本發(fā)明涉及煤層氣開采實(shí)驗(yàn)設(shè)備領(lǐng)域，具體的是一種多煤層煤層氣合采實(shí)驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)：

我國(guó)煤層氣產(chǎn)業(yè)已進(jìn)入商業(yè)化生產(chǎn)階段，但是局限在沁水盆地和鄂爾多斯盆地，適時(shí)地?cái)U(kuò)展到我國(guó)西南晚二疊世和新疆晚侏羅世，將可以有效開發(fā)這些地區(qū)豐富的煤層氣資源。滇東-黔西地區(qū)是我國(guó)南方煤炭資源最為豐富的地區(qū)之一，大量前期研究表明:通過煤田地質(zhì)勘探已取得主要含煤向斜煤炭資源探明和預(yù)測(cè)儲(chǔ)量高達(dá)1918.7×10⁸t，煤階為氣煤、無(wú)煙煤，煤層的含氣量高，煤層氣資源量達(dá)49117.9×10⁸m³，在200-1500m埋深區(qū)間煤層氣資源量達(dá)29278.5×10⁸m³，煤層埋藏深度適中(普遍為300-1500m)，常見煤層數(shù)為27層～42層。

多煤層煤層氣藏，比如中國(guó)的滇東黔西地區(qū)、加拿大的horseshoecanyon(馬蹄谷)和美國(guó)的powderriver(汾河)盆地等煤層氣區(qū)塊，一口煤層氣井往往會(huì)貫穿幾十個(gè)煤層(20層-40層)，而且單個(gè)煤層厚度往往比較薄(一般情況下小于2米)，因此為了經(jīng)濟(jì)有效地開發(fā)單層厚度比較薄的多煤層煤層氣藏，往往需要進(jìn)行多煤層合采。但是目前對(duì)于多煤層中流體的運(yùn)移和模擬往往還是采用單煤層開發(fā)的思路，這樣會(huì)忽略多煤層之間的相互干擾，而造成對(duì)多煤層煤層氣藏的產(chǎn)氣規(guī)律認(rèn)識(shí)不清晰，不能有效指導(dǎo)多煤層煤層氣井的高效開發(fā)。因此我們?cè)O(shè)計(jì)了針對(duì)多煤層層內(nèi)和層間流動(dòng)的實(shí)驗(yàn)裝置來研究多煤層層間和層內(nèi)流體的運(yùn)移規(guī)律。

目前，用于常規(guī)多層油氣藏模擬研究的實(shí)驗(yàn)裝置主要是采用多個(gè)圓柱巖心并聯(lián)的方式進(jìn)行模擬，這種物理模擬方式只能定性地分析多個(gè)油氣層對(duì)總的產(chǎn)量的貢獻(xiàn)情況，并不能準(zhǔn)確表征多個(gè)油氣層之間的流體運(yùn)移情況。針對(duì)多層合采模擬裝置里還有一類是采用一體式的多個(gè)儲(chǔ)層巖芯并聯(lián)的方式，這種模擬實(shí)驗(yàn)裝置比單純的多個(gè)圓柱巖心并聯(lián)的方式要更能準(zhǔn)確模擬多層油氣藏的滲流情況，但是目前的設(shè)計(jì)依然存在一些缺陷，比如供氣面氣體不能均勻供給問題、單層圍壓軸壓不能單獨(dú)控制問題等。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)裝置不能準(zhǔn)確表征多個(gè)油氣層之間的流體運(yùn)移情況的問題，本發(fā)明提供了一種多煤層煤層氣合采實(shí)驗(yàn)裝置，該多煤層煤層氣合采實(shí)驗(yàn)裝置能夠真實(shí)模擬多煤層煤層氣合采過程中氣體在多煤層中的運(yùn)移過程，從而監(jiān)測(cè)在不同的煤巖物性、不同入口壓力、不同出口壓力條件下，氣體在多煤層層內(nèi)和層間的流動(dòng)情況。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種多煤層煤層氣合采實(shí)驗(yàn)裝置，包括：

試件膠筒密封組件，用于安裝實(shí)驗(yàn)樣品，多個(gè)試件膠筒密封組件層疊設(shè)置，相鄰的兩個(gè)試件膠筒密封組件之間連通；

軸壓加載系統(tǒng)，能夠獨(dú)立的給每個(gè)試件膠筒密封組件中的實(shí)驗(yàn)樣品提供軸壓，軸壓的方向與試件膠筒密封組件的層疊方向相同；

圍壓加載系統(tǒng)，能夠獨(dú)立的給每個(gè)試件膠筒密封組件中的實(shí)驗(yàn)樣品提供圍壓；

孔隙氣壓系統(tǒng)，能夠向試件膠筒密封組件中的實(shí)驗(yàn)樣品內(nèi)注氣；

開采系統(tǒng)，能夠?qū)⒃嚰z筒密封組件中的實(shí)驗(yàn)樣品內(nèi)的氣體導(dǎo)出。

本發(fā)明的有益效果是：

1、能夠更精確模擬多煤層煤層氣藏合采過程流體在單層內(nèi)和多煤層之間的流動(dòng)過程；

2、能夠使注入氣體沿入口端面均勻注入；

3、三個(gè)煤層能夠分別控制相應(yīng)的圍壓和軸壓；

4、兩個(gè)煤層之間使用的透氣性材料使得層間竄流能夠均勻地進(jìn)行，更符合實(shí)際地層的情況。

附圖說明

構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的說明書附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。

