CN100487755C - 煤层气成藏模拟装置 - Google Patents

Abstract

本发明是一种进行煤层气成藏运聚机制和气藏模式的模拟装置。由气体增压泵、恒温柜、控制系统及计算机采集处理系统所组成。其特征是在恒温柜内有多功能岩心仓和参考缸。效果是采用多功能岩心仓结构，克服了二次采样对煤心性能产生负面影响。多功能岩心仓还可以用煤粉为试样，对煤粉试样进行测定。本煤层气成藏模拟装置能模拟出多种不同温度，不同压力，不同水动力条件下煤层气的保存条件，利用传感器和计算机采集实验数据对比、分析，研究煤层气的运移方式和气藏的封盖能力。

Description

煤层气成藏模拟装置

所属技术领域

本发明涉及一种进行煤层气的实验装置，尤其是在实验室内进行煤层气成藏运聚机制和煤层气藏模式的模拟实验装置。主要是以气体增压泵、恒温柜、仪表控制面板和计算机采集处理系统，以及本发明所设计的多功能岩心仓构成煤层气成藏模拟装置。该煤层气成藏模拟装置可模拟地层温度、压力、地层流体介质下煤层气富集成藏过程，将计算机采集得到的实验数据，经过数据处理、分析，研究煤层气运聚规律，建立煤层气成藏模式，而成为一种具有实用性的新设计适用于煤层气藏理论研究领域推广使用。

背景技术

煤层气是一种蕴藏于地层中的气体能源，研究、开发、利用煤层气对经济建设有非常重要意义。

目前，开展石油天然气的模拟研究工作较多，如利用高温高压模拟实验装置进行天然气水溶对流实验，以及油气水相渗流实验等。所使用的实验设备是针对石油天然气特点设计制造。然而，煤层气不同于石油天然气，其运聚机制和气藏模式与常规石油天然气均不相同，石油天然气实验设备难以应用到煤层气的实验技术领域。

工程技术人员为解决石油天然气模拟实验设备不能应用到煤层气实验中的问题，针对煤层气的特点研制了实验仪器。如中国专利公开号为CN2090986U，它公开了一种煤岩渗透率测定仪。该测定仪由加载系统、稳压系统、恒温系统、测试系统及数据处理系统所组成。特征是在试样的两端采用接头夹紧密封，并置于注满液体的高压缸中。在其两端的气路上安装有精密压力表，进气端与高压气瓶的高压管连接，出气端的胶管端头安装皂膜流量计；高压泵的输出胶管与高压缸的内腔相通，在高压缸体上安装有粘液压力表。将上述组合体放置于恒温柜中。采用高压泵等模拟地下1000米以内的垂深地应力，为试样加压，加压后气体通过试样的入口端并经过试样，从出口端流量计读取气体流量，测算出被测试样的渗透率，来评价煤岩透气性。

该测定仪结构比较简单，在煤岩试样的两端采用接头夹紧密封，在实验前需要对煤心试样进行加工处理，表面涂上数层硅橡胶，套上乳胶套若干层，对煤心性能、实验结果会产生负面影响。比如，乳胶套内有残留气体，会造成实验数据不稳定、有偏差等。

发明内容

本发明的目的是：克服现有的煤岩测定仪结构简单，在实验前需要对煤心进行加工处理，对煤心性能产生负面影响的缺点，本发明提供一种煤层气成藏模拟装置。该煤层气成藏模拟装置不仅能完成煤心的模拟测试，而且不需要对煤心加工处理，避免煤心加工处理对测试数据的负面影响。煤层气成藏模拟装置模拟不同温度，不同压力，不同水动力条件下煤层气保存的影响，研究煤层气的不同运移方式、不同的充注压力、不同的储盖组合条件下气藏的封盖能力，进一步分析煤层气成藏模式。

本发明的另一个目的是克服现有煤岩测定仪对被检测的煤心要求严格，仅能检测完整煤心，不能对煤粉试样进行测定的不足，提供一种煤粉支架，实现本发明不仅能测定煤心试样，对煤粉同样可以进行测试。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：煤层气成藏模拟装置是由气体增压泵、恒温柜、控制系统及计算机采集处理系统所组成。其中控制系统中包括温度控制、平流泵控制、真空泵控制；计算机采集处理系统中包括温度传感器、压力传感器，以及计算机数据处理系统，将传感器采集到的数据直接输入计算机进行处理。其特征是在恒温柜内有多功能岩心仓。多功能岩心仓的数量在1—8个之间。多功能岩心仓的结构是：在筒体内有胶筒。筒体两端有压帽，压帽与筒体螺纹连接。压帽内有封头，封头端部为圆锥体。当压帽压紧封头，封头端部圆锥体能使胶筒端口扩大紧贴筒体内壁，起到胶筒两端与筒体内壁密封作用。封头中心孔内有岩心压帽，岩心压帽与封头之间为螺纹连接。岩心压帽内有岩心堵头，岩心堵头有中心通孔。筒体中部筒壁上有通孔，通孔上接环压进气接头。多功能岩心仓两端有压力传感器和温度传感器，多功能岩心仓的进气端采用管线、阀与气体增压泵相连，为多功能岩心仓提供模拟实验压力。多功能岩心仓进气端还与平流泵、真空泵相连，另一端通过管线、阀与气液分离器相连。平流泵、真空泵、气液分离器及连接管线也设置在恒温柜内。

