CN114542016A - 模拟煤层气藏压裂开采的岩心试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种模拟煤层气藏压裂开采的岩心试验装置，属于煤层气藏开发技术领域。所述装置包括多个岩心试验组件；每个所述岩心试验组件包括固定箱、防裂箱、压裂管、连通器和压力计，其中待测岩心位于所述固定箱内，所述压裂管的一部分位于所述待测岩心的固定槽内，另一部分位于所述固定箱外，且与所述连通器连通，所述连通器与压裂机构连接；所述压力计的测取端位于所述固定箱内，读取端位于所述防裂箱内；多个所述固定箱围设成环形结构，且相邻的两个所述固定箱之间通过连通管连通，所述连通管上具有控制阀。该装置可以对多个待测岩心同步进行试验，有利于更好的了解煤层气藏的压裂开采。
Description
技术领域
本发明涉及煤层气藏开发技术领域，特别涉及一种模拟煤层气藏压裂开采的岩心试验装置。
背景技术
煤层气是指赋存在煤储层中的烃类气体，属于优质的清洁能源。全世界各国的煤层气资源储量均非常丰富，煤层气在美国、澳大利亚等国家已经得到了商业性的开采。但在我国，由于煤层气藏储层物性不佳、天然能量不足，衰竭式开采的效果尚不理想，往往需要水力压裂进行增产。
相关技术中，为了更直观地了解煤层气藏水力压裂的情况，往往利用岩心试验装置模拟煤层气藏压裂开采，一般是通过将一个饱和煤层气的岩心放入装置中，模拟压裂开采，通过测量产出的煤层气的量来分析煤层气藏的压裂效果。
但是，相关技术中的模拟煤层气藏压裂开采的岩心试验装置一般一次只能实现一个岩心的试验，而一个岩心试验具有很大的偶然性，因此，需要对多个岩心进行试验，而采用多次试验的方式不仅费时费力，而且难以保证每次试验中各项参数的一致性，因而影响试验的稳定性和准确性，不便于对数据进行有效的分析。
发明内容
鉴于此，本发明提供一种模拟煤层气藏压裂开采的岩心试验装置，可以对多个待测岩心同步进行试验，有利于更好的了解煤层气藏的压裂开采。
具体而言，包括以下的技术方案：
本发明实施例提供了一种模拟煤层气藏压裂开采的岩心试验装置，所述装置包括多个岩心试验组件；
每个所述岩心试验组件包括固定箱、防裂箱、压裂管、连通器和压力计，其中待测岩心位于所述固定箱内，所述压裂管的一部分位于所述待测岩心的固定槽内，另一部分位于所述固定箱外，且与所述连通器连通，所述连通器与压裂机构连接；所述压力计的测取端位于所述固定箱内，读取端位于所述防裂箱内；
多个所述固定箱围设成环形结构，且相邻的两个所述固定箱之间通过连通管连通，所述连通管上具有控制阀。
在一种可能的实现方式中，所述固定箱内具有第一固定套和第二固定套，其中，所述第一固定套位于所述待测岩心的外部，所述第二固定套位于所述第一固定套的外部。
在一种可能的实现方式中，所述第二固定套的硬度大于所述第一固定套的硬度。
在一种可能的实现方式中，所述防裂箱包括具有防爆功能的玻璃罩，所述压力计的读取端位于所述玻璃罩内，所述玻璃罩的一侧具有进气管。
在一种可能的实现方式中，每个所述岩心试验组件还包括第一封板和第一盖板，所述第一封板和所述第一盖板分别位于所述玻璃罩的两侧。
在一种可能的实现方式中，每个所述岩心试验组件还包括多个第一支撑柱和多个定位机构；
所述多个第一支撑柱位于所述第一封板和所述第一盖板之间；
每个所述定位机构包括多个螺柱和多个压块，所述螺柱一一对应地穿过所述第一支撑柱后进入所述固定箱内，并与位于所述固定箱内的所述待测岩心的上部的所述压块固定连接。
在一种可能的实现方式中，每个所述岩心试验组件还包括第二盖板和多个第二支撑柱，所述第一盖板和所述第二盖板分别位于所述固定箱的两侧，所述第一盖板和所述第二盖板之间通过所述多个第二支撑柱连接。
在一种可能的实现方式中，每个所述岩心试验组件还包括第一定位套和所述第二定位套，所述第一定位套位于所述第一盖板的上部，所述第二定位套位于所述第二盖板的上部。
在一种可能的实现方式中，每个所述岩心试验组件还包括底座，所述固定箱位于所述底座上，所述连通器位于所述底座内。
在一种可能的的实现方式，每个所述岩心试验组件还包括进水管，所述进水管与所述连通器连通。
本发明实施例提供的技术方案的有益效果至少包括：
