CN114718512B - 煤层气降压排采模拟实验装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种煤层气降压排采模拟实验装置和方法，属于油气开发技术领域。该装置包括高压气瓶、岩心夹持器、回压阀、气液分离器、精密控制泵、多个压力计和数据采集系统。在实验过程中，通过高压气瓶向岩心夹持器注入高压甲烷，岩心夹持器内的煤岩心开始吸附甲烷，吸附饱和后，通过精密控制泵控制回压阀的压力以不同速度均匀下降，进而使煤岩心的压力下降，甲烷解吸产出，进入气液分离器，该装置能够模拟煤层气在压力以不同速度均匀下降时的压降情况和产气情况，且通过数据采集系统记录实验过程中产气量、压力随时间的变化，能够分析煤层气排采时的压力降规律和解吸产出规律，从而为实际煤层气生产提供理论依据和技术支撑。
Description
技术领域
本申请涉及油气开发技术领域，特别涉及一种煤层气降压排采模拟实验装置和方法。
背景技术
近年来，煤层气等非常规油气资源潜力巨大，受到国内外的广泛重视，成为全球油气勘探的热点。由于煤层气是非常规天然气，其产出机理与常规天然气有较大的差别，煤层气主要经过三个排采阶段，分别是流体压力降至临界解吸压力之前的地层水单相流阶段、吸附气发生解吸作用后的气-水两相流阶段和地层水排出后的气相单相流阶段。为便于了解煤储层中煤层气的产出过程，通常会进行煤层气排采的模拟实验。
目前，在进行煤层气排采的模拟实验时，通常是基于煤层气物理模拟装置，控制该煤层气物理模拟装置的温度和压力，使该煤层气物理模拟装置内的煤岩心处于接近煤储层的温度、压力的条件下，进而模拟煤储层温度或煤储层压力下的煤层气的产气过程。
然而，上述过程仅基于温度和压力的实验条件来进行模拟实验，模拟实验的内容较单一。
发明内容
本申请实施例提供了一种煤层气降压排采模拟实验装置，能够模拟煤层气以不同速度均匀降压排采时的压降情况和解吸产气情况。该技术方案如下：
一方面，提供了一种煤层气降压排采模拟实验装置，所述模拟实验装置包括高压气瓶、岩心夹持器、回压阀、气液分离器、精密控制泵、多个压力计和数据采集系统，其中，
所述岩心夹持器的输入端通过第一单向阀与所述高压气瓶连接，所述岩心夹持器用于放置煤岩心，所述高压气瓶内设置有高压气体，所述第一单向阀用于控制所述高压气瓶内的高压气体注入所述岩心夹持器；
所述岩心夹持器的输出端通过所述回压阀与所述气液分离器连接，所述回压阀连接有所述精密控制泵，所述精密控制泵用于控制所述回压阀的压力，所述回压阀用于控制所述岩心夹持器的输出端压力，在所述输出端压力以不同速度均匀下降的条件下，所述煤岩心吸附的所述高压气体流入所述气液分离器；
所述气液分离器连接有气体流量计，所述气体流量计用于采集所述岩心夹持器的产气量；
所述多个压力计包括第一压力计、第二压力计和第三压力计，所述第一压力计设置在所述岩心夹持器的输入端，所述第二压力计设置在所述岩心夹持器的输出端，所述第三压力计设置在所述回压阀上；
所述数据采集系统分别与所述气体流量计、所述精密控制泵及所述多个压力计连接，所述数据采集系统用于实时记录所述模拟实验装置的压力、时间和产气量以及输出所述压力、所述时间和所述产气量之间的对应关系。
在一种可能的实现方式中，所述模拟实验装置还包括注水泵，所述注水泵通过第二单向阀与所述岩心夹持器的输入端连接，所述第二单向阀用于控制所述注水泵内的水注入所述岩心夹持器，在所述岩心夹持器的输出端压力以不同速度均匀下降的条件下，所述水流入所述气液分离器；
所述气液分离器还连接有液体流量计，所述液体流量计用于采集所述岩心夹持器的产水量。
在一种可能的实现方式中，所述模拟实验装置还包括至少两个中间容器，所述至少两个中间容器包括第一中间容器和第二中间容器；
所述第一中间容器位于所述高压气瓶和所述第一单向阀之间，所述第一中间容器用于传输所述高压气体；
所述第二中间容器位于所述注水泵和所述第二单向阀之间，所述第二中间容器用于传输所述水。
在一种可能的实现方式中，所述模拟实验装置还包括围压泵和温度控制系统；
所述围压泵设置在所述岩心夹持器的侧面，所述围压泵用于控制所述岩心夹持器的围压为目标上覆岩层压力；
所述温度控制系统设置在所述岩心夹持器的外壁，所述温度控制系统用于控制所述岩心夹持器的温度为目标温度。
在一种可能的实现方式中，所述模拟实验装置还包括真空泵，所述真空泵位于所述岩心夹持器的输出端与所述回压阀之间，所述真空泵用于对所述模拟实验装置进行抽真空。
另一方面，提供了一种煤层气降压排采模拟实验方法，所述方法应用于煤层气降压排采模拟实验装置，所述方法包括：
将目标煤岩心放置在所述模拟实验装置的岩心夹持器中；
打开第一单向阀和高压气瓶，控制所述高压气瓶中的高压气体注入所述岩心夹持器，当所述岩心夹持器的输入端压力与输出端压力达到目标吸附饱和压力时，关闭所述第一单向阀和所述高压气瓶；
通过精密控制泵控制所述回压阀的压力以不同速度均匀下降，通过所述回压阀控制所述岩心夹持器的输出端压力以不同速度均匀下降，当所述目标煤岩心的压力降低到临界解吸压力时，所述目标煤岩心吸附的高压气体开始解吸，所述高压气体流入气液分离器；
通过气体流量计采集所述岩心夹持器的产气量；
通过数据采集系统实时记录所述模拟实验装置的压力、时间和产气量，输出所述压力、所述时间和所述产气量之间的对应关系。
在一种可能的实现方式中，所述控制所述高压气瓶中的高压气体注入所述岩心夹持器包括：
当所述岩心夹持器的输入端压力大于所述目标吸附饱和压力时，关闭所述第一单向阀和所述高压气瓶，此时，随着所述岩心夹持器内的煤岩心吸附所述高压气体，所述岩心夹持器内的压力下降；
