CN106353484A - 一种模拟复合多层气藏开采的实验方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种模拟复合多层气藏开采的实验方法及装置。所述装置包括注入系统(1)、煤层模型系统(2)、致密砂岩层模型系统(3)、页岩模型系统(4)、回压系统(5)、回收系统(6)和数据采集系统(7)；注入系统(1)经第一多通道阀(81)与煤层模型系统(2)、致密砂岩层模型系统(3)和页岩模型系统(4)连接；煤层模型系统(2)、致密砂岩层模型系统(3)和页岩模型系统(4)经过第二多通道阀(82)与回压系统(5)连接；回压系统(5)与回收系统(6)连接；数据采集系统(7)与煤层模型系统(2)、致密砂岩层模型系统(3)、页岩模型系统(4)、和回收系统(6)连接。

Description

一种模拟复合多层气藏开采的实验方法及装置

技术领域

本发明涉及天然气的开采领域，具体的，本发明涉及一种模拟复合多层气藏开采的实验方法及装置。

背景技术

世界非常规天然气资源丰富，各大沉积盆地普遍发育丰富的煤层气藏、致密砂岩气藏和页岩气藏。随着非常规气藏勘探开发规模的不断扩大，煤层、致密砂岩层和页岩层多层叠置现象逐渐普遍。对于厚度较小的气层，单层开采存在产能低、开采难度大的问题。为了提高气井产能和效率，实现气井的高效开采，国内外学者相继提出了多储层分层压裂合层排采，合层压裂合层排采等工艺技术。多层合采不仅可以提高单井产能，减小油压，改善整个气田的开发效益，还能够延长气井稳产期，减小气井综合成本，已成为气井增产降本的有效手段。

目前，用于气藏多层合层开采模拟研究的实验方法和装置主要针对单一类型气藏，如砂岩气藏多层合层开采室内实验模拟、煤层气藏多层合层开采气液流动室内实验模拟等。而国内煤层\致密砂岩层\页岩层的合层开采处于工程试验阶段，相关的室内实验研究仍处于空白领域。因此，提供一种模拟煤层\致密砂岩层\页岩层合层开采的实验装置及对应的实验方法是必要且紧迫的。

2010年，胡勇等人设计了一种气藏多层合采物理模拟实验装置。该装置通过多个长岩心夹持器并联，模拟气体在气藏中多个气层内部的流动；通过高压气源和气体增压器向岩心孔隙饱和气，模拟气藏储层原始压力，通过高压注射泵向多个岩心夹持器中的岩心加围压，模拟上覆岩层压力；通过装置末端的调压阀和质量流量计控制生产压差和流量，模拟气藏定产量衰竭或定压差衰竭开采；通过长岩心夹持器正体上与进出口端得压力传感器记录沿程压力变化，通过长岩心夹持器末端的质量流量计记录各层的质量流量，通过计算机对记录的数据进行处理，绘制关系曲线。该装置的缺点是：只能对同一种类型气藏进行模拟，而不能模拟煤层气藏和页岩气藏的开采；只能模拟单相气体在储层中的运移，不能考虑液相的影响；不能模拟原始储层的温度条件。

2015年，易同生等人设计和组装了一种多煤层合采的煤层气井筒气液两相流模拟装置。该装置主要包括回收系统、井筒模拟系统、储层模拟系统、调整系统和数据采集系统。回收系统连接在井筒模拟系统的顶部，储层模拟系统与井筒模拟系统的导孔连接，调整系统连接在井筒模拟系统的外侧与底部，数据采集系统连接在回收系统、井筒模拟系统与储层模拟系统相互间的连接处。该装置能够模拟一定井斜角条件下，经排水降压后，原始储层条件下多个煤层依次解吸，并经过煤层气井筒的环空和油管产出这一物理过程。该装置的缺点是：装置只能模拟多煤层的合层开采，不能推广到多种类型气藏多层合层开采的模拟；不能模拟原始储层的温度条件；甲烷只能吸附在水膜上，实验获得的吸附量较实际情况偏小。

2013年，刘向君等人设计了一种页岩气藏开采模拟实验装置。该装置包括高压气源系统、注入系统、模型系统、恒温箱系统、回压系统和数据采集系统组成。该装置将不同尺度大小的岩心串联起来，可模拟页岩气藏中的多尺度孔隙特征，反映出因多尺度效应影响的页岩气渗流具有的多尺度特征，能够模拟页岩气藏的开采过程，综合评价不同开采方式的开采机理和开采动态。该装置的缺点是：装置只能模拟单相气体在储层中的运移，不能考虑液相的影响，与页岩储层实际情况不符；装置在平板模型岩心夹持器中用平板岩心模拟页岩气的吸附解吸，不能有效模拟原始储层的三维应力环境，不能准确揭示页岩气在页岩中的吸附解吸的规律。

目前，关于非常规气藏中气体的跨尺度流动特征的室内实验研究较为欠缺，因此在煤层\致密砂岩层\页岩层合层开采的室内实验中，考虑各气层中气体的跨尺度流动具有重要意义。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种模拟复合多层气藏开采的实验装置；

本发明的另一目的在于提供使用所述实验装置模拟复合多层气藏开采实验方法。

为达上述目的，一方面，本发明提供了一种模拟复合多层气藏开采的实验装置，其中，所述复合多层气藏为煤层气/致密砂岩气/页岩气气藏；所述装置包括注入系统1、煤层模型系统2、致密砂岩层模型系统3、页岩模型系统4、回压系统5、回收系统6和数据采集系统7；其中注入系统1经过第一多通道阀81分别与煤层模型系统2、致密砂岩层模型系统3和页岩模型系统4连接；煤层模型系统2、致密砂岩层模型系统3和页岩模型系统4再分别经过第二多通道阀82与回压系统5连接；所述回压系统5与回收系统6连接；所述数据采集系统7分别与煤层模型系统2、致密砂岩层模型系统3、页岩模型系统4、和回收系统6连接以对实验数据进行检测。

根据本发明一些具体实施方案，其中，所述多通道阀为六通道阀。

根据本发明一些具体实施方案，其中，所述注入系统包括注入系统高压气瓶11、注入系统空气压缩机12、注入系统增压泵13、注入系统高压驱替泵14、注入系统气体中间容器15、双缸泵16、液体中间容器17和真空泵18；所述注入系统高压气瓶和注入系统增压泵顺序通过注入系统主管路与第一多通道阀81连接，所述注入系统增压泵还分别与注入系统空气压缩机和注入系统气体中间容器连接，注入系统高压驱替泵与注入系统气体中间容器连接，在注入系统增压泵与第一多通道阀连接的主管路上，连接液体中间容器和真空泵，所述双缸泵与液体中间容器连接。

根据本发明一些具体实施方案，其中，所述高压气瓶为甲烷高压气瓶；其中所述甲烷优选为高纯甲烷。

所述的高纯甲烷可以为常规市售的高纯甲烷，譬如纯度大于99.99％的甲烷。

根据本发明一些具体实施方案，其中，所述注入系统还包括注入系统排空阀198；所述注入系统排空阀设置在注入系统增压泵与第一多通道阀之间的管路上。

根据本发明一些具体实施方案，其中，是在注入系统排空阀和第一多通道阀连接的主管路上，连接液体中间容器和真空泵；

根据本发明一些具体实施方案，其中，所述注入系统还包括七个注入系统阀门191、192、193、194、195、196、197，所述注入系统阀门分别设置在如下的每两个直接用管路连接的设备之间的管路上：注入系统高压气瓶、注入系统增压泵、注入系统高压驱替泵、注入系统气体中间容器、双缸泵、液体中间容器、和真空泵，以及设置在注入系统增压泵与注入系统排空阀之间的主管路上、真空泵与主管路连接的管路上、和液体中间容器与主管路连接的管路上。

如图1所示，在注入系统中，下列阀门设置在如下设备之间的管路上：阀门191在高压气瓶和增压泵之间，阀门192在增压泵和排空阀之间，阀门193在增压泵和气体中间容器之间，阀门194在气体中间容器和高压驱替泵之间，阀门195在真空泵和主管路之间，阀门196在液体中间容器和主管路之间，阀门197在液体中间容器和双缸泵之间。

根据本发明一些具体实施方案，其中，煤层模型系统2包括煤层系统三轴吸附解吸仪21、煤层系统全直径岩心夹持器22、煤层系统平板岩心夹持器23、煤层系统油压泵24、煤层系统水压泵25、煤层系统恒温箱26和煤层系统气液分离器27，第一多通道阀81与煤层系统三轴吸附解吸仪、煤层系统全直径岩心夹持器、煤层系统平板岩心夹持器和煤层系统气液分离器通过煤层模型系统主管路顺序串联，煤层系统油压泵与煤层系统三轴吸附解吸仪连接，煤层系统水压泵通过第三多通道阀83分别与两个岩心夹持器和煤层系统三轴吸附解吸仪连接，煤层系统气液分离器的两个出口端(气体出口和液体出口)通过管路汇聚后与第二多通道阀82连接，还在主管路上设置支管路与煤层系统三轴吸附解吸仪并联以将煤层系统全直径岩心夹持器与第一多通道阀直接连接，所述煤层系统三轴吸附解吸仪、煤层系统全直径岩心夹持器和煤层系统平板岩心夹持器置于煤层系统恒温箱内。