当需要对一个待测岩心进行压裂试验时，可以将与该待测岩心所在的固定箱连接的两个连通管上的控制阀关闭，通过连通器向插入待测岩心的压裂管内注入压裂液，观察压力计的数值得到待测岩心的压裂数据；
当需要对多个待测岩心各自独立进行压裂试验时，可以将与待测岩心所在的固定箱连接的两个连通管上的控制阀关闭，通过连通器向对应的待测岩心的压裂管内注入压裂液，观察多个压力计的数值得到多个待测岩心的各自的压裂数据；
当需要对多个待测岩心连通进行同步压裂试验时，可以将与待测岩心所在的固定箱连接的两个连通管上的控制阀打开，通过连通器向对应的待测岩心的压裂管内注入压裂液，记录多个压裂计的数值得到整体压裂数据。
本发明实施例提供的模拟煤层气藏压裂开采的岩心试验装置，不仅可以对单个或多个待测岩心各自独立的进行压裂试验，而且可以对多个待测岩心同步进行实验。通过对各试验结果的对比分析，有利于更好的了解煤层气藏的压裂开采。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种模拟煤层气藏压裂开采的岩心试验装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种模拟煤层气藏压裂开采的岩心试验装置中岩心试验组件的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种模拟煤层气藏压裂开采的岩心试验装置中岩心试验组件的剖视图。
图中的附图标记分别表示为：
1-岩心试验组件，
11-固定箱，
12-防裂箱，121-玻璃罩，
13-压裂管，
14-连通器，
15-压力计，
16-第一固定套，
17-第二固定套，
18-进气管，
19-第一封板，
110-第一盖板，
111-第一支撑柱，
112-定位机构，1121-螺柱，1122-压块，
113-第二盖板，
114-第二支撑柱，
115-第一定位套，
116-第二定位套，
117-底座，
118-进水管，
119-限位凸台，
120-螺钉。
2-待测岩心，
3-连通管，
4-控制阀。
通过上述附图，已示出本发明明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本发明构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在对本发明实施方式作进一步地详细描述之前，本发明实施例中所涉及的方位名词，如“上部”、“下部”，以图3中所示方位为基准，仅仅用来清楚地描述本发明实施例的模拟煤层气藏压裂开采的岩心试验装置的结构，并不具有限定本发明保护范围的意义。
除非另有定义，本发明实施例所用的所有技术术语均具有与本领域技术人员通常理解的相同的含义。在对申请实施方式作进一步地详细描述之前，对理解本发明实施例一些术语进行说明。
在本发明实施例中，所涉及的“岩心”为从实际煤层气藏获取得到的地下岩心。
所涉及的“待测岩心”为实际煤层气藏获取得到的地下岩心饱和煤层气后得到的岩心。
为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
煤层气是指赋存在煤储层中的烃类气体，属于优质的清洁能源。全世界各国的煤层气资源储量均非常丰富，煤层气在美国、澳大利亚等国家已经得到了商业性的开采。但在我国，由于煤层气藏储层物性不佳、天然能量不足，衰竭式开采的效果尚不理想，往往需要水力压裂进行增产。
为了更直观的了解煤层气藏水力压裂的情况，往往利用岩心试验装置模拟煤层气藏压裂开采。目前，在相关技术中，一般是通过将一个饱和煤层气的岩心放入装置中，模拟压裂开采，通过测量产出的煤层气的量来分析煤层气藏的压裂效果。
但是，目前模拟煤层气藏压裂开采的岩心试验装置一般一次只能实现一个岩心的试验，而一个岩心试验具有很大的偶然性。
因此，需要对多个岩心进行试验，而采用多次试验的方式不仅费时费力，而且难以保证每次试验中各项参数的一致性，因而影响试验的稳定性和准确性，不便于对数据进行有效的分析。
为了解决现有技术中存在的技术问题，本发明实施例提供了一种模拟煤层气藏压裂开采的岩心试验装置，其结构示意图如图1所示。
