專利名稱：煤層氣完井方式評價實驗裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型是關于一種完井模擬實驗系統，尤其涉及一種煤層氣完井方式評價實 驗裝置。
背景技術：
目前，我國的煤層氣完井方法比較單一，大部分煤層氣井仍采用常規油氣井的完 井方法，缺乏煤層氣完井方法選擇的理論基礎，缺乏不同完井方法的適用性分析，不能根據 具體的煤層氣藏儲層條件對不同完井方法進行評價，從而無法實現煤層氣藏完井方法的優 選。因此有必要開展煤層氣完井方法基礎理論方面的研究，在此基礎上形成適合煤層氣完 井方法優選的評價體系，以提高不同煤層氣藏完井方法選擇的科學性。現有對煤巖滲透率的測量是采用儲層煤巖滲透率測定實驗裝置，首先用鹽水飽和 煤心，再進行氣驅水，通過測量壓差和流量數據求得樣品的相對滲透率，它是樣品出口端含 水飽和度的函數。實驗過程是在恒壓下向巖心注入加濕的氦氣，以置換其中的水。連續地注 入氣體，直至水產量的增量達到穩定。用自動數據采集系統記錄不同時間水和氣的體積、上 流壓力、壓差和溫度，用天平或計量管計量產出水的重量，用水的重量和密度計算飽和度。 根據水量和氣量，利用Johnson等(1959)的模型或Jones等(1976)的數學模型計算出氣一 水相對滲透率；通過類似的驅替步驟，代入達西公式，可以測出單組分氣體在煤巖中的相對 滲透率。但是，煤層氣井采用不同的完井方式時，煤層氣井井筒壁面滲流特性將發生改變， 產氣量、產液量、煤粉產出量及粒徑也隨之變化；而現有的儲層煤巖滲透率測定裝置只是普 通的煤巖滲透率測量裝置，并不能與煤層氣完井方式的評價與優選相關聯，不能為煤層氣 完井方式的優選提供有用的數據，從而不能對煤層氣完井方式進行評價。本發明人為解決上述現有技術的缺陷，提供一種煤層氣完井方式評價實驗裝置， 模擬煤層氣井不同完井方式下井筒壁面滲流效果，進而能夠通過分析模擬不同完井方式下 的滲流效果對煤層氣井產氣量和煤粉產出量影響程度的大小或者范圍，來決定使用某種完 井方式。
實用新型內容本實用新型的目的在于提供一種煤層氣完井方式評價實驗裝置，該實驗裝置可進 行儲層煤巖氣相絕對滲透率、相對滲透率的測定，得出不同完井方式下的煤儲層滲透率評 價理論，推出不同完井方式下的煤層氣井筒滲流模型，測定出煤巖孔隙體積壓縮系數。本實用新型的目的是這樣實現的，一種煤層氣完井方式評價實驗裝置，該評價實 驗裝置包括一套設置在恒溫箱內的完井方式模擬模型系統，該完井方式模擬模型系統由巖 心夾持器和設置在巖心夾持器內的完井模型構成；所述巖心夾持器由一個兩端密封的金屬 圓筒構成，金屬圓筒的一密封端上設有氣液進口及進口開關，另一密封端上設有氣液出口 及出口開關，該金屬圓筒內套設有一兩端呈開放的筒狀膠套；該完井模型包括設置在筒狀膠套內的圓柱狀原煤煤心，該原煤煤心對應所述氣液出口的端面上貼設有一完井模擬片， 所述完井模擬片上設有貫通的割縫或透孔；巖心夾持器的氣液進口連接有氣液加壓注入系 統和進口壓力傳感器；巖心夾持器的氣液出口連接有煤粉收集計量系統和出口壓力傳感 器；所述巖心夾持器上連接一個用來給金屬圓筒內部的完井模型加載圍壓的加載裝置。在本實用新型的一較佳實施方式中，所述完井模擬片上的割縫設置有多條，完井 模擬片上臨近煤心一側的割縫寬度小于另一側割縫的寬度，構成一側窄另一側寬的梯形截 面的割縫。