CN217879170U

CN217879170U - 一种模拟煤层气井筒中排煤粉测试装置

Info

Publication number: CN217879170U
Application number: CN202220792507.5U
Authority: CN
Inventors: 王凯; 倪小明; 王保玉; 赵锦程; 王娟; 高迪
Original assignee: Henan University of Technology
Current assignee: Henan University of Technology
Priority date: 2022-04-07
Filing date: 2022-04-07
Publication date: 2022-11-22
Anticipated expiration: 2032-04-07

Abstract

本实用新型属于煤层气井筒中煤粉沉降技术领域，尤其涉及一种模拟煤层气井筒中排煤粉测试装置，包括与模拟井筒顶部连接的煤粉输入系统和气体输入系统，以及设置于模拟井筒底部的水注入系统，所述模拟井筒内设有煤粉排采强度测试系统，还包括位于模拟井筒顶部的回收系统，该装置能对单相水流、气/水两相流等不同流态，不同煤粉粒径、不同粘土含量、不同浓度等条件下井筒内煤粉排出的最小排量及煤粉运移状态进行测试，以便为现场回注水装置的注水量提供理论依据。

Description

一种模拟煤层气井筒中排煤粉测试装置

技术领域

本实用新型属于煤层气井筒中煤粉沉降技术领域，尤其涉及一种模拟煤层气井筒中排煤粉测试装置。

背景技术

煤层气井是通过排采储层中的水实现产气的。当煤比较破碎时，排采时井筒中往往出现水、气、煤粉等多相流体并存状态，若不将井筒内的煤粉排出，沉降后会引起抽油杆运行的摩阻增加，严重时会导致抽油杆发生断裂，造成停机停产，影响煤层气井的产气量。为了防止井筒内的煤粉聚集沉降，煤层气工作者研制了回注水装置，通过向井筒内回注水，增加井筒内排出的水量，降低井筒内煤粉含量，尽量使井筒内的煤粉处于悬浮状态并随井筒中气、水的流出而排出地面。但到底多大颗粒的煤粉，需要排采强度多大才能让煤粉随气、水运移排出，目前无法给出准确的回答，更多是根据现场经验进行调整，缺乏科学的依据。还有一些科技工作者根据排采时电流变化判断是否井筒内煤粉已经沉降比较严重，在地面通过注水装置，以一定的排量向环空中注水，使井筒内沉降的煤粉处于悬浮状态，与生产套管内的排采水形成循环系统，通过水携带煤粉产出。若不能及时发现电流变化，或者注水装置排水不及时，很容易出现抽油杆断裂，增加了修井作业的次数，对储层伤害较大。为了更好的指导现场生产，亟需研制出一种装置，能测试出单相水流阶段、气/水两相流等不同流态、不同煤粉粒径、不同粘土矿物含量、不同浓度等条件下的井筒内煤粉适度排出的最小排量测试装置，以便为现场不同条件下适度排出煤粉提供理论指导。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对目前煤层气井筒中煤粉沉降严重，更多依靠经验进行回注水，无法有效保障井筒内煤粉及时排出，可能引起油杆断裂的问题，提供一种模拟煤层气井筒中排煤粉测试装置，该装置能对单相水流、气/水两相流等不同流态，不同煤粉粒径、不同粘土含量、不同浓度等条件下井筒内煤粉排出的最小排量及煤粉运移状态进行测试，以便为现场回注水装置的注水量提供理论依据。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种模拟煤层气井筒中排煤粉测试装置，包括与模拟井筒顶部连接的煤粉输入系统和气体输入系统，以及设置于模拟井筒底部的水注入系统，所述模拟井筒内设有煤粉排采强度测试系统，还包括位于模拟井筒顶部的回收系统，本装置通过各个系统之间相互协调，达到对不同流态、不同煤粉粒径、不同粘土含量、不同浓度等条件下井筒内煤粉排出的最小排量及煤粉运移状态进行测试，以便为现场回注水装置的注水量提供理论依据。

