CN103174412B

CN103174412B - 一种煤层气储层分层同采高温高压排采动态评价仪

Info

Publication number: CN103174412B
Application number: CN201310055322.1A
Authority: CN
Inventors: 彭小龙; 王铭伟; 杜志敏; 王可可; 谭聪; 李扬; 刘勇; 刘全稳
Original assignee: Southwest Petroleum University
Current assignee: Southwest Petroleum University
Priority date: 2013-02-21
Filing date: 2013-02-21
Publication date: 2016-03-16
Anticipated expiration: 2033-02-21
Also published as: CN103174412A

Abstract

本发明公开了一种煤层气储层分层同采高温高压排采动态评价仪，该分层同采高温高压排采动态评价仪包括驱替模块、岩心夹持模块、底水模拟模块、围压模块、回压模块、抽真空模块、计量模块、温控及数据采集模块；本发明提供的分层同采高温高压排采动态评价仪专门用于评价煤层气分层同采时各自储层内临界解吸压力、储层压差、渗透率差异、供液能力差异对排采参数的影响，探索分层同采技术下最优化排采制度以提升各分产层动用程度，增加单井产气量，消除层间干扰对生产的影响，实现合理、长期、高效开发，提高煤层气采收率，促进煤层气开采技术发展。

Description

一种煤层气储层分层同采高温高压排采动态评价仪

技术领域

本发明属于煤层气勘探与开发技术领域，尤其涉及一种煤层气储层分层同采高温高压排采动态评价仪。

背景技术

根据我国新近出台的天然气发展规划，到2015年全国天然气需求量将达到2600×10⁸m³，其中国内天然气产量1700×10⁸m³，进口900×10⁸m³。国土资源部最新一轮资源评价数据显示，到2015年我国常规天然气产量预计可达1200×10⁸～1300×10⁸m³，这一产量水平距离1700×10⁸m³的目标尚有400×10⁸～500×10⁸m³的缺口。事实上我国已进入天然气需求快速增长阶段。2011年国内天然气消费总量接近1300×10⁸m³，对外依存度超过20％。1300×10⁸m³这一消费量已经接近我国2015年国内常规天然气预测产量。从目前的资源和技术水平看，要弥补这一缺口只能依靠煤层气和页岩气等非常规天然气产量。在国内常规天然气资源无法满足快速增长需求的形势下，非常规天然气有效开发利用被提升至空前高度，煤层气是非常规天然气极其重要组成部分。我国是继俄罗斯、加拿大之后的世界第三大煤层气资源大国，最新一轮的煤层气资源评价结果显示，2000m以浅的资源量约为36.81×10¹²m³，可采资源量约为10.87×10¹²m³。因此，开发利用煤层气对于提高国家能源安全保障、促进节能减排和煤矿安全都有极为重要的意义。

2012年国家出台的《煤层气(煤矿瓦斯)开发利用“十二五”规划》指出，到2015年我国煤层气新增探明储量1.0×10¹²m³，产量将达到300×10⁸m³，其中地面钻采160×10⁸m³，建设沁水盆地、鄂尔多斯盆地东缘煤层气产业化基地。但我国煤层气存在地质赋存条件异常复杂、资源探明率低、开发难度大等特点，使得开采煤层气对开采技术要求极高。目前我国煤层气存在两大主要问题：采收率低和利用率低，两大问题严重制约了煤层气高效合理开发利用，为了提高煤层气采收率国内外研究人员开展了很多研究工作，提出了分层压裂、水平井及羽状井技术，合理的排采制度等相关技术，但目前井下采收率只有23％左右，而美国煤层气的平均采收率为50％。

对于储层间渗透率差异大、临界解析压力差别大、供液差别大、储层压力差异大的煤层，不适合采用合采技术单井提高采收率，而采用单层排水采气产量低，不能最大限度提升动用程度，利用有效资源，而且单井投资又大，投资与回报比太大，为了提升单井煤层气产量，加大非主力产层的动用程度，进一步挖潜，提高煤层气井下采收率，我们提出分层同采技术提高煤层气井单井产量思路。

分层同采是指将多个煤层生产层通过井下技术，将不同的生产层压力系统通过坐压分割器分割开来，在井底通过不同类型的泵分别对各个产层开展排水降低储层压力，进而达到采气的目的。分层同采工艺技术的实施，可有效避免供液能力差异大、渗透率非均质性差异性强开采时造成的层间干扰，可以封堵强含水层，避免强含水层对产层造成影响，充分发挥各含层系的潜力，提高了动用程度，增加了单井产气量，对非主力气层的进一步挖潜具有重要意义。

分层同采技术对排水采气参数影响如何？分层同采条件下，排水采气制度如何优化？不同的排水采气制度对分层同采技术的影响如何？如何在分层同采条件下获取最大的采收率？国内外还缺乏一套实验设备，专门用于评价煤层气分层同采各自储层内临界解吸压力、储层压差、渗透率差异、供液能力差异对排采参数的影响，探索分层同采技术下最优排采制度以达到提高产层动用程度，提升煤层单井采气量，实现合理、长期、高效开发，提高煤层气采收率，促进煤层气开采技术发展。

