CN204255815U - 一种新型煤层渗透率测试试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种新型煤层渗透率测试试验装置，该渗透率测试试验装置包括注气系统和密封记录系统，注气系统能够使一定压力的气体经过增压到一定压力后进入密封记录系统。该渗透率测试试验装置及测定方法通过煤层气井注入/压降测试，以合理的排量和压力向煤层注一段时间氮气，然后停泵进行压力恢复，记录注入和关井期间的井底压力数据，会在计算机上自动绘制出图形，据此进行计算得出煤层渗透率。

Description

一种新型煤层渗透率测试试验装置

技术领域

本实用新型涉及一种新型煤层渗透率测试试验装置，属于煤炭开采技术领域。

背景技术

目前，在我国煤层渗透率研究领域，测试煤层气渗透率的测试通常是实验室渗流实验方法，但这种方法存在一定的缺陷，煤样的采出破坏了煤体所处的客观环境，实验室渗流实验忽略了采动影响下煤体的裂隙的动态演变过程，实验室渗流实验不能模拟大范围内整个煤层的裂隙系统的渗透行和透气性。

此外，国内已经公开了的煤层渗透率快速测得试验装置及方法，其装置是利用压力发生装置，将密封介质储能器中的介质分别注入密封室内，然后通过管道将标志性气体以恒定的压力压入密封释放气室中，随后利用密封收拢气室收集标志性气体，并以固定的压力向外排放，同时检测外排标志性气体的浓度及流量，利用煤层渗透率、标志性气体的浓度及流量之间的关系，得到煤层的渗透率。

然而上述用方法获得的煤层渗透率有一定的偏差；且工序复杂，需要妥当放置密封室，然后再冲入多种不同的介质；施工量大，需要在注气钻孔周围布置很多不同深度的观测钻孔，耗时耗力；需要设备很多占用空间大，不便于在井下操作。

煤作为储层，具有天然裂隙发育、渗透率较低、吸附能力强等特征。煤层中割理的发育程度、面割理的走向、割理的宽度是控制煤层渗透率的主要因素。虽然基质孔隙也有一定的渗透性，但因其孔径较小，渗透率可视为零。因此，煤层的渗透率取决于割理系统的渗透率。

目前，在我国煤层气开发行业中，我国用来评估煤储层性能的渗透率数据，绝大部分是用注入/压降测试方法获得的。煤层气试井测试是一种不稳定试井，它遵循不稳定试井的基本原理：当储层中流体的流动处于平衡状态时，若改变井的工作制度即改变压力，则在井底将造成一个压力扰动，此扰动随着时间的推移不断向井壁四周储层径向扩展，最后达到一个新的平衡状态。这种压力扰动的不稳定过程与地层、流体的性质有关。因此，用测试仪器将井底压力随时间的变化规律记录下来，通过分析，可以判断和确定储层的性质。

基于煤储层低压、低渗的特征，经过多年的实践，注入/压降测试作为一种常用试井方法在煤层气井中广泛应用。在注入/压降测试中，地层压力高于气体解吸压力，煤层割理孔隙始终被水饱和，呈单相流状态。由于煤层基质渗透率远远小于煤层割理渗透率，流体只在割理中流动，测试所反映的渗透率为以割理渗透为主的综合渗透率。

本实用新型通过煤层气注入/压降测试原理，以合理的排量和压力向煤层注水一段时间，然后停泵进行压力恢复，记录的注入和关井期间的井底压力数据，会在计算机上绘制出图形，据此进行计算得出煤层渗透率，渗透率的确定对于煤层气商业开发的重要参数，渗透率高低直接影响煤层气井产气量。

实用新型内容

本实用新型的目的正是针对上述现有技术中所存在的不足之处而提供一种测量精确、工序简单、节约能耗，减少施工工作量的一种新型煤层渗透率测试试验装置及一种测定方法。该一种新型煤层渗透率测试试验装置及一种测定方法的优点有：1)、注入提高了地层压力，保证了测试过程中为单向流；2)、不需要井下泵送设备，简化了操作步骤；3)、可以用试井软件分析，结果可靠；4)、速度快，测试半径大；5)、可用于气相压裂后增透效果分析。

