CN103075144A - 煤层气井井筒煤粉沉降可视化实验装置、系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤层气井井筒煤粉沉降可视化实验装置、系统及其方法，所述实验装置包括：主井筒，其由透明材料制成，所述主井筒上沿纵向设有多个平行的注入孔转接口，所述注入孔转接口的轴线与主井筒的轴线垂直；带压煤粉添加器，在至少其中一个注入孔转接口上连接有所述带压煤粉添加器，可以承受1MPa的工作压力；清理系统，其设置在所述主井筒的底端。本发明选择从水平方向注入煤粉，可以使煤粉颗粒的初始纵向速度为零，进而可以很大程度的提高实验结果的准确性。另外，在对煤粉颗粒按目数进行筛选后，利用量筒作进一步筛选并分离出处于自然沉降状态的煤粉颗粒参与实验，可以提高实验结果的可靠性。

Description

煤层气井井筒煤粉沉降可视化实验装置、系统及其方法

技术领域

本发明是有关于一种煤层气井井筒煤粉沉降可视化实验装置、系统及其方法。

背景技术

在气田的开发过程中，井筒积液是制约气井稳产与高产的主要问题之一。气井中的液体主要来自气态烃类的凝析作用、地层中储集层的地层水或层间水。气井中的液体通常以液滴的形式分布在气相中。气体是连续相而液体是非连续相流动，液体以液滴的形式由气体携带到地面。当气相不能提供足够的能量来使井筒中的液体连续流出井口时，就会在气井井底形成积液，积液的形成将增加气层的回压。高压井中的液体以段塞流的形式存在，它会损耗更多的地层能量，限制气井的生产能力；在低压井中的积液可完全压死气井，造成气井水淹关井，使气井减产。为了保证气井的正常生产，需要及时的排出井底积液，对产水气井一般采取排液采气的方法。

煤层气井排液采气过程中，由于煤层地质条件、排采方式以及措施作业等各种因素造成煤层和井底附近的煤岩结构变化，导致煤层自由煤粉和骨架脱落煤粉随流体运移至井筒和泵筒中并携带至地面。煤层产出煤粉是煤层气井排采遇到的重要问题之一，已成为困扰煤层气商业开发的主要因素。在抽排过程中，当井筒流体携煤粉能力小于煤层的煤粉产出量时，部分煤粉颗粒在煤层下部井筒或者泵筒中堆积，一定程度后容易引发埋泵或卡泵现象，从而缩短了检泵周期，提高了煤层气井作业费用和生产成本；当流体携煤粉能力大于出煤粉量时，煤粉颗粒将被流体顺利携带至地面，而不会发生沉积。因此，及时排出产出的煤粉成为煤层气井高产、稳产的关键，防煤粉技术的研究和发展对煤层气开发具有重要意义。

井筒防煤粉是煤层气井生产系统防煤粉的一个主要途径。煤层气井排液采气时，在排采泵的抽吸作用下套管环空中小粒径的煤粉通过滤煤粉管进入井筒中。理论分析表明：煤粉颗粒在流动井液中的沉降速度应为沉降末速与井液实际流速的矢量和，即在井液流速小于煤粉沉降末速时，煤粉沉降；反之，煤粉被携带上升。然而，实际井筒中煤粉沉降受井液速度场的影响而趋于复杂，为此，需要研究井筒中煤粉颗粒的沉降规律，得到流场中煤粉沉降的特性，从而为井筒防煤粉的设计提供依据。

基于上述事实，开展关于煤层气井井筒煤粉沉降规律的物理模拟实验研究就显得非常必要。

发明内容

本发明的目的是，提供一种煤层气井井筒煤粉沉降可视化实验装置，其实验结果的可靠性较高。

本发明的另一目的是，提供一种煤层气井井筒煤粉沉降可视化实验系统。

本发明的又一目的是，提供一种煤层气井井筒煤粉沉降可视化实验方法。

本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：

一种煤层气井井筒煤粉沉降可视化实验装置，所述实验装置包括：主井筒，其由透明材料制成，所述主井筒上沿纵向设有多个平行的注入孔转接口，所述注入孔转接口的轴线与主井筒的轴线垂直；带压煤粉添加器，在至少其中一个注入孔转接口上连接有所述带压煤粉添加器，可以承受1MPa的工作压力；清理系统，其设置在所述主井筒的底端。