在本實用新型的一較佳實施方式中，所述完井模擬片上的透孔為一個，且設置在 完井模擬片的中心處，所述煤心在臨近該透孔一側且對應該透孔沿其軸向設有一段模擬井筒。在本實用新型的一較佳實施方式中，所述完井模擬片上的透孔為多個微孔。在本實用新型的一較佳實施方式中，所述恒溫箱內設置兩套并聯的完井方式模擬 模型系統。在本實用新型的一較佳實施方式中，所述氣液加壓注入系統包括并聯設置的氣體 加壓注入裝置和液體加壓注入裝置；所述氣體加壓注入裝置依序由氣瓶、調壓閥、壓力表和 開關構成；所述液體加壓注入裝置依序由驅替泵、活塞容器和開關構成。在本實用新型的一較佳實施方式中，所述煤粉收集計量系統包括一煤粉收集器和 與其串聯的流量計，該煤粉收集器的前后均設有開關。在本實用新型的一較佳實施方式中，在所述煤粉收集器和流量計之間還設有一氣 液分離器，該氣液分離器通過一管路連接于一天平。在本實用新型的一較佳實施方式中，所述原煤煤心的壁面上設有應力應變片，該 應力應變片連接于一應變儀；所述巖心夾持器的氣液出口處設有一回壓閥。在本實用新型的一較佳實施方式中，所述進口壓力傳感器包括一低量程的壓力傳 感器和一高量程的壓力傳感器；所述出口壓力傳感器包括一低量程的壓力傳感器和一高量 程的壓力傳感器。本實用新型的煤層氣完井方式評價實驗裝置，在一個裝有煤巖巖心的夾持器內部 安裝一個完井模擬片，可以在進行滲流及滲透率測定實驗時，模擬煤層氣井不同完井方式 下的井筒壁面滲流效果，測得不同完井方式下的煤巖滲透率和滲流參數，可以通過測得的 不同完井方式下的煤巖滲透率及滲流參數，來分析不同煤巖對于完井方式的適應性及選擇 性，從而達到優選不同儲層煤層氣井完井方式的目的。
以下附圖僅旨在于對本實用新型做示意性說明和解釋，并不限定本實用新型的范 圍。其中，圖1 本實用新型煤層氣完井方式評價實驗裝置的結構示意圖。圖2 本實用新型中完井方式模擬模型系統的結構示意圖。圖3A 為完井模擬片上設置割縫的結構示意圖。圖3B:為圖3A的剖視示意圖。圖4 為完井模擬片上設置一個透孔的結構示意圖。
4[0024]圖5 為完井模擬片上設置多個透孔的結構示意圖。
具體實施方式
為了對本實用新型的技術特征、目的和效果有更加清楚的理解，現對照附圖說明 本實用新型的具體實施方式
。如圖1、圖2所示，本實用新型提出一種煤層氣完井方式評價實驗裝置100，該評價 實驗裝置100包括一套設置在恒溫箱1內的完井方式模擬模型系統2，該完井方式模擬模 型系統2由巖心夾持器21和設置在巖心夾持器21內的完井模型22構成；所述巖心夾持器 21由一個兩端密封的金屬(不銹鋼)圓筒211構成，金屬圓筒211的一密封端上設有氣液 進口 212及進口開關213，另一密封端上設有氣液出口 214及出口開關215，該金屬圓筒211 內套設有一兩端呈開放式的筒狀膠套216 ；該完井模型22包括設置在筒狀膠套216內的圓 柱狀原煤煤心221，該原煤煤心221對應所述氣液出口 214的端面上貼設有一完井模擬片 222，所述完井模擬片222上設有貫通的割縫2221 (如圖3A和圖3B所示)或透孔2222 (如 圖4、圖5所示)；巖心夾持器21的氣液進口 212連接有氣液加壓注入系統3和進口壓力傳 感器4 ；巖心夾持器21的氣液出口 214連接有煤粉收集計量系統5和出口壓力傳感器6 ；所 述巖心夾持器21上連接一個用來給金屬圓筒221內部的完井模型22加載圍壓的加載裝置 7。