本实用新型的目的可以通过以下措施来实现：本实用新型提供了一种新型煤层渗透率测试试验装置其包括注气系统和密封记录系统，其特征在于，所述的注气系统能够使一定压力的气体经过增压到一定压力后进入密封记录系统。

进一步，所述的注气系统包括进气口、高压管汇、第一阀门、第一压力表、气体增压装置、流量计及排气口，所述的进气口通过所述的高压管汇分别与所述的第一阀门、所述的第一压力表相连，所述的第一压力表通过第一阀门与所述的排气口相连，所述的第一压力表通过所述的高压管汇与所述气体增压装置相连，然后所述的气体增压装置通过所述高压管汇与所述流量计相连；所述的密封记录系统包括第二阀门、第二压力表、防喷头、井口三通、封隔器、测试管柱、存储式电子压力计、存储式电子压力计固定装置、煤层和封闭气室，其中，所述的第二阀门通过所述高压管汇与所述第二压力表相连，第二压力表通过所述高压管汇与所述井口三通相连，所述防喷头安装在所述井口三通上，所述井口三通安装在所述测试管柱的顶部，所述存储式电子压力计固定装置固定在所述测试管柱的底部，所述存储式电子压力计固定在所述存储式电子压力计固定装置上，所述封隔器将放置在所述煤层的注气钻孔中的所述测试管柱进行密封封隔，使煤层的注气钻孔内形成所述密闭气室，所述注气系统的流量计通过所述高压管汇与所述密封记录系统的所述第二阀门相连，所述第二阀门连接经过增压的稳定压力和流量的气体，经所述高压管汇和所述第二压力表、所述井口三通进入所述测试管柱，然后通过所述测试管柱进入所述密闭气室中。

进一步，所述测试管柱的底部布满孔。

上述注气系统和密封记录系统装置中，气体通过进气口进入高压管汇，通过第一阀门调节进气压力，第一压力表读取进气压力，然后进气压力通过气体增压装置进行气体增压，然后流量计记录进入密封记录系统的气体流量，通过第二阀门控制密封记录系统进气，第二压力表读取密封记录系统内的压力，然后气体通过高压管汇经井口三通进入测试管柱，然后气体通过测试管柱底部的孔进入封闭气室，存储式电子压力计记录密闭气室内的压力变化，注气系统通过高压管汇与密封记录系统相连。

此外，本实用新型还提供了一种利用新型煤层渗透率测试试验装置来测试煤层渗透率的测试方法，其特征在于，该测试方法包括以下几个步骤：

(1)在煤矿井下工作面进风或回风巷煤层赋存稳定的区域布置测试区，在测试区内布置一个煤层注气钻孔，所述煤层注气钻孔垂直打入煤层内部；

(2)在所述煤层注气钻孔中形成密闭气室，并利用权利要求1-3任一项所述的一种新型煤层渗透率测试试验装置将气体以一定的压力和流量注入到所述密闭气室；

(3)关闭第二阀门，记录所述密闭气室内的压力变化，经过一段时间，取出存储式电子压力计导出记录数据；

(4)利用标准的试井分析软件对数据进行分析解释从而得到煤层的渗透率以及如原始储层压力、表皮系数、流动系数、地应力梯度、储层温度的煤层参数。

本实用新型具有一下有益技术效果：

1)本实用新型提供的一种新型煤层渗透率测试试验装置及方法，在煤层中布置注气系统的施工钻孔，在满足条件的成功的钻孔中，利用注气系统中的气体增压装置试气体以恒定的高压和恒定的流量注入密闭气室中，然后用标准的试井分析软件对数据进行分析解释。这就可以保证测量精确。

2)本实用新型提供的一种新型煤层渗透率测试试验装置及方法，向煤层内注入高压气体，注入提高了地层压力，保证了测试过程中为单向流，这就给数据的精确性提供保证

3)本实用新型提供的一种新型煤层渗透率测试试验装置及方法，是用试井软件分析，结果可靠，一目了然。

4)本实用新型提供的一种新型煤层渗透率测试试验装置及方法，应用的是随着高压气体扩散存储式电子压力计记录密封气室内的压力变化的方法，所以测试的周期短，速度快，测试半径大

