口，所述固定挡板（4）靠近所述玻璃窗口的一侧架设有与所述玻璃窗口位置平行的高清摄像机（16）。3.根据权利要求1所述的多场耦合下煤层气井井周围岩形变可视化模拟装置，其特征在于，所述正方体密封室内煤岩试件中呈阵列式布设有压力传感器（5）和温度传感器（6），所述固定承压板（1）和固定挡板（4）上贯穿开设有用于所述压力传感器（5）和温度传感器（6）布线出口的小孔，所述小孔的内壁通过密封圈进行密封。4.根据权利要求3所述的多场耦合下煤层气井井周围岩形变可视化模拟装置，其特征在于，所述电...

【专利技术属性】
技术研发人员：张千贵，刘金华，范翔宇，赵世林，梁永昌，侯康康，张明明，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：新型
国别省市：