发明内容

本发明的目的在于利用一种煤层气储层分层同采高温高压排采动态评价仪，旨在解决国内外还缺乏一套实验设备，专门用于评价煤层气分层同采各自储层内临界解吸压力、储层压差、渗透率差异、供液能力差异对排采参数的影响，探索分层同采技术下最优排采制度以达到提高产层动用程度，提升煤层单井采气量，实现合理、长期、高效开，发提高煤层气采收率，促进煤层气开采技术发展的问题。

本发明的目的在于提供一种煤层气储层分层同采高温高压排采动态评价仪，所述煤层气储层分层同采高温高压排采动态评价仪包括：

驱替模块，用于模拟矿场分层同采实际排水采气时，提供岩样饱和、流动驱替动力；

岩心夹持模块，与所述驱替模块、底水模拟模块、围压模块、回压模块、抽真空模块、计量模块、温控及数据采集模块连接，用于通过采用源自矿场分层同采煤层的真实岩样模拟不同渗透率、不同压力梯度、不同临界解析压力、不同产液面高度对分层同采时排水采气参数的影响，并模拟在既定排采方案下，各个分层压力梯度、产液面、渗透率的变化情况；

底水模拟模块，与所述岩心夹持模块连接，用于模拟煤层气气井排水采气过程中，各煤层底部含水情况；

围压模块，与所述岩心夹持模块连接，用于模拟矿场排水采气时储层围岩所受围压变化情况；

回压模块，与所述岩心夹持模块连接，用于模拟矿场分层同采时座封后两个独立压力系统下不同的泵所提供的抽采压力大小；

抽真空模块，与所述岩心夹持模块连接，用于将岩心模块中岩心抽成真空使得甲烷气体充分和岩样充分接触吸附并用地层水饱和模拟储层底水环境；

计量模块，与所述岩心夹持模块连接，用于模拟评价矿场分层同采时各自分层排水采气效果；

温控及数据采集模块，用于模拟储层内部实际温度并将所述岩心夹持模块进、出口端压力、岩心内部不同位置压力分布情况、各个分层不同围压压力、各分层不同回压压力、不同分层内流体流速、压力梯度分布、计量系统得到的产水量、产气量通过传感器及数据采集面板及时自动记录下来。

进一步，所述驱替模块包括甲烷驱替泵、单向阀门、甲烷活塞容器、地层水驱替泵、地层水活塞容器、六通阀、1#煤层岩心进口端压力传感器、2#煤层岩心进口端压力传感器；

甲烷驱替泵经管线连接单向阀门，单向阀连接甲烷活塞容器，甲烷活塞容器经管线与单向阀连接六通阀和1#煤层岩心进口端压力传感器、2#煤层岩心进口端压力传感器后分别与1#煤层、2#煤层岩心夹持模块进口相连接；地层水驱替泵经管线连接单向阀门，单向阀连接地层水活塞容器，地层水活塞容器经管线和单向阀连接六通阀分别和1#煤层、2#煤层岩心夹持模块相连接。

进一步，所述岩心夹持模块还包括1#煤层岩样夹持器、2#煤层岩样夹持器、钢筒、胶套、底水进水孔、底水水槽、进口端杂质滤网、出口端粉尘过滤器、岩样内部监测压力传感器；

两个岩心夹持器结构相同，夹持器中间是一个岩心室，岩心室下端连接底水水槽，底水水槽下部有一个底水孔，底水孔连接胶套，胶套将整个岩心室包裹起来，胶套外部是钢筒，钢筒和胶套之间充满液压油；岩心室前端连接进口端杂质滤网，后端连接出口端粉尘过滤器；岩心室中间分布着岩样内部压力传感器。

进一步，所述底水模拟模块包括1#煤层岩样底水注入泵、2#煤层岩样底水注入泵、1#煤层地层水活塞容器、2#煤层地层水活塞容器、1#煤层底水控制六通阀、2#煤层底水控制六通阀、1#煤层底水压力传感器、2#煤层底水压力传感器

1#煤层岩样底水注入泵经管线连接1#煤层地层水活塞容器，1#煤层地层水活塞容器连接1#煤层底水控制六通阀，1#煤层底水控制六通阀与1#煤层岩心夹持器的三个底水进水孔、1#煤层底水压力传感器连接；2#煤层岩样底水注入泵经管线连接2#煤层地层水活塞容器，2#煤层地层水活塞容器连接2#煤层底水控制六通阀，2#煤层底水控制六通阀与2#煤层岩心夹持器的三个底水进水孔、2#煤层底水压力传感器连接。

进一步，所述围压模块包括1#煤层围压泵、2#煤层围压泵、1#煤层围压单向阀、2#煤层围压单向阀、1#煤层围压压力传感器、2#煤层围压压力传感器；

1#煤层围压泵连接1#煤层围压单向阀，1#煤层单向阀连接1#煤层围压压力传感器后与1#煤层岩心夹持器围压进口端相连接；2#煤层围压泵连接2#煤层围压单向阀，2#煤层单向阀连接2#煤层围压压力传感器后与2#煤层岩心夹持器围压进口端相连接。

