CN105424579A - 一种煤层气井泥饼静态模拟装置及方法 - Google Patents

一种煤层气井泥饼静态模拟装置及方法 Download PDF

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吕帅锋
王生维
王道宽
张峰
张晓凤
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    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
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    • G01N15/08Investigating permeability, pore-volume, or surface area of porous materials
    • G01N15/082Investigating permeability by forcing a fluid through a sample

Abstract

本发明涉及煤层气井技术领域,特别涉及一种煤层气井泥饼静态模拟装置及方法,装置包括伸缩囊、第一塞体、第二塞体、压力供应单元、第一管道、第一压力表、第二管道、放空阀、三通阀门、第二压力表、高压气源及滤液收集器。第一塞体设置在伸缩囊进口端,第二塞体设置在伸缩囊出口端。压力供应单元通过第一管道与伸缩囊连接,第一压力表连接在第一管道上。第二管道的一端穿过第一塞体与伸缩囊的内部连通,第二管道的另一端通过三通阀门与高压气源连接,第二压力表与三通阀门连接,放空阀与第二管道连接。滤液收集器设置在伸缩囊的下方。本发明提供的煤层气井泥饼静态模拟装置及方法,仿真性强,可准确的评价煤心的污染程度以及煤心渗透率等参数。

Description

一种煤层气井泥饼静态模拟装置及方法
技术领域
本发明涉及煤层气井技术领域,特别涉及一种煤层气井泥饼静态模拟装置及方法。
背景技术
在煤层气井钻井过程中,需要对煤储层的污染程度、钻井液形成泥饼时的煤岩渗透率等指标进行评价及计算,为钻井开采工作提供指导数据。现有的煤层气井泥饼的实验室模拟方法,操作过程复杂、不能真实的模拟煤层气井泥饼的形成过程,不能准确的评价煤心的污染程度以及煤心形成泥饼时的渗透率等参数,难以为钻井开采工作提供有用的指导数据。
发明内容
本发明实施例通过提供一种煤层气井泥饼静态模拟装置及方法,解决了现有技术中难以真实的模拟煤层气井泥饼的形成过程的技术问题,准确的评价了煤心的污染程度以及煤心形成泥饼时的渗透率等参数,为钻井开采工作提供了有用的指导数据。
本发明实施例提供了一种煤层气井泥饼静态模拟装置,包括:伸缩囊、第一塞体、第二塞体、压力供应单元、第一管道、第一压力表、第二管道、放空阀、三通阀门、第二压力表、高压气源、气源开关及滤液收集器。
所述伸缩囊的内侧为筒状结构,增大所述伸缩囊的内部压力后所述伸缩囊径向扩张,减小所述伸缩囊的内部压力后所述伸缩囊径向收缩。
所述伸缩囊的一端为进口端,另一端为出口端,所述伸缩囊垂直设置,所述进口端在所述出口端的上方;所述第一塞体设置在所述进口端,所述第二塞体设置在所述出口端,所述第二塞体上开设有通孔,所述通孔用于排出所述伸缩囊内的钻井液。
所述压力供应单元通过所述第一管道与所述伸缩囊连接,所述压力供应单元用于增大或减小所述伸缩囊内的压力,所述第一压力表连接在所述第一管道上,所述第一压力表用于测量所述压力供应单元的输出压力。
所述第二管道的一端穿过所述第一塞体与所述伸缩囊的内部连通,所述第二管道的另一端通过所述三通阀门与所述高压气源连通,所述第二压力表与所述三通阀门连接;所述放空阀与所述第二管道连接;所述气源开关设置在所述三通阀门与所述高压气源之间的管路上。