5)本实用新型提供的一种新型煤层渗透率测试试验装置及方法也可以用于压裂后分析

6)本实用新型提供的一种新型煤层渗透率测试试验装置及方法工序简单，不需要井下泵送设备，简化了操作步骤，这就使施工量大大减少，减少额外的开支，

总之，本实用新型所提供的一种新型煤层渗透率测试试验装置及方法，与传统的测试方法相比，不仅具有安全性能好，维护操作方便，工序简单，测试周期短，结果精确的优点，还可以同时的到一系列的煤层参数。本实用新型所提供的一种新型煤层渗透率测试试验装置及方法能用于煤矿井下采动煤体渗透率的现场测定，测定结果反映了大范围内煤层的渗透率、原始储层压力、透气性系数、表皮系数、井筒储集、地应力梯度、煤层的破裂压力和闭合压力等。为煤层气的商业开发提供了有力的技术支持。该实用新型与其它类型的同功能设备相比具有很高的先进性，在处理数据量和其它综合性能指标上有较大的突破，彻底解决了我国煤层气开发工行业中测量设备的不足，一旦该实用新型投放市场，在大型的煤层气开发项目中可彻底取代传统的测试方法和设备，将会填补我国煤层气开发行业中综合测试煤层系数的空白，而且也可以替代同类国外进口设备，为国家节约大量的外汇资金。

附图说明

图1是本实用新型中试验装置的一种实施方式的一种结构原理示意图；

1-进气口，2-高压管汇，3-第一阀门，4-第一压力表，5-气体增压装置，6-流量计，7-第二阀门，8-第二压力表，9-排气口，10-防喷头，11-井口三通，12-封隔器，13-测试管柱，14-存储式电子压力计，15-存储式电子压力计固定装置，16-煤层，17-封闭气室。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步说明。

如图1所示，本实用新型提供了一种新型煤层渗透率测试试验装置其包括注气系统和密封记录系统，注气系统能够使一定压力的气体经过增压到一定压力后进入密封记录系统。

注气系统包括进气口1、高压管汇2、第一阀门3、第一压力表4、气体增压装置5、流量计6及排气口9，进气口1通过高压管汇2分别与第一阀门3、第一压力4表相连，第一压力表4通过第一阀门3与排气口9相连，第一压力表4通过高压管汇2与气体增压装置5相连，然后气体增压装置5通过高压管汇2与流量计6相连；密封记录系统包括第二阀门7、第二压力表8、防喷头10、井口三通11、封隔器12、测试管柱13、存储式电子压力计14、存储式电子压力计固定装置15、煤层16和封闭气室17，其中，第二阀门7通过高压管汇2与第二压力表8相连，第二压力表8通过高压管汇2与井口三通11相连，防喷头10安装在井口三通11上，井口三通11安装在测试管柱13的顶部，存储式电子压力计固定装置15固定在测试管柱13的底部，存储式电子压力计14固定在存储式电子压力计固定装置15上，封隔器12将放置在煤层的注气钻孔中的测试管柱13进行密封封隔，使煤层的注气钻孔内形成密闭气室17，注气系统的流量计6通过高压管汇2与密封记录系统的第二阀门7相连，第二阀门7连接经过增压的稳定压力和流量的气体，经高压管汇2和第二压力表8、井口三通11进入测试管柱13，然后通过测试管柱13进入密闭气室17中；其中测试管柱13设置为底部布满孔。

上述注气系统和密封记录系统装置中，气体通过进气口1进入高压管汇2，通过第一阀门3调节进气压力，第一压力表4读取进气压力，然后进气压力通过气体增压装置5进行气体增压，然后流量计6记录进入密封记录系统的气体流量，通过第二阀门7控制密封记录系统进气，第二压力表8读取密封记录系统内的压力，然后气体通过高压管汇2经井口三通11进入测试管柱13，然后气体通过测试管柱13底部的孔进入封闭气室17，存储式电子压力计14记录密闭气室内的压力变化，注气系统通过高压管汇2与密封记录系统相连。