进一步，所述回压模块包括1#煤样回压泵、1#煤样回压压力传感器、1#煤样回压阀、2#煤样回压泵、2#煤样回压压力传感器、2#煤样回压阀；

1#煤样回压泵经1#煤样回压压力传感器连接1#煤样回压阀，1#煤样回压阀与1#煤样岩心模块出口端相连；2#煤样回压泵经2#煤样回压压力传感器连接2#煤样回压阀，2#煤样回压阀与2#煤样岩心模块出口端相连。

进一步，所述抽真空模块还由真空泵、真空阀门构成；

真空泵连接真空阀门，真空阀门经六通阀后与1#煤层岩心夹持模块、2#煤层岩心夹持模块相连。

进一步，所述计量模块包括1#煤样双向控制阀、1#煤样出口压力监测传感器、1#煤样圆形滤芯、1#煤样气液自动分离器、1#煤样自动气体质量流量计、1#煤样电子天平、2#煤样双向控制阀、2#煤样出口压力监测传感器、2#煤样圆形滤芯、2#煤样气液自动分离器、2#煤样自动气体质量流量计、2#煤样电子天平；

1#煤样双向控制阀与1#煤样圆形滤芯、1#煤样出口压力监测传感器相连接，1#煤样圆形滤芯经1#煤样回压阀后与1#煤样气液自动分离器相连，1#煤样气液自动分离器与1#煤样电子天平、1#煤样自动气体质量流量计相连，1#煤样电子天平设置于1#煤样气液分离器的下部，1#煤样自动气体质量流量计设置于1#煤样气液自动分离器的左边。

2#煤样双向控制阀与2#煤样圆形滤芯、2#煤样出口压力监测传感器相连接，2#煤样圆形滤芯经2#煤样回压阀后与2#煤样气液自动分离器相连，2#煤样气液自动分离器与2#煤样电子天平、2#煤样自动气体质量流量计相连，2#煤样电子天平设置于2#煤样气液分离器的下部，2#煤样自动气体质量流量计设置于2#煤样气液自动分离器的左边。

进一步，所述驱替模块、岩心夹持模块、底水模拟模块设置在温控箱内部；

所述温控及数据采集模块包括十八个压力传感器、数据采集板、计算机系统；数据采集板位于温控箱外部，连接计算机系统；四个压力传感器分布在可视化夹持模块进、出口端，八个设置于可视化岩心夹持器内部，两个压力传感器设置于回压模块中，两个设置于围压模块中，两个设置于底水模拟模块中。

本发明提供的煤层气储层分层同采高温高压排采动态评价仪，通过采用煤层气分层同采高温高压动态排采评价装置，针对煤层气自身的特殊性，首次提出分层同采提高采收率技术思路；设计、制造了一套可在室内模拟煤层气现场高温高压条件下同层分采流程物理实验设备，填补了国内关于煤层气同层分采物理模拟技术空白，为煤层气同层分采技术的进一步发展奠定了坚实的基础；采用大尺寸方形真实岩心开展吸附、解吸、扩散、渗流驱替实验研究，首次采用底水进水孔与水槽模拟底水及动液面变化情况，首次模拟矿场压力温度条件，更贴近储层的实际情况；在煤层气行业本发明首次考虑了产生煤粉运移情况下，分层同采时产水、产气的变化；可开展评价各分层渗透率差异性、各分层压力梯度差异性、各分层供液能力不同、动液面变化对分层同采效果的动态影响实验研究；优化各个分层排水采气制度，提高各个分层采收率；实现了实验过程无人值守、数据全自动记录。

附图说明

图1是本发明实施例提供的煤层气分层同采高温高压动态排采评价装置的结构框图；

图2是本发明实施例提供的煤层气分层同采高温高压动态排采评价装置结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

说明：本文中1#煤层、2#煤层仅仅是为了说明问题而假定的煤层，与煤层气开发中实际地层沉积序列无关。

图1示出了本发明实施例提供了一种煤层气储层分层同采高温高压排采动态评价仪的结构。为了便于说明，仅仅示出了与本发明相关的部分。

该煤层气储层分层同采高温高压排采动态评价仪包括：

驱替模块，用于模拟矿场实际分层同采排水采气时，提供岩样饱和、流动驱替动力；

岩心夹持模块，与驱替模块、底水模拟模块、围压模块、回压模块、抽真空模块、计量模块、温控及数据采集模块连接，用于通过采用源自1#煤层、2#煤层的真实岩样模拟不同渗透率、不同压力梯度、不同临界解析压力、不同产液面高度对分层同采时排水采气参数的影响，并模拟在既定排采方案下，各个分层压力梯度、产液面、渗透率的变化情况；

