專利名稱：一種煤層氣儲層雙層合采高溫高壓排采動態評價系統的制作方法
一種煤層氣儲層雙層合采高溫高壓排采動態評價系統技術領域
本發明屬于煤層氣勘探與開發技術領域，尤其涉及一種煤層氣儲層雙層合采高溫高壓排采動態評價系統。
背景技術：
2012年國家出臺的《煤層氣(煤礦瓦斯)開發利用“十二五”規劃》指出，到2015年我國煤層氣新增探明儲量1.0X1012m3，產量將達到300X 108m3，其中地面鉆采160X 108m3，建設沁水盆地、鄂爾多斯盆地東緣煤層氣產業化基地。但我國煤層氣存在地質賦存條件異常復雜、資源探明率低、開發難度大等特點，使得開采煤層氣對開采技術要求極高。目前我國煤層氣存在兩大主要問題:采收率低和利用率低，嚴重制約了煤層氣高效合理開發利用，為了提高煤層氣采收率國內外研究人員開展了很多研究工作，提出了分層壓裂、水平井及羽狀井技術，合理的排采制度等相關技術，但目前井下采收率只有23%左右，而美國煤層氣的平均采收率為50%。
煤層氣雙層合采技術能夠降低單井投資，較大提升煤層氣直井單井產量，提高煤層采收率。
目前國內對于同一區塊相鄰煤層合層排采理論技術，幾乎沒有學者進行過細致而系統的研究，人們往往照搬天然氣理論，但天然氣和煤層氣的賦存狀態之間存在根本差異，二者產氣機理明顯不同，導致開發煤層氣時開采效果往往不盡如人意。合采能否實現“1+1”大于等于2，即兩層煤合層排采的產氣量是否大于等于單層排采產氣量之和？雙層合采時，各自儲層滲透率差異、各個分層內供液能力變化、各個分層壓力梯度是如何變化的？煤層的臨界解吸壓力、儲層壓差、煤層埋深差、供液能力、壓力梯度及煤儲層滲透率對雙層合采有什么影響？雙層合采時，各個分層參數是如何變化的？這些都僅僅在理論上分析過，而沒有通過實驗驗證。雙層合采時，各自儲層滲透率差異、各個分層內供液能力變化、各個分層壓力梯度是如何變化的？分別對排采參數的影響程度如何？該如何調節各個參數來優化排采工作制度，達到最大采收率的目的。目前國內外沒有專門的實驗設備模擬評價雙層合采的實驗設備，導致礦場實踐與理論不符合。發明內容
本發明的目的在于利用一種煤層氣儲層雙層合采高溫高壓排采動態評價系統，旨在解決目前國內外沒有專門的實驗設備模擬評價雙層合采的實驗設備，通過設備模擬評價各自儲層內臨界解吸壓力、儲層壓差、供液變化、滲透率差異、產氣動液面差異在雙層合采時對排采參數的影響，優化雙層合采排采參數，降低單井投資，提升煤層氣井單井產量，提高雙層合采排水采氣制度效率，實現“ 1+1 ”大于等于2之功效，提高煤層氣采收率，促進煤層氣快速、高效、安全開發的問題。
本發明的目的在于提供一種煤層氣儲層雙層合采高溫高壓排采動態評價系統，所述煤層氣儲層雙層合采高溫高壓排采動態評價系統包括用于煤層氣入口合注出口合采的高溫高壓排采動態評價儀和入口分注出口合采的高溫高壓排采動態評價儀；
所述入口合注出口合采高溫高壓排采動態評價儀和入口分注出口合采的高溫高壓排采動態評價儀分別包括:
驅替模塊，用于模擬礦場雙層合采實際排水采氣時，提供巖樣飽和、流動驅替動力及模擬3#煤層、15#煤層不同的供液能力；
巖心夾持模塊，與所述驅替模塊、底水模擬模塊、圍壓和回壓模塊、抽真空模塊、計量模塊、溫控及數據采集模塊連接，用于采用源自3#煤層、15#煤層的真實巖樣模擬不同滲透率、不同壓力梯度、不同臨界解析壓力、不同產液面高度對雙層合采時排水采氣參數的影響，并模擬在既定排采方案下，各個分層壓力梯度、產液面、滲透率的變化情況；
底水模擬模塊，與所述巖心夾持模塊連接，用于模擬煤層氣氣井排水采氣過程中，各個煤層底部含水情況；
圍壓和回壓模塊,與所述巖心夾持模塊連接，用于模擬礦場排水米氣時儲層圍巖所受圍壓變化和礦場排水采氣時井底流壓及動液面變化情況；
抽真空模塊，與所述巖心夾持模塊連接，用于將巖心夾持模塊中巖心抽成真空使得甲烷氣體充分和巖樣充分接觸吸附并用地層水飽和模擬儲層底水環境；
計量模塊，與所述巖心夾持模塊連接，用于模擬礦場氣井分離計量裝置；
溫控及數據采集模塊，用于模擬儲層內部實際溫度并將巖心夾持模塊進、出口壓力、巖心不同位置壓力分布情況、各個分層不同圍壓壓力、各分層不同回壓壓力、不同分層內流體流速、壓力梯度分布、計量系統得到的產水量、產氣量通過傳感器及數據采集面板及時自動記錄下來。
進一步，所述入口合注出口合采高溫高壓排采動態評價儀設置一個驅替模塊，所述驅替模塊主要由甲烷驅替泵、單向閥門、甲烷活塞容器、地層水驅替泵、地層水活塞容器、六通閥、3#煤層巖心進口端壓力傳感器、15#煤層巖心進口端壓力傳感器構成，具體結構為:
甲烷驅替泵經管線連接單向閥門，單向閥連接甲烷活塞容器，甲烷活塞容器經管線與單向閥連接六通閥和3#煤層巖心進口端壓力傳感器、15#煤層巖心進口端壓力傳感器后與巖心夾持模塊進口連接；地層水驅替泵經管線連接單向閥門，單向閥連接地層水活塞容器，地層水活塞容器經管線和單向閥連接六通閥和巖心夾持模塊相連接。
