[发明专利]裂缝内煤粉运移规律可视化实验装置及其方法

说明书

技术领域

本发明是有关于一种裂缝内煤粉运移规律可视化实验装置及其方法。 

背景技术

煤层气作为一种非常规天然气，与常规油气资源不同，它既没有圈闭，也没有盖层，属于自生自储类型。煤岩层既是烃源层，又是储集层，煤层气生成后大部分直接吸附在煤基质颗粒表层，还有一部分游离在煤孔隙中或溶解于煤层水中。煤层气的开发已进入工业化时代，但其开发理论的研究却明显滞后于开发实践。对于煤层气开采机理依然处于模糊的阶段，这明显的制约着煤层气的开发和利用。在煤层气开采和运移过程中，煤层气流动与煤岩体变形属于固流耦合作用，同时煤层气在煤体中解吸-扩散-渗流三者间又相互制约、相互影响，其相互作用和运移的机理十分复杂。 

煤层产出煤粉是煤层气井排采遇到的重要问题之一，出煤粉不仅会危害煤层和井底，易引起井壁坍塌而损坏套管以及煤粉堵井筒和埋煤层，使煤层气井产气量大幅度降低，而且低排液量时井液携带煤粉能力较差，容易造成煤粉卡泵和埋泵等问题。煤粉运移和防煤粉技术是保障煤层气井连续稳定经济排采的关键技术，合理控制煤粉产出并及时排出的煤粉成为煤层气井高产、稳产的关键，防煤粉技术的研究和发展对煤层气开发具有重要意义。 

业界对煤层气井生产规律的研究仍然存在很大的发展空间，现场排采制度调整频繁，使得煤粉受储层压力激动而发生迁移和沉积，造成煤层孔隙和裂缝堵塞，煤储层渗透率永久性伤害。有些主要矿区煤粉产出问题严重，当前对煤层气井井筒防煤粉的理论研究还比较粗浅，而且防煤粉技术的应用并没有与煤粉运移机理有机结合，这都使得对煤粉的运移机理的研究显得更加重要。当采用压裂增长措施时，压裂液的高压高速渗入和支撑剂的注入对煤层基质裂缝产生冲击，在裂缝表面产生煤粉，造成早期抽排过程中出煤粉量较大；同时，压裂液的渗入降低了煤粉颗粒对煤岩骨架的附着力，使煤岩变得更加疏松，而更容易出煤粉。 

孔隙介质中的渗流实验已相对比较成熟，但是裂缝介质中的渗流实验还很少见，例如有二种：第一种是，裂缝介质内石油运移规律的实验装置，第二种是，砂粒与复杂流 体在裂缝内流动规律实验装置。但是并没有人采用物理模拟实验来研究裂缝介质内煤粉的运移规律。因此，我们需要迫切了解和认识裂缝内煤粉的运移规律，研究其形成机理，从而为现场开发有效的防治煤粉提供可靠依据，对煤层气井的开发具有重要的现实意义。 

发明内容

本发明的目的是，提供一种裂缝内煤粉运移规律可视化实验装置及其方法，其裂缝的宽度可以调节，以实现不同宽度的裂缝的模拟，大大降低了装置的制作成本，而且大大增加了物理模拟实验的全面性。 

本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现： 

一种裂缝内煤粉运移规律可视化实验装置，所述实验装置包括中间裂缝组件、左过渡接头和右过渡接头，所述左过渡接头的一端连接有第一管道，另一端连接在中间裂缝组件的左端，所述右过渡接头的一端连接在中间裂缝组件的右端，另一端连接有第二管道，所述中间裂缝组件为透明结构，其内具有宽度可调节的裂缝。 

如上所述的裂缝内煤粉运移规律可视化实验装置，所述中间裂缝组件包括两个有机玻璃板和两个中间垫片，两个中间垫片分别连接在两个有机玻璃板之间的上、下端，所述两个有机玻璃板之间为所述裂缝，通过调整中间垫片的厚度能调节所述裂缝的宽度。 

如上所述的裂缝内煤粉运移规律可视化实验装置，所述有机玻璃板和所述中间垫片之间设有密封圈，所述中间垫片采用有机玻璃制成；所述两个有机玻璃板和中间垫片之间通过螺栓连接。 

如上所述的裂缝内煤粉运移规律可视化实验装置，所述左过渡接头和右过渡接头均呈鸭嘴形，所述左过渡接头从具有所述第一管道的一端向连接所述中间裂缝组件的另一端呈逐渐缩小状，所述右过渡接头从具有所述第二管道的一端向连接所述中间裂缝组件的另一端呈逐渐缩小状。 

如上所述的裂缝内煤粉运移规律可视化实验装置，所述左过渡接头与所述中间裂缝组件之间通过法兰连接件连接，所述右过渡接头与所述中间裂缝组件之间亦通过法兰连接件连接。 

如上所述的裂缝内煤粉运移规律可视化实验装置，所述左过渡接头和右过渡接头均包括有第一法兰板，所述中间裂缝组件的两端分别连接有第二法兰板，所述第一法兰板和第二法兰板上均设有多个螺孔，所述螺孔呈椭圆形螺孔，所述第一法兰板和第二法兰 板通过螺栓连接，形成所述法兰连接件。