CN113309513B - 一种大型多尺度深部煤层气开采试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大型多尺度深部煤层气开采试验装置，涉及煤层气开采试验技术领域，包括：底座；密封放置槽，固定于所述底座上，用于放置至少两组试件；顶盖，可拆卸的设置在所述密封放置槽的上方，且安装后，通过外部输气机构能够向试件中输送定量定压的气体；以及抽采组件，预置于所述密封放置槽中，且能够在初次抽采后对试件进行压裂处理，之后进行二次抽采，所述抽采组件包括：预置筒，竖向固定在所述密封放置槽的底部，且沿其轴向向上延伸，所述预置筒的四周均匀开设有抽采孔；及预置抽采管，固定连通在预置筒的顶部，且密封穿出所述顶盖，其穿出部分设置有与外部计量回收组件相连通的连接头。
Description
技术领域
本发明涉及煤层气开采试验技术领域，具体是一种大型多尺度深部煤层气开采试验装置。
背景技术
近年来，随着煤层气勘探和开发技术的不断进步，以及对于能源需求量的日益增加，人们逐渐将目光转移至深部煤层气的开采，深部煤层气是指埋深大于1000米的煤层气资源。相较于较浅部的煤层气资源，深部地层压力较大，且会导致煤储层渗透性降低，给煤层气开发造成了极大的困难，因此需充分研究深部煤储层渗透率与地应力的关系到底如何以及压裂对于开采产量的影响，另外较为明确的是，随着埋藏深度的增加，煤层与岩石水平最大主应力和垂向主应力比值不断发生变化，因此目前现有的煤层气开采试验设备其往往仅能够改变不同的压力参数从而模拟不同尺度的煤层，随后进行开采模拟，但是其对于实际生产的指导意义不大，无法模拟改造后的开采等情况。
因此，有必要提供一种大型多尺度深部煤层气开采试验装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
发明内容
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种大型多尺度深部煤层气开采试验装置，包括：
底座；
密封放置槽，固定于所述底座上，用于放置至少两组试件；
顶盖，可拆卸的设置在所述密封放置槽的上方，且安装后，通过外部输气机构能够向试件中输送定量定压的气体；以及
抽采组件，预置于所述密封放置槽中，且能够在初次抽采后对试件进行压裂处理，之后进行二次抽采。
进一步，作为优选，所述抽采组件包括：
预置筒，竖向固定在所述密封放置槽的底部，且沿其轴向向上延伸，所述预置筒的四周均匀开设有抽采孔；及
预置抽采管，固定连通在预置筒的顶部，且密封穿出所述顶盖，其穿出部分设置有与外部计量回收组件相连通的连接头。
进一步，作为优选，还包括压裂管，所述压裂管密封滑动穿过所述预置抽采管伸入预置筒中，且所述压裂管伸入预置筒的一端至少具有压裂喷头。
进一步，作为优选，所述压裂管的一端且位于压裂喷头的下方固定有与预置筒密封滑动相连的下密封环，所述压裂管上还密封滑动设置有位于压裂喷头上方且与预置筒密封滑动相连的上密封环，所述上密封环的滑动动作由间距调节器进行控制，所述间距调节器固定在压裂管上。
进一步，作为优选，所述抽采组件上固定有定位板，用于定位岩层板，所述岩层板的上下方均放置有一组试件，位于上方的试件由密封板进行限位，位于下方的试件由竖向压力板进行限位。
进一步，作为优选，所述密封板可拆卸的固定在顶盖的内侧；
所述竖向压力板密封滑动设置在密封放置槽的底部，且由竖向压力调节器进行控制其竖向空间位置。
进一步，作为优选，所述密封放置槽的槽身部分开设有多个通槽，各个通槽内均连接有限位板，所述限位板为弹性板，各个所述限位板的外侧还设置有横向压力控制组件。