根据本发明一些具体实施方案，其中，所述煤层模型系统还包括十二个煤层系统阀门2901、2902、2903、2904、2905、2906、2907、2908、2909、2910、2911、2912，其中两个煤层系统阀门设置在支管路上，其余的分别设置在除了煤层系统油压泵和煤层系统水压泵以外的其他煤层模型系统设备之间、管路连接点之间、以及设备与管路连接点之间的管路上。

如图1所示，在煤层模型系统中，下列阀门设置在如下设备之间的管路上：阀门2901在第一多通道阀和煤层模型系统支管路之间，阀门2902在支管路与三轴吸附解吸仪的入口端之间，阀门2903在支管路与三轴吸附解吸仪的出口端之间，阀门2904在支管路和全直径岩心夹持器之间，阀门2905在全直径岩心夹持器和平板岩心夹持器之间，阀门2906在平板岩心夹持器和气液分离器之间，阀门2907在气液分离器和第二多通道阀之间，阀门2908和阀门2909以支管路靠近第一多通道阀的一端为起点顺序设置在支管路上，阀门2910在三轴吸附解吸仪和第三多通道阀之间连接的管路上，阀门2911在全直径岩心夹持器和第三多通道阀之间连接的管路上，阀门2912在平板岩心夹持器和第三多通道阀之间连接的管路上。

根据本发明一些具体实施方案，其中，致密砂岩层模型系统3包括砂岩层系统全直径岩心夹持器31、砂岩层系统平板模型岩心夹持器32、砂岩层系统水压泵33、砂岩层系统恒温箱35和砂岩层系统气液分离器35，其中第一多通道阀81与砂岩层系统全直径岩心夹持器、砂岩层系统平板模型岩心夹持器和砂岩层系统气液分离器通过致密砂岩层模型系统主管路顺序串联，砂岩层系统水压泵通过第四多通道阀84分别与砂岩层系统全直径岩心夹持器和砂岩层系统平板模型岩心夹持器连接，砂岩层系统气液分离器的两个出口端(气体出口和液体出口)通过管路汇聚后与第二多通道阀82连接，所述砂岩层系统全直径岩心夹持器和砂岩层系统平板岩心夹持器置于砂岩层系统恒温箱内；

根据本发明一些具体实施方案，其中，所述致密砂岩层模型系统还包括六个砂岩层系统阀门361、362、363、364、365、366，所述砂岩层系统阀门设置在除了砂岩层系统水压泵以外的其他致密砂岩层模型系统设备之间、管路连接点之间、以及设备与管路连接点之间的管路上。

如图1所示，在致密砂岩层模型系统中，下列阀门设置在如下设备之间的管路上：阀门361在第一多通道阀和全直径岩心夹持器之间，阀门362在全直径岩心夹持器和平板模型岩心夹持器之间，阀门363在平板模型岩心夹持器和气液分离器之间，阀门364在气液分离器和第二多通道阀之间，阀门365在第四多通道阀和全直径岩心夹持器之间，阀门366在第四多通道阀和平板模型岩心夹持器之间。

根据本发明一些具体实施方案，其中，页岩模型系统4包括页岩系统三轴吸附解吸仪41、页岩系统全直径岩心夹持器42、页岩系统平板岩心夹持器43、页岩系统油压泵44、页岩系统水压泵45、页岩系统恒温箱46和页岩系统气液分离器47，第一多通道阀81与页岩系统三轴吸附解吸仪、页岩系统全直径岩心夹持器、页岩系统平板岩心夹持器和页岩系统气液分离器通过页岩模型系统主管路顺序串联，页岩系统油压泵与页岩系统三轴吸附解吸仪连接，页岩系统水压泵通过第五多通道阀85分别与两个岩心夹持器和页岩系统三轴吸附解吸仪连接，页岩系统气液分离器的两个出口端(气体出口和液体出口)通过管路汇聚后与第二多通道阀82连接，还在主管路上设置支管路与页岩系统三轴吸附解吸仪并联以将页岩系统全直径岩心夹持器与第一多通道阀直接连接，所述页岩系统三轴吸附解吸仪、页岩系统全直径岩心夹持器和页岩系统平板岩心夹持器置于页岩系统恒温箱内。

根据本发明一些具体实施方案，其中，所述页岩模型系统还包括十二个页岩系统阀门4801、4802、4803、4804、4805、4806、4807、4808、4809、4810、4811、4812，其中两个页岩系统阀门设置在支管路上，其余的分别设置在除了页岩系统油压泵和页岩系统水压泵以外的其他页岩模型系统设备之间、管路连接点之间、以及设备与管路连接点之间的管路上。

如图1所示，在页岩模型系统中，下列阀门设置在如下设备之间的管路上：阀门4801在第一多通道阀和页岩模型系统支管路之间，阀门4802在支管路与三轴吸附解吸仪的入口端之间，阀门4803在支管路与三轴吸附解吸仪的出口端之间，阀门4804在支管路和全直径岩心夹持器之间，阀门4805在全直径岩心夹持器和平板岩心夹持器之间，阀门4806在平板岩心夹持器和气液分离器之间，阀门4807在气液分离器和第二多通道阀之间，阀门4808和阀门4809以支管路靠近第一多通道阀的一端为起点顺序设置在支管路上，阀门4810在三轴吸附解吸仪和第三多通道阀之间连接的管路上，阀门4811在全直径岩心夹持器和第三多通道阀之间连接的管路上，阀门4812在平板岩心夹持器和第三多通道阀之间连接的管路上。

根据本发明一些具体实施方案，其中，所述回压系统5包括回压系统高压气瓶51、回压系统空气压缩机52、回压系统增压泵53、回压系统高压驱替泵54、回压系统气体中间容器55、回压阀56和回压系统排空阀575，所述回压系统高压气瓶与回压系统增压泵、回压阀和第二多通道阀82通过主管路顺序串联连接，所述回压系统排空阀通过管路与回压系统增压泵和回压阀之间的管路连接，回压系统高压驱替泵和回压系统气体中间容器连接，回压系统气体中间容器通过管路与回压系统排空阀和回压系统增压泵之间的管路连接。

根据本发明一些具体实施方案，其中，所述回压系统高压气瓶为惰性气体气瓶；其中优选为氮气高压气瓶；更优选为高纯氮气高压气瓶。

所述的高纯氮气为常规市售的高纯氮气，譬如为纯度大于99.999％的氮气。

根据本发明一些具体实施方案，其中，所述回压系统还包括四个回压系统阀门571、572、573、574，所述回压系统阀门分别设置在如下通过管路直接连接的回压系统设备之间：回压系统高压气瓶、回压系统排空阀、回压系统高压驱替泵、回压系统气体中间容器，以及设置在回压系统增压泵和回压系统排空阀之间的主管路上、和回压系统气体中间容器与主管路连接的管路上。

如图1所示，在回压系统中，下列阀门设置在如下设备之间的管路上：阀门571在排空阀和增压泵之间，阀门572在增压泵和高压气瓶之间，阀门573在增压泵和气体中间容器之间，阀门574在气体中间容器和高压驱替泵之间。

根据本发明一些具体实施方案，其中，所述回收系统6包括水池61、废气罐62和回收系统气液分离器63，所述回收系统气液分离器的液体出口与水池连接、气体出口与废气罐连接，回收系统气液分离器的入口与回压系统5的回压阀56连接。

根据本发明一些具体实施方案，其中，所述回收系统还包括回收系统阀门64，其设置在回收系统气液分离器与回压阀之间的管路上。

根据本发明一些具体实施方案，其中，所述数据采集系统包括11个压力传感器7101、7102、7103、7104、7105、7106、7107、7108、7109、7110、7111、4个气体流量计721、722、723、724、4个液体流量计731、732、733、734和计算机74，所述压力传感器分别设置在煤层模型系统2和页岩模型系统4各自的三轴吸附解吸仪、全直径岩心夹持器和平板模型岩心夹持器的入口端和出口端，以及致密砂岩层模型系统3的全直径岩心夹持器和平板模型岩心夹持器的入口端和出口端，气体流量计分别设置在四个气液分离器的气体出口端，液体流量计分别设置在四个气体分离器的液体出口端，上述的压力传感器、液体流量计和气体流量计分别与计算机电连接。

根据本发明一些具体实施方案，其中，本发明各系统所述的高压驱替泵为高精度高压驱替泵。

根据本发明一些具体实施方案，其中，本发明各系统所述的油压泵和水压泵分别为手动油压泵和手动水压泵。

其中可以理解的是，本发明各系统所述的三轴吸附解吸仪的入口端和出口端为本领域习惯性称呼，入口端通常是指接入管路的一端，即与第一多通道阀连接的一端；出口端是指接出管路的一端，即与各系统的全直径岩心夹持器连接的一端。