进一步的，所述煤粉输入系统包括鼓风机，与鼓风机出口相连的煤粉罐，煤粉罐出口管路上设有可拆卸筛网和质量流量计，煤粉罐出口通过管路与模拟井筒顶部联通，所述鼓风机出口管路上还设有阀门和安全阀，煤粉罐出口管路上设有泄压阀、缓冲件和单向阀，煤粉罐底部设有压力传感器，煤粉输入系统主要用于模拟地层产出煤粉，为井筒煤粉排采强度测试装置提供不同粒径/不同含量的煤粉及不同矿物含量的煤粉。

进一步的，所述水注入系统包括水箱，水箱通过输水管路与模拟井筒底部的孔眼联通，输水管路上依次设有注水泵、转子流量计和缓流件，输水管路上也设有安全阀和单向阀，水注入系统主要用于模拟地层供水，为井筒煤粉排采强度监测系统中单相/多相流运移提供水源及水动力。

进一步的，所述气体输入系统包括高压气瓶，高压气瓶通过输气管道与模拟井筒底部的孔眼联通，所述输气管道上依次设有安全阀、PID阀、流量计、泄压阀、缓流件和单向阀，气体输入系统为井筒煤粉排采强度测试提供气体，模拟井筒内气体的流量。

进一步的，所述煤粉排采强度测试系统包括模拟井筒，模拟井筒顶部设有阀门和泄压阀，设置于模拟井筒内部的煤粉浓度测试组件，所述煤粉浓度测试组件包括沿着模拟井筒内壁相对设置的红外信号发射器和红外信号接收器，以及控制红外信号发射器和红外信号接收器的红外信号处理器。

进一步的，所述回收系统包括导流管路，所述导流管路进口与模拟井筒的溶液联通，导流管路出口与回收水箱连接，所述导流管路从进口到出口依次设有密度测试器、质量流量计和过滤器，过滤器滤网处设有一路煤粉运移管路，煤粉运移管路通过风机提供动力，煤粉运移管路末端设有煤粉回收箱，所述煤粉回收箱和回收水箱内壁均设有压力传感器，煤粉运移管路的出口端设有泄压阀。

进一步的，所述压力传感器、流量计、注水泵、质量流量计、PID阀均与计算机电连接并由计算机控制。

本实用新型具有的优点是：

1.本实用新型可模拟不同排采阶段下（单相水流、单相气流、气/水两相流包含不同气水比情况），不同粒径（包括是否含有黏土矿物），不同产出率情况下，煤粉的运移产出规律；