進一步，所述入口分注出口合采的高溫高壓排采動態評價儀設置有兩個結構相同的驅替模塊，所述驅替模塊主要由甲烷驅替泵、單向閥門、甲烷活塞容器、3#煤層地層水驅替泵、3#煤層地層水活塞容器、15#煤層地層水驅替泵、15#煤層地層水活塞容器、三通、六通閥、3#煤層巖心進口端壓力傳感器、15#煤層巖心進口端壓力傳感器構成，具體結構為:
甲烷驅替泵經管線連接單向閥門，單向閥連接甲烷活塞容器，甲烷活塞容器經管線與單向閥連接六通閥和3#煤層巖心進口端壓力傳感器、15#煤層巖心進口端壓力傳感器后分別與3#煤層、15#煤層巖心夾持模塊進口連接;3#煤層地層水驅替泵經管線連接單向閥門，單向閥連接3#煤層地層水活塞容器，3#煤層地層水活塞容器經管線和單向閥連接六通閥和3#煤層巖心夾持模塊進口端相連接；15#煤層地層水驅替泵經管線連接單向閥門，單向閥連接15#煤層地層水活塞容器，15#煤層地層水活塞容器經管線和單向閥連接三通后與15#煤層巖心夾持模塊進口端相連接。
進一步,所述巖心夾持模塊還包括:3#煤層巖樣夾持器、15#煤層巖樣夾持器、鋼筒、膠套、底水進水孔、底水水槽、進口端雜質濾網、出口端粉塵過濾器、巖樣內部監測壓力傳感器；
兩個巖心夾持器結構相同,夾持器中間是一個巖心室,巖心室下端連接底水水槽，底水水槽下部有一個底水孔，底水孔連接膠套，膠套將整個巖心室包裹起來，膠套外部是鋼筒，鋼筒和膠套之間充滿液壓油；巖心室前端連接進口端雜質濾網，后端連接出口端粉塵過濾器；巖心室中間分布著巖樣內部壓力傳感器
進一步，所述底水模擬模塊還包括:3#煤層巖樣底水注入泵、15#煤層巖樣底水注入栗、3#煤層地層水活塞各器、15#煤層地層水活塞各器、3#煤層底水控制/、通閥、15#煤層底水控制六通閥、3#煤層底水壓力傳感器、15#煤層底水壓力傳感器；
3#煤層巖樣底水注入泵經管線連接3#煤層地層水活塞容器，3#煤層地層水活塞容器連接3#煤層底水控制六通閥，3#煤層底水控制六通閥與3#煤層巖心夾持器的三個底水進水孔、3#煤層底水壓力傳感器連接；15#煤層巖樣底水注入泵經管線連接15#煤層地層水活塞容器，15#煤層地層水活塞容器連接15#煤層底水控制六通閥，15#煤層底水控制六通閥與15#煤層巖心夾持器的三個底水進水孔、15#煤層底水壓力傳感器連接。
進一步，所述圍壓和回壓模塊統稱為壓力控制系統，包括:3#煤層圍壓泵、3#煤層圍壓單向閥、3#煤層圍壓壓力傳感器、15#煤層圍壓泵、15#煤層圍壓單向閥、15#煤層圍壓壓力傳感器及回壓泵、回壓壓力傳感器、回壓閥；
3#煤層圍壓泵連接3#煤層圍壓單向閥，3#煤層單向閥連接3#煤層圍壓壓力傳感器后與3#煤層巖心夾持器圍壓進口端相連接；15#煤層圍壓泵連接15#煤層圍壓單向閥，15#煤層單向閥連接15#煤層圍壓壓力傳感器后與15#煤層巖心夾持器圍壓進口端相連接；回壓泵經回壓壓力傳感器連接回壓閥，回壓閥與巖心夾持模塊出口端相連。
進一步，所述抽真空模塊還包括:真空泵、真空閥門；
真空泵連接真空閥門，真空閥門經六通閥后與3#煤層巖心夾持模塊、15#煤層巖心夾持|吳塊相連。
進一步，所述計量模塊還包括:雙向控制閥、巖心出口壓力監測傳感器、圓形濾芯、氣液自動分離器、自動氣體質量流量計、電子天平；
雙向控制閥與圓形濾芯相連接，圓形濾芯經回壓閥后與氣液自動分離器相連，氣液自動分離器與電子天平、自動氣體質量流量計相連，電子天平設置于氣液分離器的下部，自動氣體質量流量計設置于氣液自動分離器的左邊。
進一步，所述驅替模塊、巖心夾持模塊、底水模擬模塊設置在溫控箱內部；
所述溫控及數據采集模塊包括十六個壓力傳感器、數據采集板、計算機系統；數據采集板位于溫控箱外部，連接計算機系統；三個壓力傳感器分布在可視化夾持模塊進、出口端，八個設置于可視化巖心夾持器內部，一個壓力傳感器設置于圍壓和回壓模塊的回壓模塊中，兩個設置于圍壓和回壓模塊的圍壓模塊中，兩個設置于底水模擬模塊中。
本發明提供的煤層氣儲層雙層合采高溫高壓排采動態評價系統，通過采用入口合注出口合采高溫高壓排采動態評價儀、入口分注出口合采高溫高壓排采動態評價儀；針對煤層氣自身的特殊性，首次提出煤層氣雙層合采提高采收率技術思路；設計、制造了兩套可在室內模擬煤層氣現場高溫高壓條件下雙層合采物理實驗設備，填補了國內關于煤層氣雙層合采物理模擬技術空白，為煤層氣雙層合采技術的進一步發展奠定了堅實的基礎；采用大尺寸方形真實巖心開展吸附、解吸、擴散、滲流驅替實驗研究，首次采用底水進水孔與底水水槽模擬底水及動液面變化情況，首次模擬礦場壓力溫度條件，更貼近儲層的實際情況；在煤層氣行業本發明首次考慮了產生煤粉運移情況下，合采時產水、產氣的變化；可開展評價各分層滲透率差異性、各分層壓力梯度差異性、各分層供液能力不同、動液面變化對合采效果的動態影響實驗研究；優化合采排水采氣制度，提高采收率；實現了實驗過程無人值守、數據全自動記錄。數據采集模塊可以將各個模塊的壓力、流速、產水、產氣數據全自動記錄，具體記錄數據快速、準確、自動化程度高等特點。
圖1是本發明實施例提供的煤層氣儲層雙層合采高溫高壓排采動態評價系統的結構框圖2是本發明實施例提供的入口合注出口合采高溫高壓排采動態評價儀的結構框圖3是本發明實施例提供的入口分注出口合采高溫高壓排采動態評價儀的結構框圖4是本發明實施例提供的入口合注出口合采高溫高壓排采動態評價儀結構示意圖5是本發明實施例提供的入口分注出口合采高溫高壓排采動態評價儀結構示意圖。