当所述岩心夹持器的输入端压力小于所述目标吸附饱和压力时，再次打开所述第一单向阀和所述高压气瓶；
重复打开或关闭所述第一单向阀和所述高压气瓶的步骤，直至所述岩心夹持器的输入端压力与输出端压力达到所述目标吸附饱和压力且在目标时长内不变。
在一种可能的实现方式中，所述打开第一单向阀和高压气瓶，控制所述高压气瓶中的高压气体注入所述岩心夹持器，当所述岩心夹持器的输入端压力与输出端压力达到目标吸附饱和压力时，关闭所述第一单向阀和所述高压气瓶之后，所述方法还包括：
打开注水泵和第二单向阀，控制所述注水泵内的水注入所述岩心夹持器；
通过所述回压阀，控制所述岩心夹持器的输出端压力以不同速度均匀下降，在所述输出端压力以不同速度均匀下降的条件下，所述岩心夹持器内的水流入所述气液分离器；
通过液体流量计采集所述岩心夹持器的产水量。
在一种可能的实现方式中，所述将目标煤岩心放置在所述模拟实验装置的岩心夹持器中之后，所述方法还包括：
通过围压泵将所述岩心夹持器的围压设置为目标上覆岩层压力，通过温度控制系统将所述岩心夹持器的温度设置为目标温度。
在一种可能的实现方式中，所述将目标煤岩心放置在所述模拟实验装置的岩心夹持器中之后，所述方法还包括：
通过真空泵对所述模拟实验装置进行抽真空。
本申请实施例提供的技术方案，提供了一种煤层气降压排采模拟实验装置，通过该装置中的第一单向阀和高压气瓶，向岩心夹持器注入高压甲烷，岩心夹持器内的煤岩心开始吸附甲烷，该过程能够模拟煤储层中煤层气的赋存状态，吸附饱和后，通过该装置中的精密控制泵，控制回压阀的压力以不同速度均匀下降，进而使煤岩心的压力下降，甲烷解吸产出，进入气液分离器，进而气液分离器收集甲烷，该过程能够模拟煤层气在压力以不同速度均匀下降时的压降情况和解吸产气情况，且通过数据采集系统记录实验过程中的压力、时间和产气量，进而根据实验过程中产气量、压力随时间的变化，能够分析得到煤层气开采过程中压力降规律和解吸产出规律，从而为实际煤层气生产提供理论依据和技术支撑。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。在附图中：
图1是本申请实施例提供的一种煤层气降压排采模拟实验装置；
图2是本申请实施例提供的一种煤层气降压排采模拟实验方法的流程图；
图3是本申请实施例提供的一种煤层气降压排采模拟实验方法的流程图。
图例说明
1：高压气瓶，101：第一针型阀，2：岩心夹持器，201：第一单向阀，202：第二单向阀，3：回压阀，4：气液分离器，401：气体流量计，402：液体流量计，5：精密控制泵，501：第七针型阀，6：压力计，601：第一压力计，602：第二压力计，603：第三压力计，7：数据采集系统，8：注水泵，801：第三针型阀，9：中间容器，901：第一中间容器，9011：第二针型阀，902：第二中间容器，9021：第四针型阀，10：围压泵，1001：第五针型阀，11：温度控制系统，12：真空泵，1201：第六针型阀。
通过上述附图，已示出本申请明确的实施例，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申请构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本申请的概念。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的例子。
本申请实施例提供了一种煤层气排采的模拟实验装置，参见图1，该模拟实验装置包括高压气瓶1、岩心夹持器2、回压阀3、气液分离器4、精密控制泵5、多个压力计6和数据采集系统7，其中，岩心夹持器2的输入端通过第一单向阀201与高压气瓶1连接，岩心夹持器2用于放置煤岩心，高压气瓶1内设置有高压气体，第一单向阀201用于控制高压气瓶1内的高压气体注入岩心夹持器2；岩心夹持器2的输出端通过回压阀3与气液分离器4连接，回压阀3连接有精密控制泵5，精密控制泵5用于控制回压阀3的压力以不同速度均匀下降，回压阀3用于控制岩心夹持器2的输出端压力，在输出端压力以不同速度均匀下降的条件下，该煤岩心吸附的高压气体流入气液分离器4；气液分离器4连接有气体流量计401，气体流量计401用于采集岩心夹持器2的产气量；多个压力计6包括第一压力计601、第二压力计602和第三压力计603，第一压力计601设置在岩心夹持器2的输入端，第二压力计602设置在岩心夹持器2的输出端，第三压力计603设置在回压阀3上；数据采集系统7分别与气体流量计401、精密控制泵5及多个压力计6连接，数据采集系统7用于实时记录模拟实验装置的压力、时间和产气量以及输出压力、时间和产气量之间的对应关系。
本申请实施例中，上述高压气瓶1、岩心夹持器2、回压阀3、气液分离器4、精密控制泵5、多个压力计6和数据采集系统7之间通过高压管线来连接。高压管线是指用于传输煤层气的高压管道。
本申请实施例中，高压气瓶1用于向岩心夹持器2内注入气体，以模拟煤岩心吸附气体的过程。高压气瓶1是指工作压力大于或等于某一压力的气瓶，如大于或等于8Mpa的气瓶。高压气瓶1内设置的高压气体可以是高压甲烷。应理解地，煤层气的主要成分为甲烷，通过甲烷来进行后续模拟实验，能够更加贴合实际煤层气的排采。
本申请实施例中，岩心夹持器2用于夹持岩心样品，岩心样品可以为煤岩心。可选地，岩心夹持器2的材质可以为合金材质，避免了腐蚀，延长了岩心夹持器2的使用寿命。可选地，岩心夹持器2为包括输入端和输出端的密封圆筒体结构，其中，输入端和输出端用于流体输入和输出。