底水模拟模块，与岩心夹持模块连接，用于模拟煤层气气井排水采气过程中，各分层煤层底部含水情况；

围压模块，与岩心夹持模块连接，用于模拟矿场排水采气时储层围岩所受围压变化情况；

回压模块，与岩心夹持模块连接，用于模拟矿场分层同采时座封后两个独立压力系统下不同的泵所提供的抽采压力大小；

抽真空模块，与岩心夹持模块连接，用于将岩心模块中岩心抽成真空使得甲烷气体充分和岩样充分接触吸附并用地层水饱和模拟储层水环境；

计量模块，与岩心夹持模块连接，用于模拟评价矿场分层同采时各自分层排水采气效果；

温控及数据采集模块，用于模拟储层内部实际温度并将岩心模块进、出口压力、岩心不同位置压力分布情况、各个分层不同围压压力、各分层不同回压压力、不同分层内流体流速、压力梯度分布、计量系统得到的产水量、产气量通过传感器及数据采集面板及时自动记录下来。

作为本发明的实施例的一优化方案，驱替模块还包括甲烷驱替泵、单向阀门、甲烷活塞容器、地层水驱替泵、地层水活塞容器、六通阀、1#煤层岩心进口端压力传感器、2#煤层岩心进口端压力传感器。

作为本发明的实施例的一优化方案，岩心夹持模块还包括1#煤层岩样夹持器、2#煤层岩样夹持器、钢筒、胶套、底水进水孔、底水水槽、进口端杂质滤网、出口端粉尘过滤器、岩样内部监测压力传感器、岩样。

作为本发明的实施例的一优化方案，底水模拟模块还包括1#煤层岩样底水注入泵、2#煤层岩样底水注入泵、1#煤层地层水活塞容器、2#煤层地层水活塞容器、1#煤层底水控制六通阀、2#煤层底水控制六通阀、1#煤层底水压力传感器、2#煤层底水压力传感器。

作为本发明的实施例的一优化方案，围压模块还包括1#煤样围压泵、1#煤样围压压力传感器、1#煤样单通阀、2#煤样围压泵、2#煤样围压压力传感器、2#煤样单通阀。

作为本发明的实施例的一优化方案，回压模块还包括1#煤样回压泵、1#煤样回压压力传感器、1#煤样回压阀、2#煤样回压泵、2#煤样回压压力传感器、1#煤样回压阀。

作为本发明的实施例的一优化方案，抽真空模块还包括真空泵、真空阀门。

作为本发明的实施例的一优化方案，计量模块还包括1#煤样双向控制阀、1#煤样出口压力监测传感器、1#煤样圆形滤芯、1#煤样气液自动分离器、1#煤样自动气体质量流量计、1#煤样电子天平、2#煤样双向控制阀、2#煤样出口压力监测传感器、2#煤样圆形滤芯、2#煤样气液自动分离器、2#煤样自动气体质量流量计、2#煤样电子天平。

作为本发明的实施例的一优化方案，温控及数据采集模块还包括温控箱、数据采集板、计算机系统。

以下参照附图2，对本发明实施例煤层气储层分层同采高温高压排采动态评价仪作进一步详细描述。

本发明实施例的煤层气分层同采高温高压动态排采评价装置，煤层气分层同采高温高压动态排采评价装置主要由驱替模块、岩心夹持器模块、底水控制模块、围压模块、回压模块、抽真空模块、计量模块、温控及数据采集模块八个部分组成。

驱替模块由甲烷驱替泵1、单向阀门2、甲烷活塞容器3、地层水驱替泵4、地层水活塞容器5、六通阀6、1#煤层岩心进口端压力传感器7、2#煤层岩心进口端压力传感器8组成，包含两台驱替泵、四个单向控制阀、一个六通阀、两个活塞容器，两个进口端压力传感器组成，驱替模块与岩心夹持模块紧密相连，其主要作用在于模拟矿场分层同采排水采气时，提供岩样饱和、流动驱替动力、模拟1#煤层、2#煤层供液能力。甲烷驱替泵1、地层水驱替泵4的主要功能在于为甲烷活塞容器3、地层水活塞容器5提供动力，通过甲烷驱替泵1、地层水驱替泵4控制岩心模块进口端压力大小；甲烷活塞容器3、地层水活塞容器5则是模拟地下实际条件盛满甲烷或者地层水，功能在于将泵入的流体通过活塞缓缓推容器中的流体经单向阀门2进入六通阀6；六通阀6有6个接口，分别连接1#煤样、2#煤样、抽真空模块及单向阀门2，作用在于通过不同阀门的开关决定流体的流向；1#煤层岩心进口端压力传感器7、2#煤层岩心进口端压力传感器8监测岩心进口端压力；驱替模块的工作流程是：流体通过甲烷驱替泵1、地层水驱替泵4驱替流体受单向阀门2控制分别进入甲烷活塞容器3或地层水活塞容器5，压力传递使得活塞容器能够平稳推动流体(甲烷或地层水)经六通阀6进入岩心夹持模块进口端，进口端压力由1#煤层岩心进口端压力传感器7、2#煤层岩心进口端压力传感器8分别监测；