如上所述的煤层气井井筒煤粉沉降可视化实验装置，所述带压煤粉添加器包括注入套筒和设置在注入套筒内部的注入推杆，在注入套筒上设置有截止阀，所述注入套筒的一端连接所述注入孔转接口，另一端连接可水平移动的注入推杆。

如上所述的煤层气井井筒煤粉沉降可视化实验装置，所述带压煤粉添加器与所述注入孔转接口之间通过硅胶软管相连接，可以承受1MPa的工作压力，密封性良好，并能在流体流动过程中实现带压煤粉添加器的更换，继而实现不同目数煤粉颗粒的更换。

如上所述的煤层气井井筒煤粉沉降可视化实验装置，所述实验装置还包括回收系统，其设置在所述主井筒的顶端。

如上所述的煤层气井井筒煤粉沉降可视化实验装置，所述清理系统包括一层布筛网；所述回收系统包括多个按一定顺序上下叠置在一起的筛网，各筛网的目数不同。

一种煤层气井井筒煤粉沉降可视化实验系统，所述实验系统包括：如上述煤层气井井筒煤粉沉降可视化实验装置；标尺，其设置在所述主井筒的一侧；流体注入装置，其包括液体注入装置和气体注入装置，所述液体注入装置的一端通过煤粉过滤分离设备与所述主井筒的上端相连，液体注入装置的另一端与气体注入装置相连接，形成共结点，所述共结点通过气液两相混合器和第一节流阀与主井筒的下端相连。

如上所述的煤层气井井筒煤粉沉降可视化实验系统，所述液体注入装置包括依序连接的储水罐，离心泵，第二节流阀，液体流量计和第一单向阀，所述储水罐通过所述煤粉过滤分离设备与所述主井筒的上端相连；所述气体注入装置包括依序连接的空气压缩机，储气罐，减压阀，第三节流阀，气体流量计和第二单向阀。

一种煤层气井井筒煤粉沉降可视化实验方法，所述实验方法包括上述的煤层气井井筒煤粉沉降可视化实验系统，所述实验方法包括如下步骤：A、将煤粉颗粒用不同目数的筛网分选好；B、将分选好的不同目数的煤粉颗粒分别放入不同的量筒中，采用静态沉降的方式将沉降在各量筒下部的煤粉颗粒分离出来；C、操控所述流体注入装置，使液体、气体或气液两相流体从所述主井筒的底端进入，并从主井筒的顶端流出；D、将分离出的煤粉颗粒放入与所述注入孔转接口连接的带压煤粉添加器中，煤粉颗粒横向地被推入所述主井筒内；E、通过所述主井筒，观察煤粉颗粒在流体中的沉降实验。

如上所述煤层气井井筒煤粉沉降可视化实验方法，所述实验方法还包括步骤F、待沉降实验完成，操控所述流体注入装置，往所述主井筒内引入气液两相流体，通过调整气液两相流体的气液比，使流体在主井筒内持续出现多种流型，以将吸附在主井筒的内壁面上的煤粉颗粒清洗。

如上所述煤层气井井筒煤粉沉降可视化实验方法，所述步骤E进一步包括：直接地，或者通过在所述主井筒的一侧设置摄像设备，利用秒表连续不断地记录某煤粉颗粒通过标尺不同位置处的时间，通过绘制煤粉颗粒的s-t曲线图，分析整个实验过程中煤粉颗粒的运动规律。