本申请实施例中，回压阀3用于控制岩心夹持器2的输出端压力，进而在输出端压力以不同速度均匀下降的条件下，该煤岩心吸附的高压气体流入气液分离器4。具体地，回压阀3的一端连接岩心夹持器2的输出端，另一端连接气液分离器4，当岩心夹持器2内输入高压气体时，岩心夹持器2内的煤岩心会进行气体吸附，此时，通过岩心夹持器2的输出端的高压管线内的气体压力，能够调节回压阀3内的膜片升程，开启回压阀3，则岩心夹持器2的输出端通过回压阀3排出气体，排出的气体流入气液分离器4中。
本申请实施例中，气液分离器4用于气液分离。可选地，气液分离器4为重力沉降分离器、离心力分离器、填料分离器、丝网分离器、微孔过滤分离器中任一项。
本申请实施例中，精密控制泵5用于控制回压阀3的压力以不同速度均匀下降。例如，压力均匀下降的速度可以为3Mpa/天、2.5Mpa/天、2Mpa/天、1Mpa/天等。需要说明的是，在煤层气排采模拟实验的初期，精密控制泵5还用于控制回压阀3的压力为模拟目标地层压力，该目标地层压力为模拟的煤储层地层压力，也即是对回压阀3进行加压，便于后续降压的过程。通过精密控制泵5控制回压阀3的压力下降，当岩心夹持器2的输出端的压力高于回压阀3的压力时，使得岩心夹持器2内的气体通过回压阀3流向气液分离器4。
本申请实施例中，多个压力计6用于采集对应位置的压力。其中，第一压力计601用于采集岩心夹持器2的输入端压力，第二压力计602用于采集岩心夹持器2的输出端压力，第三压力计603用于采集回压阀3的压力。压力计内设置有压力传感器。
本申请实施例中，数据采集系统7用于实时记录模拟实验装置的压力、时间和产气量以及输出压力、时间和产气量之间的对应关系。通过数据采集系统7，能够基于采集到的压力、时间和产气量，输出压力以不同速度均匀下降过程中的压力降规律、甲烷解吸产气规律等。
在实施中，在进行煤层气排采的模拟实验时，先通过精密控制泵5控制回压阀3的压力为目标地层压力，打开第一单向阀201和高压气瓶1，控制高压气瓶1内的高压气体注入岩心夹持器2，则岩心夹持器2内的煤岩心开始进行气体吸附，此时，岩心夹持器2内的气体压力逐渐升高，当岩心夹持器2内的气体压力接近目标地层压力，且岩心夹持器2的输入端压力和输出端压力稳定时，停止高压气体的注入，关闭第一单向阀201和高压气瓶1。进而，通过精密控制泵5控制回压阀3的压力以某一速度均匀下降，同时，岩心夹持器2的输出端压力以该速度均匀下降，在压力下降过程中，当目标煤岩心的压力降低到临界解吸压力时，岩心夹持器2内的气体发生解吸作用，岩心夹持器2内的气体通过回压阀3流向气液分离器4，通过气液分离器4收集气体，并通过气体流量计401采集产气量，最后，通过数据采集系统7实时记录实验装置的压力、时间和产气量以及输出压力、时间和产气量之间的对应关系。
在一种可能的实现方式中，模拟实验装置还包括注水泵8，注水泵8通过第二单向阀202与岩心夹持器2的输入端连接，第二单向阀202用于控制注水泵8内的水注入岩心夹持器2，在岩心夹持器2的输出端压力以不同速度均匀下降的条件下，水流入气液分离器4，气液分离器4还连接有液体流量计402，液体流量计402用于采集岩心夹持器2的产水量。
本申请实施例中，注水泵8用于向岩心夹持器2内注入水，以模拟煤岩心在含水条件下的排采过程。在该实现方式中，数据采集系统7与液体流量计402连接，数据采集系统7还用于记录模拟实验装置的产水量。
在实施中，在模拟煤岩心吸附气体后，打开第二单向阀202和注水泵8，控制注水泵8内的水注入岩心夹持器2，当注水满足条件时，停止注水，关闭第二单向阀202和注水泵8。进而，通过精密控制泵5控制回压阀3的压力以某一速度均匀下降，同时，岩心夹持器2的输出端压力以该速度均匀下降，在压力下降过程中，由于岩心夹持器2的压力高于回压阀3的压力，此时回压阀3处于开启状态，首先，岩心夹持器2内的水通过回压阀3流向气液分离器4，进而，当目标煤岩心的压力降低到临界解吸压力时，岩心夹持器2内的气体发生解吸作用，岩心夹持器2内的气体和水通过回压阀3流向气液分离器4，随着压力的降低，若岩心夹持器2内的水全部流向气液分离器4，此时只有岩心夹持器2内的气体流向气液分离器4，通过气液分离器4收集气体和水，并通过气体流量计401采集产气量，通过液体流量计402采集产水量。最后，通过数据采集系统7实时记录模拟实验装置的压力、时间、产气量和产水量，并输出压力、时间、产气量和产水量之间的对应关系。
在一种可能的实现方式中，模拟实验装置还包括至少两个中间容器9，至少两个中间容器9包括第一中间容器901和第二中间容器902，第一中间容器901位于高压气瓶1和第一单向阀201之间，第一中间容器901用于传输高压气体，第二中间容器902位于注水泵8和第二单向阀202之间，第二中间容器902用于传输水。通过中间容器传输气体或水，能够起到缓冲的作用，确保气体和水的压力稳定，避免压力不稳而造成实验数据误差或实验仪器破损。
在实施中，当第一中间容器901的压力高于岩心夹持器2的输入端压力时，第一单向阀201允许第一中间容器901内的高压气体流向岩心夹持器2的输入端，当第一中间容器901的压力低于岩心夹持器2的输入端压力时，第一单向阀201阻止第一中间容器901内的高压气体流向岩心夹持器2的输入端。应理解地，无论压力高低，第一单向阀201阻止岩心夹持器2内的气体或水流向第一中间容器901。同理，当第二中间容器902的压力高于岩心夹持器2的输入端压力时，第二单向阀202允许第二中间容器902内的水流向岩心夹持器2的输入端，当第二中间容器902的压力低于岩心夹持器2的输入端压力时，第二单向阀202阻止第二中间容器902内的水流向岩心夹持器2的输入端。应理解地，无论压力高低，第二单向阀202阻止岩心夹持器2内的气体或水流向第二中间容器902。