进一步，作为优选，所述横向压力控制组件包括横向压力调节器以及横向压力板，其中，所述横向压力调节器固定在密封放置槽上，所述横向压力调节器的输出端与横向压力板相连，所述横向压力板对应于岩层板上方部分开设有阶梯槽，对应于岩层板部分开设有让位槽，对应于岩层板下方部分固定有平面凸起。
进一步，作为优选，还包括辅助抽采组件，所述辅助抽采组件至少包括输送钻柱和辅助抽采管，所述输送钻柱能够将辅助抽采管竖直向下输送。
进一步，作为优选，所述输送钻柱采用连接臂连接至移动器上，所述移动器能够沿轨道的分布方向进行移动，所述轨道分布在顶盖上。
与现有技术相比，本发明提供了一种大型多尺度深部煤层气开采试验装置，具有以下有益效果：本装置能够模拟不同深部煤层的抽采情况，其中的横向压力控制组件能够模拟提供精准的横向压力，提高了试验的精准度，并且本装置能够模拟压裂前后抽采情况，更加贴近实际情况，并且本装置还能够模拟辅助抽采管的抽采情况，有利于指导实际生产中，对于辅助抽采管的使用，从而提高产量，其结构简单，操作简易，另外，其中的抽采组件为预制设置，能够有效的减少操作时间，提高试验的准确性。
附图说明
图1为一种大型多尺度深部煤层气开采试验装置的整体结构示意图；
图2为一种大型多尺度深部煤层气开采试验装置中横向压力控制组件的结构示意图；
图3为一种大型多尺度深部煤层气开采试验装置中抽采组件的结构示意图；
图4为一种大型多尺度深部煤层气开采试验装置中辅助抽采组件的结构示意图；
图中：1、底座；2、密封放置槽；3、竖向压力板；4、竖向压力调节器；5、顶盖；6、密封板；7、抽采组件；8、横向压力控制组件；9、辅助抽采组件；10、岩层板；11、限位板；12、输气机构；81、横向压力调节器；82、横向压力板；83、阶梯槽；84、凸起；85、让位槽；71、预置筒；72、预置抽采管；73、连接头；74、压裂管；75、压裂喷头；76、下密封环；77、上密封环；78、间距调节器；91、输送钻柱；92、辅助抽采管；93、连接臂；94、移动器；95、轨道。
具体实施方式
请参阅图1～4，本发明实施例中，一种大型多尺度深部煤层气开采试验装置，包括：
底座1；
密封放置槽2，固定于所述底座1上，用于放置至少两组试件；
顶盖5，可拆卸的设置在所述密封放置槽2的上方，且安装后，通过外部输气机构12能够向试件中输送定量定压的气体，需要解释的是，外部输气机构12至少包括抽真空组件和瓦斯供给组件，实施时，先利用抽真空组件对密封放置槽2进行抽真空，并保持八个小时，随后利用瓦斯供给组件向密封放置槽2内注入一定压力一定量的瓦斯，并保持八个小时；以及
抽采组件7，预置于所述密封放置槽2中，且能够在初次抽采后对试件进行压裂处理，之后进行二次抽采，需要解释的是，深部煤层渗透率较低，不易开采，因此在实际操作中常常需要对其进行压裂处理，从而能够有效地将井孔与煤层天然裂隙连通起来，从而在抽采时，更广泛地分配井孔附近的压降，增加产能，增大气体解吸速率，并且试验时，可实现压裂前后的抽采对比，记录压裂后的增产情况，其对于实际生产具有指导意义。
本实施例中，如图3，所述抽采组件7包括：
预置筒71，竖向固定在所述密封放置槽2的底部，且沿其轴向向上延伸，所述预置筒71的四周均匀开设有抽采孔；及
预置抽采管72，固定连通在预置筒71的顶部，且密封穿出所述顶盖5，其穿出部分设置有与外部计量回收组件相连通的连接头73，本发明实施例中，将预置筒71和预置抽采管72预置在密封放置槽2的底部，能够快速便捷的实现后期的抽采试验，减少了试验过程中的钻进动作和钻进设备安装，提高试验速度，减少了资金投入，便于推广。
进一步的，还包括压裂管74，所述压裂管74密封滑动穿过所述预置抽采管72伸入预置筒71中，且所述压裂管74伸入预置筒71的一端至少具有压裂喷头75，压裂管74远离压裂喷头75的一端与外部压裂支撑液供给设备(图中未画出)相连。