本发明的特点和优点是：为了能根据实际情况更加灵活的选择煤粉颗粒的注入口位置，本实施例确定了煤粉颗粒的注入口位置为主井筒的侧面而不是顶端或底端。由于注入口转接口的轴线与主井筒的轴线垂直，即注入口转接口呈水平方向设置，在水平方向注入煤粉颗粒，基本不会影响到实验井筒内流体的流场分布，更加贴近于井筒实际情况。这样就彻底改变了只能在井筒上方注入煤粉的固定方式，从而避免了初始注入的煤粉颗粒具有向下的初速度；选择从水平方向注入煤粉，可以使煤粉颗粒的初始纵向速度为零，进而可以很大程度的提高实验结果的准确性。

另外，在对煤粉颗粒按目数进行分选后，利用量筒作进一步筛选并分离出处于自然沉降状态的煤粉颗粒参与实验，可以提高实验结果的可靠性。此外，所设计的带压煤粉添加器与所述注入孔转接口之间通过硅胶软管相连接，密封性良好，可以在1MPa的压力环境下正常工作，并能在流体流动过程中实现带压煤粉添加器的更换，继而实现不同目数煤粉颗粒的更换等操作，方便快捷。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的煤层气井井筒煤粉沉降可视化实验装置的立体示意图；

图2是本发明实施例的煤层气井井筒煤粉沉降可视化实验装置的主视示意图；

图3是本发明实施例的煤层气井井筒煤粉沉降可视化实验装置的右视示意图；

图4是本发明实施例的煤层气井井筒煤粉沉降可视化实验装置的仰视示意图；

图5是图1的A部放大示意图；

图6是图1的B部放大示意图；

图7是本发明实施例的煤层气井井筒煤粉沉降可视化实验系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

实施方式1

如图1至图6所示，本发明实施例提出了一种煤层气井井筒煤粉沉降可视化实验装置，其包括主井筒1，带压煤粉添加器2和清理系统。所述主井筒1由透明材料制成，所述主井筒1上沿纵向设有多个平行的注入孔转接口3，所述注入孔转接口3的轴线与主井筒1的轴线垂直。在至少其中一个注入孔转接口3上连接有所述带压煤粉添加器2。所述清理系统设置在所述主井筒1的底端，清理系统可以解决沉降煤粉的清理问题。

其中，主井筒1可用透明度特别高的亚克力有机玻璃管制成，提高实验结果的可信度。

本实施例中在使用时，所述主井筒1竖直放置，流体从主井筒1的底端进入主井筒1内，并从主井筒1的顶端流出。同时，将筛选好并分离出的处于沉降状态的煤粉颗粒装入带压煤粉添加器2内，通过带压煤粉添加器2向主井筒1中横向、缓慢地注入煤粉颗粒，通过主井筒1观察煤粉颗粒的沉降实验。由于主井筒1上沿纵向设有多个注入口转接口3，因此可以根据煤粉颗粒的粒径变化、流体流量大小等实际情况，合理地调整带压煤粉添加器2的位置，即合理地调整煤粉颗粒的注入位置。例如，对于处于沉降状态较多的煤粉颗粒，可以选择在主井筒1的较高位置注入煤粉颗粒；对于处于被流体携带走状态较多的煤粉颗粒，可以选择在主井筒1的较低位置注入煤粉颗粒；而对于两种状态并存的煤粉颗粒，则可以选择在主井筒1的居中位置进行煤粉颗粒的注入。

在此处，在主井筒1的上半部分平均分布着五个注入口转接口3，通过协调注入点和封闭点的位置，可以根据需要选择任一注入口转接口3作为煤粉颗粒的注入点，其它的注入口转接口3进行封闭。此外，通过调整主井筒1的方向，例如旋转180度，可以将注入点位置调整到主井筒的下半部分。

本实施例中通过带压煤粉添加器2来实现煤粉颗粒的注入，使得在一定的压力范围(例如0～1MPa)内，在带压情况下就可以进行煤粉颗粒的注入，有利于实验的顺利开展。而且，由于注入口转接口3的轴线与主井筒1的轴线垂直，即注入口转接口3呈水平方向设置，在水平方向注入煤粉颗粒，基本不会影响到实验井筒内流体的流场分布，更加贴近于井筒实际情况。这样就彻底改变了只能在井筒上方注入煤粉的固定方式，从而避免了初始注入的煤粉颗粒具有向下的初速度；选择从水平方向注入煤粉，可以使煤粉颗粒的初始纵向速度为零，进而可以很大程度的提高实验结果的准确性。