其中，本发明所述的连接，如果没有特别说明是电连接的话，通常是指通过管路连接。

另一方面，本发明还提供了使用所述实验装置模拟复合多层气藏开采实验方法，其中，所述方法包括如下步骤：

(1)组装仪器，设置恒温箱温度并检测气密性；

(2)对煤层模型系统2抽真空，先在低围压下抽真空，然后增加围压到实验要求，加压顺序为煤层模型系统的平板岩心夹持器23、全直径岩心夹持器22、和三轴吸附解吸仪21，然后将煤层模型系统入口管路封闭；对致密砂岩层模型系统3抽真空，先在低围压下抽真空，然后增加围压到实验要求，加压顺序为致密砂岩层模型系统的平板岩心夹持器32、和全直径岩心夹持器31，然后将致密砂岩层模型系统入口管路封闭；对页岩层模型系统4抽真空，先在低围压下抽空，然后增加围压到实验要求，加压顺序为页岩层模型系统的平板岩心夹持器43、全直径岩心夹持器42、和三轴吸附解吸仪41，然后将页岩层模型系统入口管路封闭；

(3)在回压系统5中，将回压系统高压气瓶51中的气体转入回压系统气体中间容器55，用回压系统增压泵53对回压系统气体中间容器中的气体增压到设定压力后，用回压系统高压驱替泵54调节回压系统气体中间容器的压力，加压到实验压力，待稳定后，让气体充满回压阀56，并保持回压阀压力不变；

(4)对煤层模型系统的三轴吸附解吸仪中煤样吸附处理，对煤样施加轴压至设定值，利用注入系统1将注入系统高压气瓶11中的气体通入煤层模型系统的三轴吸附解吸仪，并使气体充分吸附，然后将煤层模型系统入口管路封闭；对页岩模型系统三轴吸附解吸仪中页岩样品进行吸附处理，对页岩样品施加轴压至设定值，利用注入系统将注入系统高压气瓶中的气体通入页岩系统三轴吸附解吸仪，调节页岩系统三轴吸附解吸仪的压力至设定值，然后将页岩模型系统入口管路封闭；

(5)封闭煤层系统三轴吸附解吸仪的入口管路，利用注入系统的双缸泵16和煤层模型系统的支管路对煤层模型系统的两个岩心夹持器进行饱和地层水处理，然后将煤层模型系统入口管路封闭；利用双缸泵对致密砂岩层模型系统的两个岩心夹持器进行饱和地层水处理，然后将致密砂岩层模型系统入口管路封闭；利用注入系统的双缸泵和页岩层模型系统的支管路对页岩层模型系统的两个岩心夹持器进行饱和地层水处理，然后将页岩层模型系统入口管路封闭；

(6)利用注入系统高压气瓶的气体通过增压对致密砂岩层模型系统中的两个岩心夹持器进行气驱水操作，直到岩心达到原始含水饱和度，然后将致密砂岩层模型系统入口和出口管路封闭；利用注入系统高压气瓶的气体，对页岩层模型系统中的两个岩心夹持器进行气驱水操作，直到岩心达到原始含水饱和度，然后将页岩层模型系统入口和出口管路封闭，并关闭注入系统高压气瓶；

(7)通过回压系统的高压驱替泵来使得回压阀压力保持下降，将煤层模型系统、致密砂岩层模型系统和页岩模型系统与回压阀连通，模拟煤层气/致密砂岩气/页岩气合层开采；同时分别测量煤层模型系统、致密砂岩层模型系统和页岩层模型系统的气体和液体流量，记录各个压力传感器的压力变化；对记录的数据进行处理分析，可得到整个合层开采过程中的压力-时间关系，采气量-时间关系，采液量-时间关系，采气量-压力关系，采液量-压力关系，并分析模拟实验的整个动态开采过程及开采机理。

其中，本发明步骤(2)所述低围压为本领域惯用术语，而根据本发明一些具体实施方案，其中步骤(2)对煤层模型系统2抽真空后，先在0.5-1Mpa的低围压下抽真空，然后增加围压到实验要求，加压顺序为煤层模型系统的平板岩心夹持器23、全直径岩心夹持器22、和三轴吸附解吸仪21，然后将煤层模型系统入口管路封闭。

其中，步骤(5)所述对煤层模型系统的两个岩心夹持器进行饱和地层水处理、对致密砂岩层模型系统进行饱和地层水处理、以及对页岩层模型系统的两个岩心夹持器进行饱和地层水处理可以参照本领域常规的操作，而根据本发明一些具体实施方案，其分别各自独立包括加大驱替压差，并分别调节煤层模型系统、致密砂岩层模型系统或页岩层模型系统的压力至设定值，使得系统的进液量和出液量稳定。

其中，步骤(6)可以采用本领域常规操作来确定岩样含水饱和度，而根据本发明一些具体实施方案，步骤(6)是采用称重法确定岩样含水饱和度。

根据本发明一些具体实施方案，其中，所述方法包括如下步骤：

(1)组装仪器，设置恒温箱温度并检测气密性：组装实验仪器，然后分别设置恒温箱(26、34、46)的温度为实验温度，关闭如下阀门：煤层模型系统2、致密砂岩层模型系统3和页岩模型系统4各自与第一多通道阀81连接的阀门2901，361，4801、各模型系统的平板岩心夹持器23，32，43与气液分离器27，35，47之间的阀门2906，363，4806、注入系统1的液体中间容器17与第一多通道阀81之间的阀门196、真空泵18与第一多通道阀81之间的阀门195、增压泵13与第一多通道阀81之间的阀门192，198；将注入系统高压气瓶11的气体转入到注入系统中间容器15中，用注入系统增压泵13对注入系统中间容器15中气体增压到设定压力，利用注入系统高压驱替泵14调节注入系统中间容器压力，待稳定后，关闭高压气瓶11与增压泵13之间的阀门191，打开各模型系统各自与第一多通道阀连接的阀门2901，361，4801、增压泵13与第一多通道阀81之间的阀门192，使高压气体缓慢转入模型系统中，检查装置密封性；

(2)关闭注入系统增压泵13与第一多通道阀81连接的阀门192，打开真空泵18与第一多通道阀连接的阀门195，利用注入系统的真空泵18对模型系统进行抽真空：关闭致密砂岩层模型系统3和页岩模型系统4各自与第一多通道阀81连接的阀门361，4801，开启煤层模型系统2与第一多通道阀连接81的阀门2901，在低围压的条件下抽真空，然后用煤层系统水压泵25增加围压到实验要求，加压的顺序为煤层模型系统的平板岩心夹持器23，全直径岩心夹持器22，三轴吸附解吸仪21；关闭煤层模型系统2与第一多通道阀连接81的阀门2901，打开致密砂岩层模型系统3与第一多通道阀连接81的阀门361，在低围压的条件下抽真空，然后用砂岩层系统水压泵33增加围压到实验要求，加压的顺序为致密砂岩层模型系统的平板岩心夹持器32，全直径岩心夹持器31；关闭致密砂岩层模型系统3与第一多通道阀81连接的阀门361，打开页岩模型系统4与第一多通道阀81连接的阀门4801，在低围压的条件下抽真空，后用页岩模型系统水压泵45增加围压到实验要求，加压的顺序为页岩模型系统4的平板岩心夹持器43，全直径岩心夹持器42，三轴吸附解吸仪41，抽完之后，关闭页岩模型系统4与第一多通道阀81连接的阀门4801、以及注入系统1的真空泵18与第一多通道阀连接的阀门195；

(3)将回压系统高压气瓶51中的气体转入回压系统中间容器55，用回压系统增压泵53对回压系统中间容器55中的气体增压到设定压力后，用回压系统高压驱替泵54调节回压系统中间容器55的压力到实验压力，稳定后，缓慢打开回压阀56与回压系统增压泵53之间的阀门571，让气体缓慢充满回压阀，保持回压阀压力不变；

(4)对煤层模型系统2的三轴吸附解吸仪21中煤样吸附处理：关闭煤层模型系统支管路上的阀门2908，2909，利用煤层模型系统的油压泵24对煤样施加轴压至设定值，将注入系统高压气瓶11中的气体转入注入系统中间容器15，利用注入系统高压驱替泵14对注入系统中间容器中气体增压到设定压力，稳定后，打开注入系统排空阀198和注入系统增压泵13与第一多通道阀81连接的阀门192，排出管线中的空气后，关闭注入系统排空阀198和煤层系统三轴吸附解吸仪21出口端与支管路之间的阀门2903，打开煤层模型系统2与第一多通道阀81连接的阀门2901，向煤层系统三轴吸附解吸仪21通入气体，利用注入系统高压驱替泵14调节煤层系统三轴吸附解吸仪21的压力，持续注入2-10天，直至注入系统高压驱替泵14的体积不再变化为止，然后关闭煤层模型系统2与第一多通道阀81连接的阀门2901；对页岩系统三轴吸附解吸仪41中页岩样品进行吸附处理：关闭页岩模型系统4支管路上的阀门4808，4809，利用页岩系统油压泵44对页岩样品施加轴压至设定值，打开页岩模型系统4与第一多通道阀81连接的阀门4801，关闭页岩系统三轴吸附解吸仪41出口端与支管路之间的阀门4803，向页岩系统三轴吸附解吸仪41通入气体，利用注入系统高压驱替泵14调节页岩系统三轴吸附解吸仪41的压力至设定值，直至注入系统高压驱替泵14的体积不再变化为止，然后关闭页岩模型系统4与第一多通道阀81连接的阀门4801；