具體實施方式
為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
本文中標注的3#煤層、15#煤層為我國沁水盆地實際地層劃分名稱。
圖1、2、3示出了本發明實施例提供的煤層氣儲層雙層合采高溫高壓排采動態評價系統的結構。為了便于說明僅僅示出了與本發明相關的部分。
該煤層氣儲層雙層合米聞溫聞壓排米動態評價系統包括:入口合注出口合米聞溫高壓排采動態評價儀和入口分注出口合采高溫高壓排采動態評價儀。
入口合注出口合采高溫高壓排采動態評價儀包括:
驅替模塊，用于模擬礦場雙層合采實際排水采氣時，提供巖樣飽和、流動驅替動力；
巖心夾持模塊，與驅替模塊、底水模擬模塊、圍壓和回壓模塊、抽真空模塊、計量模塊、溫控及數據采集模塊連接，用于采用源自3#煤層、15#煤層的真實巖樣模擬不同滲透率、不同壓力梯度、不同臨界解析壓力、不同產液面高度對雙層合采時排水采氣參數的影響，并模擬在既定排采方案下，各個分層壓力梯度、產液面、滲透率的變化情況；
底水模擬模塊，與巖心夾持模塊連接，用于模擬煤層氣氣井排水采氣過程中，各個煤層底部含水情況；
圍壓和回壓模塊,與巖心夾持模塊連接，用于模擬礦場排水米氣時儲層圍巖所受圍壓變化情況和礦場排水采氣時井底流壓及動液面變化情況；
抽真空模塊，與巖心夾持模塊連接，用于將巖心夾持模塊中巖心抽成真空使得甲烷氣體充分和巖樣充分接觸吸附并用地層水飽和模擬儲層底水環境；
計量模塊，與巖心夾持模塊連接，用于模擬礦場氣井分離計量裝置；
溫控及數據采集模塊，用于模擬儲層內部實際溫度并將巖心夾持模塊進、出口壓力、巖心不同位置壓力分布情況、各個分層不同圍壓壓力、各分層不同回壓壓力、不同分層內流體流速、壓力梯度分布、計量系統得到的產水量、產氣量通過傳感器及數據采集面板及時自動記錄下來。
作為本發明實施例的一優化方案，入口合注出口合采高溫高壓排采動態評價儀設置有一個驅替模塊，驅替模塊主要由甲烷驅替泵、單向閥門、甲烷活塞容器、地層水驅替泵、地層水活塞容器、六通閥、3#煤層巖心進口端壓力傳感器、15#煤層巖心進口端壓力傳感器構成，具體結構為:
甲烷驅替泵經管線連接單向閥門，單向閥連接甲烷活塞容器，甲烷活塞容器經管線與單向閥連接六通閥和3#煤層巖心進口端壓力傳感器、15#煤層巖心進口端壓力傳感器后與巖心夾持模塊進口連接；地層水驅替泵經管線連接單向閥門，單向閥連接地層水活塞容器，地層水活塞容器經管線和單向閥連接六通閥和巖心夾持模塊相連接。
作為本發明實施例的一優化方案，巖心夾持模塊還包括:3#煤層巖樣夾持器、15#煤層巖樣夾持器、鋼筒、膠套、底水進水孔、底水水槽、進口端雜質濾網、出口端粉塵過濾器、巖樣內部監測壓力傳感器、巖樣。
作為本發明實施例的一優化方案，底水模擬模塊還包括:3#煤層巖樣底水注入栗、15#煤層石■樣底水注入栗、3#煤層地層水活塞各器、15#煤層地層水活塞各器、3#煤層底水控制六通閥、15#煤層底水控 制六通閥、3#煤層底水壓力傳感器、15#煤層底水壓力傳感器。
作為本發明實施例的一優化方案，圍壓和回壓模塊統稱為壓力控制系統，包括:3#煤層圍壓泵、3#煤層圍壓單向閥、3#煤層圍壓壓力傳感器、15#煤層圍壓泵、15#煤層圍壓單向閥、15#煤層圍壓壓力傳感器及回壓泵、回壓壓力傳感器、回壓閥。
作為本發明實施例的一優化方案，抽真空模塊還包括:真空泵、真空閥門。
作為本發明實施例的一優化方案，計量模塊還包括:雙向控制閥、巖心出口壓力監測傳感器、圓形濾芯、氣液自動分離器、自動氣體質量流量計、電子天平。
作為本發明實施例的一優化方案，溫控及數據采集模塊還包括:溫控箱、數據采集板、計算機系統。
入口分注出口合采高溫高壓排采動態評價儀包括:
驅替模塊，用于模擬礦場雙層合采實際排水采氣時，提供巖樣飽和、流動驅替動力及模擬3#煤層、15#煤層在供液能力；
入口分注出口合采的高溫高壓排采動態評價儀設置有兩個結構相同的驅替模塊，驅替模塊主要由甲烷驅替泵、單向閥門、甲烷活塞容器、3#煤層地層水驅替泵、3#煤層地層水活塞容器、15#煤層地層水驅替泵、15#煤層地層水活塞容器、三通、六通閥、3#煤層巖心進口端壓力傳感器、15#煤層巖心進口端壓力傳感器構成，具體結構為:
甲烷驅替泵經管線連接單向閥門，單向閥連接甲烷活塞容器，甲烷活塞容器經管線與單向閥連接六通閥和3#煤層巖心進口端壓力傳感器、15#煤層巖心進口端壓力傳感器后分別與3#煤層、15#煤層巖心夾持模塊進口連接;3#煤層地層水驅替泵經管線連接單向閥門，單向閥連接3#煤層地層水活塞容器，3#煤層地層水活塞容器經管線和單向閥連接六通閥和3#煤層巖心夾持模塊進口端相連接；15#煤層地層水驅替泵經管線連接單向閥門，單向閥連接15#煤層地層水活塞容器，15#煤層地層水活塞容器經管線和單向閥連接三通后與15#煤層巖心夾持模塊進口端相連接。