此外，本实用新型还提供了一种利用新型煤层渗透率测试试验装置来测试煤层渗透率的测试方法，其特征在于，该测试方法包括以下几个步骤：

(1)在煤矿井下工作面进风或回风巷煤层赋存稳定的区域布置测试区，在测试区内布置一个煤层注气钻孔，所述煤层注气钻孔垂直打入煤层内部；

(2)在所述煤层注气钻孔中形成密闭气室，并利用权利要求1-3任一项所述的一种新型煤层渗透率测试试验装置将气体以一定的压力和流量注入到所述密闭气室；

(3)关闭第二阀门，记录所述密闭气室内的压力变化，经过一段时间，取出存储式电子压力计导出记录数据；

(4)利用标准的试井分析软件对数据进行分析解释从而得到煤层的渗透率以及如原始储层压力、表皮系数、流动系数、地应力梯度、储层温度的煤层参数。

本实用新型的工作原理如下：

以下参照图1进行描述，当设备工作时，注入从较低的地面注入压力开始，以减小应力对煤层渗透率的影响(因为煤层是应力敏感地层)，同时确保在设计的注入时间内注入压力低于煤层破裂压力。进气口1接入巷道内的供风管路(一般压力为0.5MP)，通过第一阀门3可调节进入气体增压装置5中的气体的压力，第一压力表4是为了读取进入气体增压装置5中的气体的压力，气体经增压后经高压管汇2进入密闭气室17，流量计6读取和记录进入密闭气室17的气体流量，第二压力表8读取密封气室17内的压力，经过调节注入压力，在维持排量相对稳定的情况下，持续注入8小时后，关闭第二阀门7测试煤层注气钻孔底压力恢复情况，测试结束后，通过现场录取压力计数据，当可以满足资料分析的要求时，解封并取出测试管柱13，导出存储式电子压力计14中的数据，用标准的试井分析软件对数据进行分析解释，即可得到煤层渗透率，同时还可以得到原始储层压力、表皮系数、流动系数、地应力梯度、储层温度等。

以上实施方式仅用于说明本实用新型，而并非对本实用新型的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本实用新型的范畴，本实用新型的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (3)

1.一种新型煤层渗透率测试试验装置，其包括注气系统和密封记录系统，其特征在于，所述的注气系统包括进气口、高压管汇、第一阀门、第一压力表、气体增压装置、流量计及排气口，所述的进气口通过所述的高压管汇分别与所述的第一阀门、所述的第一压力表相连，所述的第一压力表通过第一阀门与所述的排气口相连，所述的第一压力表通过所述的高压管汇与所述气体增压装置相连，然后所述的气体增压装置通过所述高压管汇与所述流量计相连；所述的密封记录系统包括第二阀门、第二压力表、防喷头、井口三通、封隔器、测试管柱、存储式电子压力计、存储式电子压力计固定装置、煤层和封闭气室，其中，所述的第二阀门通过所述高压管汇与所述第二压力表相连，第二压力表通过所述高压管汇与所述井口三通相连，所述防喷头安装在所述井口三通上，所述井口三通安装在所述测试管柱的顶部，所述存储式电子压力计固定装置固定在所述测试管柱的底部，所述存储式电子压力计固定在所述存储式电子压力计固定装置上，所述封隔器将放置在所述煤层的注气钻孔中的所述测试管柱进行密封封隔，使煤层的注气钻孔内形成所述密闭气室，所述注气系统的流量计通过所述高压管汇与所述密封记录系统的所述第二阀门相连，所述第二阀门连接经过增压的稳定压力和流量的气体，经所述高压管汇和所述第二压力表、所述井口三通进入所述测试管柱，然后通过所述测试管柱进入所述密闭气室中。

2.根据权利要求1所述的一种新型煤层渗透率测试试验装置，其特征在于，所述测试管柱的底部布满孔。

3.根据权利要求1所述的一种新型煤层渗透率测试试验装置，其特征在于，所述的注气系统能够使气体经过增压后进入密封记录系统。