在本實施方式中，如圖3A和圖3B所示，所述完井模擬片222上的割縫2221可平 行間隔地設置多條，完井模擬片222上臨近煤心221 —側的割縫寬度小于另一側割縫的寬 度，以構成一側窄另一側寬的梯形截面的割縫。如圖4所示，所述完井模擬片222上的透孔2222可設置為一個，且該透孔2222設 置在完井模擬片222的中心處，所述煤心221在臨近該透孔2222 —側且對應該透孔沿其軸 向鉆有一模擬孔眼(圖中未示出)，以構成套管射孔完井模擬模型。在本實施方式的另一實施例中，如圖5所示，所述完井模擬片222上的透孔2222 也可設置為多個微孔。進一步，如圖1所示，在本實施方式中，所述恒溫箱1內可設置兩套并聯的完井方 式模擬模型系統2 ；所述的兩套完井方式模擬模型系統2的進出口位置都裝有開關，這樣就 可以并聯做雙組的實驗，也可以做單組的實驗。在本實施方式中，如圖1所示，所述氣液加壓注入系統3包括并聯設置的氣體加壓 注入裝置31和液體加壓注入裝置32 ；所述氣體加壓注入裝置31依序由氣瓶311、氣體調壓 閥312、壓力表313和開關314構成；所述液體加壓注入裝置32依序由驅替泵321、活塞容 器322和開關323構成。如圖1所示，本實施方式中，采用了兩套氣體加壓注入裝置31并聯方式，以提供更 加穩定的氣體壓力供應源；兩套氣體加壓注入裝置31并聯后連接一個混合器315，以使從 兩條管路來的氣體混合而壓力穩定，防止出現跳動壓力對實驗產生影響。如圖1所示，所述煤粉收集計量系統5包括一煤粉收集器51和與其串聯的流量計 52，該煤粉收集器51的前后均設有開關53。在本實施方式中，所述流量計52包括三個并聯 設置的不同量程、不同精度的流量計。在本實施方式中，所述加載裝置7為一個手搖泵。所述原煤煤心221的壁面上設
5有應力應變片(圖中未示出)，該應力應變片連接于一應變儀8，可以測量夾持器內煤巖巖 心在不同圍壓，不同孔隙壓力下的應力應變；所述巖心夾持器21的氣液出口 214處還設有 一回壓閥91，用來調節完井方式模擬模型系統2的出口壓力。在本實施方式中，如圖1所示，所述進口壓力傳感器4包括一低量程的壓力傳感器 41和一高量程的壓力傳感器42，以用來精確測量完井方式模擬模型系統的進口壓力；所述 出口壓力傳感器6包括一低量程的壓力傳感器61和一高量程的壓力傳感器62，以用來精確 測量完井方式模擬模型系統的出口壓力；低量程的壓力傳感器可測壓力值低，精度高，適用 于低壓時適用；高量程壓力傳感器可測壓力值高，精度相對較低。如圖1所示，在所述完井方式模擬模型系統2的進口位置設有一真空泵92，當關閉 恒溫箱1右邊的出口開關及恒溫箱1左邊的進口開關時，可以實現對恒溫箱1內部的所有 實驗管路及巖心夾持器空間抽真空(實驗開始前內部管路會有空氣，需要抽真空以達到高 純度進氣源的目的)。此外，本實施方式中，還包括數據采集系統和軟件處理系統(圖中未示出)，主要 功能為采集實驗過程中的壓力、流量、應力、應變等實驗數據，并進行分析處理。在本實用新型中，當采用氣體測定模擬煤層氣不同完井方式下煤巖滲透率時，是 由兩套氣體加壓注入裝置31向完井方式模擬模型系統2注入高壓氣體，此時，液體加壓注 入裝置32中的開關323關閉。當采用液體測定模擬煤層氣不同完井方式下煤巖滲透率時，是由液體加壓注入裝 置32向完井方式模擬模型系統2注入高壓液體，此時，兩套氣體加壓注入裝置31中的開關 314處于關閉狀態，以免液體倒串到氣測管道中去。所述液體加壓注入裝置32中的驅替泵 321是用來增壓并輸送液體進入完井方式模擬模型系統2中，所述活塞容器322主要用來儲 藏驅替的液體，用來穩定壓力提供恒定液源。