所述滤液收集器设置在所述伸缩囊的下方,所述滤液收集器用于收集从所述通孔流出的滤液。
进一步地,所述压力供应单元为液压泵或空气压缩机。
进一步地,还包括:外壳;所述外壳设置在所述伸缩囊的外侧,所述外壳与所述伸缩囊固定连接。
进一步地,还包括:支架;所述支架与所述外壳固定连接,所述支架用于支撑所述外壳。
进一步地,还包括:第三金属管;所述第三金属管的一端与所述通孔连接,另一端设置在所述滤液收集器的上端。
进一步地,还包括:第三压力表;所述第三压力表设置在所述三通阀门与所述高压气源之间的管路上。
进一步地,所述滤液收集器上设置有高度刻度线。
进一步地,所述外壳及所述伸缩囊采用透明材质。
本发明实施例还提供了一种煤层气井泥饼静态模拟方法,包括:
将煤心制作为圆柱形状,控制所述煤心的直径小于所述伸缩囊的内径。
打开第一塞体,将所述煤心放置在所述伸缩囊内侧,开启所述压力供应单元,使所述伸缩囊与所述煤心之间紧密贴合。
在所述煤心的上方注入钻井液,将所述第一塞体旋紧至所述伸缩囊的进口端。
增加所述压力供应单元的输出压力,使所述伸缩囊内侧与所述第一塞体及所述第二塞体形成密闭空间;开启高压气源,控制所述钻井液上方的压力达到预设压力值,并维持所述压力值达到预设的时间。
关闭所述压力供应单元及所述高压气源,开启放空阀放出所述伸缩囊内侧的气体,降低所述伸缩囊内部的压力,取出所述煤心。
通过测量所述钻井液侵入所述煤心的深度判断所述钻井液对所述煤心的污染程度,通过测量所述滤液收集器内滤液的体积计算所述煤心形成泥饼时的渗透率。
本发明实施例提供的一种或多种技术方案,至少具备以下有益效果或优点:
1、本发明实施例提供的煤层气井泥饼静态模拟装置及方法,伸缩囊中同时容纳煤心和钻井液,钻井液静态设置在煤心的上方,且钻井液与煤心接触,模拟钻井过程中钻井液在压差下渗入煤层,真实体现钻井液和煤层相互作用及耦合关系,仿真性强,能够准确的评价煤心的污染程度以及煤心形成泥饼时的渗透率等参数,为煤层气钻井工作和调节钻井液性能提供了有用的指导数据。
2、本发明实施例提供的煤层气井泥饼静态模拟装置及方法,压力供应单元为伸缩囊提供的压力可调,通过调节伸缩囊内的压力,可实现钻井液的注入以及伸缩囊内侧的密封,操作简单、方便。本发明实施例提供的煤层气井泥饼静态模拟装置及方法,设置有第一压力表及第二压力表,可实时显示压力供应单元及高压气源输出的压力值,能够调整压力供应单元及高压气源输出的压力值完成不同压力条件下的试验。
3、本发明实施例提供的煤层气井泥饼静态模拟装置,滤液收集器上设置有高度刻度线,方便对滤液的体积进行测量。
4、本发明实施例提供的煤层气井泥饼静态模拟装置,外壳及伸缩囊采用透明材质,可对煤层气井泥饼的形成过程进行观测。
附图说明
图1为本发明实施例提供的煤层气井泥饼静态模拟装置结构示意图。
具体实施方式
本发明实施例通过提供一种煤层气井泥饼静态模拟装置及方法,解决了现有技术中难以真实的模拟煤层气井泥饼的形成过程的技术问题,准确的评价了煤心的污染程度以及煤心形成泥饼时的渗透率等参数,为钻井开采工作提供了有用的指导数据。
参见图1,本发明实施例提供了一种煤层气井泥饼静态模拟装置,包括:外壳1、支架19、伸缩囊2、第一塞体3、第二塞体4、压力供应单元8、第一管道9、第二管道16、第三管道5、第一压力表10、第二压力表15及第三压力表14、放空阀17、三通阀门13、高压气源11、气源开关12及滤液收集器18。
参见图1,伸缩囊2为筒状结构,用于放置煤心6,增大伸缩囊2的内部压力后伸缩囊2径向扩张,减小伸缩囊2的内部压力后伸缩囊2径向收缩;本实施例中,伸缩囊2在常压下的长度为20cm,直径为25.5mm。伸缩囊2的一端为进口端,另一端为出口端,伸缩囊2垂直设置,进口端在出口端的上方。第一塞体3设置在进口端,第二塞体4设置在出口端,第二塞体4上开设有通孔,通孔用于排出伸缩囊2内的钻井液7;本实施例中,第一塞体3及第二塞体4的长为20mm,直径为25mm。外壳1设置在伸缩囊2的外侧,外壳1与伸缩囊2固定连接,外壳1用于保护伸缩囊2,本发明实施例中,外壳1及伸缩囊2采用透明材质,外壳1的上端设置有刻度线。支架19与外壳1固定连接,支架19用于支撑外壳1。