巖心夾持模塊，與驅替模塊連接，用于米用源自3#煤層、15#煤層的真實巖樣模擬不同滲透率、不同壓力梯度、不同臨界解析壓力、不同產液面高度對雙層合采時排水采氣參數的影響，并模擬在既定排采方案下，各個分層壓力梯度、產液面、滲透率的變化情況；
底水模擬模塊，與巖心夾持模塊連接，用于模擬煤層氣氣井排水采氣過程中，各個煤層底部含水情況；
圍壓和回壓模塊,與巖心夾持模塊連接，用于模擬礦場排水米氣時儲層圍巖所受圍壓變化情況和礦場排水采氣時井底流壓及動液面變化情況；
抽真空模塊，與巖心夾持模塊塊連接，用于將巖心夾持模塊中巖心抽成真空使得甲烷氣體充分和巖樣充分接觸吸附并用地層水飽和模擬儲層底水環境；
計量模塊，與巖心夾持模塊連接，用于模擬礦場氣井分離計量裝置；
溫控及數據采集模塊，用于模擬儲層內部實際溫度并將巖心夾持模塊進、出口壓力、巖心不同位置壓力分布情況、各個分層不同圍壓壓力、各分層不同回壓壓力、不同分層內流體流速、壓力梯度分布、計量系統得到的產水量、產氣量通過傳感器及數據采集面板及時自動記錄下來。
作為本發明實施例的一優化方案，驅替模塊還包括:甲烷驅替泵、單向閥門、甲烷活塞容器、3#煤層地層水驅替泵、3#煤層地層水活塞容器、15#煤層地層水驅替泵、15#煤層地層水活塞容器、三通、六通閥、3#煤層巖心進口端壓力傳感器。
以下參照附圖，對本發明實施例煤層氣儲層雙層合采高溫高壓排采動態評價系統作進一步詳細描述。
圖4示出了本發明實施例提供的入口合注出口合采高溫高壓排采動態評價儀的結構。
入口合注出口合采高溫高壓排采動態評價儀主要由巖心驅替模塊、巖心夾持模塊、底水模擬模塊、回壓模塊和圍壓模塊、抽真空模塊、計量模塊、溫控及數據采集模塊七部分組成。
驅替模塊由甲烷驅替泵1、單向閥門2、甲烷活塞容器3、地層水驅替泵4、地層水活塞容器5、六通閥6、3#煤層巖心進口端壓力傳感器7、15#煤層巖心進口端壓力傳感器8組成，包含兩臺驅替泵、四個單向控制閥、一個六通閥、兩個活塞容器，兩個進口端壓力傳感器組成，驅替模塊與巖心夾持模塊緊密相連，其主要作用在于模擬礦場雙層合采實際排水采氣時，提供巖樣飽和、流動驅替動力。甲烷驅替泵1、地層水驅替泵4的主要功能在于為甲烷活塞容器3、地層水活塞容器5提供動力，通過甲烷驅替泵1、地層水驅替泵4控制巖心夾持模塊進口端壓力大??；甲烷活塞容器3、地層水活塞容器5則是模擬地下實際條件盛滿甲烷或者地層水，功能在于將泵入的流體通過活塞緩緩推容器中的流體經單向閥門2進入六通閥6 ;六通閥6有6個接口，分別連接3#煤樣、15#煤樣、抽真空模塊及單向閥門2，作用在于通過不同閥門的開關決定流體的流向；3#煤層巖心進口端壓力傳感器7、15#煤層巖心進口端壓力傳感器8監測巖心進口端壓力；驅替模塊的工作流程是:流體通過甲烷驅替泵1、地層水驅替泵4驅替泵受單向閥門2控制分別進入甲烷活塞容器3或地層水活塞容器5，壓力傳遞使得活塞容器能夠平穩推動流體(甲烷或地層水)經六通閥6進入巖心夾持模塊進口端，進口端壓力由3#煤層巖心進口端壓力傳感器7、15#煤層巖心進口端壓力傳感器8分別監測；
巖心夾持模塊由3#煤層巖樣夾持器9、15#煤層巖樣夾持器10、鋼筒11、膠套12、底水進水孔13、底水水槽14、進口端雜質濾網15、出口端粉塵過濾器16、巖樣內部監測壓力傳感器17、巖樣18構成，其主要功能是通過采用源自3#煤層、15#煤層的真實巖樣模擬不同滲透率、不同壓力梯度、不同臨界解析壓力、不同產液面高度對雙層合采時排水采氣參數的影響，并模擬在既定排采方案下，各個分層壓力梯度、產液面、滲透率的變化情況，每個巖心夾持器底部有三個底水進水孔13，底水進水孔13上面是一個底水水槽14，其功能在于保證驅替進入的底水自巖心底部向上均勻向上推進，底水進水孔13、底水水槽14通過底水模擬模塊模擬原始煤層內部所含底水含量;3#煤層巖樣夾持器9、15#煤層巖樣夾持器10外面是鋼筒11，能承受SOMPa壓力；鋼筒11里面是膠套12，鋼筒11與膠套12之間用液壓油充滿，膠套12的作用在于卡持巖心并傳遞壓力，加載圍壓時，壓力通過液壓油使膠套變形使得膠套緊緊卡持住巖樣，防止實驗過程中松動等；巖心進口端有進口端雜質濾網15，防止地層水或者甲烷氣體中雜質進入巖心，堵塞孔隙結構，影響原始滲透性；出口端有出口端粉塵過濾器16，防止實驗過程中巖樣中產生的大顆粒進入管線導致管線堵塞；每個巖心夾持模塊的橫側面均勻分布著四個巖樣內部監測壓力傳感器17，監測實驗過程中巖巖樣內部不同位置壓力梯度變化；巖樣18是方形巖心，因煤層氣真實巖心在切割時容易破碎，因此采用打磨方式將煤巖磨成大尺寸立方體，便于監測吸附、解吸氣體含量。此模塊的工作流程為:流體自六通閥6進入后經進口端雜質濾網15、出口端粉塵過濾器16達到出口，在此過程中通過3#煤層圍壓泵27、3#煤層圍壓單向閥28、3#煤層圍壓壓力傳感器29、15#煤層圍壓泵30、15#煤層圍壓單向閥31、15#煤層圍壓壓力傳感器32加圍壓，通過回壓泵33、回壓壓力傳感器34、回壓閥35、雙向控制閥38控制雙層回壓，通過該3#煤層巖樣底水注入泵19、15#煤層巖樣底水注入泵20、3#煤層地層水活塞容器21、15#煤層地層水活塞容器22、3#煤層底水控制六通閥23、15#煤層底水控制六通閥24、3#煤層底水壓力傳感器25、15#煤層底水壓力傳感器26模擬、控制各個儲層巖樣底水含量，通過分布在3#煤層、15#煤層側面的八個監測壓力傳感器17監測兩個巖樣不同部位壓力梯度的變化、滲透率的變化；