参见图1，该装置包括多个岩心试验组件1。
参见图2和图3，每个岩心试验组件1包括固定箱11、防裂箱12、压裂管13、连通器14和压力计15。
其中，待测岩心2位于固定箱11内，利用固定箱11模拟岩心所在的地层环境。
压裂管13的一部分位于待测岩心2的固定槽内，另一部分位于固定箱11外，且与连通器14连通，连通器14与压裂机构连接，通过压裂机构向连通器14内注入压裂液，使得压裂液可以通过连通器14进入到压裂管13中，由于压裂管13位于待测岩心2的固定槽中，因而压裂液可以通过压裂管13流入到待测岩心2中，对待测岩心2进行压裂。
压力计15的测取端位于固定箱11内，读取端位于防裂箱12内，当压裂一端时间后，可以通过压力计15读取到固定箱11内的压力变化数值，根据该压力变化数值可以推算得到待测岩心2释放的气体的量，继而得到待测岩心2的压裂情况。而由于测取端所在的固定箱11内的压力较高，为了防止压力计15由于测取端和读取端之间的压差过大而导致压力计15的损坏，将压力计15的读取端置于防裂箱12内，由于防裂箱12内的压力可调，因而可以通过增大防裂箱12内的压力，减小压力计15的读取端与测取端之间的压差，以实现对压力计15的保护。
可以理解的是，压裂管13具有多个通孔，便于压裂液的通过。
参见图1，多个固定箱11围设成环形结构，且相邻的两个固定箱11之间通过连通管3连通，连通管3上具有控制阀4，使得当控制阀4处于打开状态时，相邻的两个固定箱11之间可以通过连通管3连通；当控制阀4处于关闭状态时，相邻的两个固定箱11之间彼此不相连通。
本发明实施例提供的模拟煤层气藏压裂开采的岩心试验装置的工作原理为：
当需要对一个待测岩心2进行压裂试验时，可以将与该待测岩心2所在的固定箱11连接的两个连通管3上的控制阀4关闭，通过连通器3向插入待测岩心2的压裂管13内注入压裂液，观察压力计15的数值得到待测岩心2的压裂数据；
当需要对多个待测岩心2各自独立进行压裂试验时，可以将与待测岩心2所在的固定箱11连接的两个连通管3上的控制阀4关闭，通过连通器14向对应的待测岩心2的压裂管13内注入压裂液，观察多个压力计15的数值得到多个待测岩心2的各自的压裂数据；
当需要对多个待测岩心2连通进行同步压裂试验时，可以将与待测岩心2所在的固定箱11连接的两个连通管3上的控制阀4打开，通过连通器14向对应的待测岩心2的压裂管13内注入压裂液，记录多个压裂计15的数值得到整体压裂数据。
因此，本发明实施例提供的模拟煤层气藏压裂开采的岩心试验装置，不仅可以对单个或多个待测岩心2各自独立的进行压裂试验，而且可以对多个待测岩心2同步进行实验。通过对各试验结果的对比分析，有利于更好的了解煤层气藏的压裂开采。
下面对本发明实施例提供的模拟煤层气藏压裂开采的岩心试验装置的结构进行进一步地描述说明：
在一种可能设计中，参见图3，压裂管13的个数可以为多个，并一一对应地位于待测岩心2的固定槽内。可以理解的是，当处于待测岩心2最易破裂处的压裂管13压裂待测岩心2后，待测岩心2的结构被破坏，其他处压裂管13压裂待测岩心2所需的压强将减小，有利于试验的进行。
在一种可能设计中，继续参见图3，固定箱11内具有第一固定套16和第二固定套17。
其中，第一固定套16位于待测岩心2的外部，第二固定套17位于第一固定套16的外部。
通过设置第一固定套16和第二固定套17以固定待测岩心2，以确保待测岩心2在径向上可以实现牢固固定。
在一种可能设计中，第二固定套17的硬度大于第一固定套16的硬度。
可选的，第二固定套17的硬度至少为第一固定套16的硬度的两倍。
在一种可能设计中，待测岩心2与第一固定套16之间的洛氏硬度之差在百分之十以内。
在一种可能设计中，防裂箱12包括具有防爆功能的玻璃罩121，压力计15的读取端位于玻璃罩121内，玻璃罩121的一侧具有进气管18。
如此设置，使得操作人员可以直接透过玻璃罩121观测得到压力计15的读取端的数值，并通过进气管18可以向玻璃罩121内注入高压气体，使得玻璃罩121内保持高压，使得玻璃罩121内压强与固定箱11内压强差保持在压力计15可接受的范围内，防止压力计15由于测取端和读取端压差过大而造成爆裂。