此外，本实施例可设置多个带压煤粉添加器，由于在不同实验中所注入的煤粉颗粒目数不同，对此可通过更换带压煤粉添加器2的方式来实现，也就是说，通过向多个带压煤粉添加器2内分别添加不同目数的煤粉颗粒，在进行不同目数的煤粉颗粒实验时，只需更换相应的带压煤粉添加器即可，而且，该过程是在流体流动过程中完成的，即可以实现一定压力工作环境下(例如0～1MPa)带压煤粉添加器的更换。

根据本发明的一个实施方式，所述带压煤粉添加器2包括注入套筒2a和设置在注入套筒2a内部的注入推杆2b以及设置在注入套筒2a上的截止阀2c，所述注入套筒2a的一端连接所述注入孔转接口3，另一端连接可水平移动的注入推杆2b。本实施例在使用时，将煤粉颗粒装入注入套筒2a，向内推动注入推杆2b，将煤粉颗粒横向地推入主井筒1内；煤粉颗粒通过注入推杆2b向内推入时，是在带压(0～1MPa)情况下被推入的，有利于实验的顺利开展。所述截止阀2c是一个控制带压煤粉添加器与注入点之间连通通道的开关，当截止阀2c开启时，可以保证煤粉颗粒向主井筒中的顺利注入；当截止阀2c关闭时，将断开注入套筒2a与主井筒间的连通性。

所述注入套筒2a与所述注入孔转接口3之间可通过硅胶软管4相连接。本实施例利用带压煤粉添加器2配合使用硅胶软管4的方式来注入煤粉颗粒，能很方便地更换相应的带压煤粉添加器2，从而节省了大量时间。进一步而言，当需要更换带压煤粉添加器2来注入不同目数的煤粉颗粒时，可将将硅胶软管4弯曲并用止血钳夹住，保证流体不会从硅胶软管4中流出，然后取出装有已完成实验的煤粉颗粒的带压煤粉添加器2，再更换一个装有不同目数的煤粉颗粒的带压煤粉添加器2即可，整个煤粉颗粒的更换过程可以在流体流动的过程中(工作环境的压力为1MPa)完成，而且操作简单，方便快捷。

根据本发明的一个实施方式，所述实验装置还包括回收系统，其设置在所述主井筒1的顶端。

进一步而言，所述回收系统包括多个按一定顺序上下叠置在一起的筛网，各筛网的目数不同，例如可分别为20目、40目、60目、80目、100目、120目、300目等。通过回收系统可将随流体运移出的煤粉颗粒进行回收，而且由于各筛网的目数不同，因此煤粉在回收时可对不同目数的粉煤颗粒进行分类回收。其中，所述筛网可为钢丝筛网。

所述清理系统包括一层布筛网。所述布筛网例如可为300目数的筛网，所述布筛网可使得在主井筒1底端实现颗粒密封，避免主井筒1内沉降的煤粉颗粒进入流体注入管路。

实施方式2

如图7所示，本实施例中提出了一种煤层气井井筒煤粉沉降可视化实验系统，其包括上述煤层气井井筒煤粉沉降可视化实验装置，标尺5和流体注入装置6。所述标尺5设置在所述主井筒1的一侧。所述流体注入装置6包括液体注入装置6a和气体注入装置6b，所述液体注入装置6a的一端通过煤粉过滤分离设备7与所述主井筒1的上端相连，液体注入装置6a的另一端与气体注入装置6b相连接，形成共结点6c，所述共结点6c通过气液两相混合器6d和第一节流阀6e与主井筒1的下端相连。