参见图1,压力供应单元8通过第一管道9与伸缩囊2连接,压力供应单元8用于增大或减小伸缩囊2内的压力,第一压力表10连接在第一管道9上,第一压力表10用于测量压力供应单元8的输出压力。本发明实施例中,压力供应单元8采用液压泵或空气压缩机;当压力供应单元8采用液压泵时,第一压力表10采用液压表;当压力供应单元8采用空气压缩机时,第一压力表10采用气压表。
参见图1,第二管道16的一端穿过第一塞体3与伸缩囊2的内部连通,第二管道16的另一端通过三通阀门13与高压气源11连通,第二压力表15与三通阀门13连接,第二压力表15用于显示高压气源11的输出压力。放空阀17与第二管道16连接,放空阀17用于释放伸缩囊2内侧的气体。气源开关12设置在三通阀门13与高压气源11之间的管路上,气源开关12用于控制高压气源11的开启或关闭;三通阀门13与高压气源11之间的管路上还设置有第三压力表14,第三压力表14也用于显示高压气源11的输出压力。本实施例中,高压气源11采用高压氮气瓶。
参见图1,滤液收集器18设置在伸缩囊2的下方,滤液收集器18用于收集从通孔流出的滤液。滤液收集器18上设置有高度刻度线,用于对滤液的体积进行测量。第三管道5的一端与通孔连接,另一端设置在滤液收集器18的上端。
参见图1,本发明实施例中,第一管道9、第二管道16及第三管道5均采用金属导管。
本发明实施例还提供了一种煤层气井泥饼静态模拟方法,参见图1,包括:
步骤1、将煤心6制作为圆柱形状,控制煤心6的直径小于或等于伸缩囊2的内径。本实施例中,煤心6的长度为2.5~5cm,直径为25mm。
步骤2、打开第一塞体3,将煤心6放置在伸缩囊2内侧,开启压力供应单元8,使伸缩囊2与煤心6之间紧密贴合。
步骤3、在煤心6的上方注入钻井液7,将第一塞体3旋紧至伸缩囊2的进口端。钻井液7为液体钻井液,根据需要配制,本实施例中,钻井液7选用清水钻井液或者低固相钻井液。
步骤4、增加压力供应单元8的输出压力,使伸缩囊2内侧与第一塞体3及第二塞体4形成密闭空间;开启高压气源11,控制钻井液7上方的压力达到预设压力值,并维持压力值达到预设的时间。
步骤5、关闭压力供应单元8及高压气源11,开启放空阀17放出伸缩囊2内侧的气体,控制压力供应单元8降低伸缩囊2内部的压力,取出煤心6。
步骤6、通过测量钻井液7侵入煤心6的深度评价钻井液7对煤心6的污染程度,通过测量滤液收集器18内滤液的体积计算煤心6形成泥饼时的渗透率。
本发明实施例提供的煤层气井泥饼静态模拟装置及方法,至少具备以下有益效果:
本发明实施例提供的煤层气井泥饼静态模拟装置及方法,伸缩囊中同时容纳煤心和钻井液,钻井液静态设置在煤心的上方,且钻井液与煤心接触,模拟钻井过程中钻井液在压差下渗入煤层,真实体现钻井液和煤层相互作用及耦合关系,仿真性强,能够准确的评价煤心的污染程度以及煤心形成泥饼时的渗透率等参数,为钻井开采工作提供了有用的指导数据。
本发明实施例提供的煤层气井泥饼静态模拟装置及方法,压力供应单元为伸缩囊提供的压力可调,通过调节伸缩囊内的压力,可实现钻井液的注入以及伸缩囊内侧的密封,操作简单、方便。本发明实施例提供的煤层气井泥饼静态模拟装置及方法,设置有第一压力表及第二压力表,可实时显示压力供应单元及高压气源输出的压力值,能够调整压力供应单元及高压气源输出的压力值完成不同压力条件下的试验。
本发明实施例提供的煤层气井泥饼静态模拟装置,滤液收集器上设置有高度刻度线,方便对滤液的体积进行测量。
