CN112012732A - 模拟深部煤层气开采压力震荡的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模拟深部煤层气开采压力震荡模拟装置及方法，该装置包括：箱体，所述箱体底部设有排液管，气源，所述气源通过注气管与所述箱体连接，水源，所述水源通过排水管与所述箱体连接，所述排水管上设有分支管；测量系统，所述测量系统包括压力测量件以及液位计。本发明公开了一种能够模拟煤层气开发过程中煤层压力震荡的装置，该装置结构简单、可靠性较高，利用该装置，可以较好的模拟煤层开采过程中压力震荡对井筒以及地层环境的影响，为煤层的实际开发提供可靠的数据支持；同时本发明提供的模拟方法能够准确地模拟井筒及地层受到的压力震荡。

Description

模拟深部煤层气开采压力震荡的装置及方法

技术领域

本发明涉及煤层气开发技术领域，特别是一种模拟深部煤层气开采时的压力震荡装置及利用该装置进行煤层压力震荡模拟的方法。

背景技术

煤层气是一种新型的清洁能源，它是煤层本身自生自储式的非常规天然气。我国煤层气资源丰富，是继俄罗斯、加拿大之后的第三大煤层气储藏国。中国的深部煤层气资源量占比最大，埋深在1000m以下的深部煤层气资源量可达22.45×10¹²m³，占总资源量的61.2％。美国Pinsons盆地，加拿大Alberta盆地和澳大利亚Cooper盆地深部煤层气的先导试验开发为我国深部煤层气产业的提供了理论支持。近年来，我国深部煤层气主要勘探试验区在沁水(埋深1100～1300m)、鄂尔多斯东缘(埋深1300～2500m)、滇东黔西、准噶尔(埋深1000～2583m)等地区。其中，鄂尔多斯盆地东北缘上古生界石炭二叠系本溪组、太原组和山西组是我国深部煤层气勘探开发的主要层系。

在深部煤层气的开采中，利用气体在井筒中举升时，其温度压力降低，产生的凝析水下落沉积于井底，当沉积的凝析水达到一定高度时，凝析水液柱高度产生的压力大于煤岩破裂压力，压裂储层，增大气井产量，之后液体从压裂缝向下进入储层，液柱的高度下降，当液柱压力不足以维持煤岩压裂缝的张开，压裂裂缝会瞬间闭合，这时因为压裂裂缝的闭合会在井底产生水击压力，水击压力造成的压力震荡会在井筒内传递，井筒内液体因压力震荡会喷出井筒。整个过程的循环往复可以实现煤层改造，提高气井产量，了解深部煤层气开发过程中的压力震荡情况有助于了解井下工况，同时还能为深部煤层气的的开发提供有力的技术与数据支持。因此，目前急需一种能够模拟深部煤层气开采时产生压力震荡的装置及模拟该过程的方法。