岩心夹持模块由1#煤层岩样夹持器9、2#煤层岩样夹持器10、钢筒11、胶套12、底水进水孔13、底水水槽14、进口端杂质滤网15、出口端粉尘过滤器16、岩样内部监测压力传感器17、岩样18构成，其主要功能是通过采用源自1#煤层、2#煤层的真实岩样模拟不同渗透率、不同压力梯度、不同临界解析压力、不同产液面高度对分层同采时排水采气参数的影响，并模拟在既定排采方案下，各个分层压力梯度、产液面、渗透率的变化情况，每个岩心夹持器底部有三个底水进水孔13，底水进水孔13上面是一个底水水槽14，其功能在于保证驱替进入的底水自岩心底部向上均匀向上推进，底水进水孔13、底水水槽14通过底水模拟模块模拟原始煤层内部所含底水含量；1#煤层岩样夹持器9、2#煤层岩样夹持器10外面是钢筒11，能承受80MPa压力；钢筒11里面是胶套12，钢筒11与胶套12之间用液压油充满，胶套12的作用在于卡持岩心并传递压力，加载围压时，压力通过液压油使胶套变形使得胶套紧紧卡持住岩样，防止实验过程中松动等；岩心进口端有进口端杂质滤网15，防止地层水或者甲烷气体中杂质进入岩心，堵塞孔隙结构，影响原始渗透性；出口端有出口端粉尘过滤器16，防止实验过程中岩样中产生的大颗粒进入管线导致管线堵塞；每个岩心模块的横侧面均匀分布着四个岩样内部监测压力传感器17，监测实验过程中岩岩样内部不同位置压力梯度变化；岩样18是方形大尺寸岩心，因煤层气真实岩心在切割时容易破碎，因此采用打磨方式将煤岩磨成大尺寸立方体，便于监测吸附、解吸气体含量。此模块的工作流程为：流体自六通阀6进入后经进口端杂质滤网15、岩样18、出口端粉尘过滤器16达到出口，在此过程中通过1#煤层围压泵27、1#煤层围压单向阀28、1#煤层围压压力传感器29、2#煤层围压泵30、2#煤层围压单向阀31、2#煤层围压压力传感器32加围压，通过1#煤层回压泵33、1#煤层回压压力传感器34、1#煤层回压阀35、双向控制阀41和2#煤层回压泵36、2#煤层回压压力传感器37、2#煤层回压阀38、双向控制阀47控制两层回压，通过该1#煤层岩样底水注入泵19、2#煤层岩样底水注入泵20、1#煤层地层水活塞容器21、2#煤层地层水活塞容器22、1#煤层底水控制六通阀23、2#煤层底水控制六通阀24、1#煤层底水压力传感器25、2#煤层底水压力传感器26模拟、控制各个储层岩样底水含量，通过分布在1#煤层、2#煤层侧面的八个监测压力传感器17监测两个岩样不同部位压力梯度的变化、渗透率的变化；

底水模拟模块由1#煤层岩样底水注入泵19、2#煤层岩样底水注入泵20、1#煤层地层水活塞容器21、2#煤层地层水活塞容器22、1#煤层底水控制六通阀23、2#煤层底水控制六通阀24、1#煤层底水压力传感器25、2#煤层底水压力传感器26组成，其功能在于模拟煤层气气井排水采气过程中，煤层双层底部含水情况。1#煤层岩样底水注入泵19、2#煤层岩样底水注入泵20为1#煤层地层水活塞容器21、2#煤层地层水活塞容器22提供驱动压力，通过1#煤层岩样底水注入泵19、2#煤层岩样底水注入泵20控制进入岩心模块底水进水孔13水量的多少；1#煤层地层水活塞容器21、2#煤层地层水活塞容器22则分别盛满1#煤层、2#煤层真实底层水样；1#煤层底水控制六通阀23、2#煤层底水控制六通阀24有6个接口，分别连接1#煤样三个底水进水孔13、2#煤样三个底水进水孔13、1#煤层底水压力传感器25、2#煤层底水压力传感器26及1#煤层地层水活塞容器21、2#煤层地层水活塞容器22，作用在于通过不同阀门的开关控制流体的去向；底水模拟模块工作流程为：1#煤样、2#煤样底部含水量大小通过1#煤层岩样底水注入泵19、2#煤层岩样底水注入泵20经1#煤层地层水活塞容器21、2#煤层地层水活塞容器22通过六通阀6控制流向缓缓进入底部六个底水进水孔13，而后在底水水槽14中聚集，在1#煤层岩样底水注入泵19、2#煤层岩样底水注入泵20提供的压力作用下向岩心上部均匀推进；

围压模块由1#煤层围压泵27、1#煤层围压单向阀28、1#煤层围压压力传感器29、2#煤层围压泵30、2#煤层围压单向阀31、2#煤层围压压力传感器32组成，围压模块模拟矿场排水采气时储层围岩所受围压变化情况，围岩所受围压情况决定了岩石中孔隙结构变形情况，影响流体吸附、解吸、扩散、渗流能力，与产气、产水、产煤粉关系密切，围压模块中1#煤层围压泵27、2#煤层围压泵30为1#煤层、2#煤层提供围压，1#煤层围压单向阀28、2#煤层围压单向阀31的开关控制1#煤层围压泵27、2#煤层围压泵30流体压力传递方向，1#煤层围压压力传感器29、2#煤层围压压力传感器32则实时监测围压的数值，其工作流程是：1#煤层围压泵27、2#煤层围压泵30将泵入的流体压力通过1#煤层围压单向阀28、2#煤层围压单向阀31传递至岩心模块的钢筒11、胶套12之间使得胶套变形产生围压，进而模拟煤岩所受应力情况；

