气-水两相流诱发裂隙内煤粉启动运移可视化系统、方法技术方案

本发明专利技术属于煤层气开发技术领域，公开了气

【技术实现步骤摘要】
气
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水两相流诱发裂隙内煤粉启动运移可视化系统、方法


[0001]本专利技术属于煤层气开发
，尤其涉及一种煤层裂隙内气
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水两相流诱发煤粉启动运移可视化系统、方法。

技术介绍

[0002]目前，煤岩具有质地坚硬，但性质脆、易破裂的特点，其抗压/ 抗拉强度低、泊松比大，极小的应力扰动都会诱发煤岩结构发生变化，导致煤粉颗粒产生。在煤层气井排采过程中，煤粉随流体启动
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运移，不但会堵塞渗流通道(割理/裂隙和支撑裂缝)，伤害煤层渗透率，而且还会诱发井筒堵塞、埋泵、卡泵、泵漏等问题，严重破坏煤层气井连续、稳定、高效排采。矿场测试表明，出煤粉问题贯穿于煤层气井排采的各个阶段，尤其以气
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水两相流阶段最为严重，该阶段产气、产水量剧烈波动，修井作业频率陡增。鉴于两相流阶段的产出煤粉多源于割理/裂隙系统，揭示该阶段割理/裂隙内的煤粉启动
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运移规律，并基于此提出科学合理的管控措施，是保障两相流阶段煤层气井高产稳产的关键。
[0003]目前，研究煤层割理/裂隙内的煤粉启动
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运移规律的方法可归纳为岩心驱替法和可视化方法两类，其中可视化方法较岩心驱替法更具直观性，更能全方位刻画煤粉运移细节。据检索，申请号为 201220667159.5的中国专利公开了“裂缝内煤粉运移规律可视化实验装置”，该装置采用两个有机玻璃板模拟煤层裂缝空间，并通过高清摄像设备记录裂缝内的煤粉运移行为。然而，裂隙内的煤粉运移规律与裂隙的表面理化性能(润湿性、电化学性、粗糙度等)密切相关，有机玻璃板表面理化性能与煤层裂隙面具有明显差异，因此，采用有机玻璃板难以真实刻画煤层裂隙内的煤粉运移行为。申请号为 201310055324.0的中国专利公开了“煤层气储层煤粉产生、运移、沉降、堵塞动态评价仪”，该评价仪装备有可视化岩心夹持器，可在模拟现场工况条件下，通过成像技术观测观测煤样表面天然裂隙及其内部的煤粉形成、运移、沉降、堵塞规律。然而，该专利提供的实验方案中煤样无法重复利用，因此，难以开展气
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水两相流诱发裂隙内煤粉启动
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运移的影响因素研究，在应用功能方面具有一定局限性。
[0004]通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
[0005](1)现有技术中，基于玻璃板制作的人造裂隙，难以还原煤层天然裂隙的表面性能，无法真实模拟煤粉启动
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运移行为，获得的相关信息准确性差；
[0006](2)现有技术中，基于煤样中的天然裂隙开展煤粉启动
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运移可视化实验，尽管可真实再现煤粉的启动
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运移行为，但难以实现天然裂隙的重复利用，故无法开展煤粉启动
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运移行为的影响因素研究，实验系统功能较为单一；
[0007](3)现有技术中，多采用结构较为复杂的岩心夹持装置，对人造裂隙或天然裂隙的宽度进行调节，实验过程操作繁琐，而且成本较高。
[0008]鉴于此，本专利技术提出一种煤层裂隙内气
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水两相流诱发煤粉启动运移可视化系统及方法。该专利技术基于硅橡胶包裹的煤岩薄片，采用三点弯曲法制备人造裂隙，并通过螺旋定位器对人造裂隙宽度进行调控，即模拟了真实的煤层裂隙表面理化性能，又能实现煤样的
重复利用以及裂隙宽度的自由调节。该专利技术对于揭示煤层气井气
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水合采阶段裂隙内煤粉启动
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运移规律及其影响因素，进而提出针对性煤粉管控对策，实现煤层气井长期稳定产气，具有重要的现实意义。