发明内容

为解决现有技术条件的不足，本发明提出一种能够模拟煤层气开发过程中煤层压力震荡的装置。该装置结构简单，易于操作，可靠性较高。

一种煤层气开采压力震荡的模拟装置，包括：

箱体，所述箱体底部设有排液管，

气源，所述气源通过注气管与所述箱体连接，

水源，所述水源通过排水管与所述箱体连接，所述排水管上设有分支管；

测量系统，所述测量系统包括压力测量件以及液位计。

本发明的一种实施方式在于，所述箱体底部设有第一压力测量件，所述箱体顶部设有第二压力测量件。

本发明的一种实施方式在于，所述液位计为超声液位探测器，所述超声波液位探测器设于所述箱体的顶盖上。

本发明的一种实施方式在于，所述气源设有增压装置。

本发明的一种实施方式在于，所述测量系统还包括流量计，所述流量计设于所述分支管上。

本发明的一种实施方式在于，所述排水管主体竖直设置，且所述排水管的高度不小于20m，且所述箱体的内径为所述排水管内径的5-10倍。

本发明的一种实施方式在于，所述注气管连接所述箱体的上部。

本发明的一种实施方式在于，所述模拟装置还包括控制终端，所述控制终端与所述测量系统电连接。

本发明还提供了一种利用上述模拟深部煤层气开采压力震荡的装置模拟煤层气开采压力震荡的方法，包括以下步骤：

步骤1、利用水源向箱体内注液，直至液面达到设定的高度，停止进液；

步骤2、设定第二压力测量件的压力，利用气源向箱体内注气，直至箱体内的压力达到前述设定值；

步骤3、重新设定液位计的液位，打开分支管，同时打开设于箱体底部的排液管排液，直至液面降低至前述的设定值，关闭排液管；

步骤4、记录步骤3关闭排液管前后压力测量件的压力变化，同时记录流量计的数值变化。

本发明的一种实施方式在于，所述步骤1-步骤3中的设定值根据实际地层条件进行设定。

本发明的优点是：

1、本发明公开了一种能够模拟深部煤层气开发过程中煤层压力震荡的装置，该装置结构简单、可靠性较高，利用该装置，可以较好的模拟煤层开采过程中压力震荡对井筒以及地层环境的影响，为煤层的实际开发提供可靠的数据支持；同时本发明提供的模拟方法能够准确地模拟井筒及地层受到的压力震荡。

附图说明

图1为本发明装置的结构示意图；

图中，1为箱体，2为水源，3为气源，4为第二压力测量件，5为液位计，6为第一压力测量件，7为排液管，8为第四阀门，9为第三阀门，10为流量计，11为分支管，12为排水管，13为第二阀门，14为注气管，15为第一阀门，16为增压装置，17为控制终端。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例：

如图1所示，一种模拟深部煤层气开采压力震荡的装置，包括：

箱体1，所述箱体1底部设有排液管7，

具体的，在本实施例中，所采用的箱体1为圆柱形，其上部设有顶盖，箱体1直径为10cm，高度为1.5m，箱体1底部的排液管7上设有第四阀门8。本领域技术人员可根据实际情况设置不同形状以及不同大小的箱体1。

气源3，所述气源3通过注气管14与所述箱体1连接，

具体的，所述气源3上设有增压装置16，注气管14上设有第一阀门15；同时注气管14与箱体1的连接位置为箱体1的上部，是由于本装置在进行试验时带有一定的压力，若注气管14设置的位置太低，当试验时的液面超过注气管14与箱体1的连接点时，液体会产生倒灌并在注气管14中形成一定高度的液柱，因此为了避免前述情况，将气源3与箱体1的连接位置设于箱体1的上部。在本实施例中，气源3为氮气罐，增压装置16采用增压泵，注气管14与箱体1的连接位置为顶盖下10cm，本领域技术人员可以根据实际使用情况，将其设置于不同的位置。本领域技术人员也可以根据实际地层情况设置煤层气等气体为气源3。

水源2，所述水源2通过排水管12与所述箱体1连接，所述排水管12上设有分支管11；

具体的，在本实施例中，排水管12竖直设置，其高度为50m，直径为2cm，用于模拟生产过程中的井筒，本领域技术人员应当知晓的是，本实施例中排水管12的高度和直径并不是对其进行限定，从理论上来讲，排水管12的高度只要大于箱体1的高度就行，可以根据箱体1内不同的压力设置不同高度的排水管12，但是，为了更贴近实际地层条件，同时为了获得更加明显的实验现象，因此，本发明将排水管12的高度设置为不低于20m；同时，为了使实验现象更加明显，本发明将排水管12的直径设置为箱体1直径的五分之一到二分之一。

采用的水源2为自来水水箱，水源2置于高处，其一端连接排水管12，分支管11和水源2之间的排水管12上设有第二阀门13，分支管11与水源2的位置较为接近，具体为30cm，分支管11上依次设有流量计10和第三阀门9。本领域技术人员也可以设置包括注入水在内的水源2。

测量系统，所述测量系统包括压力测量件以及液位计10。

具体的，压力测量件包括设于箱体1底部的第一压力测量件6、设于箱体1顶部的第二压力测量件4、设于箱体顶盖上的液位计5以及设于分支管11上的流量计10。在本实施例中，第一压力测量件6、第二压力测量件4均为压力传感器，液位计5为超声波液位计。其中，第二压力测量件4用于测量箱体1内的气体压力，第一压力测量件6用于测量箱体1底部的液压，液位计5用于测量箱体1内液位高度，流量计10用于计量从分支管11喷出液体的量。

