專利名稱：煤層氣井排采時(shí)影響半徑動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)模擬裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種煤層氣井排采時(shí)影響半徑動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)模擬裝置。
背景技術(shù)：
社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展、人們生活水平的提高等都導(dǎo)致對(duì)能源的需求量越來越大。 煤炭在中國(guó)能源一次性消耗中所占比例一直在60%以上，我國(guó)對(duì)煤炭的過分依賴導(dǎo)致煤礦瓦斯爆炸事故居高不下，為了改變這種不合理的能源結(jié)構(gòu)，同時(shí)為了更好地減少煤礦瓦斯事故，煤層氣作為一種新型、高效、潔凈能源，逐漸引起人們的廣泛關(guān)注。目前，煤層氣井主要是通過排水-降壓使煤層氣解吸產(chǎn)出的，排采過程中壓力傳遞的影響因素很多，不同的煤儲(chǔ)層條件、水文地質(zhì)條件、構(gòu)造條件、沉積環(huán)境等必然導(dǎo)致排采過程中壓力傳遞速度、傳遞路徑的不同，壓力傳遞速度、路徑的不同，引起了排采過程中產(chǎn)水量、產(chǎn)氣量的不同，引起了區(qū)域內(nèi)煤中甲烷含量的不同，甲烷含量變化量的多少，從一定程度上決定著井下瓦斯治理措施的實(shí)施及實(shí)施的效果，也影響著井下采煤速度，因此，查明不同煤儲(chǔ)層特征、水文地質(zhì)條件、不同排采速度、排采過程中不同時(shí)刻的排采影響半徑對(duì)煤層氣產(chǎn)氣量的預(yù)測(cè)、產(chǎn)能預(yù)測(cè)、井網(wǎng)布置、井下瓦斯抽放工藝等方面的決策都具有重要的指導(dǎo)意義。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種在盡可能接近于自然條件下的煤儲(chǔ)層的模擬試驗(yàn)， 模擬了煤層氣排采時(shí)橫向上和縱向上壓力傳遞變化規(guī)律，并通過動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的煤層氣井排采時(shí)影響半徑動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)模擬裝置。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案一種煤層氣井排采時(shí)影響半徑動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)模擬裝置，包括內(nèi)設(shè)樣品煤的樣品缸、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、壓力加載裝置、井筒液面動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和排水系統(tǒng)，動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)以及與計(jì)算機(jī)信號(hào)連接的應(yīng)變測(cè)量?jī)x， 應(yīng)變測(cè)量?jī)x的應(yīng)變片與樣品煤連接，壓力加載裝置設(shè)置于樣品缸外，井筒液面動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括插設(shè)到樣品缸內(nèi)的用于模擬井筒的豎向管子，管子連接排水系統(tǒng)，所述樣品缸為由六塊鋼化玻璃拼合成的立方體狀，組成樣品缸四個(gè)外壁的鋼化玻璃均位于樣品缸底部鋼化玻璃的上方，樣品缸頂蓋鋼化玻璃周邊與樣品缸四個(gè)外壁的鋼化玻璃之間設(shè)有壓縮間隙。樣品缸每塊鋼化玻璃板內(nèi)壁均設(shè)置橡膠墊。井筒液面動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的豎向管子為帶有刻度的鋼化玻璃管，鋼化玻璃管插設(shè)過樣品缸頂蓋的鋼化玻璃上并深入到樣品缸底部。所述排水系統(tǒng)包括手壓井裝置，手壓井裝置的進(jìn)水口連通一排水連接管，排水連接管另一端插入到鋼化玻璃管底部。手壓井裝置的操作桿處設(shè)有帶豎直控制槽的限位裝置，所述手壓井裝置操作桿的操作端穿插過控制槽，并且位于操作桿的操作端下方的控制槽槽底設(shè)置升降裝置。