在一种可能的实现方式中，模拟实验装置还包括围压泵10和温度控制系统11，围压泵10设置在岩心夹持器2的侧面，围压泵10用于控制岩心夹持器2的围压为目标上覆岩层压力，温度控制系统11设置在岩心夹持器2的外壁，温度控制系统11用于控制岩心夹持器2的温度为目标温度。
其中，目标上覆岩层压力是指模拟的煤储层上覆岩层压力，通过设置目标上覆岩层压力来模拟煤储层的上覆岩层压力，能够使实验更加贴合实际煤储层的压力条件，能够提高模拟实验的准确性。目标温度是指模拟的煤储层的温度，如25摄氏度、30摄氏度等。本申请实施例中，温度区间为0-100摄氏度。在该过程中，通过设置目标温度来模拟煤储层的温度，能够使实验更加贴合实际煤储层的温度条件，能够提高模拟实验的准确性。在该实现方式中，数据采集系统7与温度控制系统11连接，数据采集系统7还用于记录温度。
在一种可能的实现方式中，模拟实验装置还包括高压氦气瓶，高压氦气瓶用于向岩心夹持器2内注入高压氦气。在该实现方式中，通过设置高压氦气瓶，以对该装置的气密性进行检测。
在一种可能的实现方式中，模拟实验装置还包括真空泵12，真空泵12位于岩心夹持器2的输出端与回压阀3之间，真空泵12用于对模拟实验装置进行抽真空。在该实现方式中，通过真空泵12进行抽真空，能够将该模拟实验装置中的杂质气体抽出，也即是将该岩心夹持器2和其所连接的高压管线中的杂质气体抽出，便于在抽真空后再注入甲烷，确保岩心夹持器2内所填充的均为甲烷，进而提高模拟实验的准确性。
在一种可能的实现方式中，模拟实验装置还包括多个针型阀，该多个针型阀用于开启或切断管道通路。下面基于该多个针型阀的位置和作用，对该多个针型阀进行说明：
(1)高压气瓶1连接有第一针型阀101，第一针型阀101设置在高压气瓶1和第一中间容器901之间，第一针型阀101用于控制高压气瓶1的开启或关闭。
(2)第一中间容器901连接有第二针型阀9011，第二针型阀9011设置在第一中间容器901和岩心夹持器2的输入端之间，第二针型阀9011用于控制第一中间容器901的开启或关闭。
(3)注水泵8连接有第三针型阀801，第三针型阀801设置在注水泵8和第二中间容器902之间，第三针型阀801用于控制注水泵8的开启或关闭。
(4)第二中间容器902连接有第四针型阀9021，第四针型阀9021设置在第二中间容器902和岩心夹持器2的输入端之间，第四针型阀9021用于控制第二中间容器902的开启或关闭。
(5)围压泵10连接有第五针型阀1001，第五针型阀1001设置在围压泵10和岩心夹持器2的侧面之间，第五针型阀1001用于控制围压泵10的开启或关闭。
(6)真空泵12连接有第六针型阀1201，第六针型阀1201设置在真空泵12和岩心夹持器2之间，第六针型阀1201用于控制真空泵12的开启或关闭。
(7)精密控制泵5连接有第七针型阀501，第七针型阀501设置在精密控制泵5和回压阀3之间，第七针型阀501用于控制精密控制泵5的开启或关闭。
本申请实施例提供的技术方案，提供了一种煤层气降压排采模拟实验装置，通过该装置中的第一单向阀201和高压气瓶1，向岩心夹持器2注入高压甲烷，岩心夹持器2内的煤岩心开始吸附甲烷，该过程能够模拟煤储层中煤层气的赋存状态，吸附饱和后，通过该装置中的精密控制泵5，控制回压阀3的压力以不同速度均匀下降，进而使煤岩心的压力下降，甲烷解吸产出，进入气液分离器4，进而气液分离器4收集甲烷，该过程能够模拟煤层气在压力以不同速度均匀下降时的压降情况和解吸产气情况，且通过数据采集系统7记录实验过程中的压力、时间和产气量，进而根据实验过程中产气量、压力随时间的变化，能够分析得到煤层气开采过程中压力降规律和解吸产出规律，从而为实际煤层气生产提供理论依据和技术支撑。
本申请实施例还提供了一种煤层气降压排采模拟实验方法，参见图2，图2是本申请实施例提供的一种煤层气降压排采模拟实验方法的流程图，该实施例包括：
201、制备目标煤岩心。
其中，目标煤岩心为待进行煤层气排采模拟实验的煤岩心。
在一种可能的实现方式中，技术人员利用采样铲、尖头钢锹及采样桶等采样工具，在待模拟实验的煤层气井下方采集煤岩心样品，将该煤岩心样品制备为目标直径、目标长度的煤岩心，作为目标煤岩心。其中，目标直径为预先设定的直径，如50mm，目标长度为预先设定的长度，如目标长度可以为50-80mm中任一项长度。
可选地，制备得到目标煤岩心后，还可以将该目标煤岩心静置，使该目标煤岩心在空气中自然风干，得到干燥后的目标煤岩心。通过该过程，能够去除目标煤岩心中的水分，使得煤岩心后续吸附甲烷时能够充分吸附。
202、将目标煤岩心放置在模拟实验装置的岩心夹持器2中。
在一种可能的实现方式中，制备得到目标煤岩心后，打开岩心夹持器2，将目标煤岩心装入岩心夹持器2中，再将该岩心夹持器2关闭。
需要说明的是，在实施本方案之前，模拟实验装置中的所有阀门均处于关闭状态。
203、通过围压泵10将岩心夹持器2的围压设置为目标上覆岩层压力。
其中，目标上覆岩层压力是指模拟的煤储层上覆岩层压力。
在一种可能的实现方式中，目标煤岩心装入岩心夹持器2后，打开与围压泵10连接的第五针型阀1001，利用围压泵10，将岩心夹持器2的围压加载至目标上覆岩层压力，且在实验过程中，维持岩心夹持器2的围压为该目标上覆岩层压力不变。
204、通过温度控制系统7将岩心夹持器2的温度设置为目标温度。
其中，目标温度是指模拟的煤储层的温度。
在一种可能的实现方式中，利用温度控制系统11，将岩心夹持器2的温度设置为目标温度，且在实验过程中，维持岩心夹持器2的温度为该目标温度不变。
需要说明的是，本申请实施例对步骤203和步骤204的执行次序不作限定。