2.通过对不同排采阶段，煤粉运移产出模拟实验研究，可得出不同条件下的煤粉产出条件，为现场最优排采工作制度制定提供理论依据。

附图说明

图1是本实用新型结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种模拟煤层气井筒中排煤粉测试装置，包括与模拟井筒顶部连接的煤粉输入系统和气体输入系统，以及设置于模拟井筒底部的水注入系统，所述模拟井筒内设有煤粉排采强度测试系统，还包括位于模拟井筒顶部的回收系统，本装置通过各个系统之间相互协调，达到对不同流态、不同煤粉粒径、不同粘土含量、不同浓度等条件下井筒内煤粉排出的最小排量及煤粉运移状态进行测试，以便为现场回注水装置的注水量提供理论依据；所述煤粉输入系统包括鼓风机1，与鼓风机1出口相连的煤粉罐4，煤粉罐4出口管路上设有可拆卸筛网6和质量流量计29，煤粉罐4出口通过管路与模拟井筒27顶部联通，所述鼓风机1出口管路上还设有阀门2和安全阀3，煤粉罐4出口管路上设有泄压阀7、缓冲件8和单向阀9，其中缓冲件8对管路强化加厚，（可根据需要采用钢质）对管路起到缓冲保护作用，减缓对管壁的伤害，卸压阀7将风机鼓入气体放空，防止对井筒煤粉排采强度监测系统产生干扰；煤粉罐4底部设有压力传感器5，对加入煤粉及矿物重量进行计量，煤粉罐4上还设有加砂口26，用于模拟实际井筒中含有砂石时使用，煤粉输入系统主要用于模拟地层产出煤粉，为井筒煤粉排采强度测试装置提供不同粒径/不同含量的煤粉及不同矿物含量的煤粉；所述水注入系统包括水箱24，水箱24通过输水管路23与模拟井筒27底部的孔眼17联通，输水管路上依次设有注水泵22、转子流量计30和缓流件19，输水管路上也设有安全阀和单向阀，水注入系统主要用于模拟地层供水，为井筒煤粉排采强度监测系统中单相/多相流运移提供水源及水动力；水箱24主要为实验测试提供水，注入时水由水箱24经注水泵22增压后，获得流体运移动力，经管线通过水流量计（因注入的清水，不含固相物质，可采用转子流量计作为水的流量计对注入水流量进行计量）；可控制流量阀门用于调节排量大小；安全阀起到限流作用，防止注水泵压力过大对后续装置产生伤害；单向阀防止因为两侧液柱高差，液体回流倒灌；缓流件为内置导流板的较大内径管路，用于增大水流面积，减缓流体流速，控制注水压力，防止流速过快对井筒内煤粉与水/气组成的混合液产生激荡作用，对煤粉运移沉降产生干扰（可根据实际需要延长其长度）。其中计算机连接注水泵与流量计，实时记录通过管线的流量，并通过计算机调节直接控制注水泵注入压力，根据需要，实时调节注入水的排量大小。所述气体输入系统包括高压气瓶18，高压气瓶18通过输气管道与模拟井筒27底部的孔眼联通，所述输气管道上依次设有安全阀、PID阀16、流量计12、泄压阀、缓流件和单向阀，气体输入系统为井筒煤粉排采强度测试提供气体，模拟井筒内气体的流量。所述煤粉排采强度测试系统包括模拟井筒27，用内径R89mm×H0.5m玻璃管28作为模拟井筒（可以根据实际需要延长其长度），下部安装在固定底座20上并通过螺栓21固定，起到稳定作用，模拟井筒27顶部设有阀门和泄压阀，还包括设置于模拟井筒27内部的煤粉浓度测试组件，所述煤粉浓度测试组件包括沿着模拟井筒27内壁相对设置的红外信号发射器31和红外信号接收器32，以及控制红外信号发射器31和红外信号接收器32的红外信号处理器10，煤粉浓度测试组件与计算机25相连接，实时监测模拟测试装置中煤粉含量变化。井筒上部存在卸压阀与压力传感器，防止井筒内压力过高，存在安全隐患；所述回收系统包括导流管路，所述导流管路进口与模拟井筒27的溶液联通，导流管路出口与回收水箱15连接，所述导流管路从进口到出口依次设有密度测试器11、质量流量计和过滤器13，因返排液为多相流，故采用质量流量计对排采流量进行计量，辅助计量排采强度及流量情况。井筒采用透明玻璃材质，可以从外部直接观测井筒内煤粉运移沉降情况，过滤器13滤网处设有一路煤粉运移管路，煤粉运移管路通过风机提供动力，煤粉运移管路末端设有煤粉回收箱14，所述煤粉回收箱14和回收水箱15内壁均设有压力传感器，煤粉运移管路的出口端设有泄压阀；所述压力传感器、流量计、注水泵、质量流量计、PID阀均与计算机电连接并由计算机控制。

具体使用时，包括以下操作步骤：

（1）试验煤粉样品的制作

煤粉样品收集制备方法有：①对现场收集的返排液水样进行过滤干燥获取煤粉试样；②采用现场捞砂作业打捞出的煤粉；③采用块状煤样进行人工破碎成为煤粉，并用不同目数的筛子进行筛分，制作出需要粒径的煤粉。（可根据需要加入一定量的黏土矿物），备用。