底水模擬模塊由3#煤層巖樣底水注入泵19、15#煤層巖樣底水注入泵20、3#煤層地層水活塞容器21、15#煤層地層水活塞容器22、3#煤層底水控制六通閥23、15#煤層底水控制六通閥24、3#煤層底水壓力傳感器25、15#煤層底水壓力傳感器26組成，其功能在于模擬煤層氣氣井排水米氣過程中，煤層雙層底部含水情況。3#煤層巖樣底水注入泵19、15#煤層巖樣底水注入泵20為3#煤層地層水活塞容器21、15#煤層地層水活塞容器22提供驅動壓力，通過3#煤層巖樣底水注入泵19、15#煤層巖樣底水注入泵20控制進入巖心夾持模塊底水進水孔13水量的多少；3#煤層地層水活塞容器21、15#煤層地層水活塞容器22則分別盛滿3#煤層、15#煤層真實底層水樣；3#煤層底水控制六通閥23、15#煤層底水控制六通閥24有6個接口，分別連接3#煤樣三個底水進水孔13、15#煤樣三個底水進水孔13、壓力傳感器25、15#煤層底水壓力傳感器26及3#煤層地層水活塞容器21、15#煤層地層水活塞容器22，作用在于通過不同閥門的開關控制流體的去向；底水模擬模塊工作流程為:3#煤樣、15#煤樣底部含水量大小通過3#煤層巖樣底水注入泵19、15#煤層巖樣底水注入泵20經3#煤層地層水活塞容器21、15#煤層地層水活塞容器22通過六通閥6控制流向緩緩進入底部六個底水進水孔13，而后在底水水槽14中聚集,在3#煤層巖樣底水注入泵19、15#煤層巖樣底水注入泵20提供的壓力作用下向巖心上部均勻推進；
圍壓和回壓模塊統稱為壓力控制系統，分別有由3#煤層圍壓泵27、3#煤層圍壓單向閥28、3#煤層圍壓壓力傳感器29、15#煤層圍壓泵30、15#煤層圍壓單向閥31、15#煤層圍壓壓力傳感器32及回壓泵33、回壓壓力傳感器34、回壓閥35組成，圍壓模塊模擬礦場排水采氣時儲層圍巖所受圍壓變化情況，圍巖所受圍壓情況決定了巖石中孔隙結構變形情況，影響流體吸附、解吸、擴散、滲流能力，與產氣、產水、產煤粉關系密切，回壓模塊模擬礦場排水采氣時井底流壓及動液面變化情況，回壓模塊模擬氣井生產時井底流壓大小，井底流壓的大小決定了吸附、解析、擴散的速度與產氣、產水、產煤粉的多少，通過控制井底流壓也可模擬排水采氣時，氣井內動液面的變化對排水采氣的影響。圍壓模塊中3#煤層圍壓泵27、15#煤層圍壓泵30為3#煤層、15#煤層提供圍壓，3#煤層圍壓單向閥28、15#煤層圍壓單向閥31的開關控制3#煤層圍壓泵27、15#煤層圍壓泵30流體壓力傳遞，3#煤層圍壓壓力傳感器29、15#煤層圍壓壓力傳感器32則實時監測圍壓的數值，其工作流程是:3#煤層圍壓泵27、15#煤層圍壓泵30將泵入的流體壓力通過3#煤層圍壓單向閥28、15#煤層圍壓單向閥31傳遞至巖心夾持模塊的鋼筒11、膠套12之間使得膠套變形產生圍壓，進而模擬煤巖所受應力情況；回壓模塊中回壓泵33提供回壓的大小，回壓閥35主要作用是當回壓達到設定大小時，閥門自動開啟，回壓泵33停止工作，3#煤層巖樣夾持器9、15#煤層巖樣夾持器10驅替出的流體進入計量模塊，小于設定的回壓數值時，閥門自動閉合，回壓泵33開始工作將回壓加載至設定數值后自動停止，此時流體9、10中所產生流體不進入計量系統，回壓的大小由回壓壓力傳感器34瞬時測定。其工作流程是:回壓閥35控制回壓泵33所產生的壓力大小，而數值的產生則有回壓壓力傳感器34記錄；
抽真空模塊，主要作用是將巖心夾持模塊中巖心抽成真空使得甲烷氣體充分和巖樣充分接觸吸附并用地層水飽和模擬儲層水環境，此模塊由真空泵36、真空閥門37組成。其工作流程為:設備檢查后，將整個實驗裝置所以器件關閉，同時將巖樣放入巖心夾持模塊并經圍壓模塊加圍壓后，打開六通閥6、3#煤層巖心進口端壓力傳感器7、真空泵36、真空閥門37將巖樣抽真空24小時，然后關閉真空泵36、真空閥門37開啟甲烷驅替泵1、單向閥門2、甲烷活塞容器3、六通閥6使甲烷氣體進入巖樣充分吸附48小時，而后關閉甲烷驅替泵1、單向閥門2、甲烷活塞容器3、六通閥6，打開3#煤層巖樣底水注入泵19、15#煤層巖樣底水注入泵20、3#煤層地層水活塞容器21、15#煤層地層水活塞容器22、3#煤層底水控制六通閥23、15#煤層底水控制六通閥24使得底水進入充分飽和48小時，而后關閉；
計量模塊，由雙向控制閥38、巖心出口壓力監測傳感器39、圓形濾芯40、氣液自動分離器41、自動氣體質量流量計42、電子天平43組成，其功能在于將自3#煤層巖樣夾持器9、15#煤層巖樣夾持器10模塊所產生的氣、液、固三相流體通過特定的方式逐步分離，并自動計量氣、液的產量，此模塊主要模擬礦場氣井分離計量裝置。流體自巖心出口端流出后，可能包含煤粉，圓形濾芯40的作用在于將煤粉提出留在過濾芯中，氣液自動分離器41為氣液分離器，能夠將混合著的氣體和液體自動分離，分離后的液體由電子天平43自動計量，氣體則由自動氣體質量流量計42自動計量。其工作流程在于:氣、液、固混合流體自巖心夾持模塊出口流出后，先通過圓形煤粉收集器將巖心中產生的煤粉粉塵收集起來，而后氣液兩相通過氣液分離器自動分離成液相和氣相,氣相通過自動氣體質量流量計42測量，液體質量通過電子天平43監測。