通过步骤203和步骤204，设置目标温度和目标上覆岩层压力，能够模拟出不同煤储层压力、温度条件下的煤层气赋存状态，使实验条件更加接近煤层实际状态。
205、对该模拟实验装置进行气密性检测，若该模拟实验装置的气密性满足条件，则通过真空泵12对模拟实验装置进行抽真空。
在一种可能的实现方式中，利用高压氦气瓶向岩心夹持器2内注入高压氦气，当岩心夹持器2的输入端压力与输出端压力达到稳定时，表示岩心夹持器2的气密性好，此时再打开与真空泵12连接的第六针型阀1201，利用真空泵12，对该模拟实验装置进行抽真空。
可选地，在注入高压氦气时，按照某一注气压力，向岩心夹持器2内注入高压氦气。需要说明的是，注入高压氦气的压力需高于实验最高孔隙压力1Mpa，该过程中，若在高于实验最高孔隙压力的条件下，该模拟实验装置的气密性满足条件，那么，在实验过程的任一压力条件下，均能够保障该模拟实验装置的气密性满足条件。
可选地，在注入高压氦气后，若岩心夹持器2的输入端压力与输出端压力，在某一时长范围内维持稳定不变，则表示岩心夹持器2的气密性好。例如，该时长范围可以为12小时。
206、通过精密控制泵5，控制回压阀3的压力为目标地层压力。
其中，目标地层压力是指模拟的煤储层的地层压力。例如，2.5Mpa或3Mpa。
在一种可能的实现方式中，打开与精密控制泵5连接的第七针型阀501，利用精密控制泵5，对回压阀3加载压力，使该回压阀3的压力为目标地层压力。在该过程中，通过设置模拟地层压力，使后续吸附模拟实验在模拟地层压力条件下发生，使实验条件更加接近煤层实际状态。
207、打开第一单向阀201和高压气瓶1，控制高压气瓶1中的高压气体注入岩心夹持器2，当岩心夹持器2的输入端压力与输出端压力达到目标吸附饱和压力时，关闭第一单向阀201和高压气瓶1。
其中，目标吸附饱和压力为预先设定的吸附饱和压力，如2.5MPa。需要说明的是，目标吸附饱和压力小于或等于目标地层压力。
在一种可能的实现方式中，当岩心夹持器2的输入端压力大于目标吸附饱和压力时，关闭第一单向阀201和高压气瓶1，当岩心夹持器2的输入端压力小于目标吸附饱和压力时，再次打开第一单向阀201和高压气瓶1，重复打开或关闭第一单向阀201和高压气瓶1的步骤，直至岩心夹持器2的输入端压力与输出端压力达到目标吸附饱和压力且在目标时长内不变。其中，目标时长可以为24小时。
具体地，打开与高压气瓶1连接的第一针型阀101，打开与第一中间容器901连接的第二针型阀9011，缓慢打开高压气瓶1，使高压气瓶1中的高压气体(甲烷)依次进入第一中间容器901和岩心夹持器2。当第一压力计601显示的压力略高于目标吸附饱和压力时，关闭高压气瓶1、第一针型阀101和第二针型阀9011。高压气体进入岩心夹持器2后，目标煤岩心开始吸附气体(甲烷)，岩心夹持器2内的压力逐渐下降，当第一压力计601显示的压力低于目标吸附饱和压力时，再次打开高压气瓶1、第一针型阀101和第二针型阀9011，使高压气瓶1中的高压气体(甲烷)再次进入岩心夹持器2，当第一压力计601显示的压力略高于目标吸附饱和压力时，再次关闭高压气瓶1、第一针型阀101和第二针型阀9011。重复以上步骤，直至第一压力计601和第二压力计602显示的压力均达到目标吸附饱和压力，且稳定不变，表明目标煤岩心在目标吸附饱和压力下已吸附饱和气体，则停止高压气体的注入。
需要说明的是，上述高压气体的注入开始至达到稳定状态停止注入的过程，通常需要用时10天左右。
208、通过精密控制泵5控制回压阀3的压力以不同速度均匀下降，通过回压阀3控制岩心夹持器2的输出端压力以不同速度均匀下降，当目标煤岩心的压力降低到临界解吸压力时，该目标煤岩心吸附的高压气体开始解吸，该高压气体流入气液分离器4。
其中，压力均匀下降的速度可以为3Mpa/天、2.5Mpa/天、2Mpa/天或1Mpa/天等。
在一种可能的实现方式中，当岩心夹持器2内的目标煤岩心吸附饱和后，通过精密控制泵5，控制回压阀3的压力以某一速度均匀下降，同时，岩心夹持器2的输出端压力以该速度均匀下降，当目标煤岩心的压力降低到临界解吸压力时，岩心夹持器2内目标煤岩心所吸附的气体，开始发生解吸作用。随着回压阀3的压力以某一速度均匀下降，当岩心夹持器2内的压力高于回压阀3的压力时，岩心夹持器2内的气体通过回压阀3流向气液分离器4。在该过程中，通过精密控制泵5以不同速度均匀降低回压阀3的压力，能够模拟出煤层气井不同速度均匀降压条件下的排采过程。
209、通过气体流量计401采集岩心夹持器2的产气量。
在一种可能的实现方式中，气液分离器4收集到解吸的气体后，利用气体流量计401采集本次模拟实验的产气量。
可选地，当产气量小于产气量阈值时，停止模拟实验。其中，产气量阈值为预先设定的固定阈值，如5ml/d。可选地，停止模拟实验后，解除高压管线的连接，清洗上述实验设备和高压管线，便于重复实验。
210、通过数据采集系统7实时记录模拟实验装置的压力、时间和产气量，输出压力、时间和产气量之间的对应关系。
在一种可能的实现方式中，在模拟实验的过程中，气体流量计401将采集到的产气量实时传输至数据采集系统7，第一压力计601、第二压力计602和第三压力计603分别采集各处的压力，并实时传输至数据采集系统7，数据采集系统7记录模拟实验装置的时间，则数据采集系统7基于记录的时间以及接收到的压力和产气量，能够确定出时间、压力和产气量之间的对应关系。在该过程中，通过记录不同速度均匀降压过程中的产气量，能够模拟出煤层气在不同速度均匀降压时甲烷解吸产出规律。