所述樣品煤為吸附水后的立方體塊狀，樣品煤為多個(gè)，呈上下左右前后陣列填滿在樣品缸內(nèi)。 所述每個(gè)樣品煤均設(shè)置應(yīng)變片。本實(shí)用新型所述的煤層氣井排采時(shí)影響半徑動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)模擬裝置是對(duì)不同煤儲(chǔ)層特征、水文地質(zhì)特征進(jìn)行模擬，使試驗(yàn)條件與實(shí)際生產(chǎn)時(shí)的環(huán)境盡可能接近?？赡M不同的煤儲(chǔ)層條件，為進(jìn)行實(shí)驗(yàn)做準(zhǔn)備。本實(shí)用新型還具有如下有益效果1.為了便于加載壓力時(shí)觀測(cè)樣品變化，樣品缸用抗高壓的透明鋼化玻璃做成，并且樣品缸是用六塊鋼化玻璃拼起來。樣品缸頂蓋鋼化玻璃周邊與樣品缸四個(gè)外壁的鋼化玻璃之間設(shè)有壓縮間隙，樣品缸的每塊鋼化玻璃內(nèi)側(cè)各邊接觸處有彈性較強(qiáng)的橡膠墊，起到密封作用。以至于在壓力加載裝置加壓過程中可以使樣品煤被壓縮，該設(shè)計(jì)可以確保加載過程中，樣品煤既可以被壓縮，又不至于被壓裂致碎溢出樣品缸。2.為了時(shí)刻監(jiān)測(cè)排采時(shí)井底壓力變化，井筒設(shè)計(jì)成安裝刻有刻度的鋼化玻璃管， 這樣可以通過觀測(cè)液面高度，計(jì)算井底壓力的大小。通過觀測(cè)到的液面高度變化，來調(diào)節(jié)排采的強(qiáng)度。3.在樣品缸四周以及頂?shù)装灏惭b壓力加載裝置，這一部分使用傳統(tǒng)的壓力加載裝置即可，以模擬地層受到的圍巖應(yīng)力和上覆巖層壓力。根據(jù)實(shí)際需要，通過調(diào)節(jié)加載裝置，來調(diào)節(jié)壓力的大小。4.動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要是對(duì)排采過程進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，記錄排采時(shí)應(yīng)變測(cè)量?jī)x的測(cè)試數(shù)據(jù)，查明排采時(shí)影響半徑的變化規(guī)律，為現(xiàn)場(chǎng)排采提供理論指導(dǎo)。該系統(tǒng)主要是在每一塊樣品上安裝應(yīng)變片，來動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)不同排采時(shí)刻壓力傳遞路徑、壓力傳遞影響半徑的范圍。 排采時(shí)，在樣品缸外加載裝置施加固定的壓力，以模擬儲(chǔ)層所受的圍壓，為了使結(jié)果與實(shí)際具可比性，同時(shí)考慮到排采時(shí)模擬裝置壓力變化，因此采用同比例的方式，模擬儲(chǔ)層的圍壓也采取同比例方式。隨排采進(jìn)行，儲(chǔ)層壓力逐漸降低，樣品所受到的應(yīng)力逐漸降低，引起樣品膨脹，應(yīng)變測(cè)量?jī)x示數(shù)發(fā)生改變。通過電腦監(jiān)測(cè)到這一變化，根據(jù)變化，則可計(jì)算出壓力降低的大?。桓鶕?jù)該樣品的位置可以知道壓力已經(jīng)傳播范圍及整個(gè)傳播的過程。通過對(duì)每一個(gè)樣品上的應(yīng)變測(cè)量?jī)x的數(shù)據(jù)的任意時(shí)刻的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，既可以知道排采時(shí)壓力傳遞半徑在水平方向上的變化規(guī)律。通過對(duì)垂向上的應(yīng)變測(cè)量?jī)x進(jìn)行監(jiān)測(cè)，也可以獲得在垂向上的壓力傳播規(guī)律，也可獲得橫向上的變化規(guī)律，最終獲得任意時(shí)刻壓力在三維空間的變化規(guī)律。為不同煤儲(chǔ)層條件、水文地質(zhì)條件下煤層氣井排采工作制度的準(zhǔn)確制定、井網(wǎng)的合理布置提供理論依據(jù)，使每口井都能最大可能的去發(fā)揮自身潛力。5.排水系統(tǒng)主要是進(jìn)行排采降壓，模擬現(xiàn)場(chǎng)的煤層氣垂直井的排采。該裝置主要是通過手動(dòng)排水來模擬現(xiàn)場(chǎng)的排采過程。樣品煤的水分被擠壓在煤體內(nèi)，手壓井裝置通過鋼化玻璃管將樣品煤的水分在抽出。限位裝置的控制槽限制手壓井裝置的操作桿只能在控制槽內(nèi)上下運(yùn)動(dòng)，升降裝置位于操作桿的下方，可用于控制操作桿向下運(yùn)動(dòng)的下限。6.