黏土矿物颗粒的制备：用蒙脱石、高岭石、伊利石等矿物破碎研磨，然后用不同目数的筛子进行筛分，制作出需要粒径的黏土矿物。

（2）组装实验装置并气密性检测

将各种仪器进行管路连接，打开高压气瓶开关，检测装置的气密性。

（3）适度排煤粉实验测试

根据实验方案，进行不同煤粉粒径、不同含量、单相水或单相气或气/水两相流等条件下的实验测试。

例如：将制备的煤粉分别过50目(300μm)、70目(212μm)和140目(106μm)的国家标准筛，筛分出粒度为小于50目、50～70目、70～140目和大于140目4种粒度的煤粉备用。

进行单相水流、单相气流、气/水两相流（其中两相流阶段分3种气水比情况：气、水排量比2：1、5：1、7：1等三种情况）进行实验。

在上述实验条件下，又可以分煤粉中不含黏土矿物和黏土矿物与煤粉比例分别为1:1、1:3、1:5等进行实验。同一实验进行三次避免操作失误等原因产生的实验误差。

（4）数据收集

由计算机与各个装置中的压力传感器、流量计、密度计等相连实时监控各个装置中的压力值、流量值等数据，并按一定时间间隔收集排出的煤粉情况，以便进行数据分析。

（5）耦合分析

对实验数据进行分析，得出不同条件下煤粉产出的最小水流量、气流量等。

Claims

1.一种模拟煤层气井筒中排煤粉测试装置，其特征在于：包括与模拟井筒顶部连接的煤粉输入系统和气体输入系统，以及设置于模拟井筒底部的水注入系统，所述模拟井筒内设有煤粉排采强度测试系统，还包括位于模拟井筒顶部的回收系统，所述模拟井筒底部安装于固定底座上并通过螺栓与固定面固定。

2.如权利要求1所述的模拟煤层气井筒中排煤粉测试装置，其特征在于：所述煤粉输入系统包括鼓风机，与鼓风机出口相连的煤粉罐，煤粉罐出口管路上设有可拆卸筛网和质量流量计，煤粉罐出口通过管路与模拟井筒顶部联通，所述鼓风机出口管路上还设有阀门和安全阀，煤粉罐出口管路上设有泄压阀、缓冲件和单向阀，煤粉罐底部设有压力传感器。

3.如权利要求2所述的模拟煤层气井筒中排煤粉测试装置，其特征在于：所述水注入系统包括水箱，水箱通过输水管路与模拟井筒底部的孔眼联通，输水管路上依次设有注水泵、转子流量计和缓流件，输水管路上也设有安全阀和单向阀。

4.如权利要求3所述的模拟煤层气井筒中排煤粉测试装置，其特征在于：所述气体输入系统包括高压气瓶，高压气瓶通过输气管道与模拟井筒底部的孔眼联通，所述输气管道上依次设有安全阀、PID阀、流量计、泄压阀、缓流件和单向阀。

5.如权利要求4所述的模拟煤层气井筒中排煤粉测试装置，其特征在于：所述煤粉排采强度测试系统包括模拟井筒，模拟井筒顶部设有阀门和泄压阀，设置于模拟井筒内部的煤粉浓度测试组件，所述煤粉浓度测试组件包括沿着模拟井筒内壁相对设置的红外信号发射器和红外信号接收器，以及控制红外信号发射器和红外信号接收器的红外信号处理器。

6.如权利要求5所述的模拟煤层气井筒中排煤粉测试装置，其特征在于：所述回收系统包括导流管路，所述导流管路进口与模拟井筒的溶液联通，导流管路出口与回收水箱连接，所述导流管路从进口到出口依次设有密度测试器、质量流量计和过滤器，过滤器滤网处设有一路煤粉运移管路，煤粉运移管路通过风机提供动力，煤粉运移管路末端设有煤粉回收箱，所述煤粉回收箱和回收水箱内壁均设有压力传感器，煤粉运移管路的出口端设有泄压阀。

7.如权利要求6所述的模拟煤层气井筒中排煤粉测试装置，其特征在于：所述压力传感器、流量计、注水泵、质量流量计、PID阀均与计算机电连接并由计算机控制。