技术实现思路

[0009]为克服相关技术中存在的问题，本专利技术公开实施例提供了一种煤层裂隙内气
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水两相流诱发煤粉启动运移可视化系统、方法。
[0010]所述技术方案如下：一种煤层裂隙内气
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水两相流诱发煤粉启动运移可视化系统，包括：
[0011]微流动单元，包括一个含人造裂隙的长方体煤岩薄片，其外围包裹有透明硅橡胶层，用于提供煤粉启动
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运移的内部空间及可视化条件，人造裂隙采用三点弯曲法进行制备，硅橡胶层内钻取有两个进出口通道与人造裂隙相通。
[0012]缝宽调节装置，包括岩块夹持器和螺旋定位器，岩块夹持器用于夹持微流动单元，螺旋定位器用于调控微流动单元内的人造裂隙宽度。
[0013]在一实施例中，所述微流动单元为含人造裂隙的长方体煤岩薄片，所述含人造裂隙的煤岩薄片外围包裹有透明硅橡胶层；
[0014]所述微流动单元包含两个进出口端，第一进出口端通过两条分支管线分别与第一阀门和第二阀门连接，第二进出口端与馏分收集器连接；
[0015]所述两条分支管线的交点与第一进出口端之间连接有压力传感器；
[0016]所述第一阀门和第二阀门的另一端分别与液体注入泵和气体注入泵连接；
[0017]所述馏分收集器配备有浊度仪，用于分析馏分收集器中液体的浊度；
[0018]所述微流动单元的上方安装有激光共聚焦显微镜，所述激光共聚焦显微镜的镜头对准人造裂隙的中心位置；
[0019]所述压力传感器和激光共聚焦显微镜与电脑连接。
[0020]在一实施例中，所述缝宽调节装置，由底座、支架、第一岩块夹持器、第二岩块夹持器以及螺旋定位器构成；
[0021]所述底座上安装有两个支架，第一岩块夹持器和第二岩块夹持器分别安装在两个所述支架上，且第一岩块夹持器和第二岩块夹持器安装于同一高度。
[0022]在一实施例中，所述第一岩块夹持器为固定构件，所述第二岩块夹持器为可移动构件；
[0023]所述第二岩块夹持器上装备有螺旋定位器，通过旋转螺旋定位器对第二岩块夹持器进行水平移动，以调整两个岩块夹持器之间的距离，实现对人造裂隙宽度的调控，人造裂隙宽度的调控范围为10～100 μm。
[0024]本专利技术的另一目的在于提供一种所述煤层裂隙内气
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水两相流诱发煤粉启动运移可视化方法包括：
[0025]样品制备：制作长方体煤岩薄片，其外围用透明硅橡胶包裹，并采用三点弯曲法对煤岩薄片进行人造造缝；
[0026]制备不同类型、不同粒级煤粉的悬浮液；
[0027]可视化实验：将煤岩薄片安装于缝宽调节装置上，通过螺旋定位器设定人造裂隙
宽度，在人造裂隙表面铺置煤粉，开展气
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水两相流诱发煤粉启动
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运移实验，并采用激光共聚焦显微镜观测记录裂隙内煤粉启动
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运移行为信息。
[0028]在一实施例中，所述样品制备包括：
[0029]将现场采集的煤样制作成长方体煤岩薄片，煤岩薄片四周用透明硅橡胶进行包裹，待硅橡胶固化后，切除多余硅橡胶至预定形状；采用三点弯曲法对煤岩薄片进行人工造缝，人工造缝方法：将制备的硅橡胶包裹煤岩薄片放置在两个支撑点上，在煤岩薄片上方施加一定载荷，直至煤岩薄片破坏一分为二，形成人本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种煤层裂隙内气
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水两相流诱发煤粉启动运移可视化系统，其特征在于，所述煤层裂隙内气
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水两相流诱发煤粉启动运移可视化系统包括：微流动单元，包括采用三点弯曲法制备的人造裂隙的长方体煤岩薄片，所述长方体煤岩薄片外围包裹有透明硅橡胶层，用于提供煤粉启动