回压模块由1#煤样回压泵33、1#煤样回压压力传感器34、1#煤样回压阀35、2#煤样回压泵36、2#煤样回压压力传感器37、1#煤样回压阀38组成，可以明显的看出，回压模块包含了两套回压系统，其作用在于模拟矿场分层同采时座封后两个独立压力系统下不同的泵所提供的抽采压力大小，抽采量的大小决定了不同分层射孔处所产生压降的大小，二者的综合作用共同决定了井筒中动液面的高低，动液面高低是井底流压大小的直接反映，因此可通过两套回压系统模拟矿场分层同采排水采气时各分层井底流压及动液面变化情况，井底流压的大小决定了吸附、解析、扩散的速度与产气、产水、产煤粉的多少，故通过回压模块可控制井底流压可模拟评价排水采气时气井内动液面的变化对分层同采时排水采气的影响。回压模块中1#煤样回压泵33、2#煤样回压泵36提供回压的大小，回压与岩心进口端压力的压力差模拟矿场生产时煤层气井折算到井底的压力差，1#煤样回压阀35、2#煤样回压阀38主要作用是当回压达到设定大小时，阀门自动开启，1#煤样回压泵33、2#煤样回压泵36停止工作，1#煤层岩样夹持器9、2#煤层岩样夹持器10驱替出的流体进入计量模块，小于设定的回压数值时，阀门自动闭合，1#煤样回压泵33、2#煤样回压泵36自动开始工作将回压加载至设定数值后自动停止，此时流体1#煤层岩样夹持器9、2#煤层岩样夹持器10中所产生流体不进入计量系统，回压的大小由1#煤样回压压力传感器34、1#煤样回压阀38瞬时测定。其工作流程是：1#煤样回压阀35、2#煤样回压阀38控制1#煤样回压泵33、2#煤样回压泵36所产生的压力大小，而产生的压力数值则有1#煤样回压压力传感器34、2#煤样回压压力传感器37记录；

抽真空模块，主要作用是将岩心模块中岩心抽成真空使得甲烷气体充分和岩样充分接触吸附并用地层水饱和模拟储层底水环境，此模块由真空泵39、真空阀门40组成。其工作流程为：设备检查后，将整个实验装置所以器件关闭，同时将岩样放入岩心夹持模块并经围压模块加围压后，打开六通阀6、1#煤层岩心进口端压力传感器7、真空泵39、真空阀门40将岩样抽真空24小时，然后关闭真空泵39、真空阀门40开启甲烷驱替泵1、单向阀门2、甲烷活塞容器3、六通阀6使甲烷气体进入岩样充分吸附48小时，而后关闭甲烷驱替泵1、单向阀门2、甲烷活塞容器3、六通阀6，打开1#煤层岩样底水注入泵19、2#煤层岩样底水注入泵20、1#煤层地层水活塞容器21、2#煤层地层水活塞容器22、1#煤层底水控制六通阀23、2#煤层底水控制六通阀24使得底水进入充分饱和48小时，而后关闭；

计量模块，由1#煤样双向控制阀41、1#煤样出口压力监测传感器42、1#煤样圆形滤芯43、1#煤样气液自动分离器44、1#煤样自动气体质量流量计45、1#煤样电子天平46、2#煤样双向控制阀47、2#煤样出口压力监测传感器48、2#煤样圆形滤芯49、2#煤样气液自动分离器50、2#煤样自动气体质量流量计51、2#煤样电子天平52组成，也包含了两套计量系统，分别计量1#煤样、2#煤样所产生的流体产液量，其功能在于将自1#煤层岩样夹持器9、2#煤层岩样夹持器10模块所产生的气、液、固三相流体通过特定的方式逐步分离，并自动计量气、液的产量，模拟评价矿场分层同采时各自分层排水采气效果。流体自岩心出口端流出后，可能包含煤粉，1#煤样圆形滤芯43、2#煤样圆形滤芯49的作用在于将煤粉提出留在过滤芯中，1#煤样气液自动分离器44、2#煤样气液自动分离器50为气液分离器，能够将混合着的气体和液体自动分离，分离后的液体由1#煤样电子天平46、2#煤样电子天平52自动计量，气体则由1#煤样自动气体质量流量计45、2#煤样自动气体质量流量计51自动计量。其工作流程在于：具体方式是每个岩心夹持器中气、液、固混合流体自岩心模块出口流出后，先通过各自的圆形煤粉收集器将岩心中产生的煤粉粉尘收集起来，而后气液两相通过气液分离器自动分离成液相和气相，气相通过自动气体质量流量计45、51测量，液体质量通过电子天平46、52监测，出口端压力则有出口压力传感器42、48实时监测。