为了获得固定箱11内压力的变化数值，操作人员可以在固定箱11被施加以围压之后，记录一下此时的压力计15的读取端的数值P1；当注入压裂液一段时间后，待压力计15的读取端的数值稳定之后，再记录一下此时的压力计15的读取端的数值P2；当获得了P1和P2后，压力的变化数值Δp可以通过P2减去P1得到，即Δp＝P1-P2。
在获得了固定箱11内压力的变化数值后，又由于ΔPV＝nRT，其中，ΔP表示压强、V表示气体体积、n表示物质的量、T表示绝对温度、R表示气体常数。利用该公式可以得到气体体积，而该部分气体体积即为待测岩心2压裂得到的气体体积。
在一种可能设计中，参见图2，每个岩心试验组件1还包括第一封板19和第一盖板110。
其中，第一封板19和第一盖板110分别位于玻璃罩121的两侧。
如此设置，利用第一封板19和第一盖板110实现了对玻璃罩121的密封封盖。
可选的，第一封板19可以为圆形板体，第一盖板110可以为正方形或长方形板体，具体的形状设计可以根据实际需要进行设定，在本发明实施例中不作具体限定。
在一种可能设计中，参见图3，每个岩心试验组件1还包括多个第一支撑柱111和多个定位机构112。
其中，多个第一支撑柱111位于第一封板19和第一盖板110之间，以实现第一封板19与第一盖板110之间的支撑固定。
可选的，参见图2，第一支撑柱111的个数可以为四个，四个第一支撑柱111的一端均布在第一封板19上，四个第一支撑柱111的另一端均布在第一盖板110上。
在一种可能设计中，参见图3，每个定位机构112包括多个螺柱1121和多个压块1122，螺柱1121一一对应地穿过第一支撑柱111后进入固定箱11内，并与位于固定箱11内的待测岩心2的上部的压块1122固定连接。
如此设置，以确保待测岩心2在固定箱11内的轴向定位锁紧。
在一种可能设计中，每个岩心试验组件1还包括第二盖板113和多个第二支撑柱114，第一盖板110和第二盖板113分别位于固定箱11的两侧，第一盖板110和第二盖板113之间通过多个第二支撑柱114连接。
可选的，第二支撑柱114的上部通过螺钉120与第一盖板110固定连接。
在一种可能设计中，每个岩石试验组件1还包括限位凸台119，限位凸台119的下部与第二盖板113贴合，以固定压力计15的测取端。
在一种可能设计中，参见图2或图3，每个岩心试验组件1还包括第一定位套115和第二定位套116，第一定位套115位于第一盖板110的上部，第二定位套116位于第二盖板113的上部。
如此设置，利用第一定位套115定位第一支撑柱111，利用第二定位套116定位第二支撑柱114。
在一种可能设计中，参见图2或图3，每个岩心试验组件1还包括底座117，固定箱11位于底座117上，连通器14位于底座117内，利用底座117实现对固定箱11的固定。
在一种可能设计中，参见图2或图3，每个岩心试验组件1还包括进水管118，进水管118与连通器14连通，通过进水管118与压裂机构连接，使得压裂机构流出的压裂液可以通过进水管118进入到连通器14内，进而进入到压裂管13内。
在一种可能示例中，参见图1，以对四个待测岩心2连通进行同步压裂试验为例进行说明：
将四个岩心试验组件1中的每个岩心试验组件1的进水管118以并联的方式连接至压裂机构；
将四个已经饱和煤层气的待测岩心2一一对应地置于固定箱11内，并确保每个待测岩心2固定牢固在固定箱11内，调整每个固定箱11，使得每个固定箱11均处于模拟煤层气层的温度、压力状态；
将四个连通管3上的控制阀4打开；
记录每个岩心试验组件1组装完成好之后的压力计15的数值P1；
通过压裂机构向每个进水管118注入高压压裂液，同时通过进气管18向玻璃罩121内注入高压气体，使得玻璃罩121内压强与固定箱11内的压强差保持在压力计15可接受的范围内；
随着压裂液不断进入待测岩心2内，使得待测岩心2出现裂纹，煤层气可以从待测岩心2内渗出，当压强达到一定大小后，停止注入压裂液和高压气；
待压力计15的数值较为稳定时，记录每个压力计15的数值P2，完成试验。