本實(shí)用新型所述的煤層氣井排采時(shí)影響半徑動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)模擬裝置通過盡可能接近于自然條件下的煤儲(chǔ)層的模擬試驗(yàn)，再現(xiàn)了煤層氣排采時(shí)橫向上和縱向上壓力傳遞變化規(guī)律，并通過動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，為合理解釋儲(chǔ)層條件與壓力傳遞關(guān)系提供了依據(jù)。通過將煤樣做成一個(gè)個(gè)的立方塊，并充溢不同的地層水，模擬了儲(chǔ)層的非均質(zhì)性，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際更加接近。通過巧妙設(shè)計(jì)排采系統(tǒng)，有效模擬了現(xiàn)場(chǎng)通過調(diào)節(jié)沖程、沖次來控制排量的方法。使實(shí)驗(yàn)中的操作更接近現(xiàn)場(chǎng)施工。
圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是樣品缸的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
由圖1和圖2所示的一種煤層氣井排采時(shí)影響半徑動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)模擬裝置，包括內(nèi)設(shè)樣品煤12的樣品缸6、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)20、壓力加載裝置23、井筒液面動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和排水系統(tǒng)18 ；所述樣品缸6為由六塊鋼化玻璃板拼合成的立方體狀，組成樣品缸6四個(gè)外壁的鋼化玻璃板均位于樣品缸6底部鋼化玻璃板的上方，樣品缸6的頂板鋼化玻璃板21周邊與樣品缸6四個(gè)外壁的鋼化玻璃板之間設(shè)有壓縮間隙。針對(duì)我國(guó)煤層氣開發(fā)井的實(shí)際情況以及現(xiàn)有的理論，煤層氣垂直井排采時(shí)在開采年限內(nèi)的有效影響半徑一般均小于150m，限于篇幅，在此僅以煤儲(chǔ)層厚度為IOm的煤儲(chǔ)層為例說明設(shè)計(jì)過程。根據(jù)相似原理，設(shè)計(jì)樣品缸 6尺寸為300cmX300CmX10Cm。當(dāng)煤儲(chǔ)層厚度小于IOm時(shí)，此樣品缸6也可使用。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)不同厚度的煤儲(chǔ)層的模擬，特制作出不同規(guī)格的樣品缸6，以5m為界限，制作出不同規(guī)格的樣品缸 6，即樣品缸 6 尺寸為 300cmx300cmx5cm、300cmx300cmxl0cm、300cmx300cmxl5cm、 300cmx300cmx20cm等，煤儲(chǔ)層厚度不同時(shí)，只需要根據(jù)煤儲(chǔ)層厚度選擇相對(duì)應(yīng)規(guī)格的樣品缸6。樣品煤12為吸附水后的立方體塊狀，樣品煤12為多個(gè)，呈上下左右前后陣列填滿在樣品缸6內(nèi)?？紤]到煤儲(chǔ)層的非均質(zhì)性及不同煤體結(jié)構(gòu)的滲透率對(duì)排采的影響，同時(shí)對(duì)于III、IV類煤，很難制作成標(biāo)準(zhǔn)樣品，因此，根據(jù)相似原理，對(duì)不同煤體結(jié)構(gòu)相似材料進(jìn)行配比，配比方案見表1。表1不同煤體結(jié)構(gòu)相似材料配比方案
權(quán)利要求1.一種煤層氣井排采時(shí)影響半徑動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)模擬裝置，包括內(nèi)設(shè)樣品煤的樣品缸、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、壓力加載裝置、井筒液面動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和排水系統(tǒng)，動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)以及與計(jì)算機(jī)信號(hào)連接的應(yīng)變測(cè)量?jī)x，應(yīng)變測(cè)量?jī)x的應(yīng)變片與樣品煤連接，壓力加載裝置設(shè)置于樣品缸外，井筒液面動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括插設(shè)到樣品缸內(nèi)的用于模擬井筒的豎向管子， 管子連接排水系統(tǒng)，其特征在于所述樣品缸為由六塊鋼化玻璃拼合成的立方體狀，組成樣品缸四個(gè)外壁的鋼化玻璃均位于樣品缸底部鋼化玻璃的上方，樣品缸頂蓋鋼化玻璃周邊與樣品缸四個(gè)外壁的鋼化玻璃之間設(shè)有壓縮間隙。