溫控及數據采集模塊，由溫控箱44、數據采集板45、計算機系統46構成，主要功能是模擬儲層內部實際溫度并將巖心夾持模塊進、出口壓力、巖心不同位置壓力分布情況、各個分層不同圍壓壓力、各分層不同回壓壓力、不同分層內流體流速、壓力梯度分布、計量系統得到的產水量、產氣量通過傳感器及數據采集面板及時自動記錄下來，為使用數據分析軟件處理數據打下基礎，具有計量準確、自動化程度高等優點。
圖5示出了本發明實施例提供的入口分注出口合采高溫高壓排采動態評價儀的結構。
入口分注出口合采高溫高壓排采動態評價儀由巖心驅替模塊、巖心夾持模塊、底水模擬模塊、圍壓模塊和回壓模塊、抽真空模塊、計量模塊、溫控及數據采集模塊七部分構成。
與入口合注出口合采高溫高壓排采動態評價儀結構相比，只有巖心驅替模塊發生了變化，而其余模塊結構相同，因此下面僅僅介紹一下巖心驅替模塊的構成、功能及工作流程。
驅替模塊由甲烷驅替泵1、單向閥門2、甲烷活塞容器3、3#煤層地層水驅替泵4、3#煤層地層水活塞容器5、15#煤層地層水驅替泵6、15#煤層地層水活塞容器7、三通8、六通閥9、3#煤層巖心進口端壓力傳感器10、15#煤層巖心進口端壓力傳感器11組成，包含三個臺驅替泵、五個單向控制閥、一個六通閥、一個三通閥，三個活塞容器，兩個進口端壓力傳感器組成，驅替模塊與巖心夾持模塊緊密相接，其主要作用在于模擬礦場雙層合采實際排水采氣時，提供巖樣飽和、流動驅替動力及模擬3#煤層、15#煤層不同的供液能力，各分層供液能力不同，儲層內壓力梯度、流體流速、產氣量不同。甲烷驅替泵1、3#煤層地層水驅替泵4、15#煤層地層水驅替泵6的主要功能在于為甲烷活塞容器3、3#煤層地層水活塞容器5、15#煤層地層水活塞容器7提供動力，通過甲烷驅替泵1、3#煤層地層水驅替泵4、15#煤層地層水驅替泵6控制巖心夾持模塊進口端壓力大??；甲烷活塞容器3、3#煤層地層水活塞容器5、15#煤層地層水活塞容器7則是模擬地下實際條件盛滿甲烷或者地層水，功能在于將泵入的流體通過活塞緩緩推容器中的流體經單向閥門2進入3#煤層和15#煤層巖心夾持器12或13進口端；六通閥9有6個接口，分別連接3#煤樣、15#煤樣、抽真空模塊及單向閥門2，作用在于通過不同閥門的開關決定流體的流向，三通8有三個接口，分別連通六通閥9、15#煤層活塞容器和15#煤層巖心夾持器，控制流體的流向；3#煤層巖心進口端壓力傳感器10、15#煤層巖心進口端壓力傳感器11監測不同時刻巖心進口端壓力；驅替模塊的工作流程是:流體通過甲烷驅替泵1、3#煤層地層水驅替泵4、15#煤層地層水驅替泵6驅替泵受單向閥門2控制分別進入甲烷活塞容器3、3#煤層地層水活塞容器5、15#煤層地層水活塞容器7，壓力傳遞使得活塞容器能夠平穩推動流體(甲烷或地層水)經六通閥9或三通8進入兩個巖心夾持模塊進口端，進口端壓力由3#煤層巖心進口端壓力傳感器10、15#煤層巖心進口端壓力傳感器11分別實時監測；其特征在于可通過15#煤層地層水驅替泵6、15#煤層地層水活塞容器7、單向閥門2、三通8或3#煤層地層水驅替泵4、3#煤層地層水活塞容器5、單向閥門2、六通閥9、三通8模擬評價3#煤層、15#煤層供液能力不同兩層出口合采時，3#煤層、15#煤層巖樣滲透率、產氣液面高度、解吸壓力、儲層壓力梯度與排水采氣參數之間相互關系，優化雙層合采排采方案，提高采收率。
下面結合本發明的實施例的具體使用方法對本發明中的入口合注出口合采高溫高壓排采動態評價儀的技術方案作進一步詳細地說明。
1.原煤巖制備
從井下取上來的煤塊在地面封蠟后帶回實驗室，用煤樣切割機沿垂直于煤樣鉆取方向保持勻速緩慢切割，以保證煤樣中的原層位物性參數不變，然后在打磨機上將切割的煤樣緩慢磨成實驗規格煤樣；
2.設備檢查
將標準的鋼制巖樣放入巖心夾持器，并將七個模塊系統打開，運行I 2個小時，檢測設備各個部件的密封性、運行情況、及傳感器的校對是否正確；
3.開啟溫控及數據采集模塊
開啟溫控箱44、數據采集板45、計算機系統46，通過溫控箱44加熱至煤層氣地層溫度，并在實驗過程中保持溫度不變。各類傳感器一直開啟，保證能夠及時檢測到各個部位的數據；
4.抽真空、吸附、模擬底水
①確保整個設備能夠正確運行后，將已經打磨好的沁水盆地3#煤層、15#煤層巖樣放入3#煤層巖樣夾持器9、15#煤層巖樣夾持器10中，然后關閉單向閥門2、雙向控制閥38，開啟六通閥6中的流向兩個巖心夾持器的閥門，打開真空閥門37，開啟真空泵36，抽真空24小時后關閉真空閥門37、真空泵36、六通閥6，然后開啟甲烷驅替泵1，并開啟此條線路上的單向閥門2、六通閥6中與3#煤層巖樣夾持器9、15#煤層巖樣夾持器10相連的閥門，將甲烷通過甲烷驅替泵I極其緩慢注入3#煤層巖樣夾持器9、15#煤層巖樣夾持器10中，注入時間為48小時，壓力必須緩慢推動甲烷活塞容器3緩緩進入3#煤層巖樣夾持器9、15#煤層巖樣夾持器10，在此過程中將兩套巖心夾持器中的3#煤層巖心進口端壓力傳感器7 ；15#煤層巖心進口端壓力傳感器8、巖樣內部監測壓力傳感器17、數據采集板45、3#煤層圍壓壓力傳感器29、15#煤層圍壓壓力傳感器32全部打開，及時監測并記錄巖心中圍壓、流壓的變化，而后關閉與甲烷活塞容器3連接的甲烷驅替泵1、單向閥門2 ；