作为较佳的实施例，所述压裂管74的一端且位于压裂喷头75的下方固定有与预置筒71密封滑动相连的下密封环76，所述压裂管74上还密封滑动设置有位于压裂喷头75上方且与预置筒71密封滑动相连的上密封环77，所述上密封环77的滑动动作由间距调节器78进行控制，所述间距调节器78固定在压裂管74上，通过上密封环77和下密封环76相配合，能够实现分区域压裂，并且该区域的大小是可以调节的，从而能够根据具体情况实现不同方式的压裂，提高了压裂效果，更贴近于实际压裂，提高了模拟的真实性。
本实施例中，如图1，所述抽采组件7上固定有定位板，用于定位岩层板10，所述岩层板10的上下方均放置有一组试件，位于上方的试件由密封板6进行限位，位于下方的试件由竖向压力板3进行限位。
进一步的，所述密封板6可拆卸的固定在顶盖5的内侧，需要注意的是，密封板6具有密封和限位功能，其与顶盖5可拆卸的相连，且密封板6为易损件，每次试验后需进行更换，从而保证其完整性；
所述竖向压力板3密封滑动设置在密封放置槽2的底部，且由竖向压力调节器4进行控制其竖向空间位置。
另外，所述密封放置槽2的槽身部分开设有多个通槽，各个通槽内均连接有限位板11，所述限位板11为弹性板，各个所述限位板11的外侧还设置有横向压力控制组件8，横向压力控制组件8能够为试件提供横向压力，竖向压力板和竖向压力调节器4能够为试件提供竖向压力，两者相互配合能够模拟出深部煤层压力，并且，通过对于压力的改变，能够模拟多种尺度的深部煤层压力。
具体的，所述横向压力控制组件8包括横向压力调节器81以及横向压力板82，其中，所述横向压力调节器81固定在密封放置槽2上，所述横向压力调节器81的输出端与横向压力板82相连，所述横向压力板82对应于岩层板10上方部分开设有阶梯槽83，对应于岩层板10部分开设有让位槽85，对应于岩层板10下方部分固定有平面凸起84，如此设置，可使得，位于岩层板10上方的试件所受的横向压力小于位于岩层板10下方的试件所受的横向压力，符合煤层受力规律，进而进一步提高了模拟的准确性，较佳的，阶梯槽自上而下深度逐渐减少，凸起自上而下逐渐凸出。
需要特别注意的是，还包括辅助抽采组件9，所述辅助抽采组件9至少包括输送钻柱91和辅助抽采管92，所述输送钻柱91能够将辅助抽采管92竖直向下输送，通过辅助抽采管92能够在抽采组件7对中部煤层抽采后，对边部进行抽采，这里可以进行对照试验，即以不同的压裂压力进行压裂后，利用辅助抽采管92进行抽采，并进行计量收集比较。
作为较佳的实施例，所述输送钻柱91采用连接臂93连接至移动器94上，所述移动器94能够沿轨道95的分布方向进行移动，所述轨道95分布在顶盖5上，通过移动器94可实现对于输送钻柱91的位置调节，从而改变辅助抽采管92的抽采位置，这里可以进行对照试验，即通过改变辅助抽采管92远离抽采组件7的位置距离，并且以不同的位置距离进行辅助抽采，并进行计量收集比较。
在具体实施时，
S1.将预制的一组试件放置在竖向压力板3上，然后放置岩层板10，岩层板10保持与该组竖向压力板3相紧贴，另外，岩层板10上再放置一组试件，该试件保持与岩层板10相紧贴；
S2.安装好顶盖5，之后通过横向压力控制组件8为试件提供横向压力，竖向压力板和竖向压力调节器4为试件提供竖向压力；
S3.利用抽真空组件对密封放置槽2进行抽真空，并保持八个小时，随后利用瓦斯供给组件向密封放置槽2内注入一定压力一定量的瓦斯，并保持八个小时；
S4.利用抽采组件7进行抽采记录抽采量，并且在初次抽采后对试件进行压裂处理，之后进行二次抽采,记录抽采量；
S5.重复S1～S4，其中，调节S2中横向压力和竖向压力，以便模拟多种尺度的深部煤层压力，或者改变压裂压力；