可选地，数据采集系统7基于记录的时间以及接收到的压力，能够确定出各处的压力与时间的对应关系，进而基于该对应关系，能够得到压力随时间变化的情况。在该过程中，通过记录不同速度均匀降压过程中的压力变化，能够模拟出煤层气在不同速度均匀降压时压力降的传播规律。
上述步骤201至步骤210为一次模拟实验的过程，在另一种可能的实现方式中，还能够基于不同的实验条件，重复多次实验，以模拟得到不同实验条件下煤层气的排采情况，具体如下：
一种可能的实现方式中，基于不同的目标吸附饱和压力，重复上述步骤206至步骤210，进行多次吸附模拟实验和解吸模拟实验，从而能够模拟出不同目标吸附饱和压力条件下的煤层气排采情况。
另一种可能的实现方式中，基于不同的均匀下降速度，重复上述步骤206至步骤210，进行多次吸附模拟实验和解吸模拟实验，从而能够模拟出压力在不同速度均匀下降条件下的煤层气排采情况。
可选地，在步骤201制备得到目标煤岩心后，还可以对该目标煤岩心进行称重，以得到该目标煤岩心的质量，在模拟实验结束后，打开岩心夹持器2，取出目标煤岩心，对该目标煤岩心再次进行称重，得到该目标煤岩心经吸附模拟实验、解吸模拟实验后的质量。可选地，在步骤201制备得到目标煤岩心后，还可以对该目标煤岩心进行孔渗物性分析，得到该目标煤岩心的孔渗物性分析结果，在模拟实验结束后，打开岩心夹持器2，取出目标煤岩心，对该目标煤岩心再次进行孔渗物性分析，得到该目标煤岩心经吸附模拟实验、解吸模拟实验后的进行孔渗物性分析结果。通过该过程，确定目标煤岩心在实验前和实验后的质量及孔渗物性分析结果，便于对实验前和实验后的目标煤岩心进行对比，以分析目标煤岩心在实验前和实验后发生的物性变化。
本申请实施例提供的技术方案，提供了一种煤层气降压排采模拟实验装置，通过该装置中的第一单向阀201和高压气瓶1，向岩心夹持器2注入高压甲烷，岩心夹持器2内的煤岩心开始吸附甲烷，该过程能够模拟煤储层中煤层气的赋存状态，吸附饱和后，通过该装置中的精密控制泵5，控制回压阀3的压力以不同速度均匀下降，进而使煤岩心的压力下降，甲烷解吸产出，进入气液分离器4，进而气液分离器4收集甲烷，该过程能够模拟煤层气在压力以不同速度均匀下降时的压降情况和解吸产气情况，且通过数据采集系统7记录实验过程中的压力、时间和产气量，进而根据实验过程中产气量、压力随时间的变化，能够分析得到煤层气开采过程中压力降规律和解吸产出规律，从而为实际煤层气生产提供理论依据和技术支撑。
图2对煤层气的吸附模拟实验和解吸模拟实验进行了说明，在另一种可能的实现方式中，还能够在注水条件下来模拟煤层气的排采情况。图3是本申请实施例提供的一种煤层气降压排采模拟实验方法的流程图，参见图3，该实施例包括：
301、制备目标煤岩心。
302、将目标煤岩心放置在模拟实验装置的岩心夹持器2中。
303、通过围压泵10将岩心夹持器2的围压设置为目标上覆岩层压力。
304、通过温度控制系统7将岩心夹持器2的温度设置为目标温度。
305、对该模拟实验装置进行气密性检测，若该模拟实验装置的气密性满足条件，则通过真空泵12对模拟实验装置进行抽真空。
306、通过精密控制泵5，控制回压阀3的压力为目标地层压力。
307、打开第一单向阀201和高压气瓶1，控制高压气瓶1中的高压气体注入岩心夹持器2，当岩心夹持器2的输入端压力与输出端压力达到目标吸附饱和压力时，关闭第一单向阀201和高压气瓶1。
步骤301至步骤307参见步骤201至步骤207，不再赘述。
308、打开注水泵8和第二单向阀202，控制注水泵8内的水注入岩心夹持器2。
在一种可能的实现方式中，打开与注水泵8连接的第三针型阀801，打开与第二中间容器902连接的第四针型阀9021，控制注水泵8向岩心夹持器2注水，待注满水后，关闭注水泵8，关闭与注水泵8连接的第三针型阀801，关闭与第二中间容器902连接的第四针型阀9021，等待岩心夹持器2的输入端压力和输出端压力稳定。
可选地，在注水时，控制注水泵8向岩心夹持器2注水的注水量。
可选地，在注水时，控制注水泵8以目标注水压力进行注水。其中，目标注水压力为预先设定的注水压力。需要说明的是，目标注水压力高于目标吸附饱和压力。可选地，目标注水压力基于目标吸附饱和压力来确定。例如，目标注水压力为目标吸附饱和压力+3得到的压力值，如目标注水压力可以为5Mpa。
可选地，在注水时，控制注水泵8向岩心夹持器2注水，待注水时长达到注水时长，则停止注水。其中，注水时长为预先设定的注水时长，如2天。
示例地，当岩心夹持器2内的目标煤岩心吸附饱和高压气体，也即是岩心夹持器2内的压力达到目标吸附饱和压力2.5MPa时，以5Mpa的注水压力，控制注水泵8向岩心夹持器2注水，在注水时长达到2天后，停止注水。
需要说明的是，在注水的过程中，回压阀3的压力为目标地层压力(如2.5MPa)，此时回压阀3的压力小于注水压力，则回压阀3为开启状态，岩心夹持器2内的水通过回压阀3输出。
还需要说明的是，在停止注水前，通过精密控制泵5，提高回压阀3的压力为4MPa，再关闭注水泵8，等待岩心夹持器2的输入端压力和输出端压力稳定至4Mpa，以模拟煤储层含水条件下的煤层气赋存状态。
通过步骤308中注水的过程，能够模拟出不同煤储层含水条件下的煤层气赋存状态，使实验条件更加接近煤层实际状态，能够更加真实准确的反应煤层气的实际排采过程，进而能够更好的模拟不同的排采制度，与实际生产过程更加接近，对煤层气井精细合理的排采控制和提高单井产量有重要指导意义。
309、通过精密控制泵5控制回压阀3的压力以不同速度均匀下降，通过回压阀3控制岩心夹持器2的输出端压力以不同速度均匀下降，在输出端压力以不同速度均匀下降的条件下，岩心夹持器2内的水流入气液分离器4，当目标煤岩心的压力降低到临界解吸压力时，该目标煤岩心吸附的高压气体开始解吸，该高压气体流入气液分离器4。