温控及数据采集模块，由温控箱53、数据采集板54、计算机系统55构成，主要功能是模拟储层内部实际温度并将岩心模块进、出口压力、岩心不同位置压力分布情况、各个分层不同围压压力、各分层不同回压压力、不同分层内流体流速、压力梯度分布、计量系统得到的产水量、产气量通过传感器及数据采集面板及时自动记录下来，为使用数据分析软件处理数据打下基础，具有计量准确、自动化程度高等优点。

下面结合本实施例的具体的使用方法对本发明作进一步的说明。

1.原煤岩制备

从井下取上来的煤块在地面封蜡后带回实验室，用煤样切割机沿垂直于煤样钻取方向保持匀速缓慢切割，以保证煤样中的原层位物性参数不变，然后在打磨机上将切割的煤样缓慢磨成实验规格煤样；

2.设备检查

将标准的钢制岩样放入岩心夹持器，并将8个模块系统打开，运行1～2个小时，检测设备各个部件的密封性、运行情况、及传感器的校对是否正确；

3.开启温控及数据采集模块

开启温控箱53、数据采集板54、计算机系统55，通过温控箱53加热至煤层气地层温度，并在实验过程中保持温度不变，各类传感器一直开启，保证能够及时检测到各个部位的数据；

4.抽真空、吸附、模拟底水

①确保整个设备能够正确运行后，将已经打磨好的沁水盆地1#煤层、2#煤层岩样放入1#煤层岩样夹持器9、2#煤层岩样夹持器10中，然后关闭2、41、47，开启6中的流向两个岩心夹持器的阀门，开启真空泵39和真空阀门40，抽真空24小时后关闭真空泵39和真空阀门40、六通阀6，然后开启甲烷驱替泵1，并开启此条线路上的单向阀门2、六通阀6中与1#煤层岩样夹持器9、2#煤层岩样夹持器10相连的阀门，将甲烷通过1极其缓慢注入1#煤层岩样夹持器9、2#煤层岩样夹持器10中，注入时间为48小时，压力必须缓慢推动甲烷活塞容器3缓缓进入1#煤层岩样夹持器9、2#煤层岩样夹持器10，在此过程中将两套岩心夹持器中的1#煤层岩心进口端压力传感器7、2#煤层岩心进口端压力传感器8、岩样内部监测压力传感器17、1#煤层围压压力传感器29、2#煤层围压压力传感器32全部打开，及时监测并记录岩心中围压、流压的变化，而后关闭与甲烷活塞容器3连接的甲烷驱替泵1、单向阀门2；

②将与1#煤层岩样底水注入泵19、1#煤层地层水活塞容器21、1#煤层底水控制六通阀23管路和2#煤层岩样底水注入泵20、2#煤层地层水活塞容器22、2#煤层底水控制六通阀24管路打开，再以以极低的速度缓缓注入两个煤层地层水，直至岩心夹持器中的压力与煤层气储层初始压力相同时，停止注入，关闭1#煤层岩样底水注入泵19、1#煤层地层水活塞容器21、1#煤层底水控制六通阀23管路和2#煤层岩样底水注入泵20、2#煤层地层水活塞容器22、2#煤层底水控制六通阀24；

5.开启围压模块

分别开启1#煤层围压泵27、1#煤层围压单向阀28与2#煤层围压泵30、2#煤层围压单向阀31将岩心围压升至底层开采时1#煤层、2#煤层煤岩实际所受围压大小，然后停止；

6.开启回压模块

开启两个岩心夹持器的1#煤样回压泵33、1#煤样回压压力传感器34、1#煤样回压阀35、2#煤样回压泵36、2#煤样回压压力传感器37、1#煤样回压阀38，回压数值大小根据矿场实际排水采气时动液面高度折算到井底压力确定；

7.开启计量模块

开启1#煤样双向控制阀41、1#煤样出口压力监测传感器42、1#煤样圆形滤芯43、1#煤样气液自动分离器44、1#煤样自动气体质量流量计45、1#煤样电子天平46、2#煤样双向控制阀47、2#煤样出口压力监测传感器48、2#煤样圆形滤芯49、2#煤样气液自动分离器50、2#煤样自动气体质量流量计51、2#煤样电子天平52，将自岩心夹持器出口端流体的混合流体通过不同的部件分离计量；

8.根据不同的实验目的开启驱替模块、围压模块、底水模拟模块，模拟评价储层渗透率不同时、动液面高度不同时、各分层压力梯度不同时、供液能力不同时与分层同采的相互影响；

9.实验结束；10.计量煤粉量；11.数据分析。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种煤层气储层分层同采高温高压排采动态评价仪，其特征在于，所述煤层气储层分层同采高温高压排采动态评价仪包括：

岩心夹持模块，与所述驱替模块连接，用于通过采用源自矿场分层同采煤层的真实岩样模拟不同渗透率、不同压力梯度、不同临界解析压力、不同产液面高度对分层同采时排水采气参数的影响，并模拟在既定排采方案下，各个分层压力梯度、产液面、渗透率的变化情况；