(5)关闭注入系统增压泵13与第一多通道阀81连接的阀门192、煤层系统三轴吸附解吸仪21入口端与支管路之间的阀门2902、三轴吸附解吸仪21出口端与支管路之间的阀门2903、致密砂岩层模型系统3和页岩模型系统4各自与第二多通道阀82连接的阀门364，4807，打开煤层模型系统2与第一多通道阀81连接的阀门2901、煤层模型系统2的支管路上的阀门2908，2909、煤层模型系统的支管路与第二多通道阀82之间的主管路上的所有阀门2904，2905，2906，2907、注入系统1的液体中间容器17与第一多通道阀81之间的阀门196，利用注入系统的双缸泵16对煤层模型系统2的两个岩心夹持器22，23进行饱和地层水处理，逐渐加大驱替压差，调节煤层模型系统2的压力至设定值，并使得系统的进液量和出液量稳定，关闭煤层模型系统2与第一多通道阀81和第二多通道阀82连接的阀门2901，2907；打开致密砂岩层模型系统3的主管路上的全部阀门361，362，363，364，利用注入系统1的双缸泵16对致密砂岩层模型系统3的两个岩心夹持器31，32进行饱和地层水处理，逐渐加大驱替压差，调节致密砂岩层模型系统3的压力至设定值，并使得系统的进液量和出液量稳定，关闭致密砂岩层模型系统3与第一多通道阀81和第二多通道阀82连接的阀门361，364；关闭页岩系统三轴吸附解吸仪41的入口端与支管路之间的阀门4802、三轴吸附解吸仪41的出口端与支管路之间的阀门4803，打开页岩模型系统4与第一多通道阀81连接的阀门4801、页岩模型系统4的支管路上的阀门4808，4809、以及页岩模型系统4的支管路与第二多通道阀82之间的主管路上的全部阀门4804，4805，4806，4807，利用注入系统双缸泵16对页岩层模型系统4的两个岩心夹持器42，43进行饱和地层水处理，逐渐加大驱替压差，调节页岩层模型系统4的压力至设定值，并使得系统的进液量和出液量稳定，关闭页岩模型系统4与第一多通道阀81和第二多通道阀82连接的阀门4801，4807；

(6)关闭注入系统1的液体中间容器17与第一多通道阀81之间的阀门196，打开注入系统增压泵13与第一多通道阀81之间的阀门192、致密砂岩层模型系统3与第一多通道阀81和第二多通道阀82连接的阀门361，364，将注入系统高压气瓶11的气体通过增压，转入致密砂岩层模型系统3中的两个岩心夹持器31，32进行气驱水操作，逐渐增大驱替压差，利用注入系统高压驱替泵14调节致密砂岩层模型系统3的压力至实验设定值，并对岩样进行称重，确定岩样含水饱和度达到原始含水饱和度，然后关闭致密砂岩层模型系统3与第一多通道阀81和第二多通道阀82连接的阀门361，364；打开页岩模型系统4与第一多通道阀81和第二多通道阀82连接的阀门4801，4807，将注入系统高压气瓶11的气体通过增压转入页岩层模型系统4中的两个岩心夹持器42，43进行气驱水操作，逐渐增大驱替压差，利用注入系统高压驱替泵14调节页岩层模型系统4的压力至实验设定值，并对岩样进行称重，确定岩样含水饱和度达到原始含水饱和度，然后关闭在本步骤中开启的阀门192，4801，4807；

(7)设置回压系统高压驱替泵54的压力值，调节回压系统回压阀56压力，使回压阀的压力以恒定速率逐渐降低，打开煤层模型系统2、致密砂岩层模型系统3、页岩模型系统4各自与第二多通道阀82连接的阀门2907，364，4807，模拟煤层气/致密砂岩气/页岩气合层开采；同时分别测量煤层模型系统、致密砂岩层模型系统和页岩层模型系统的气液分离器的气体和液体流量，合采初期，每30-60分钟记录一次时间和气、液流量值，记录各个压力传感器的压力变化，数据保存在计算机93的储存模块中；回压阀56的压力值降低到实验压力点后，保持回压系统高压驱替泵54的驱替压力值不变，气、液流量值数据点可改为10-12小时记录一次，直到出口端没有气体和液体产出；然后关闭回压系统5的回压阀56和增压泵53之间的阀门571，打开回压系统排空阀575，缓慢卸掉回压阀56的压力，记录气、液流量值，记录数据点为10-12小时一次，直到出口端没有气体和液体产出；对记录的数据进行处理分析，可得到整个合层开采过程中的压力-时间关系，采气量-时间关系，采液量-时间关系，采气量-压力关系，采液量-压力关系，并分析模拟实验的整个动态开采过程及开采机理。

根据本发明一些具体实施方案，步骤(7)设置回压系统高压驱替泵54的压力值，调节回压系统回压阀56压力，控制回压以2-3MPa为步长，以0.5-1h为间隔逐渐降低。

其中可以理解的是，步骤(3)气体流向回压阀56受阀门571控制，所述缓慢打开回压阀56与回压系统增压泵53之间的阀门571，可使气体流量由小到大流向回压阀，从而避免突然的大流量流体对回压阀造成冲击。

综上所述，本发明提供了一种模拟复合多层气藏开采的实验方法及装置。本发明的方法具有如下优点：本发明技术方案通过将煤层模型系统、致密砂岩层模型系统和页岩层模型系统并联起来，施加不同的围压和温度，可模拟地层中煤层、致密砂岩层和页岩层在不同叠置关系、不同层位组合、不同开采次序下的开采动态，可综合评价和优选煤层气/致密砂岩气/页岩气的合采参数；在煤层模型系统、致密砂岩层模型系统和页岩层模型系统内，将不同尺度大小的岩心串联起来，可模拟各个气藏中的多尺度孔隙特征，反映出因多尺度效应影响的流体渗流具有的多尺度特征，能够准确模拟合采过程中，不同开发方式下各层或总体的开采机理及开采动态；注入系统可选择性的为模型系统内的岩心注入地层水和甲烷，还原地层原始条件下岩心内的气水分布，从而有效模拟煤层/致密砂岩层/页岩层内气液两相流动。

附图说明

图1为本发明实施例1的设备示意图。

其中的点线框用来表示各系统；虚线框表示各系统的恒温箱；较浅颜色的线条表示电连接。

具体实施方式

以下通过具体实施例详细说明本发明的实施过程和产生的有益效果，旨在帮助阅读者更好地理解本发明的实质和特点，不作为对本案可实施范围的限定。

实施例1

如图1所示，本发明提供一种模拟煤层气/致密砂岩气/页岩气合层开采过程的实验装置，包括注入系统1、煤层模型系统2、致密砂岩层模型系统3、页岩模型系统4、回压系统5、回收系统6及数据采集系统7。

在注入系统中，注入系统通过第一多通道阀(六通阀)81与煤层模型系统的入口阀门2901、致密砂岩层模型系统的入口阀门361、页岩模型系的入口阀门4801连接。高纯甲烷高压气瓶11依次连接阀门191、增压泵13、气体中间容器15，高纯甲烷高压气瓶11为气体中间容器15提供稳定气源，增压泵13与空气压缩机12相连接，为气体中间容器15的气体稳定的增压。高精度高压驱替泵14依次与气体中间容器15、阀门192、第一多通道阀81连接，高精度高压驱替泵14为气体中间容器15提供压力源，使其中气体以更稳定的压力进入模型系统。双缸泵16依次与液体中间容器17、第一多通道阀81连接，双缸泵16为液体中间容器17提供稳定液源和压力源，使液体以更稳定的压力进入模型系统。真空泵18依次与阀门195、第一多通道阀81连接，真空泵18为模型系统中的岩心部分进行抽真空。阀门192和真空泵18的出口阀门195之间连接有排空阀198，可排除注入系统中的空气。

在煤层模型系统中，煤层模型系统的入口阀门2901依次与阀门2902、三轴吸附解吸仪21、阀门2903、阀门2904、全直径岩心夹持器22、阀门2905、平板模型岩心夹持器23、阀门2906、气液分离器27、阀门2907和第二多通道阀(六通阀)82连接。三轴吸附解吸仪21中采用的平板岩心的几何尺寸为(长×宽×厚)为50mm×50mm×100mm，平板岩心为弱或不水湿以及微裂缝不发育的露头煤岩岩心；全直径岩心夹持器22采用岩心尺寸(直径×长度)为50mm×100mm，全直径岩心为强水湿以及大孔和微裂缝发育的天然或露头煤岩岩心；平板岩心夹持器23采用的平板岩心的几何尺寸为(长×宽×厚)100mm×100mm×50mm，平板岩心为人造煤岩岩心，岩心内采用措施产生一定深度和厚度的裂缝。三轴吸附解吸仪21、全直径岩心夹持器22和平板岩心夹持器23均位于恒温箱26中，恒温箱26可精确控制实验系统所需的温度。手动水压泵25通过第三多通道阀(六通阀)83分别与三轴吸附解吸仪21、全直径岩心夹持器22和平板岩心夹持器23连接，主要为实验岩心提供围压。手动油压泵24与三轴吸附解吸仪21连接，为三轴吸附解吸仪21提供轴压。一条支路管线与三轴吸附解吸仪21并联，阀门2908和阀门2909控制支路管线的开启和关闭，支路管线主要用于选择性地为模型系统内的岩心注入地层水和甲烷，还原地层原始条件下岩心内的气水分布。