为解决对松散的煤粉进行测试的问题，本发明设计一种煤粉支架。其结构是在圆筒两端有端盖。端盖上均匀分布有孔，孔的直径在0.5—2毫米之间。端盖与圆筒之间采用螺纹连接。端盖内部有120—200目的筛网。将煤粉装入煤粉圆筒内，旋紧圆筒两端的端盖，其形状近似于煤心。将装有煤粉的支架安装在多功能岩心仓内，取代煤心进行实验，实现对煤粉样品同样可以进行模拟测试的目的。

实验前，需要在多功能岩心仓内安装岩心试样，多功能岩心仓内部必然存有少量剩余空气，仓内空气会影响模拟实验数据的准确性。为了使多功能岩心仓内剩余空气量得到校正，在气体增压泵到多功能岩心仓的管路上有参考缸。参考缸的结构是一个焊接的密闭压力容器，内部容积在1—3升。参考缸两端接进气管、出气管，在出气口端有温度传感器、压力传感器。参考缸设置在恒温柜内。

本发明的有益效果是，提供一种煤层气成藏模拟装置。该装置采用多功能岩心仓结构，在实验前不需要对煤心进行加工处理，克服了二次采样对煤心性能产生负面影响的缺点，本发明的多功能岩心仓还可以以煤粉为试样，对煤粉试样进行测定，克服了仅能对煤心性能测试的缺点。本煤层气成藏模拟装置能模拟出多种不同温度，不同压力，不同水动力条件下煤层气的保存条件，利用传感器和计算机采集实验数据，进行对比、分析，研究煤层气的运移方式和气藏的封盖能力。采用本发明对煤心、煤粉进行多次成功模拟实验，收到意想不到的效果，能实现全岩心(井口取心)的单因素模拟，同时能兼顾水文地质条件实现系统模拟。是一种具有创造性的新设计。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的流程示意图。是一个实施例，也是参考缸(3)、安全阀(4)、气体增压泵(5)、环压进气管(6)、多功能岩心仓(7)、气液分离器(8)、平流泵(9)、真空泵(10)之间的安装位置和连接关系示意图。

图2是煤层气成藏模拟装置的多功能岩心仓(7)结构示意图。

图3是煤粉支架结构示意图。

图4是参考缸(3)结构示意图。

图中，1.压力传感器，2.温度传感器，3.参考缸，4.安全阀，5.气体增压泵，6.环压进气管，7.多功能岩心仓，8.气液分离器，9.平流泵，10.真空泵，11.岩心堵头，12.岩心压帽，13.封头，14.压帽，15.筒体，16.胶筒，17.煤心，18.环压进气接头，19.孔，20.端盖，21.筛网，22.圆筒，23.煤粉。