在一种可能的实现方式中，当岩心夹持器2内的目标煤岩心吸附饱和，且注水完成后，通过精密控制泵5，控制回压阀3的压力以某一速度均匀下降，压力降低过程中，由于岩心夹持器2的压力高于回压阀3的压力，此时回压阀3为开启状态，且由于注水压力为5Mpa，因此，岩心夹持器2内的水先通过回压阀3流向气液分离器4。随着回压阀3的压力以某一速度均匀下降，当回压阀3的压力低于目标吸附饱和压力(如2.5MPa)时，岩心夹持器2内目标煤岩心所吸附的气体，开始发生解吸作用，进而岩心夹持器2内的水和气体通过回压阀3流向气液分离器4，随着压力的降低，若岩心夹持器2内的水全部流向气液分离器4，此时只有岩心夹持器2内的气体流向气液分离器4，通过气液分离器4进行气液分离，分别收集气体和水。
需要说明的是，当回压阀3的压力下降至0Mpa时，岩心夹持器2内目标煤岩心所吸附的气体，仍然在发生解吸作用，继续向气液分离器4输出气体。
应理解地，回压阀3降压前期，岩心夹持器2内主要产出水，回压阀3降压中期，岩心夹持器2内同时产出水和气体，在降压后期，岩心夹持器2主要产出气体。
在一个具体示例中，通过精密控制泵5，控制回压阀3的压力为目标地层压力3Mpa，通过高压气瓶1，以注气压力3Mpa向岩心夹持器2注入高压甲烷，在高压甲烷注入完成后，以注水压力5Mpa向岩心夹持器2注入水，在注水2天后，通过精密控制泵5，提高回压阀3的压力，待岩心夹持器2的压力稳定后，通过精密控制泵5控制回压阀3的压力以不同速度(如2Mpa/天或1Mpa/天)均匀下降，此时回压阀3的压力低于注水压力5Mpa，回压阀3为开启状态，则岩心夹持器2内的水通过回压阀3流向气液分离器4，随着回压阀3的压力下降，当回压阀3的压力低于注气压力3Mpa时，岩心夹持器2内的气体通过回压阀3流向气液分离器4，进而气液分离器4对水和气体进行分离，分别得到产气量和产水量。
310、通过气体流量计401采集岩心夹持器2的产气量，通过液体流量计402采集岩心夹持器2的产水量。
在一种可能的实现方式中，气液分离器4收集到气体和水后，利用气体流量计401采集本次模拟实验的产气量，利用液体流量计402采集本次模拟实验的产水量。
311、通过数据采集系统7实时记录模拟实验装置的压力、时间、产气量和产水量，输出压力、时间、产气量和产水量之间的对应关系。
在一种可能的实现方式中，在模拟实验的过程中，气体流量计401将采集到的产气量实时传输至数据采集系统7，液体流量计402将采集到的产水量实时传输至数据采集系统7，第一压力计601、第二压力计602和第三压力计603分别采集各处的压力，并实时传输至数据采集系统7，数据采集系统7记录模拟实验装置的时间，则数据采集系统7基于记录的时间以及接收到的压力、产气量和产水量，能够确定出时间、压力、产气量和产水量之间的对应关系。
在另一种可能的实现方式中，还能够基于不同的实验条件，重复多次实验，以模拟得到不同实验条件下煤层气的排采情况，具体如下：
一种可能的实现方式中，基于不同的目标吸附饱和压力，重复步骤306至步骤311，进行多次吸附模拟实验、注水模拟实验和解吸模拟实验，从而能够模拟出不同目标吸附饱和压力条件下的煤层气排采情况。
另一种可能的实现方式中，基于不同的均匀下降速度，重复步骤306至步骤311，进行多次吸附模拟实验、注水模拟实验和解吸模拟实验，从而能够模拟出压力在不同速度均匀下降条件下的煤层气排采情况。
本申请实施例提供的技术方案，提供了一种煤层气降压排采模拟实验装置，通过该装置中的第一单向阀201和高压气瓶1，向岩心夹持器2注入高压甲烷，岩心夹持器2内的煤岩心开始吸附甲烷，该过程能够模拟煤储层中煤层气的赋存状态，吸附饱和后，通过该装置中的精密控制泵5，控制回压阀3的压力以不同速度均匀下降，进而使煤岩心的压力下降，甲烷解吸产出，进入气液分离器4，进而气液分离器4收集甲烷，该过程能够模拟煤层气在压力以不同速度均匀下降时的压降情况和解吸产气情况，且通过数据采集系统7记录实验过程中的压力、时间和产气量，进而根据实验过程中产气量、压力随时间的变化，能够分析得到煤层气开采过程中压力降规律和解吸产出规律，从而为实际煤层气生产提供理论依据和技术支撑。
上述所有可选技术方案，可以采用任意结合形成本申请的可选实施例，在此不再一一赘述。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的申请后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、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申请的一般性原理并包括本申请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，本申请的真正范围和精神由权利要求指出。
以上所述仅为本申请的可选实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种煤层气降压排采模拟实验装置，其特征在于，所述模拟实验装置包括高压气瓶（1）、岩心夹持器（2）、回压阀（3）、气液分离器（4）、精密控制泵（5）、多个压力计（6）和数据采集系统（7），其中，
所述岩心夹持器（2）的输入端通过第一单向阀（201）与所述高压气瓶（1）连接，所述岩心夹持器（2）用于放置煤岩心，所述高压气瓶（1）内设置有高压气体，所述第一单向阀（201）用于控制所述高压气瓶（1）内的高压气体注入所述岩心夹持器（2）；