在致密砂岩层模型系统中，致密砂岩层模型系统的入口阀门361依次与全直径岩心夹持器31、阀门362、平板模型岩心夹持器32、阀门363、气液分离器35、阀门364和第二多通道阀82连接。全直径岩心夹持器31采用岩心尺寸(直径×长度)为50mm×100mm，全直径岩心为天然或露头致密砂岩岩心；平板岩心夹持器32采用的平板岩心的几何尺寸为(长×宽×厚)100mm×100mm×50mm，平板岩心为人造致密砂岩岩心，岩心内采用措施产生一定深度和厚度的裂缝。全直径岩心夹持器31和平板岩心夹持器32均位于恒温箱34中，恒温箱34可精确控制实验系统所需的温度。手动水压泵33通过第四多通道阀(六通阀)84分别与全直径岩心夹持器31和平板岩心夹持器32连接，主要为实验岩心提供围压。

在页岩层模型系统中，页岩层模型系统的入口阀门4801依次与阀门4802、三轴吸附解吸仪41、阀门4803、阀门4804、全直径岩心夹持器42、阀门4805、平板模型岩心夹持器43、阀门4806，气液分离器47、阀门4807和第二多通道阀82连接。三轴吸附解吸仪41中采用的平板岩心的几何尺寸为(长×宽×厚)为50mm×50mm×100mm，平板岩心为弱或不水湿以及微裂缝不发育的露头页岩岩心；全直径岩心夹持器42采用岩心尺寸(直径×长度)为50mm×100mm，全直径岩心为强水湿以及大孔和微裂缝发育的天然或露头页岩岩心；平板岩心夹持器43采用的平板岩心的几何尺寸为(长×宽×厚)100mm×100mm×50mm，平板岩心为人造页岩岩心，岩心内采用措施产生一定深度和厚度的裂缝。三轴吸附解吸仪41、全直径岩心夹持器42和平板岩心夹持器43均位于恒温箱46中，恒温箱46可精确控制实验系统所需的温度。手动水压泵45通过第五多通道阀(六通阀)85分别与三轴吸附解吸仪41、全直径岩心夹持器42和平板岩心夹持器43连接，主要为实验岩心提供围压。手动油压泵44与三轴吸附解吸仪41连接，为三轴吸附解吸仪41提供轴压。一条支路管线与三轴吸附解吸仪41并联，阀门4808和阀门4809控制支路管线的开启和关闭，支路管线主要用于选择性地为模型系统内的岩心注入地层水和甲烷，还原地层原始条件下岩心内的气水分布。

在回压系统中，回压系统的回压阀56的进口端通过第二多通道阀82与煤层模型系统的出口阀门2907、致密砂岩层模型系统的出口阀门364、页岩模型系的出口阀门4807连接，回压阀56用于控制模拟开采过程中的输出压力。高纯氮气高压气瓶51依次连接阀门572、增压泵53、气体中间容器55，高纯氮气高压气瓶51为气体中间容器55提供稳定气源，增压泵53与空气压缩机52相连接，为气体中间容器84的气体稳定的增压。高精度高压驱替泵54依次与气体中间容器55、阀门571、回压阀56连接，高精度高压驱替泵54为气体中间容器55提供压力源，控制回压阀56的压力。

回收系统包括水池61和废气罐62，水池61与数据采集系统的液体流量计734连接，废气罐62与数据采集系统的气体流量计724连接，回收系统主要用于收集实验中的产生的废气和废液。

数据采集系统包括压力传感器7101、7102、7103、7104、7105、7106、7107、7108、7109、7110、7111，气体流量计721、722、723、724，液体流量计731、732、733、734，计算机74。压力传感器7101、7102、7103、7104、7105、7106、7107、7108、7109、7110、7111分别位于在煤层模型、致密砂岩层系统和页岩层系统内三轴吸附解吸仪和两个岩心夹持器的进口端和出口端，用于监测流体在各层流动过程中的压力分布。气液分离器27、35、47的入口端与平板岩心夹持器23、32、43的出口阀门2906、363、4806连接，出口端分别连接气体流量计721、722、723和液体流量计731、732、733，用于记录经过各层的流体流量。气液分离器63入口端与回压阀56的出口阀门64连接，出口端分别连接气体流量计724和液体流量计734，用于记录三层总的流体流量。计算机74中包括数据采集模块、数据处理模块和数据存储模块。数据采集模块收集压力传感器和气、液流量计记录的数据，并传输给数据处理模块；数据处理模块通过分析，可得到合层开采过程中各层或总体的压力—时间之间的关系，采气量—时间之间的关系，采液量—时间之间的关系，采气量—压力之间的关系，采液量—压力之间的关系等；数据储存模块可将数据采集模块采集的数据和数据处理模块得到的数据进行储存。

本发明提供根据前述实验装置模拟煤层气/致密砂岩气/页岩气合层开采过程的方法，包括以下实验步骤：

1.组装仪器：按照图1的实验装置图组装实验设备，分别设置恒温箱26，恒温箱34和恒温箱46的实验温度；

2.装置气密性检测：关闭煤层模型系统的入口阀门2901和阀门2906，致密砂岩层模型系统入口阀门361和阀门363，页岩模型系统入口阀门4801和阀门4806，注入系统中液体中间容器的出口阀门196，真空泵出口阀门195，增压泵与第一通道阀之间的阀门192和阀门198。将高纯甲烷高压气瓶11的气体转入到中间容器15中，用增压泵13对中间容器15中气体增压到设定压力，利用高精度高压驱替泵14调节中间容器15压力。待稳定后，关闭高压气瓶11与增压泵13之间的阀门191，打开模型系统的入口阀门2901、阀门361和阀门4801，增压泵13与第一多通道阀81之间的阀门192，使高压气体缓慢转入模型系统中，进行试压工作，检查装置密封性；

3.抽真空操作：关闭阀门192，打开阀门195，利用真空泵18对模型系统进行抽真空。首先关闭阀门361和阀门4801，保持阀门2901开启，对煤层模型系统进行抽真空，先在低围压的条件下抽空，后用手动水压泵25逐渐增加围压到实验要求，加压的顺序为平板岩心夹持器23，全直径岩心夹持器22，三轴吸附解吸仪21。煤层模型系统抽完之后，关闭阀门2901，打开阀门361，对致密砂岩层模型系统进行抽真空，先在低围压的条件下抽空，后用手动水压泵33逐渐增加围压到实验要求，加压的顺序为平板岩心夹持器32，全直径岩心夹持器31。致密砂岩层模型系统抽完之后，关闭阀门361，打开阀门4801，对页岩层模型系统进行抽真空，先在低围压的条件下抽空，后用手动水压泵45逐渐增加围压到实验要求，加压的顺序为平板岩心夹持器43，全直径岩心夹持器42，三轴吸附解吸仪41，抽完之后，关闭阀门4801和阀门195；

4.回压设定：将氮气高压气瓶51中的气体转入中间容器55，用增压泵53对中间容器55中的气体增压到设定压力后，用高精度高压驱替泵154调节中间容器的压力，加压到实验压力，待稳定后，缓慢打开阀门571，让气体缓慢充满回压阀56的腔体，保持回压阀56的压力不变。

5.岩样吸附处理：首先进行三轴吸附解吸仪21中煤样的吸附处理，关闭阀门2908、阀门2909，利用手动油压泵24对煤样施加轴压至设定值，将高纯甲烷高压气瓶11中的气体转入中间容器15，利用高精度高压驱替泵14对中间容器15中气体增压到设定压力，待稳定一段时间后，打开放空阀198和阀门192，排出管线中的空气后，关闭放空阀198和阀门2903，打开阀门2901，向三轴吸附解吸仪21通入高纯甲烷气体，利用高精度高压驱替泵14调节三轴吸附解吸仪21的压力，为了让气体充分吸附，持续注入的时间一般需要2-10天，直至高精度高压驱替泵14的体积不再变化为止，然后关闭阀门2901。其后对三轴吸附解吸仪41中页岩样品进行吸附处理，关闭阀门4808、阀门4809，利用手动油压泵44对页岩样品施加轴压至设定值，打开阀门4801，关闭阀门4803，向三轴吸附解吸仪41通入高纯甲烷气体，利用高精度高压驱替泵14调节三轴吸附解吸仪41的压力至设定值，直至高精度高压驱替泵14的体积不再变化为止，然后关闭阀门4801；