抽真空模块，与所述岩心夹持模块连接，用于将岩心夹持模块中岩心抽成真空使得甲烷气体充分和岩样充分接触吸附并用地层水饱和模拟储层底水环境；

温控及数据采集模块，用于模拟储层内部实际温度并将所述岩心夹持模块进、出口端压力、岩心内部不同位置压力分布情况、各个分层不同围压压力、各分层不同回压压力、不同分层内流体流速、压力梯度分布、计量系统得到的产水量、产气量通过传感器及数据采集面板及时自动记录下来；

所述驱替模块包括甲烷驱替泵、单向阀门、甲烷活塞容器、地层水驱替泵、地层水活塞容器、六通阀、1#煤层岩心进口端压力传感器、2#煤层岩心进口端压力传感器；甲烷驱替泵经管线连接单向阀门，单向阀门连接甲烷活塞容器，甲烷活塞容器经管线与单向阀门连接六通阀和1#煤层岩心进口端压力传感器、2#煤层岩心进口端压力传感器后分别与1#煤层、2#煤层岩心夹持模块进口相连接；地层水驱替泵经管线连接单向阀门，单向阀门连接地层水活塞容器，地层水活塞容器经管线和单向阀门连接六通阀分别和1#煤层、2#煤层岩心夹持器相连接。

2.如权利要求1所述的煤层气储层分层同采高温高压排采动态评价仪，其特征在于，所述岩心夹持模块还包括1#煤层岩心夹持器、2#煤层岩心夹持器、钢筒、胶套、底水进水孔、底水水槽、进口端杂质滤网、出口端粉尘过滤器、岩样内部监测压力传感器；

3.如权利要求1所述的煤层气储层分层同采高温高压排采动态评价仪，其特征在于，所述底水模拟模块包括1#煤层岩样底水注入泵、2#煤层岩样底水注入泵、1#煤层地层水活塞容器、2#煤层地层水活塞容器、1#煤层底水控制六通阀、2#煤层底水控制六通阀、1#煤层底水压力传感器、2#煤层底水压力传感器；

4.如权利要求1所述的煤层气储层分层同采高温高压排采动态评价仪，其特征在于，所述围压模块包括1#煤层围压泵、2#煤层围压泵、1#煤层围压单向阀、2#煤层围压单向阀、1#煤层围压压力传感器、2#煤层围压压力传感器；

1#煤层围压泵连接1#煤层围压单向阀，1#煤层围压单向阀连接1#煤层围压压力传感器后与1#煤层岩心夹持器围压进口端相连接；2#煤层围压泵连接2#煤层围压单向阀，2#煤层围压单向阀连接2#煤层围压压力传感器后与2#煤层岩心夹持器围压进口端相连接。

5.如权利要求1所述的煤层气储层分层同采高温高压排采动态评价仪，其特征在于，所述回压模块包括1#煤样回压泵、1#煤样回压压力传感器、1#煤样回压阀、2#煤样回压泵、2#煤样回压压力传感器、2#煤样回压阀；

1#煤样回压泵经1#煤样回压压力传感器连接1#煤样回压阀，1#煤样回压阀与1#煤层岩心夹持器出口端相连；2#煤样回压泵经2#煤样回压压力传感器连接2#煤样回压阀，2#煤样回压阀与2#煤层岩心夹持器出口端相连。

6.如权利要求1所述的煤层气储层分层同采高温高压排采动态评价仪，其特征在于，所述抽真空模块还由真空泵、真空阀门构成；

真空泵连接真空阀门，真空阀门经六通阀后与1#煤层岩心夹持器、2#煤层岩心夹持器相连。

7.如权利要求1所述的煤层气储层分层同采高温高压排采动态评价仪，其特征在于，所述计量模块包括1#煤样双向控制阀、1#煤样出口压力监测传感器、1#煤样圆形滤芯、1#煤样气液自动分离器、1#煤样自动气体质量流量计、1#煤样电子天平、2#煤样双向控制阀、2#煤样出口压力监测传感器、2#煤样圆形滤芯、2#煤样气液自动分离器、2#煤样自动气体质量流量计、2#煤样电子天平；

1#煤样双向控制阀与1#煤样圆形滤芯、1#煤样出口压力监测传感器相连接，1#煤样圆形滤芯经1#煤样回压阀后与1#煤样气液自动分离器相连，1#煤样气液自动分离器与1#煤样电子天平、1#煤样自动气体质量流量计相连，1#煤样电子天平设置于1#煤样气液分离器的下部，1#煤样自动气体质量流量计设置于1#煤样气液自动分离器的左边；

8.如权利要求1所述的煤层气储层分层同采高温高压排采动态评价仪，其特征在于，所述驱替模块、岩心夹持模块、底水模拟模块设置在温控箱内部；所述温控及数据采集模块包括十八个压力传感器、数据采集板、计算机系统；数据采集板位于温控箱外部，连接计算机系统；四个压力传感器分布在岩心夹持模块进、出口端，八个设置于岩心夹持模块内部，两个压力传感器设置于回压模块中，两个设置于围压模块中，两个设置于底水模拟模块中。