所述岩心夹持器（2）的输出端通过所述回压阀（3）与所述气液分离器（4）连接，所述回压阀（3）连接有所述精密控制泵（5），所述精密控制泵（5）用于控制所述回压阀（3）的压力，所述回压阀（3）用于控制所述岩心夹持器（2）的输出端压力，在所述输出端压力以不同速度均匀下降的条件下，所述煤岩心吸附的所述高压气体流入所述气液分离器（4）；
所述气液分离器（4）连接有气体流量计（401），所述气体流量计（401）用于采集所述岩心夹持器（2）的产气量；
所述多个压力计（6）包括第一压力计（601）、第二压力计（602）和第三压力计（603），所述第一压力计（601）设置在所述岩心夹持器（2）的输入端，所述第二压力计（602）设置在所述岩心夹持器（2）的输出端，所述第三压力计（603）设置在所述回压阀（3）上；
所述数据采集系统（7）分别与所述气体流量计（401）、所述精密控制泵（5）及所述多个压力计（6）连接，所述数据采集系统（7）用于实时记录所述模拟实验装置的压力、时间和产气量以及输出所述压力、所述时间和所述产气量之间的对应关系；所述模拟实验装置还包括注水泵（8），所述注水泵（8）通过第二单向阀（202）与所述岩心夹持器（2）的输入端连接，所述第二单向阀（202）用于控制所述注水泵（8）内的水注入所述岩心夹持器（2），在所述岩心夹持器（2）的输出端压力以不同速度均匀下降的条件下，所述水流入所述气液分离器（4）；
所述气液分离器（4）还连接有液体流量计（402），所述液体流量计（402）用于采集所述岩心夹持器（2）的产水量；所述模拟实验装置还包括至少两个中间容器（9），所述至少两个中间容器（9）包括第一中间容器（901）和第二中间容器（902）；
所述第一中间容器（901）位于所述高压气瓶（1）和所述第一单向阀（201）之间，所述第一中间容器（901）用于传输所述高压气体；
所述第二中间容器（902）位于所述注水泵（8）和所述第二单向阀（202）之间，所述第二中间容器（902）用于传输所述水。
2.根据权利要求1所述的模拟实验装置，其特征在于，所述模拟实验装置还包括围压泵（10）和温度控制系统（11）；
所述围压泵（10）设置在所述岩心夹持器（2）的侧面，所述围压泵（10）用于控制所述岩心夹持器（2）的围压为目标上覆岩层压力；
所述温度控制系统（11）设置在所述岩心夹持器（2）的外壁，所述温度控制系统（11）用于控制所述岩心夹持器（2）的温度为目标温度。
3.根据权利要求1所述的模拟实验装置，其特征在于，所述模拟实验装置还包括真空泵（12），所述真空泵（12）位于所述岩心夹持器（2）的输出端与所述回压阀（3）之间，所述真空泵（12）用于对所述模拟实验装置进行抽真空。
4.一种煤层气降压排采模拟实验方法，其特征在于，所述方法应用于煤层气降压排采模拟实验装置，所述方法包括：
将目标煤岩心放置在所述模拟实验装置的岩心夹持器（2）中；
打开第一单向阀（201）和高压气瓶（1），控制所述高压气瓶（1）中的高压气体注入所述岩心夹持器（2），当所述岩心夹持器（2）的输入端压力与输出端压力达到目标吸附饱和压力时，关闭所述第一单向阀（201）和所述高压气瓶（1）；
通过精密控制泵（5）控制回压阀（3）的压力以不同速度均匀下降，通过所述回压阀（3）控制所述岩心夹持器（2）的输出端压力以不同速度均匀下降，当所述目标煤岩心的压力降低到临界解吸压力时，所述目标煤岩心吸附的高压气体开始解吸，所述高压气体流入气液分离器（4）；
通过气体流量计（401）采集所述岩心夹持器（2）的产气量；
通过数据采集系统（7）实时记录所述模拟实验装置的压力、时间和产气量，输出所述压力、所述时间和所述产气量之间的对应关系；所述控制所述高压气瓶（1）中的高压气体注入所述岩心夹持器（2）包括：
当所述岩心夹持器（2）的输入端压力大于所述目标吸附饱和压力时，关闭所述第一单向阀（201）和所述高压气瓶（1），此时，随着所述岩心夹持器（2）内的煤岩心吸附所述高压气体，所述岩心夹持器（2）内的压力下降；
当所述岩心夹持器（2）的输入端压力小于所述目标吸附饱和压力时，再次打开所述第一单向阀（201）和所述高压气瓶（1）；
重复打开或关闭所述第一单向阀（201）和所述高压气瓶（1）的步骤，直至所述岩心夹持器（2）的输入端压力与输出端压力达到所述目标吸附饱和压力且在目标时长内不变；所述打开第一单向阀（201）和高压气瓶（1），控制所述高压气瓶（1）中的高压气体注入所述岩心夹持器（2），当所述岩心夹持器（2）的输入端压力与输出端压力达到目标吸附饱和压力时，关闭所述第一单向阀（201）和所述高压气瓶（1）之后，所述方法还包括：
打开注水泵（8）和第二单向阀（202），控制所述注水泵（8）内的水注入所述岩心夹持器（2）；
通过所述回压阀（3），控制所述岩心夹持器（2）的输出端压力以不同速度均匀下降，在所述输出端压力以不同速度均匀下降的条件下，所述岩心夹持器（2）内的水流入所述气液分离器（4）；
通过液体流量计（402）采集所述岩心夹持器（2）的产水量。
5.根据权利要求4所述的模拟实验方法，其特征在于，所述将目标煤岩心放置在所述模拟实验装置的岩心夹持器（2）中之后，所述方法还包括：
通过围压泵（10）将所述岩心夹持器（2）的围压设置为目标上覆岩层压力，通过温度控制系统（11）将所述岩心夹持器（2）的温度设置为目标温度。
6.根据权利要求4所述的模拟实验方法，其特征在于，所述将目标煤岩心放置在所述模拟实验装置的岩心夹持器（2）中之后，所述方法还包括：
通过真空泵（12）对所述模拟实验装置进行抽真空。
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