如圖1所示，在液體測定模擬煤層氣不同完井 方式下煤巖滲透率時，在所述煤粉收集器51和流量計52之間還設有一氣液分離器54，該氣 液分離器54通過一管路連接于一天平55，以使分離出來的液體通過管路直接導入到天平 55上面進行稱量，分離出來的氣體通過管路連接到三個不同量程的流量計中進行流量數據 采集。煤層氣常規完井方式包括裸眼完井，套管射孔完井，篩管完井，割縫襯管完井等， 當采用不同完井方式進行煤層氣井完井，在煤層氣井中下入不同的完井管時，煤層氣井井 筒壁面的滲流特性將發生改變，產氣量和產液量及煤粉產出量和粒徑大小將不同，本實用 新型的煤層氣完井方式評價實驗裝置，在一個裝有煤巖巖心的夾持器內部安裝一個完井模 擬片，可以在進行滲流及滲透率測定實驗時，模擬煤層氣井不同完井方式下的井筒壁面滲 流效果，測得不同完井方式下的煤巖滲透率和滲流參數，可以通過測得的不同完井方式下 的煤巖滲透率及滲流參數，來分析不同煤巖對于完井方式的適應性及選擇性，從而達到優 選不同儲層煤層氣井完井方式的目的。下面以氣體測定模擬煤層氣不同完井方式下煤巖滲透率為例，描述其實驗步驟1.在將煤巖樣品裝入巖心夾持器中之前，開啟真空泵，對膠套抽真空使夾持器內 部的膠套完全貼附于夾持器的不銹鋼內壁上；之后再通過進樣裝置將實驗煤心和模擬不同 煤層氣完井方式的完井模擬片送入夾持器中；然后打開真空泵對樣品抽真空以去除煤樣中 的殘余流體。[0043]2.使用手搖泵(泵內的介質為純凈水)對實驗樣品緩慢加圍壓和軸壓到實驗的設定值。3.打開氣源閥門，將氣體調壓閥慢慢打開，調到已設定的驅替壓力值，開啟進氣 閥，關閉出氣閥，對煤巖樣品飽和氣體24小時。4.氣體飽和結束后，將進、出氣閥門打開，調節巖樣的進出口壓力(出口端壓力可 通過回壓閥來調節)，以模擬實驗儲層內部的壓力；待一段時間出口端有流量后，選擇合適 量程的流量計進行計量。5.待完井模擬模型的進、出口端氣體的壓力值及流量穩定后，分別讀出進、出口壓 力值以及相應的流量值；需連續記錄流量(一般為20min左右)和時間用以進行滲透率計 算，最后用于分析的數據將取同一組壓力參數下的滲透率的平均值。6.實驗結束后，首先將測試系統內的氣體完全卸掉，之后再卸掉回壓、圍壓和軸 壓；最后，導出電腦采集的測試數據，退出軟件系統，關掉測試裝置。測完一組數據后，調整壓力值，重新測試，步驟同上。在進行以溫度為參數的滲透性實驗前，要將煤巖樣品放入完井模擬裝置中，在不 加圍壓及氣壓的情況下，對樣品加熱5個小時；5個小時后，再按上述的實驗步驟進行實驗。由上所述，通過實用新型的煤層氣完井方式評價實驗裝置，可以測定儲層煤巖氣 相絕對滲透率、氣液兩相相對滲透率，通過模擬不同完井方式下的煤層氣井筒滲流特性的 測定，能夠分析得出不同完井方式下的儲層煤巖滲透率評價理論，得出不同完井方式下的 煤層氣井筒滲流模型，得到煤巖孔隙體積壓縮系數，為煤層氣完井方式的優選提供有用的 數據和理論基礎，從而實現對煤層氣完井方式的評價與優選。以上所述僅為本實用新型示意性的具體實施方式
，并非用以限定本實用新型的范 圍。任何本領域的技術人員，在不脫離本實用新型的構思和原則的前提下所作出的等同變 化與修改，均應屬于本實用新型保護的范圍。