6.岩样饱和水处理：关闭阀门192、阀门2902、阀门2903、阀门364、阀门4807，打开阀门2901、阀门2908、阀门2909、阀门2907、阀门2906、阀门2904、阀门2905阀门196，利用双缸泵16对煤层模型系统的岩心夹持器22和岩心夹持器23进行饱和地层水处理，逐渐加大驱替压差，调节煤层模型系统的压力至设定值，并使得系统的进液量和出液量稳定，关闭阀门2901和阀门2907。打开阀门361、阀门362、阀门363、阀门364，利用双缸泵16对致密砂岩层模型系统的岩心夹持器31和岩心夹持器32进行饱和地层水处理，逐渐加大驱替压差，调节致密砂岩层模型系统的压力至设定值，并使得系统的进液量和出液量稳定，关闭阀门361和阀门364。关闭阀门4802、阀门4803，打开阀门4801、阀门4808、阀门4809、阀门4804、阀门4805、阀门4806、阀门4807，利用双缸泵16对页岩层模型系统的岩心夹持器42和岩心夹持器43进行饱和地层水处理，逐渐加大驱替压差，调节页岩层模型系统的压力至设定值，并使得系统的进液量和出液量稳定，关闭阀门4801和阀门4807。

7.岩心含水饱和度处理：关闭阀门196，打开阀门192、阀门361、阀门364，将高纯甲烷高压气瓶11的气体通过增压，转入致密砂岩层模型系统中的岩心夹持器31和岩心夹持器32，进行气驱水操作。逐渐增大驱替压差，利用高精度高压驱替泵14调节致密砂岩层模型系统的压力至实验设定值，并对岩样进行称重，确定岩样含水饱和度达到原始含水饱和度，然后关闭阀门361和阀门364。打开阀门4801和阀门4807，将高纯甲烷高压气瓶11的气体通过增压，转入页岩层模型系统中的岩心夹持器42和岩心夹持器43，进行气驱水操作。逐渐增大驱替压差，利用高精度高压驱替泵14调节页岩层模型系统的压力至实验设定值，并对岩样进行称重，确定岩样含水饱和度达到原始含水饱和度，然后关闭阀门4801、阀门4807、阀门192；

8.设置高精度高压驱替泵54的压力值，调节回压阀56的压力，使回压阀56的压力逐渐降低，并保持一定的压降速率，打开阀门2907、阀门364、阀门4807，模拟煤层气/致密砂岩气/页岩气合层开采。气体流量计721和液体流量计731分别测量煤层模型系统的气体和液体流量，气体流量计722和液体流量计732分别测量致密砂岩层模型系统的气体和液体流量，气体流量计723和液体流量计733分别测量页岩层模型系统的气体和液体流量，气体流量计724和液体流量计734分别测量合层开采的气体和液体流量。合采初期，每30分钟记录一次时间和气、液流量值，数据保存在计算机74的储存模块中。计算机74的数据采集模块检测并记录各个压力传感器7101、7102、7103、7104、7105、7106、7107、7108、7109、7110、7111的压力变化，并保存在计算机74的储存模块中；

9.回压阀的压力值降低到实验压力点后，保持高精度高压泵的驱替压力值不变，采气、采液量数据点可改为12小时记录一次，直到出口端没有气体和液体产出；

10.关闭阀门571，打开放空阀575，缓慢卸掉回压阀56的压力，记录采气量与采液量，记录数据点可为12小时一次，直到出口端没有气体和液体产出；

11.对计算机74记录的数据进行处理分析，可得到整个合层开采过程中的压力-时间之间的关系，采气量-时间之间的关系，采液量-时间之间的关系，采气量-压力之间的关系，采液量-压力之间的关系等，可分析模拟实验的整个动态开采过程及开采机理。

Claims (10)

1.一种模拟复合多层气藏开采的实验装置，其中，所述复合多层气藏为煤层气/致密砂岩气/页岩气气藏；所述装置包括注入系统(1)、煤层模型系统(2)、致密砂岩层模型系统(3)、页岩模型系统(4)、回压系统(5)、回收系统(6)和数据采集系统(7)；其中注入系统(1)经过第一多通道阀(81)分别与煤层模型系统(2)、致密砂岩层模型系统(3)和页岩模型系统(4)连接；煤层模型系统(2)、致密砂岩层模型系统(3)和页岩模型系统(4)再分别经过第二多通道阀(82)与回压系统(5)连接；所述回压系统(5)与回收系统(6)连接；所述数据采集系统(7)分别与煤层模型系统(2)、致密砂岩层模型系统(3)、页岩模型系统(4)、和回收系统(6)连接以对实验数据进行检测；优选所述多通道阀为六通道阀。

2.根据权利要求1所述的实验装置，其中，所述注入系统包括注入系统高压气瓶(11)、注入系统空气压缩机(12)、注入系统增压泵(13)、注入系统高压驱替泵(14)、注入系统气体中间容器(15)、双缸泵(16)、液体中间容器(17)和真空泵(18)；所述注入系统高压气瓶和注入系统增压泵顺序通过注入系统主管路与第一多通道阀(81)连接，所述注入系统增压泵还分别与注入系统空气压缩机和注入系统气体中间容器连接，注入系统高压驱替泵与注入系统气体中间容器连接，在注入系统增压泵与第一多通道阀连接的主管路上，连接液体中间容器和真空泵，所述双缸泵与液体中间容器连接；优选所述注入系统还包括注入系统排空阀(198)；所述注入系统排空阀设置在注入系统增压泵与第一多通道阀之间的管路上，其中还优选在注入系统排空阀和第一多通道阀连接的管路上，顺序连接液体中间容器和真空泵；优选所述注入系统还包括七个注入系统阀门(191、192、193、194、195、196、197)，所述注入系统阀门分别设置在如下的每两个直接用管路连接的设备之间的管路上：注入系统高压气瓶、注入系统增压泵、注入系统高压驱替泵、注入系统气体中间容器、双缸泵、液体中间容器、和真空泵，以及设置在注入系统增压泵与注入系统排空阀之间的主管路上、真空泵与主管路连接的管路上、和液体中间容器与主管路连接的管路上；优选所述注入系统高压气瓶为甲烷高压气瓶。

3.根据权利要求1所述的实验装置，其中，煤层模型系统(2)包括煤层系统三轴吸附解吸仪(21)、煤层系统全直径岩心夹持器(22)、煤层系统平板岩心夹持器(23)、煤层系统油压泵(24)、煤层系统水压泵(25)、煤层系统恒温箱(26)和煤层系统气液分离器(27)，第一多通道阀(81)与煤层系统三轴吸附解吸仪、煤层系统全直径岩心夹持器、煤层系统平板岩心夹持器和煤层系统气液分离器通过煤层模型系统主管路顺序串联，煤层系统油压泵与煤层系统三轴吸附解吸仪连接，煤层系统水压泵通过第三多通道阀(83)分别与两个岩心夹持器和煤层系统三轴吸附解吸仪连接，煤层系统气液分离器的两个出口端通过管路汇聚后与第二多通道阀(82)连接，还在主管路上设置支管路与煤层系统三轴吸附解吸仪并联以将煤层系统全直径岩心夹持器与第一多通道阀直接连接，所述煤层系统三轴吸附解吸仪、煤层系统全直径岩心夹持器和煤层系统平板岩心夹持器置于煤层系统恒温箱内；优选所述煤层模型系统还包括十二个煤层系统阀门(2901、2902、2903、2904、2905、2906、2907、2908、2909、2910、2911、2912)，其中两个煤层系统阀门设置在支管路上，其余的分别设置在除了煤层系统油压泵和煤层系统水压泵以外的其他煤层模型系统设备之间、管路连接点之间、以及设备与管路连接点之间的管路上。

4.根据权利要求1所述的实验装置，其中，致密砂岩层模型系统(3)包括砂岩层系统全直径岩心夹持器(31)、砂岩层系统平板模型岩心夹持器(32)、砂岩层系统水压泵(33)、砂岩层系统恒温箱(35)和砂岩层系统气液分离器(35)，其中第一多通道阀(81)与砂岩层系统全直径岩心夹持器、砂岩层系统平板模型岩心夹持器和砂岩层系统气液分离器通过致密砂岩层模型系统主管路顺序串联，砂岩层系统水压泵通过第四多通道阀(84)分别与砂岩层系统全直径岩心夹持器和砂岩层系统平板模型岩心夹持器连接，砂岩层系统气液分离器的两个出口端通过管路汇聚后与第二多通道阀(82)连接，所述砂岩层系统全直径岩心夹持器和砂岩层系统平板岩心夹持器置于砂岩层系统恒温箱内；优选所述致密砂岩层模型系统还包括六个砂岩层系统阀门(361、362、363、364、365、366)，所述砂岩层系统阀门设置在除了砂岩层系统水压泵以外的其他致密砂岩层模型系统设备之间、管路连接点之间、以及设备与管路连接点之间的管路上。