②將與3#煤層巖樣底水注入泵19、3#煤層地層水活塞容器21、3#煤層底水控制六通閥23管路和15#煤層巖樣底水注入泵20、15#煤層地層水活塞容器22、15#煤層底水控制六通閥24管路打開，再以極低的速度緩緩注入兩個煤層地層水，直至巖心夾持器中的壓力與煤層氣儲層初始壓力相同時，停止注入，關閉3#煤層巖樣底水注入泵19、3#煤層地層水活塞容器21、3#煤層底水控制六通閥23管路和15#煤層巖樣底水注入泵20、15#煤層地層水活塞容器22、15#煤層底水控制六通閥24 ；
5.開啟圍壓模塊
分別開啟3#煤層圍壓泵27、3#煤層圍壓單向閥28與15#煤層圍壓泵30、15#煤層圍壓單向閥31將巖心圍壓升至地層開采時，3#煤層、15#煤層煤巖實際所受圍壓大小，然后停止；
6.開啟回壓模塊
開啟3#煤層巖樣夾持器9、15#煤層巖樣夾持器10的回壓泵33、回壓壓力傳感器34、回壓閥35，通過控制回壓壓力大小，模擬實際礦場井底流壓、模擬礦場動液面高度、模擬儲層壓差差異對雙層合采的影響；
7.開啟計量模塊
開啟雙向控制閥38、氣液自動分離器41、自動氣體質量流量計42、電子天平43，將自巖心夾持器出口端流體的混合流體通過不同的部件分離計量，并時刻關注壓力傳感器所記錄數值的變化；
8.不同方案組合評價雙層合采排水采氣
根據不同的實驗目的開啟驅替模塊、底水模擬模塊或回壓模塊調節回壓壓力值大小，分別評價儲層滲透率變化時、動液面高度變化時、各分層壓力梯度不同時、供液能力相同或不同時對雙層合采排水采氣效果的影響；
9.實驗結束；10.計量煤粉量；11.數據分析；12撰寫實驗報告。
以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種煤層氣儲層雙層合采高溫高壓排采動態評價系統，其特征在于，所述煤層氣儲層雙層合采高溫高壓排采動態評價系統包括用于煤層氣入口合注出口合采的高溫高壓排采動態評價儀和入口分注出口合采的高溫高壓排采動態評價儀； 所述入口合注出口合采高溫高壓排采動態評價儀和入口分注出口合采的高溫高壓排采動態評價儀分別包括: 驅替模塊，用于模擬礦場雙層合采實際排水采氣時，提供巖樣飽和、流動驅替動力及模擬3#煤層、15#煤層不同的供液能力； 巖心夾持模塊，與所述驅替模塊連接，用于采用源自3#煤層、15#煤層的真實巖樣模擬不同滲透率、不同壓力梯度、不同臨界解析壓力、不同產液面高度對雙層合采時排水采氣參數的影響，并模擬在既定排采方案下，各個分層壓力梯度、產液面、滲透率的變化情況；底水模擬模塊，與所述 巖心夾持模塊連接，用于模擬煤層氣氣井排水采氣過程中，各個煤層底部含水情況； 圍壓和回壓模塊，與所述巖心夾持模塊連接，用于模擬礦場排水采氣時儲層圍巖所受圍壓變化和礦場排水采氣時井底流壓及動液面變化情況； 抽真空模塊，與所述巖心夾持模塊連接，用于將巖心夾持模塊中巖心抽成真空使得甲烷氣體充分和巖樣充分接觸吸附并用地層水飽和模擬儲層底水環境； 計量模塊，與所述巖心夾持模塊連接，用于模擬礦場氣井分離計量裝置； 溫控及數據采集模塊，用于模擬儲層內部實際溫度并將巖心夾持模塊進、出口壓力、巖心不同位置壓力分布情況、各個分層不同圍壓壓力、各分層不同回壓壓力、不同分層內流體流速、壓力梯度分布、計量系統得到的產水量、產氣量通過傳感器及數據采集面板及時自動記錄下來。
2.如權利要求1所述的煤層氣儲層雙層合采高溫高壓排采動態評價系統，其特征在于，所述入口合注出口合采高溫高壓排采動態評價儀設置有一個驅替模塊，所述驅替模塊主要由甲烷驅替泵、單向閥門、甲烷活塞容器、地層水驅替泵、地層水活塞容器、六通閥、3#煤層巖心進口端壓力傳感器、15#煤層巖心進口端壓力傳感器構成，具體結構為: 甲烷驅替泵經管線連接單向閥門，單向閥連接甲烷活塞容器，甲烷活塞容器經管線與單向閥連接六通閥和3#煤層巖心進口端壓力傳感器、15#煤層巖心進口端壓力傳感器后與巖心夾持模塊進口連接；地層水驅替泵經管線連接單向閥門，單向閥連接地層水活塞容器，地層水活塞容器經管線和單向閥連接六通閥和巖心夾持模塊相連接。
3.如權利要求1所述的煤層氣儲層雙層合采高溫高壓排采動態評價系統，其特征在于，所述入口分注出口合采的高溫高壓排采動態評價儀設置有兩個結構相同的驅替模塊，所述驅替模塊主要由甲烷驅替泵、單向閥門、甲烷活塞容器、3#煤層地層水驅替泵、3#煤層地層水活塞容器、15#煤層地層水驅替泵、15#煤層地層水活塞容器、三通、六通閥、3#煤層巖心進口端壓力傳感器、15#煤層巖心進口端壓力傳感器構成，具體結構為: 甲烷驅替泵經管線連接單向閥門，單向閥連接甲烷活塞容器，甲烷活塞容器經管線與單向閥連接六通閥和3#煤層巖心進口端壓力傳感器、15#煤層巖心進口端壓力傳感器后分別與3#煤層、15#煤層巖心夾持模塊進口連接；3#煤層地層水驅替泵經管線連接單向閥門，單向閥連接3#煤層地層水活塞容器，3#煤層地層水活塞容器經管線和單向閥連接六通閥和3#煤層巖心夾持模塊進口端相連接；15#煤層地層水驅替泵經管線連接單向閥門，單向閥連接15#煤層地層水活塞容器，15#煤層地層水活塞容器經管線和單向閥連接三通后與15#煤層巖心夾持模塊進口端相連接。