本实施例中具有液体注入装置6a和气体注入装置6b，在使用时，有三种流体注入形式：第一种是，仅使液体注入装置6a工作，气体注入装置6b不工作，即往主井筒1中只引入液体，以进行煤粉颗粒在液体中的沉降实验，研究煤粉颗粒在液体介质中的沉降规律。第二种是，仅使气体注入装置6b工作，液体注入装置6a不工作，即往主井筒1中只引入气体，以进行煤粉颗粒在气体中的沉降实验，研究煤粉颗粒在气体介质中的沉降规律。第三种是，使液体注入装置6a和气体注入装置6b都工作，即往主井筒1中引入气液两相流体，研究煤粉颗粒在两相流体中的沉降规律。

本实施例中，可以分别以气体(例如空气)、液体(例如水)、气液两相流体作为流体介质来开展实验。对于煤层气井，可以研究生产过程中煤粉颗粒在油套环空、油管中的沉降规律，还可以用来研究排液采气过程中油管中煤粉颗粒的沉降规律。

此外，由于在实验过程中部分煤粉颗粒在沉降过程中会吸附在主井筒1的内壁面上，这些吸附的煤粉颗粒会对实验数据的读取起到特别大的干扰作用，本实施例中，可以往主井筒1中引入气液两相流体，通过调整多相流体的气液比(不同流量的气体、液体)，可以使主井筒1中持续出现多种流型(泡流、段塞流等)，如此可以清洗吸附在主井筒1内壁上的煤粉颗粒。

所述气液两相混合器6d可使气体和液体在其内进行充分混合，以达到流入主井筒1内的流体为气液两相混相流体的状态。

本实施例中，在主井筒1旁设置有标尺5，可利用秒表连续不断的记录某煤粉颗粒通过标尺5不同位置处的时间，通过绘制煤粉颗粒的s-t(即位移-时间)曲线图，可以分析整个实验过程中煤粉颗粒的运动规律，如此能够更加完整地分析煤粉颗粒的沉降规律。

根据本发明的一个实施方式，所述液体注入装置6a包括依序连接的储水罐6a1，离心泵6a2，第二节流阀6a3，液体流量计6a4和第一单向阀6a5，所述储水罐6a1通过所述煤粉过滤分离设备7与所述主井筒1的上端相连。

所述气体注入装置6b包括依序连接的空气压缩机6b1，储气罐6b2，减压阀6b3，第三节流阀6b4，气体流量计6b5和第二单向阀6b6。

本实施例中的液体流量计6a4，例如可为液体涡轮流量计；和气体流量计6b5，例如可为智能气体涡轮流量计，利用智能气体涡轮流量计可计量气体流量、温度等参数，利用高精密压力表可计量流出气体的压力。通过实验过程中采集到的流量、温度、压力等参数，结合相态方程，可以计算得到多相流体相应的气液比。

在所述储水罐6a1与主井筒1的上端之间还具有煤粉过滤分离设备7，从主井筒1的顶端流出的流体首先通过回收系统进行回收后，如果流体中还存在少量的煤粉颗粒，这些煤粉颗粒可通过煤粉过滤分离设备7进行进一步地过滤，以确保进入储水罐6a1的液体较为洁净。

在所述主井筒1的一侧设置摄像设备8，以拍摄煤粉颗粒的流体中的沉降实验过程。

本实施方式的其他结构、工作原理和有益效果与实施方式1的相同，在此不再赘述。

实施方式3

如图1至图7所示，一种煤层气井井筒煤粉沉降可视化实验方法，所述实验方法包括上述煤层气井井筒煤粉沉降可视化实验系统，所述实验方法包括如下步骤：

A、将煤粉颗粒用不同目数的筛网分选好；

B、将分选好的不同目数的煤粉颗粒分别放入不同的量筒中，采用静态沉降的方式将沉降在各量筒下部的煤粉颗粒分离出来；具体是，在各量筒中添加一定量的分选好的煤粉颗粒，然后向各量筒中加入一定量的水，用玻璃棒充分搅拌煤粉颗粒，使煤粉颗粒在水中完全分散开，充分静置一段时间，待各量筒中的溶液充分分离，将沉降在量筒下部的煤粉颗粒分离出来，用这些分离出的沉降煤粉颗粒开展后续实验。