權利要求一種煤層氣完井方式評價實驗裝置，其特征在于該評價實驗裝置包括一套設置在恒溫箱內的完井方式模擬模型系統，該完井方式模擬模型系統由巖心夾持器和設置在巖心夾持器內的完井模型構成；所述巖心夾持器由一個兩端密封的金屬圓筒構成，金屬圓筒的一密封端上設有氣液進口及進口開關，另一密封端上設有氣液出口及出口開關，該金屬圓筒內套設有一兩端呈開放的筒狀膠套；該完井模型包括設置在筒狀膠套內的圓柱狀原煤煤心，該原煤煤心對應所述氣液出口的端面上貼設有一完井模擬片，所述完井模擬片上設有貫通的割縫或透孔；巖心夾持器的氣液進口連接有氣液加壓注入系統和進口壓力傳感器；巖心夾持器的氣液出口連接有煤粉收集計量系統和出口壓力傳感器；所述巖心夾持器上連接一個用來給金屬圓筒內部的完井模型加載圍壓的加載裝置。
2.如權利要求1所述的煤層氣完井方式評價實驗裝置，其特征在于所述完井模擬片 上的割縫設置有多條，完井模擬片上臨近煤心一側的割縫寬度小于另一側割縫的寬度，構 成一側窄另一側寬的梯形截面的割縫。
3.如權利要求1所述的煤層氣完井方式評價實驗裝置，其特征在于所述完井模擬片 上的透孔為一個，且設置在完井模擬片的中心處，所述煤心在臨近該透孔一側且對應該透 孔沿其軸向設有一段模擬井筒。
4.如權利要求1所述的煤層氣完井方式評價實驗裝置，其特征在于所述完井模擬片 上的透孔為多個微孔。
5.如權利要求1所述的煤層氣完井方式評價實驗裝置，其特征在于所述恒溫箱內設 置兩套并聯的完井方式模擬模型系統。
6.如權利要求1所述的煤層氣完井方式評價實驗裝置，其特征在于所述氣液加壓注 入系統包括并聯設置的氣體加壓注入裝置和液體加壓注入裝置；所述氣體加壓注入裝置依 序由氣瓶、調壓閥、壓力表和開關構成；所述液體加壓注入裝置依序由驅替泵、活塞容器和 開關構成。
7.如權利要求1所述的煤層氣完井方式評價實驗裝置，其特征在于所述煤粉收集計 量系統包括一煤粉收集器和與其串聯的流量計，該煤粉收集器的前后均設有開關。
8.如權利要求7所述的煤層氣完井方式評價實驗裝置，其特征在于在所述煤粉收集 器和流量計之間還設有一氣液分離器，該氣液分離器通過一管路連接于一天平。
9.如權利要求1所述的煤層氣完井方式評價實驗裝置，其特征在于所述原煤煤心的 壁面上設有應力應變片，該應力應變片連接于一應變儀；所述巖心夾持器的氣液出口處設 有一回壓閥。
10.如權利要求1所述的煤層氣完井方式評價實驗裝置，其特征在于所述進口壓力傳 感器包括一低量程的壓力傳感器和一高量程的壓力傳感器；所述出口壓力傳感器包括一低 量程的壓力傳感器和一高量程的壓力傳感器。
專利摘要本實用新型為一種煤層氣完井方式評價實驗裝置，該裝置包括設置在恒溫箱內的完井方式模擬模型系統，是由巖心夾持器和設置在巖心夾持器內的完井模型構成；巖心夾持器由一個兩端密封的金屬圓筒構成，金屬圓筒的一密封端上設有氣液進口，另一密封端上設有氣液出口，該金屬圓筒內套設有一兩端呈開放的筒狀膠套；該完井模型包括設置在筒狀膠套內的圓柱狀原煤煤心，該原煤煤心對應所述氣液出口的端面上貼設有一設有貫通的割縫或透孔的完井模擬片；巖心夾持器的氣液進口連接有氣液加壓注入系統和進口壓力傳感器；氣液出口連接有煤粉收集計量系統和出口壓力傳感器；巖心夾持器上連接一個用來給金屬圓筒內部的完井模型加載圍壓的加載裝置。
文檔編號E21B47/10GK201747363SQ201020507729
公開日2011年2月16日 申請日期2010年8月27日 優先權日2010年8月27日
發明者何愛國, 張健, 汪志明, 王中華, 王開龍 申請人:中國石油大學(北京)