2.如權(quán)利要求1所述的煤層氣井排采時(shí)影響半徑動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)模擬裝置，其特征在于樣品缸每塊鋼化玻璃板內(nèi)壁均設(shè)置橡膠墊。
3.如權(quán)利要求1或2所述的煤層氣井排采時(shí)影響半徑動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)模擬裝置，其特征在于 井筒液面動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的豎向管子為帶有刻度的鋼化玻璃管，鋼化玻璃管插設(shè)過樣品缸頂蓋的鋼化玻璃上并深入到樣品缸底部。
4.如權(quán)利要求3所述的煤層氣井排采時(shí)影響半徑動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)模擬裝置，其特征在于所述排水系統(tǒng)包括手壓井裝置，手壓井裝置的進(jìn)水口連通一排水連接管，排水連接管另一端插入到鋼化玻璃管底部。
5.如權(quán)利要求4所述的煤層氣井排采時(shí)影響半徑動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)模擬裝置，其特征在于手壓井裝置的操作桿處設(shè)有帶豎直控制槽的限位裝置，所述手壓井裝置操作桿的操作端穿插過控制槽，并且位于操作桿的操作端下方的控制槽槽底設(shè)置升降裝置。
6.如權(quán)利要求5所述的煤層氣井排采時(shí)影響半徑動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)模擬裝置，其特征在于所述樣品煤為吸附水后的立方體塊狀，樣品煤為多個(gè)，呈上下左右前后陣列填滿在樣品缸內(nèi)。
7.如權(quán)利要求6所述的煤層氣井排采時(shí)影響半徑動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)模擬裝置，其特征在于所述每個(gè)樣品煤均設(shè)置應(yīng)變片。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種煤層氣井排采時(shí)影響半徑動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)模擬裝置，包括內(nèi)設(shè)樣品煤的樣品缸、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、壓力加載裝置、井筒液面動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和排水系統(tǒng)，動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)以及與計(jì)算機(jī)信號(hào)連接的應(yīng)變測(cè)量?jī)x，應(yīng)變測(cè)量?jī)x的應(yīng)變片與樣品煤連接，壓力加載裝置設(shè)置于樣品缸外，井筒液面動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括插設(shè)到樣品缸內(nèi)的用于模擬井筒的豎向管子，管子連接排水系統(tǒng)。本實(shí)用新型是一種在盡可能接近于自然條件下的煤儲(chǔ)層的模擬試驗(yàn)，模擬了煤層氣排采時(shí)橫向上和縱向上壓力傳遞變化規(guī)律，并通過動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)煤層氣井排采時(shí)的影響半徑動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)模擬裝置。
文檔編號(hào)E21F7/00GK202081909SQ201120199319
公開日2011年12月21日 申請(qǐng)日期2011年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月14日
發(fā)明者倪小明, 李金海, 林然, 沈毅, 賈炳, 陳鵬 申請(qǐng)人:河南理工大學(xué)