4.如權利要求1所述的煤層氣儲層雙層合采高溫高壓排采動態評價系統，其特征在于，所述巖心夾持模塊還包括:3#煤層巖樣夾持器、15#煤層巖樣夾持器、鋼筒、膠套、底水進水孔、底水水槽、進口端雜質濾網、出口端粉塵過濾器、巖樣內部監測壓力傳感器； 兩個巖心夾持器結構相同，夾持器中間是一個巖心室，巖心室下端連接底水水槽，底水水槽下部有一個底水孔，底水孔連接膠套，膠套將整個巖心室包裹起來，膠套外部是鋼筒，鋼筒和膠套之間充滿液壓油；巖心室前端連接進口端雜質濾網，后端連接出口端粉塵過濾器；巖心室中間分布著巖樣內部壓力傳感器。
5.如權利要求1所述的煤層氣儲層雙層合采高溫高壓排采動態評價系統，其特征在于，所述底水模擬模塊還包括:3#煤層巖樣底水注入泵、15#煤層巖樣底水注入泵、3#煤層地層水活塞容器、15#煤層地層水活塞容器、3#煤層底水控制六通閥、15#煤層底水控制六通閥、3#煤層底水壓力傳感器、15#煤層底水壓力傳感器； 3#煤層巖樣底水注入泵經管線連接3#煤層地層水活塞容器，3#煤層地層水活塞容器連接3#煤層底水控制六通閥，3#煤層底水控制六通閥與3#煤層巖心夾持器的三個底水進水孔、3#煤層底水壓力傳感器連接；15#煤層巖樣底水注入泵經管線連接15#煤層地層水活塞容器，15#煤層地層水活塞容器連接15#煤層底水控制六通閥，15#煤層底水控制六通閥與15#煤層巖心夾持器的三個底水進水孔、15#煤層底水壓力傳感器連接。
6.如權利要求1所述的煤層氣儲層雙層合采高溫高壓排采動態評價系統，其特征在于，所述圍壓和回壓模塊統稱為壓力控制系統，包括:3#煤層圍壓泵、3#煤層圍壓單向閥、3#煤層圍壓壓力傳感器、15#煤層圍壓泵、15#煤層圍壓單向閥、15#煤層圍壓壓力傳感器及回壓泵、回壓壓力傳感器、回壓閥； 3#煤層圍壓泵連接3#煤層圍壓單向閥，3#煤層單向閥連接3#煤層圍壓壓力傳感器后與3#煤層巖心夾持器圍壓進口端相連接；15#煤層圍壓泵連接15#煤層圍壓單向閥，15#煤層單向閥連接15#煤層圍壓壓力傳感器后與15#煤層巖心夾持器圍壓進口端相連接；回壓泵經回壓壓力傳感器連接回壓閥，回壓閥與巖心夾持模塊出口端相連。
7.如權利要求1所述的煤層氣儲層雙層合采高溫高壓排采動態評價系統，其特征在于，所述抽真空模塊還包括:真空泵、真空閥門； 真空泵連接真空閥門，真空 閥門經六通閥后與3#煤層巖心夾持模塊、15#煤層巖心夾持模塊相連。
8.如權利要求1所述的煤層氣儲層雙層合采高溫高壓排采動態評價系統，其特征在于，所述計量模塊還包括:雙向控制閥、巖心出口壓力監測傳感器、圓形濾芯、氣液自動分離器、自動氣體質量流量計、電子天平； 雙向控制閥與圓形濾芯相連接，圓形濾芯經回壓閥后與氣液自動分離器相連，氣液自動分離器與電子天平、自動氣體質量流量計相連，電子天平設置于氣液分離器的下部，自動氣體質量流量計設置于氣液自動分離器的左邊。
9.如權利要求1所述的煤層氣儲層雙層合采高溫高壓排采動態評價系統，其特征在于，所述驅替模塊、巖心夾持模塊、底水模擬模塊設置在溫控箱內部；所述溫控及數據采集模塊包括十六個壓力傳感器、數據采集板、計算機系統；數據采集板位于溫控箱外部，連接計算機系統；三個壓力傳感器分布在可視化夾持模塊進、出口端，八個設置于可視化巖心夾持器內部，一個壓力傳感器設置于圍壓和回壓模塊的回壓模塊中，兩個設置于圍壓和回壓模塊的圍壓模塊中，兩個 設置于底水模擬模塊中。
全文摘要
本發明公開了一種煤層氣儲層雙層合采高溫高壓排采動態評價系統，包括煤層氣入口合注出口合采的高溫高壓排采動態評價儀和入口分注出口合采的高溫高壓排采動態評價儀；該高溫高壓排采動態評價儀由驅替模塊、巖心夾持模塊、底水模擬模塊、圍壓和回壓模塊、抽真空模塊、計量模塊、溫控及數據采集模塊構成。本發明提供的兩套實驗設備專門評價煤層氣雙層合采的可行性、合理性、科學性與效用性，模擬評價各自儲層內臨界解吸壓力、儲層壓差、供液變化、滲透率差異、產氣動液面差異對雙層合采條件下排采參數的影響，模擬評價雙層合采時對以上參數的影響，進而優化雙層合采排采方案，提升直井單井產量，提高采收率，促進煤層氣快速、高效、安全開發。
文檔編號G01D21/00GK103148888SQ201310055310
公開日2013年6月12日 申請日期2013年2月21日 優先權日2013年2月21日
發明者彭小龍, 王銘偉, 杜志敏, 賈春生, 莫非, 劉勇, 譚聰, 朱蘇陽 申請人:西南石油大學
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