在本发明中，术语“第一”和“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“多个”指两个或两个以上，除非另有明确的限定。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的本发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本发明旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的。
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。
Claims (10)
1.一种模拟煤层气藏压裂开采的岩心试验装置，其特征在于，所述装置包括多个岩心试验组件(1)；
每个所述岩心试验组件(1)包括固定箱(11)、防裂箱(12)、压裂管(13)、连通器(14)和压力计(15)，其中待测岩心(2)位于所述固定箱(11)内，所述压裂管(13)的一部分位于所述待测岩心(2)的固定槽内，另一部分位于所述固定箱(11)外，且与所述连通器(14)连通，所述连通器(14)与压裂机构连接；所述压力计(15)的测取端位于所述固定箱(11)内，读取端位于所述防裂箱(12)内；
多个所述固定箱(11)围设成环形结构，且相邻的两个所述固定箱(11)之间通过连通管(3)连通，所述连通管(3)上具有控制阀(4)。
2.根据权利要求1所述的模拟煤层气藏压裂开采的岩心试验装置，其特征在于，所述固定箱(11)内具有第一固定套(16)和第二固定套(17)，其中，所述第一固定套(16)位于所述待测岩心(2)的外部，所述第二固定套(17)位于所述第一固定套(16)的外部。
3.根据权利要求2所述的模拟煤层气藏压裂开采的岩心试验装置，其特征在于，所述第二固定套(17)的硬度大于所述第一固定套(16)的硬度。
4.根据权利要求1所述的模拟煤层气藏压裂开采的岩心试验装置，其特征在于，所述防裂箱(12)包括具有防爆功能的玻璃罩(121)，所述压力计(15)的读取端位于所述玻璃罩(121)内，所述玻璃罩(121)的一侧具有进气管(18)。
5.根据权利要求4所述的模拟煤层气藏压裂开采的岩心试验装置，其特征在在于，每个所述岩心试验组件(1)还包括第一封板(19)和第一盖板(110)，所述第一封板(19)和所述第一盖板(110)分别位于所述玻璃罩(121)的两侧。
6.根据权利要求5所述的模拟煤层气藏压裂开采的岩心试验装置，其特征在于，每个所述岩心试验组件(1)还包括多个第一支撑柱(111)和多个定位机构(112)；
所述多个第一支撑柱(111)位于所述第一封板(19)和所述第一盖板(110)之间；
每个所述定位机构(112)包括多个螺柱(1121)和多个压块(1122)，所述螺柱(1121)一一对应地穿过所述第一支撑柱(111)后进入所述固定箱(11)内，并与位于所述固定箱(11)内的所述待测岩心(2)的上部的所述压块(1122)固定连接。
7.根据权利要求5所述的模拟煤层气藏压裂开采的岩心试验装置，其特征在于，每个所述岩心试验组件(1)还包括第二盖板(113)和多个第二支撑柱(114)，所述第一盖板(110)和所述第二盖板(113)分别位于所述固定箱(11)的两侧，所述第一盖板(110)和所述第二盖板(113)之间通过所述多个第二支撑柱(114)连接。
8.根据权利要求7所述的模拟煤层气藏压裂开采的岩心试验装置，其特征在于，每个所述岩心试验组件(1)还包括第一定位套(115)和所述第二定位套(116)，所述第一定位套(115)位于所述第一盖板(110)的上部，所述第二定位套(116)位于所述第二盖板(113)的上部。
9.根据权利要求1-8任一项所述的模拟煤层气藏压裂开采的岩心试验装置，其特征在于，每个所述岩心试验组件(1)还包括底座(117)，所述固定箱(11)位于所述底座(117)上，所述连通器(14)位于所述底座(117)内。
10.根据权利要求9所述的模拟煤层气藏压裂开采的岩心试验装置，其特征在于，每个所述岩心试验组件(1)还包括进水管(118)，所述进水管(118)与所述连通器(14)连通。
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