该模拟装置还包括控制终端17，第一压力测量件6、第二压力测量件4、液位计5以及流量计10均与控制终端17电连接，在本实施例中，控制终端17为控制电脑。

在本发明的另一个实施例中，还可以在分支管11出口设置一个摄像机(图中未示出)，其用于对分支管11震荡喷水时的记录，为后续的研究提供视频资料支持。

在对本发明的装置进行详细说明后，下面对利用本发明的装置进行模拟深部煤层气开采时的压力震荡进行说明。

一种采用模拟深部煤层气开采压力震荡的装置模拟深部煤层气开采压力震荡的方法，包括以下步骤：

步骤1、利用水源2向箱体1内注液，直至液面达到设定的高度，停止进液并关闭第二阀门13，用以模拟目标地层的液位高度；

步骤2、设定第二压力测量件4的压力，打开第一阀门15，利用气源3以恒定的速率向箱体1内注气，直至箱体1内的压力达到前述设定值，关闭第一阀门15，注入的气体及适当的气压，用于模拟目标地层中的煤层气；

步骤3、重新设定液位计5的数值，打开第三阀门9，同时打开第四阀门8，利用排液管7进行排液，直至箱体1的液位降低至前述的设定值，关闭第四阀门8；该过程用于模拟由于液柱压力不足、煤层裂缝瞬间闭合的过程，结束本步骤的操作后，装置内产生压力震荡；

步骤4、记录步骤3关闭排液管7前后第一压力测量件6、第二压力测量件4的压力变化，同时记录流量计10的数值变化，当分支管11的出液量降低至0后，模拟过程结束。

所述步骤1-步骤3中的液位计以及第二压力测量件的设定值根据实际地层条件按比例进行设定，所述步骤3中的设定值高于所述步骤4中的设定值。重复步骤1-步骤4，即可获取在不同的液面高度、气体压力条件下的排液量、排液状态等参数，为实际煤层气的开发给出良好的数据支持。

在上述步骤1-步骤3中，液位计以及第二压力测量件的设定值可以采用包括以下方法进行确定：1、根据实验目的设置：比如想要获得在相同液位、不同压力条件下的震荡情况，可以根据实际地层情况、排液管高度、箱体高度等按照一定的比例来设置压力；2、可以根据地层压力、煤层液位按照一定比例的削减来设置参数。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明实施例揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种模拟深部煤层气开采压力震荡的装置，其特征在于，包括：

箱体，所述箱体底部设有排液管，

气源，所述气源通过注气管与所述箱体连接，

水源，所述水源通过排水管与所述箱体连接，所述排水管上设有分支管；

测量系统，所述测量系统包括压力测量件以及液位计。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述箱体底部设有第一压力测量件，所述箱体顶部设有第二压力测量件。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述液位计为超声液位探测器，所述超声波液位探测器设于所述箱体的顶盖上。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述气源设有增压装置。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述测量系统还包括流量计，所述流量计设于所述分支管上。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述排水管主体竖直设置，且所述排水管的高度不小于20m，所述箱体的内径为所述排水管内径的5-10倍。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述注气管连接所述箱体的上部。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述模拟装置还包括控制终端，所述控制终端与所述测量系统电连接。

9.一种利用权利要求1-8任一项所述模拟深部煤层气开采压力震荡的装置模拟煤层气开采压力震荡的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、利用水源向箱体内注液，直至液面达到设定的高度，停止进液；

步骤2、设定第二压力测量件的压力，利用气源向箱体内注气，直至箱体内的压力达到前述设定值；

步骤3、重新设定液位计的液位，打开分支管，同时打开设于箱体底部的排液管排液，直至液面降低至前述的设定值，关闭排液管；

步骤4、记录步骤3关闭排液管前后压力测量件的压力变化，同时记录流量计的数值变化。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述步骤1-步骤3中的设定值根据实际地层条件进行设定。

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