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运移的内部空间及可视化条件；所述透明硅橡胶层内钻取有两个进出口通道与所述人造裂隙连通；缝宽调节装置，包括岩块夹持器和螺旋定位器，岩块夹持器用于夹持微流动单元，螺旋定位器用于调控微流动单元内的人造裂隙宽度。2.根据权利要求1所述的煤层裂隙内气
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水两相流诱发煤粉启动运移可视化系统，其特征在于，所述微流动单元为含人造裂隙的长方体煤岩薄片，所述含人造裂隙的煤岩薄片外围包裹有透明硅橡胶层；所述微流动单元包含两个进出口端，第一进出口端通过两条分支管线分别与第一阀门和第二阀门连接，第二进出口端与馏分收集器连接；所述两条分支管线的交点与第一进出口端之间连接有压力传感器；所述第一阀门和第二阀门的另一端分别与液体注入泵和气体注入泵连接；所述馏分收集器配备有浊度仪，用于分析馏分收集器中液体的浊度；所述微流动单元的上方安装有激光共聚焦显微镜，所述激光共聚焦显微镜的镜头对准人造裂隙的中心位置；所述压力传感器和激光共聚焦显微镜与电脑连接。3.根据权利要求1所述的煤层裂隙内气
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水两相流诱发煤粉启动运移可视化系统，其特征在于，所述缝宽调节装置由底座、支架、第一岩块夹持器、第二岩块夹持器以及螺旋定位器构成；所述底座上安装有两个支架，第一岩块夹持器和第二岩块夹持器分别安装在两个所述支架上，且第一岩块夹持器和第二岩块夹持器安装于同一高度。4.根据权利要求3所述的煤层裂隙内气
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水两相流诱发煤粉启动运移可视化系统，其特征在于，所述第一岩块夹持器为固定构件，所述第二岩块夹持器为可移动构件；所述第二岩块夹持器上装备有螺旋定位器，通过旋转螺旋定位器对第二岩块夹持器进行水平移动，以调整两个岩块夹持器之间的距离，实现对人造裂隙宽度的调控，人造裂隙宽度的调控范围为10～100μm。5.一种如权利要求1～4任意一项所述煤层裂隙内气
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水两相流诱发煤粉启动运移可视化系统的煤层裂隙内气
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水两相流诱发煤粉启动运移可视化方法，其特征在于，所述煤层裂隙内气
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水两相流诱发煤粉启动运移可视化方法包括：样品制备：制作长方体煤岩薄片，外围用透明硅橡胶包裹，并采用三点弯曲法对煤岩薄片进行人造造缝；制备不同类型、不同粒级煤粉的悬浮液；可视化实验：将煤岩薄片安装于缝宽调节装置上，通过螺旋定位器设定人造裂隙宽度，在人造裂隙表面铺置煤粉，开展气
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水两相流诱发煤粉启动
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运移实验，并采用激光共聚焦显微镜记录裂隙内煤粉启动
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运移行为信息。6.根据权利要求5所述的煤层裂隙内气
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水两相流诱发煤粉启动运移可视化方法，其特征在于，所述样品制备包括：
将现场采集的煤样制作成长方体煤岩薄片，煤岩薄片四周用透明硅橡胶进行包裹，待硅橡胶固化后，切除多余硅橡胶至预定形状；采用三点弯曲法对煤岩薄片进行人工造缝，人工造缝方法：将制备的硅橡胶包裹煤岩薄片放置在两个支撑点上，在煤岩薄片上方施加载荷，直至煤岩薄片破坏一分为二，形成人造裂隙；采用打孔器在人造裂隙的两端钻取硅橡胶层，形成人造裂隙的进液口和出液口，在进液口和出液口安装管线，且管线与硅橡胶间用胶水进行密封；将现场采集的煤样进行粉碎，采用振动筛筛析出150
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180、200
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250、300
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【专利技术属性】
技术研发人员：皇凡生，董长银，周博，王超杰，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：