具体实施方式

图1，煤层气成藏模拟装置的气体增压泵(5)是一个柱塞泵。恒温柜的最高温度为100℃。其控制系统中包括温度控制、平流泵(9)控制、真空泵(10)控制；计算机采集处理系统中包括温度传感器(2)、压力传感器(1)，计算机。压力传感器(1)、温度传感器(2)各安装5个。分别安装在多功能岩心仓(7)的两端，一端各一个；参考缸(3)的出口端各安装一个。传感器(1)(2)所采集到的数据直接输入计算机进行处理。在恒温柜内设置了2个多功能岩心仓(7)和一个参考仓(3)。2个多功能岩心仓(7)结构相同，规格不同。较大的多功能岩心仓(9)的结构是：图2，在筒体(15)长度700毫米，内径为90毫米，外径为120毫米。筒体(15)内有胶筒(16)，胶筒(16)长度600毫米，内径为70毫米，外径为85毫米。筒体(15)两端有压帽(14)，压帽(14)与筒体(15)螺纹连接。压帽(14)内有封头(13)，封头(13)端部为圆锥体。当压帽(14)压紧封头(13)，封头(13)端部圆锥体能使胶筒(16)端口扩大紧贴筒体(15)内壁，胶筒(16)两端与筒体(15)内壁密封。封头(13)中心孔内有岩心压帽(12)，岩心压帽(12)与封头(13)之间螺纹连接。岩心压帽(12)内有岩心堵头(11)，岩心堵头(11)有中心通孔，通孔直径为5毫米。筒体(15)中部筒壁上有通孔，通孔上接环压进气接头(18)。环压进气接头(18)接环压进气管(6)。本实施例采用两个规格不同的多功能岩心仓(7)，相互并联有一起。实验时，将煤心(17)安放在胶筒(16)内。环压进气管(6)的压力达到30MPa时，胶筒(16)将煤心(17)的柱面密闭。多功能岩心仓(7)两端有压力传感器(1)和温度传感器(2)。多功能岩心仓(7)的进气端采用管线、阀与气体增压泵(5)相连，为多功能岩心仓(7)提供模拟实验压力，最高压力为20MPa。在多功能岩心仓(7)进气端还与平流泵(9)、真空泵(10)相连，另一端通过管线、阀与气液分离器(8)相连。参考缸(3)的容积为2升，采用不锈钢板焊接，耐压20MPa。参考缸(3)两端接进气管、出气管，在出气口端有温度传感器(2)、压力传感器(1)。在气体增压泵(5)与参考缸(3)之间的管线上有安全阀(4)。平流泵(9)、真空泵(10)、气液分离器(8)及连接管线也设置在恒温柜内。

实施例2：与实施例1基本相同，不同点是，在多功能岩心仓(7)内有煤粉支架。煤粉支架的圆筒(22)外径为65毫米，内径55毫米，两端有端盖(20)。端盖(20)上均匀分布有直径为1.5毫米的孔。端盖(20)与圆筒(22)之间采用螺纹连接。端盖(20)内有150目的筛网。

计算机采集软件系统，不属于本发明保护范围，不详细叙述。操作本发明进行实验的过程，地质实验员能完成，不详细叙述。

Claims (4)

1、一种在实验室内进行煤层气成藏运聚机制和气藏模式的煤层气成藏模拟装置，是由气体增压泵(5)、恒温柜、控制系统及计算机采集处理系统所组成，其中控制系统中包括温度控制、平流泵控制、真空泵控制；计算机采集处理系统中包括温度传感器(2)、压力传感器(1)，以及计算机数据处理系统，将传感器(1)(2)采集到的数据直接输入计算机进行处理，其特征在于：在恒温柜内有多功能岩心仓(7)，多功能岩心仓(7)的数量在1一8个之间，多功能岩心仓(7)的结构是：在筒体(15)内有胶筒(16)，筒体(15)两端有压帽(14)，压帽(14)与筒体(15)螺纹连接，压帽(14)内有封头(13)，封头(13)端部为圆锥体，封头(13)中心孔内有岩心压帽(12)，岩心压帽(12)与封头(13)之间为螺纹连接，岩心压帽(12)内有岩心堵头(11)，岩心堵头(11)有中心通孔，筒体(15)中部筒壁上有通孔，通孔上接环压进气接头(18)，多功能岩心仓(7)两端有压力传感器(1)和温度传感器(2)，多功能岩心仓(7)的进气端采用管线、阀与气体增压泵相连，多功能岩心仓(7)进气端还与平流泵(9)、真空泵(10)相连，另一端通过管线、阀与气液分离器(8)相连，平流泵(9)、真空泵(10)、气液分离器(8)及连接管线也设置在恒温柜内。

2、如权利要求1所述的煤层气成藏模拟装置，其特征在于：多功能岩心仓(7)内有煤粉支架，煤粉支架结构是在圆筒(22)两端有端盖(20)，端盖(20)上均匀分布有孔(19)，孔(19)的直径在0.5一2毫米之间，端盖(20)与圆筒(22)之间采用螺纹连接，端盖(20)内部120一200目的筛网(21)。

3、如权利要求1所述的煤层气成藏模拟装置，其特征在于：在气体增压泵(5)到多功能岩心仓(7)的管路上有参考缸(3)，参考缸(3)的结构是一个焊接的密闭压力容器，内部容积1一3升，参考缸(3)两端接进气管、出气管，在出气口端有温度传感器(2)、压力传感器(1)，参考缸(3)设置在恒温柜内，进口连接气体增压泵(5)，出口连接多功能岩心仓(7)。

4、如权利要求1、或2、或3所述的煤层气成藏模拟装置，其特征在于：多功能岩心仓(7)的数量为2个。

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