C、操控所述流体注入装置，使液体、气体或气液两相流体从所述主井筒1的底端进入，并从主井筒1的顶端流出。

D、将分离出的煤粉颗粒放入与所述注入孔转接口3连接的带压煤粉添加器2中，煤粉颗粒横向地被推入所述主井筒1内。进一步而言，针对煤粉颗粒，可选择在主井筒1的相应位置来注入煤粉颗粒。

E、通过所述主井筒1，观察煤粉颗粒在流体中的沉降实验。

根据本发明的一个实施方式，所述实验方法还包括步骤F、待沉降实验完成，操控所述流体注入装置，往所述主井筒内引入气液两相流体，通过调整气液两相流体的气液比，使流体在主井筒内持续出现多种流型，以将吸附在主井筒的内壁面上的煤粉颗粒清洗。

所述步骤E进一步包括：直接地，或者通过在所述主井筒的一侧设置摄像设备8，利用秒表连续不断地记录某煤粉颗粒通过标尺不同位置处的时间，通过绘制煤粉颗粒的s-t曲线图，分析整个实验过程中煤粉颗粒的运动规律。进一步而言，通过主井筒1观察煤粉颗粒在流体中的沉降规律时，可利用秒表连续不断地记录某煤粉颗粒通过标尺不同位置处的时间，通过绘制煤粉颗粒的s-t曲线图；或者，通过摄像设备8将煤粉颗粒在主井筒1中的实验过程拍摄下来，之后再利用秒表连续不断地记录某煤粉颗粒通过标尺不同位置处的时间，通过绘制煤粉颗粒的s-t曲线图。

本实施方式的其他结构、工作原理和有益效果与实施方式1或2的相同，在此不再赘述。

本实施例与现有技术相比较，具有下述技术效果：

(1)关于煤粉颗粒的筛选

在以往的煤粉颗粒沉降实验中，大都是将煤粉颗粒用不同目数的筛网分选好后，直接进行实验。然而，实验研究表明，这些同样目数的煤粉颗粒性质差异很大(主要表现在密度方面)，直接进行实验会对实验结果产生很大的干扰。

在本实施例中，通过量筒之类物件对这些煤粉颗粒进行了再次筛选，再利用筛选好的煤粉颗粒进行实验，或者说分离出那些在静态状态下自然沉降的煤粉颗粒进行实验。这样就避免了性质差异很大(在静态状态下分别处于沉降状态和漂浮状态)的煤粉颗粒对其沉降规律的干扰，消除那些在静置状态下自然漂浮的煤粉颗粒对煤粉沉降规律的影响，可以更加准确的得到相关的煤粉颗粒沉降规律。

(2)关于煤粉颗粒的注入方式和注入位置

在以往相关的煤粉颗粒沉降实验中，一般选择通过加砂漏斗或者加煤粉器等方式在实验管段的顶端向实验管段中添加煤粉。如此造成了煤粉颗粒在进入实验管段时具有了一定的初速度，干扰了实验井筒内的流场分布，影响了实验结果的可靠性。而且，选择在实验管段的顶端注入煤粉颗粒，使得在实验过程中不能灵活选择煤粉颗粒的注入点位置，只能测量实验管段中处于沉降状态的煤粉颗粒的运动规律，而无法测量被流体携带走的煤粉颗粒的运动规律。在整个实验过程中，主井筒并没有密封，因而不能模拟在一定压力环境下的工作状况，和现场存在一定的差距。

在本实施例中，通过带压煤粉添加器2向实验管段(主井筒1)中横向、缓慢注入煤粉的方式，使得煤粉颗粒在进入主井筒1中的纵向速度为零，如此不会干扰主井筒的流场分布。而且，由于所述主井筒1上沿纵向设有多个平行的注入孔转接口3，各个注入孔转接口3均可连接带压煤粉添加器2进行煤粉颗粒的注入，即煤粉颗粒的注入位置可根据需要进行改变，使得在实验过程中不仅可以测量在实验管段(即主井筒1)中处于沉降状态的煤粉颗粒的运动规律，还可以测量被流体携带走的煤粉颗粒的运动规律。此外，所述带压煤粉添加器2与所述注入孔转接口之间通过硅胶软管相连接，密封性良好，可以承受1MPa以内的工作压力，便于模拟现场实际。另外，带压煤粉添加器的更换可以在流体流动的过程中实现，方便快捷。