5.根据权利要求1所述的实验装置，其中，页岩模型系统(4)包括页岩系统三轴吸附解吸仪(41)、页岩系统全直径岩心夹持器(42)、页岩系统平板岩心夹持器(43)、页岩系统油压泵(44)、页岩系统水压泵(45)、页岩系统恒温箱(46)和页岩系统气液分离器(47)，第一多通道阀(81)与页岩系统三轴吸附解吸仪、页岩系统全直径岩心夹持器、页岩系统平板岩心夹持器和页岩系统气液分离器通过主管路顺序串联，页岩系统油压泵与页岩系统三轴吸附解吸仪连接，页岩系统水压泵通过第五多通道阀(85)分别与两个岩心夹持器和页岩系统三轴吸附解吸仪连接，页岩系统气液分离器的两个出口端通过管路汇聚后与第二多通道阀(82)连接，还在主管路上设置支管路与页岩系统三轴吸附解吸仪并联以将页岩系统全直径岩心夹持器与第一多通道阀直接连接，所述页岩系统三轴吸附解吸仪、页岩系统全直径岩心夹持器和页岩系统平板岩心夹持器置于页岩系统恒温箱内；优选所述页岩模型系统还包括十二个页岩系统阀门(4801、4802、4803、4804、4805、4806、4807、4808、4809、4810、4811、4812)，其中两个页岩系统阀门设置在支管路上，其余的分别设置在除了页岩系统油压泵和页岩系统水压泵以外的其他页岩模型系统设备之间、管路连接点之间、以及设备与管路连接点之间的管路上。

6.根据权利要求1所述的实验装置，其中，所述回压系统(5)包括回压系统高压气瓶(51)、回压系统空气压缩机(52)、回压系统增压泵(53)、回压系统高压驱替泵(54)、回压系统气体中间容器(55)、回压阀(56)和回压系统排空阀(575)，所述回压系统高压气瓶与回压系统增压泵、回压阀和第二多通道阀(82)通过主管路顺序串联连接，所述回压系统排空阀通过管路与回压系统增压泵和回压阀之间的管路连接，回压系统高压驱替泵和回压系统气体中间容器连接，回压系统气体中间容器通过管路与回压系统排空阀和回压系统增压泵之间的管路连接；优选所述回压系统还包括四个回压系统阀门(571、572、573、574)，所述回压系统阀门分别设置在如下通过管路直接连接的回压系统设备之间：回压系统高压气瓶、回压系统排空阀、回压系统高压驱替泵、回压系统气体中间容器，以及设置在回压系统增压泵和回压系统排空阀之间的主管路上、和回压系统气体中间容器与主管路连接的管路上。

7.根据权利要求1所述的实验装置，其中，所述回收系统(6)包括水池(61)、废气罐(62)和回收系统气液分离器(63)，所述回收系统气液分离器的液体出口与水池连接、气体出口与废气罐连接，回收系统气液分离器的入口与回压系统(5)的回压阀(56)连接；优选所述回收系统还包括回收系统阀门(64)，其设置在回收系统气液分离器与回压阀之间的管路上。

8.根据权利要求1所述的实验装置，其中，所述数据采集系统包括11个压力传感器(7101、7102、7103、7104、7105、7106、7107、7108、7109、7110、7111)、4个气体流量计(721、722、723、724)、4个液体流量计(731、732、733、734)和计算机(74)，所述压力传感器分别设置在煤层模型系统(2)和页岩模型系统(4)各自的三轴吸附解吸仪、全直径岩心夹持器和平板模型岩心夹持器的入口端和出口端，以及致密砂岩层模型系统(3)的全直径岩心夹持器和平板模型岩心夹持器的入口端和出口端，气体流量计分别设置在四个气液分离器的气体出口端，液体流量计分别设置在四个气体分离器的液体出口端，上述的压力传感器、液体流量计和气体流量计分别与计算机电连接。

9.一种使用权利要求1～8任意一项所述实验装置模拟复合多层气藏开采实验方法，其中，所述方法包括如下步骤：

(1)组装仪器，设置恒温箱温度并检测气密性；

(2)对煤层模型系统(2)抽真空，先在低围压(优选为0.5-1MPa)下抽真空，然后增加围压到实验要求，加压顺序为煤层模型系统的平板岩心夹持器(23)、全直径岩心夹持器(22)、和三轴吸附解吸仪(21)，然后将煤层模型系统入口管路封闭；对致密砂岩层模型系统(3)抽真空，先在低围压下抽真空，然后增加围压到实验要求，加压顺序为致密砂岩层模型系统的平板岩心夹持器(32)、和全直径岩心夹持器(31)，然后将致密砂岩层模型系统入口管路封闭；对页岩层模型系统(4)抽真空，先在低围压下抽空，然后增加围压到实验要求，加压顺序为页岩层模型系统的平板岩心夹持器(43)、全直径岩心夹持器(42)、和三轴吸附解吸仪(41)，然后将页岩层模型系统入口管路封闭；

(3)在回压系统(5)中，将回压系统高压气瓶(51)中的气体转入回压系统气体中间容器(55)，用回压系统增压泵(53)对回压系统气体中间容器中的气体增压到设定压力后，用回压系统高压驱替泵(54)调节回压系统气体中间容器的压力，加压到实验压力，待稳定后，让气体充满回压阀(56)，并保持回压阀压力不变；

(4)对煤层模型系统的三轴吸附解吸仪中煤样吸附处理，对煤样施加轴压至设定值，利用注入系统(1)将注入系统高压气瓶(11)中的气体通入煤层模型系统的三轴吸附解吸仪，并使气体充分吸附，然后将煤层模型系统入口管路封闭；对页岩模型系统三轴吸附解吸仪中页岩样品进行吸附处理，对页岩样品施加轴压至设定值，利用注入系统将注入系统高压气瓶中的气体通入页岩系统三轴吸附解吸仪，调节页岩系统三轴吸附解吸仪的压力至设定值，然后将页岩模型系统入口管路封闭；

(5)封闭煤层系统三轴吸附解吸仪的入口管路，利用注入系统的双缸泵(16)和煤层模型系统的支管路对煤层模型系统的两个岩心夹持器进行饱和地层水处理，然后将煤层模型系统入口管路封闭；利用双缸泵对致密砂岩层模型系统的两个岩心夹持器进行饱和地层水处理，，然后将致密砂岩层模型系统入口管路封闭；利用注入系统的双缸泵和页岩层模型系统的支管路对页岩层模型系统的两个岩心夹持器进行饱和地层水处理，然后将页岩层模型系统入口管路封闭；优选对煤层模型系统、致密砂岩层模型系统和页岩层模型系统的两个岩心夹持器进行饱和地层水处理分别各自独立包括加大驱替压差，并调节煤层模型系统、致密砂岩层模型系统或页岩层模型系统的压力至设定值，使得系统的进液量和出液量稳定；

(6)利用注入系统高压气瓶的气体通过增压对致密砂岩层模型系统中的两个岩心夹持器进行气驱水操作，直到岩心达到原始含水饱和度，然后将致密砂岩层模型系统入口和出口管路封闭；利用注入系统高压气瓶的气体，对页岩层模型系统中的两个岩心夹持器进行气驱水操作，直到岩心达到原始含水饱和度，然后将页岩层模型系统入口和出口管路封闭，并关闭注入系统高压气瓶；其中优选采用称重法确定岩样含水饱和度；

(7)通过回压系统的高压驱替泵来使得回压阀压力保持下降，将煤层模型系统、致密砂岩层模型系统和页岩模型系统与回压阀连通，模拟煤层气/致密砂岩气/页岩气合层开采；同时分别测量煤层模型系统、致密砂岩层模型系统和页岩层模型系统的气体和液体流量，记录各个压力传感器的压力变化；对记录的数据进行处理分析，可得到整个合层开采过程中的压力-时间关系，采气量-时间关系，采液量-时间关系，采气量-压力关系，采液量-压力关系，并分析模拟实验的整个动态开采过程及开采机理。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述方法包括如下步骤：

(1)组装仪器，设置恒温箱温度并检测气密性：组装实验仪器，然后分别设置恒温箱(26、34、46)的温度为实验温度，关闭如下阀门：煤层模型系统(2)、致密砂岩层模型系统(3)和页岩模型系统(4)各自与第一多通道阀(81)连接的阀门(2901，361，4801)、各模型系统的平板岩心夹持器(23，32，43)与气液分离器(27，35，47)之间的阀门(2906，363，4806)、注入系统(1)的液体中间容器(17)与第一多通道阀(81)之间的阀门(196)、真空泵(18)与第一多通道阀(81)之间的阀门(195)、增压泵(13)与第一多通道阀(81)之间的阀门(192、198)；将注入系统高压气瓶(11)的气体转入到注入系统中间容器(15)中，用注入系统增压泵(13)对注入系统中间容器(15)中气体增压到设定压力，利用注入系统高压驱替泵(14)调节注入系统中间容器压力，待稳定后，关闭高压气瓶(11)与增压泵(13)之间的阀门(191)，打开各模型系统各自与第一多通道阀连接的阀门(2901，361，4801)、增压泵(13)与第一多通道阀(81)之间的阀门(192)，使高压气体缓慢转入模型系统中，检查装置密封性；