本发明实施例提供的煤层气井泥饼静态模拟装置,外壳及伸缩囊采用透明材质,可对煤层气井泥饼的形成过程进行观测。
最后所应说明的是,以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照实例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的精神和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种煤层气井泥饼静态模拟装置,其特征在于,包括:伸缩囊、第一塞体、第二塞体、压力供应单元、第一管道、第一压力表、第二管道、放空阀、三通阀门、第二压力表、高压气源、气源开关及滤液收集器;
所述伸缩囊的内侧为筒状结构,增大所述伸缩囊的内部压力后所述伸缩囊径向扩张,减小所述伸缩囊的内部压力后所述伸缩囊径向收缩;
所述伸缩囊的一端为进口端,另一端为出口端,所述伸缩囊垂直设置,所述进口端在所述出口端的上方;所述第一塞体设置在所述进口端,所述第二塞体设置在所述出口端,所述第二塞体上开设有通孔,所述通孔用于排出所述伸缩囊内的钻井液;
所述压力供应单元通过所述第一管道与所述伸缩囊连接,所述压力供应单元用于增大或减小所述伸缩囊内部的压力,所述第一压力表连接在所述第一管道上,所述第一压力表用于测量所述压力供应单元的输出压力;
所述第二管道的一端穿过所述第一塞体与所述伸缩囊的内部连通,所述第二管道的另一端通过所述三通阀门与所述高压气源连通,所述第二压力表与所述三通阀门连接;所述放空阀与所述第二管道连接;所述气源开关设置在所述三通阀门与所述高压气源之间的管路上;
所述滤液收集器设置在所述伸缩囊的下方,所述滤液收集器用于收集从所述通孔流出的滤液。
2.如权利要求1所述的煤层气井泥饼静态模拟装置,其特征在于,所述压力供应单元为液压泵或空气压缩机。
3.如权利要求2所述的煤层气井泥饼静态模拟装置,其特征在于,还包括:外壳;所述外壳设置在所述伸缩囊的外侧,所述外壳与所述伸缩囊固定连接。
4.如权利要求3所述的煤层气井泥饼静态模拟装置,其特征在于,还包括:支架;所述支架与所述外壳固定连接,所述支架用于支撑所述外壳。
5.如权利要求4所述的煤层气井泥饼静态模拟装置,其特征在于,还包括:第三金属管;所述第三金属管的一端与所述通孔连接,另一端设置在所述滤液收集器的上端。
6.如权利要求5所述的煤层气井泥饼静态模拟装置,其特征在于,还包括:第三压力表;所述第三压力表设置在所述三通阀门与所述高压气源之间的管路上。
7.如权利要求6所述的煤层气井泥饼静态模拟装置,其特征在于,所述滤液收集器上设置有高度刻度线。
8.如权利要求7所述的煤层气井泥饼静态模拟装置,其特征在于,所述外壳及所述伸缩囊采用透明材质。
9.一种煤层气井泥饼静态模拟方法,其特征在于,包括:
将煤心制作为圆柱形状,控制所述煤心的直径小于所述伸缩囊的内径;
打开第一塞体,将所述煤心放置在所述伸缩囊内侧,开启所述压力供应单元,使所述伸缩囊与所述煤心之间紧密贴合;
在所述煤心的上方注入钻井液,将所述第一塞体旋紧至所述伸缩囊的进口端;
增加所述压力供应单元的输出压力,使所述伸缩囊内侧与所述第一塞体及所述第二塞体形成密闭空间;开启所述高压气源,控制所述钻井液上方的压力达到预设压力值,并维持所述压力值达到预设的时间;
关闭所述压力供应单元及所述高压气源,开启放空阀放出所述伸缩囊内侧的气体,降低所述伸缩囊内部的压力,取出所述煤心;
通过测量所述钻井液侵入所述煤心的深度判断所述钻井液对所述煤心的污染程度;通过测量所述滤液收集器内滤液的体积,并结合轴向压力值、滤失时间等参数,根据达西定律计算所述煤心形成泥饼时的渗透率。
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