[发明专利]一种模拟煤层气排采过程中差异压降的装置及其方法

说明书

本发明公开了一种模拟煤层气排采过程中差异压降的装置，包括实验装置和伺服注水压力泵，实验装置包括试验腔体和腔体盖，在试验腔体底部和腔体盖顶部设置压力表测量水压，试验腔体通过内壁上设置的等距刻度线分为若干个分层区间，在每个分层区间上均设有排水管，在试验腔体内设置有多组垂直于等距刻度线的压力传感器；还包括一种方法，包括如下步骤：首先将煤样破碎，并筛选所需粒径的煤粉与石膏粉进行混合，其次将混合好的煤样分批次加入试件箱，用成型压力机挤压成型，然后向模型中注水，最后打开排水阀门，根据压力数据绘出压力等值线，分析压力分布；能够揭示纵向非均质储层中排水降压各分层压降差异的规律，为煤层气开发提供理论指导。

技术领域

本发明涉及煤层气排采开发技术领域，具体为一种模拟煤层气排采过程中差异压降的装置及其方法。

背景技术

煤层气开发时需要进行排水降压，压力低于临界解吸压力之后，吸附态的煤层气会解吸出来，之后才能被产出，因此，大面积的排水降压是煤层气开发的关键，所以有必要对排水降压过程中煤储层地层压力分布的变化规律进行精细研究。

煤储层作为一种非常规储层，有着极低的渗透率，因此，地层水在煤储层中的渗流属于低速渗流，根据低速渗流理论：地层水的流动需要一定的启动压力梯度来突破煤基质表面对水流动的束缚作用，当地层压力梯度小于启动压力梯度时，地层水可能不流动，从而造成无法进行排采降压。而且由于煤储层在纵向上往往呈现出不同煤岩类型叠置的现象，造成渗透性在纵向上的非均质性，以及启动压力梯度在纵向上的非均质性，那么在排水降压过程中，各个层段的煤储层降压程度可能会存在差异，甚至可能在某局部区域无法达到降压的效果，这对于煤层气的开发效果会造成重要的影响。因此有必要设计一套物理模拟装置来揭示其中的规律，为煤层气的开发提供理论指导。

在现有的技术方案中，如申请号为201010101527.5公布的一种煤层气生产物理模拟装置及其模拟方法，其通过对充气、注水和生产状态进行模拟，优化了气井排采工作，降低成本。然而，在上述技术方案中，虽然能够实现生产状态下的降压模拟，但是其还存在一些缺陷，综合上述技术方案和现实存在的问题，以及结合目前被广泛应用的技术方案，还存在的主要缺陷主要体现在以下两个方面：首先，由于煤层的非均质性强，单一的模拟装置无法准确的模拟出各层的压力变化规律；其次，由于不同煤岩类型的叠置，造成了煤岩在纵向上的非均质性和启动压力梯度的非均质性，在排水降压的过程中，如不考虑上述因素，将会导致局部区域无法达到降压的效果，虽然煤层各个区域存在非均质性，但是并不是完全独立的，如果在模拟时不能全面考虑整体的降压效果，在实际生产中由于相互的干扰和影响，其最终的结果将于模拟结果的大相径庭，使得模拟过程失去了意义。

发明内容

为了克服现有技术方案的不足，本发明提供一种模拟煤层气排采过程中差异压降的装置及其方法，能够揭示纵向非均质储层中排水降压各分层压降差异的规律，为煤层气开发提供理论指导，能有效的解决背景技术提出的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种模拟煤层气排采过程中差异压降的装置，包括实验装置和伺服注水压力泵，所述实验装置和伺服注水压力泵之间通过注水管道连通，所述实验装置包括试验腔体和腔体盖，所述试验腔体上端边缘设有卡合凸起块，且所述腔体盖通过设在其四周边缘的卡定凹槽与卡合凸起块卡合连接，所述试验腔体底部和腔体盖顶部分别设有注水管和出水管，所述注水管和出水管均通过内置的压力表测量水压，且注水管和出水管内分别设有注水阀门和出水阀门，所述出水管通过导管穿过腔体盖与试验腔体连通，所述注水管与试验腔体的连接处以及导管与试验腔体的连接处均设有铁丝网；

所述试验腔体内壁由下至上均匀设有四条相互平行的等距刻度线，所述等距刻度线将试验腔体分为若干个分层区间，并且在每个分层区间的侧面腔体上均设有排水管，在每个所述排水管内设有排水阀门，所述试验腔体内设置有多组垂直于等距刻度线的压力传感器，且每组压力传感器在纵向上等间距均匀分布。