S6.重复S1～S4，与此同时，改变压裂压力，并利用辅助抽采组件9进行其他对照试验。
以上所述的，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揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种大型多尺度深部煤层气开采试验装置，其特征在于：包括：
底座(1)；
密封放置槽(2)，固定于所述底座(1)上，用于放置至少两组试件；
顶盖(5)，可拆卸的设置在所述密封放置槽(2)的上方，且安装后，通过外部输气机构(12)能够向试件中输送定量定压的气体；以及
抽采组件(7)，预置于所述密封放置槽(2)中，且能够在初次抽采后对试件进行压裂处理，之后进行二次抽采；
所述抽采组件(7)包括：
预置筒(71)，竖向固定在所述密封放置槽(2)的底部，且沿其轴向向上延伸，所述预置筒(71)的四周均匀开设有抽采孔；及
预置抽采管(72)，固定连通在预置筒(71)的顶部，且密封穿出所述顶盖(5)，其穿出部分设置有与外部计量回收组件相连通的连接头(73)；
所述抽采组件(7)上固定有定位板，用于定位岩层板(10)，所述岩层板(10)的上下方均放置有一组试件，位于上方的试件由密封板(6)进行限位，位于下方的试件由竖向压力板(3)进行限位；
所述密封板(6)可拆卸的固定在顶盖(5)的内侧；
所述竖向压力板(3)密封滑动设置在密封放置槽(2)的底部，且由竖向压力调节器(4)进行控制其竖向空间位置；
所述密封放置槽(2)的槽身部分开设有多个通槽，各个通槽内均连接有限位板(11)，所述限位板(11)为弹性板，各个所述限位板(11)的外侧还设置有横向压力控制组件(8)；
所述横向压力控制组件(8)包括横向压力调节器(81)以及横向压力板(82)，其中，所述横向压力调节器(81)固定在密封放置槽(2)上，所述横向压力调节器(81)的输出端与横向压力板(82)相连，所述横向压力板(82)对应于岩层板(10)上方部分开设有阶梯槽(83)，对应于岩层板(10)部分开设有让位槽(85)，对应于岩层板(10)下方部分固定有平面凸起(84)。
2.根据权利要求1所述的一种大型多尺度深部煤层气开采试验装置，其特征在于：还包括压裂管(74)，所述压裂管(74)密封滑动穿过所述预置抽采管(72)伸入预置筒(71)中，且所述压裂管(74)伸入预置筒(71)的一端至少具有压裂喷头(75)。
3.根据权利要求2所述的一种大型多尺度深部煤层气开采试验装置，其特征在于：所述压裂管(74)的一端且位于压裂喷头(75)的下方固定有与预置筒(71)密封滑动相连的下密封环(76)，所述压裂管(74)上还密封滑动设置有位于压裂喷头(75)上方且与预置筒(71)密封滑动相连的上密封环(77)，所述上密封环(77)的滑动动作由间距调节器(78)进行控制，所述间距调节器(78)固定在压裂管(74)上。
4.根据权利要求1所述的一种大型多尺度深部煤层气开采试验装置，其特征在于：还包括辅助抽采组件(9)，所述辅助抽采组件(9)至少包括输送钻柱(91)和辅助抽采管(92)，所述输送钻柱(91)能够将辅助抽采管(92)竖直向下输送。
5.根据权利要求4所述的一种大型多尺度深部煤层气开采试验装置，其特征在于：所述输送钻柱(91)采用连接臂(93)连接至移动器(94)上，所述移动器(94)能够沿轨道(95)的分布方向进行移动，所述轨道(95)分布在顶盖(5)上。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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