(3)关于煤粉颗粒的沉降速度和被流体携带走的速度测量方法

在以往相关的煤粉颗粒沉降实验数据测量过程中，实验者通常选择利用秒表测得煤粉颗粒稳定沉降一定距离所需时间的方式来进行，并计算出相应的沉降速度，以此来研究煤粉颗粒的沉降规律。然而，这样并不能准确的描述砂粒在整个沉降过程中的速度变化规律，因为在对每一段距离的速度经过平均化处理后，可能会隐藏某些关键点，这样就可能无法完整的描述煤粉颗粒整个沉降过程中的运动规律。

因此，在进行实验的过程中，通过改变上述测量方法，绘制s～t曲线图，可以更加全面的揭示煤粉的运移规律。

(4)关于实验管段中沉降煤粉的清理

在以往相关的煤粉颗粒沉降实验中，在实验管段中处于沉降状态的煤粉会直接沉积在实验管段底部，在后续实验中，当改变煤粉颗粒的粒径大小或流体流量大小时，就有可能使沉降的煤粉颗粒再次出现在主井筒中，继续干扰实验数据的记录，造成实验结果失准；而且沉积的煤粉颗粒还会进入到流量计等实验设备中，干扰实验效果。

在本实施例中，通过在实验管段(主井筒1)的底部设置清理系统的方式，可以解决沉降煤粉的清理问题。

(5)关于被流体携带出去的煤粉颗粒回收处理

在以往相关的煤粉颗粒沉降实验中，由于没有考虑被流体携带出去的煤粉的运移规律，因此，也就没有被流体携带出去的煤粉的相关处理设备。

在本实施例中，考虑到了研究被流体携带出去的煤粉的运移规律，在主井筒1的顶部设置回收系统，使被流体携带出去的煤粉被回收系统回收；而且，在主井筒1的顶端与液体注入装置之间添加了相应的煤粉过滤分离设备来回收处理这些煤粉，以保证其他实验设备的正常运行。

(6)关于煤粉颗粒在流体中运移规律的问题

在以往相关的煤粉颗粒沉降实验中，一直都是以水作为流体介质来研究煤粉颗粒的沉降规律，而对于煤粉颗粒在其他流体介质中的沉降规律并没有展开研究。

在本实施例中，通过添加相关的设备，可以研究煤粉颗粒在气体介质中的运移规律，以研究煤层气井的携煤粉颗粒的能力；除此之外，还可以研究单相水或气液两相流体中的煤粉颗粒的沉降规律。

(7)解决吸附在实验管段管壁上的煤粉清洗问题

在以往相关的煤粉颗粒沉降实验中，一直没有考虑到煤粉颗粒可能会附着在实验管段的内壁面上，这样会影响后续实验的观测效果。

在本实施例中，由于可以引入气液两相流体，因此可以利用气液两相流体形成的不同流型来清洗附着在实验管段内壁面上的煤粉颗粒，以确保实验观测结果的准确性。

(8)关于多相流体气液比的问题

在以往相关的煤粉颗粒沉降实验中，由于一直都是采用单相水作为流体介质，因此没有考虑气液比的问题，只是考虑了水的流量大小问题。

在本实施例中，由于考虑了单相水、单相气体以及气液两相混合流体三种情况下的煤粉颗粒运移规律，因此需要解决气液比的问题。通过相关的设备控制气体流量、液体流量的大小，可以实现对流体气液比的控制。

以上所述仅为本发明的几个实施例，本领域的技术人员依据申请文件公开的可以对本发明实施例进行各种改动，变型或组合而不脱离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种煤层气井井筒煤粉沉降可视化实验装置，其特征在于，所述实验装置包括：