(2)关闭注入系统增压泵(13)与第一多通道阀(81)连接的阀门(192)，打开真空泵(18)与第一多通道阀连接的阀门(195)，利用注入系统的真空泵(18)对模型系统进行抽真空：关闭致密砂岩层模型系统(3)和页岩模型系统(4)各自与第一多通道阀(81)连接的阀门(361，4801)，开启煤层模型系统(2)与第一多通道阀连接(81)的阀门(2901)，在低围压的条件下抽真空，然后用煤层系统水压泵(25)增加围压到实验要求，加压的顺序为煤层模型系统的平板岩心夹持器(23)，全直径岩心夹持器(22)，三轴吸附解吸仪(21)；关闭煤层模型系统(2)与第一多通道阀连接(81)的阀门(2901)，打开致密砂岩层模型系统(3)与第一多通道阀连接(81)的阀门(361)，在低围压的条件下抽真空，然后用砂岩层系统水压泵(33)增加围压到实验要求，加压的顺序为致密砂岩层模型系统的平板岩心夹持器(32)，全直径岩心夹持器(31)；关闭致密砂岩层模型系统(3)与第一多通道阀(81)连接的阀门(361)，打开页岩模型系统(4)与第一多通道阀(81)连接的阀门(4801)，在低围压的条件下抽真空，后用页岩模型系统水压泵(45)增加围压到实验要求，加压的顺序为页岩模型系统(4)的平板岩心夹持器(43)，全直径岩心夹持器(42)，三轴吸附解吸仪(41)，抽完之后，关闭页岩模型系统(4)与第一多通道阀(81)连接的阀门(4801)、以及注入系统(1)的真空泵(18)与第一多通道阀连接的阀门(195)；

(3)将回压系统高压气瓶(51)中的气体转入回压系统中间容器(55)，用回压系统增压泵(53)对回压系统中间容器(55)中的气体增压到设定压力后，用回压系统高压驱替泵(54)调节回压系统中间容器(55)的压力到实验压力，稳定后，缓慢打开回压阀(56)与回压系统增压泵(53)之间的阀门(571)，让气体缓慢充满回压阀，保持回压阀压力不变；

(4)对煤层模型系统(2)的三轴吸附解吸仪(21)中煤样吸附处理：关闭煤层模型系统支管路上的阀门(2908，2909)，利用煤层模型系统的油压泵(24)对煤样施加轴压至设定值，将注入系统高压气瓶(11)中的气体转入注入系统中间容器(15)，利用注入系统高压驱替泵(14)对注入系统中间容器中气体增压到设定压力，稳定后，打开注入系统排空阀(198)和注入系统增压泵(13)与第一多通道阀(81)连接的阀门(192)，排出管线中的空气后，关闭注入系统排空阀(198)和煤层系统三轴吸附解吸仪(21)出口端与支管路之间的阀门(2903)，打开煤层模型系统(2)与第一多通道阀(81)连接的阀门(2901)，向煤层系统三轴吸附解吸仪(21)通入气体，利用注入系统高压驱替泵(14)调节煤层系统三轴吸附解吸仪(21)的压力，持续注入2-10天，直至注入系统高压驱替泵(14)的体积不再变化为止，然后关闭煤层模型系统(2)与第一多通道阀(81)连接的阀门(2901)；对页岩系统三轴吸附解吸仪(41)中页岩样品进行吸附处理：关闭页岩模型系统(4)支管路上的阀门(4808，4809)，利用页岩系统油压泵(44)对页岩样品施加轴压至设定值，打开页岩模型系统(4)与第一多通道阀(81)连接的阀门(4801)，关闭页岩系统三轴吸附解吸仪(41)出口端与支管路之间的阀门(4803)，向页岩系统三轴吸附解吸仪(41)通入气体，利用注入系统高压驱替泵(14)调节页岩系统三轴吸附解吸仪(41)的压力至设定值，直至注入系统高压驱替泵(14)的体积不再变化为止，然后关闭页岩模型系统(4)与第一多通道阀(81)连接的阀门(4801)；

(5)关闭注入系统增压泵(13)与第一多通道阀(81)连接的阀门(192)、煤层系统三轴吸附解吸仪(21)入口端与支管路之间的阀门(2902)、三轴吸附解吸仪(21)出口端与支管路之间的阀门(2903)、致密砂岩层模型系统(3)和页岩模型系统(4)各自与第二多通道阀(82)连接的阀门(364，4807)，打开煤层模型系统(2)与第一多通道阀(81)连接的阀门(2901)、煤层模型系统(2)的支管路上的阀门(2908，2909)、煤层模型系统的支管路与第二多通道阀(82)之间的主管路上的所有阀门(2904，2905，2906，2907)、注入系统(1)的液体中间容器(17)与第一多通道阀(81)之间的阀门(196)，利用注入系统的双缸泵(16)对煤层模型系统(2)的两个岩心夹持器(22，23)进行饱和地层水处理，逐渐加大驱替压差，调节煤层模型系统(2)的压力至设定值，并使得系统的进液量和出液量稳定，关闭煤层模型系统(2)与第一多通道阀(81)和第二多通道阀(82)连接的阀门(2901，2907)；打开致密砂岩层模型系统(3)的主管路上的全部阀门(361，362，363，364)，利用注入系统(1)的双缸泵(16)对致密砂岩层模型系统(3)的两个岩心夹持器(31，32)进行饱和地层水处理，逐渐加大驱替压差，调节致密砂岩层模型系统(3)的压力至设定值，并使得系统的进液量和出液量稳定，关闭致密砂岩层模型系统(3)与第一多通道阀(81)和第二多通道阀(82)连接的阀门(361，364)；关闭页岩系统三轴吸附解吸仪(41)的入口端与支管路之间的阀门(4802)、三轴吸附解吸仪(41)的出口端与支管路之间的阀门(4803)，打开页岩模型系统(4)与第一多通道阀(81)连接的阀门(4801)、页岩模型系统(4)的支管路上的阀门(4808，4809)、以及页岩模型系统(4)的支管路与第二多通道阀(82)之间的主管路上的全部阀门(4804，4805，4806，4807)，利用注入系统双缸泵(16)对页岩层模型系统(4)的两个岩心夹持器(42，43)进行饱和地层水处理，逐渐加大驱替压差，调节页岩层模型系统(4)的压力至设定值，并使得系统的进液量和出液量稳定，关闭页岩模型系统(4)与第一多通道阀(81)和第二多通道阀(82)连接的阀门(4801，4807)；

(6)关闭注入系统(1)的液体中间容器(17)与第一多通道阀(81)之间的阀门(196)，打开注入系统增压泵(13)与第一多通道阀(81)之间的阀门(192)、致密砂岩层模型系统(3)与第一多通道阀(81)和第二多通道阀(82)连接的阀门(361，364)，将注入系统高压气瓶(11)的气体通过增压，转入致密砂岩层模型系统(3)中的两个岩心夹持器(31，32)进行气驱水操作，逐渐增大驱替压差，利用注入系统高压驱替泵(14)调节致密砂岩层模型系统(3)的压力至实验设定值，并对岩样进行称重，确定岩样含水饱和度达到原始含水饱和度，然后关闭致密砂岩层模型系统(3)与第一多通道阀(81)和第二多通道阀(82)连接的阀门(361，364)；打开页岩模型系统(4)与第一多通道阀(81)和第二多通道阀(82)连接的阀门(4801，4807)，将注入系统高压气瓶(11)的气体通过增压转入页岩层模型系统(4)中的两个岩心夹持器(42，43)进行气驱水操作，逐渐增大驱替压差，利用注入系统高压驱替泵(14)调节页岩层模型系统(4)的压力至实验设定值，并对岩样进行称重，确定岩样含水饱和度达到原始含水饱和度，然后关闭在本步骤中开启的阀门(192，4801，4807)；

(7)设置回压系统高压驱替泵(54)的压力值，调节回压系统回压阀(56)压力，使回压阀的压力以恒定速率逐渐降低(优选控制回压以2-3MPa为步长，以0.5-1h为间隔逐渐降低)，打开煤层模型系统(2)、致密砂岩层模型系统(3)、页岩模型系统(4)各自与第二多通道阀(82)连接的阀门(2907，364，4807)，模拟煤层气/致密砂岩气/页岩气合层开采；同时分别测量煤层模型系统、致密砂岩层模型系统和页岩层模型系统的气液分离器的气体和液体流量，合采初期，每30-60分钟记录一次时间和气、液流量值，记录各个压力传感器的压力变化，数据保存在计算机93的储存模块中；回压阀(56)的压力值降低到实验压力点后，保持回压系统高压驱替泵(54)的驱替压力值不变，气、液流量值数据点可改为10-12小时记录一次，直到出口端没有气体和液体产出；然后关闭回压系统(5)的回压阀(56)和增压泵(53)之间的阀门(571)，打开回压系统排空阀(575)，缓慢卸掉回压阀(56)的压力，记录气、液流量值，记录数据点为10-12小时一次，直到出口端没有气体和液体产出；对记录的数据进行处理分析，可得到整个合层开采过程中的压力-时间关系，采气量-时间关系，采液量-时间关系，采气量-压力关系，采液量-压力关系，并分析模拟实验的整个动态开采过程及开采机理。