主井筒，其由透明材料制成，所述主井筒上沿纵向设有多个平行的注入孔转接口，所述注入孔转接口的轴线与主井筒的轴线垂直；

带压煤粉添加器，在至少其中一个注入孔转接口上连接有所述带压煤粉添加器，可以承受1MPa的工作压力；

清理系统，其设置在所述主井筒的底端。

2.根据权利要求1所述的煤层气井井筒煤粉沉降可视化实验装置，其特征在于，所述带压煤粉添加器包括注入套筒和设置在注入套筒内部的注入推杆，在注入套筒上设置有截止阀，所述注入套筒的一端连接所述注入孔转接口，另一端连接可水平移动的注入推杆。

3.根据权利要求1所述的煤层气井井筒煤粉沉降可视化实验装置，其特征在于，所述带压煤粉添加器与所述注入孔转接口之间通过硅胶软管相连接，可以承受1MPa的工作压力，密封性良好，并能在流体流动过程中实现带压煤粉添加器的更换，继而实现不同目数煤粉颗粒的更换。

4.根据权利要求1所述的煤层气井井筒煤粉沉降可视化实验装置，其特征在于，所述实验装置还包括回收系统，其设置在所述主井筒的顶端。

5.根据权利要求4所述的煤层气井井筒煤粉沉降可视化实验装置，其特征在于，所述清理系统包括一层布筛网；所述回收系统包括多个按一定顺序上下叠置在一起的筛网，各筛网的目数不同。

6.一种煤层气井井筒煤粉沉降可视化实验系统，其特征在于，所述实验系统包括：

如权利要求1至5其中任意一项所述煤层气井井筒煤粉沉降可视化实验装置；

标尺，其设置在所述主井筒的一侧；

流体注入装置，其包括液体注入装置和气体注入装置，所述液体注入装置的一端通过煤粉过滤分离设备与所述主井筒的上端相连，液体注入装置的另一端与气体注入装置相连接，形成共结点，所述共结点通过气液两相混合器和第一节流阀与主井筒的下端相连。

7.如权利要求6所述的煤层气井井筒煤粉沉降可视化实验系统，其特征在于，所述液体注入装置包括依序连接的储水罐，离心泵，第二节流阀，液体流量计和第一单向阀，所述储水罐通过所述煤粉过滤分离设备与所述主井筒的上端相连；

所述气体注入装置包括依序连接的空气压缩机，储气罐，减压阀，第三节流阀，气体流量计和第二单向阀。

8.一种煤层气井井筒煤粉沉降可视化实验方法，其特征在于，所述实验方法包括如权利要求6所述的煤层气井井筒煤粉沉降可视化实验系统，所述实验方法包括如下步骤：

A、将煤粉颗粒用不同目数的筛网分选好；

B、将分选好的不同目数的煤粉颗粒分别放入不同的量筒中，采用静态沉降的方式将沉降在各量筒下部的煤粉颗粒分离出来；

C、操控所述流体注入装置，使液体、气体或气液两相流体从所述主井筒的底端进入，并从主井筒的顶端流出；

D、将分离出的煤粉颗粒放入与所述注入孔转接口连接的带压煤粉添加器中，煤粉颗粒横向地被推入所述主井筒内；

E、通过所述主井筒，观察煤粉颗粒在流体中的沉降实验。

9.根据权利要求8所述煤层气井井筒煤粉沉降可视化实验方法，其特征在于，所述实验方法还包括步骤F、待沉降实验完成，操控所述流体注入装置，往所述主井筒内引入气液两相流体，通过调整气液两相流体的气液比，使流体在主井筒内持续出现多种流型，以将吸附在主井筒的内壁面上的煤粉颗粒清洗。

10.根据权利要求8所述煤层气井井筒煤粉沉降可视化实验方法，其特征在于，所述步骤E进一步包括：直接地，或者通过在所述主井筒的一侧设置摄像设备，利用秒表连续不断地记录某煤粉颗粒通过标尺不同位置处的时间，通过绘制煤粉颗粒的s t曲线图，分析整个实验过程中煤粉颗粒的运动规律。

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