圖1是本發(fā)明所述多煤層煤層氣合采實(shí)驗(yàn)裝置主要部分的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是圖1中上部的放大示意圖。

圖3是圖2中圍壓腔上移后的示意圖。

圖4是圖1中中部的放大示意圖。

圖5是本發(fā)明所述多煤層煤層氣合采實(shí)驗(yàn)裝置主要部分的原理結(jié)構(gòu)圖。

圖6是圖5中沿a-a方向的剖視圖。

圖7是本發(fā)明所述多煤層煤層氣合采實(shí)驗(yàn)裝置的總體結(jié)構(gòu)示意圖。

10、試件膠筒密封組件；11、實(shí)驗(yàn)樣品；12、膠筒；13、氣體滲透層；14、密封墊；15、軸向?qū)饪祝?/p>

20、軸壓加載系統(tǒng)；21、底座；22、上軸向壓頭；23、上加載油缸；24、連接板；25、導(dǎo)向柱；26、球形座；27、中間加載油缸；28、下軸向壓頭；29、下加載油缸；210、軸向壓頭；

211、上貫通孔；212、下彎曲通孔；

30、圍壓加載系統(tǒng)；31、圍壓腔；32、圍壓跟蹤泵；33、緩沖罐；34、空氣壓縮機(jī)；35、抽真空組件；

40、孔隙氣壓系統(tǒng)；41、第一注入管路；42、第二注入管路；43、第三注入管路；44、調(diào)壓閥；45、儲(chǔ)氣罐；46、氣體增壓泵；47、空氣壓縮機(jī)；48、氣源；

50、開采系統(tǒng)；51、第一采氣管；52、第二采氣管；53、第三采氣管；54、背壓閥；55、計(jì)量組件；56、天平。

60、框架；61、反力架；62、橫梁；63、工作臺(tái)。

具體實(shí)施方式

需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明。

一種多煤層煤層氣合采實(shí)驗(yàn)裝置，包括：

試件膠筒密封組件10，用于安裝實(shí)驗(yàn)樣品11，多個(gè)試件膠筒密封組件10層疊設(shè)置，相鄰的兩個(gè)試件膠筒密封組件10之間連通；

軸壓加載系統(tǒng)20，能夠獨(dú)立的給每個(gè)試件膠筒密封組件10中的實(shí)驗(yàn)樣品11提供軸壓，每個(gè)實(shí)驗(yàn)樣品11所受軸壓的方向與試件膠筒密封組件10的層疊方向相同；

圍壓加載系統(tǒng)30，能夠獨(dú)立的給每個(gè)試件膠筒密封組件10中的實(shí)驗(yàn)樣品11提供圍壓；

孔隙氣壓系統(tǒng)40，能夠向試件膠筒密封組件10中的實(shí)驗(yàn)樣品11內(nèi)注氣，注入的氣體可以為煤層氣；

開采系統(tǒng)50，能夠?qū)⒃嚰z筒密封組件10中的實(shí)驗(yàn)樣品11內(nèi)的氣體導(dǎo)出，如圖1至圖7所示。

該多煤層煤層氣合采實(shí)驗(yàn)裝置含有多個(gè)試件膠筒密封組件10以模擬多個(gè)煤層，多個(gè)試件膠筒密封組件10可以沿水平方向?qū)盈B設(shè)置、豎直方向?qū)盈B設(shè)置或傾斜方向?qū)盈B設(shè)置。相鄰的兩個(gè)試件膠筒密封組件10中安裝的實(shí)驗(yàn)樣品11能夠連通，這樣該多煤層煤層氣合采實(shí)驗(yàn)裝置能夠更精確模擬多煤層煤層氣藏合采過程流體在單層內(nèi)和多煤層之間的流動(dòng)過程。

在本實(shí)施例中，試件膠筒密封組件10含有從外向內(nèi)依次套設(shè)的膠筒12、氣體滲透層13，氣體滲透層13為筒狀結(jié)構(gòu)，氣體滲透層13內(nèi)形成用于安裝實(shí)驗(yàn)樣品11的樣品腔，相鄰的兩個(gè)試件膠筒密封組件10的該樣品腔之間連通，膠筒12的中心線沿試件膠筒密封組件10的層疊方向設(shè)置，膠筒12的兩端均設(shè)有密封墊14，膠筒12與密封墊14密封連接，氣體滲透層13的兩端分別與密封墊14連接，密封墊14內(nèi)設(shè)有能夠?qū)?shí)驗(yàn)樣品11內(nèi)氣體導(dǎo)出的軸向?qū)饪?5，軸向?qū)饪?5的中心線偏離密封墊14的中心線，實(shí)驗(yàn)樣品11的中心設(shè)有中心通孔，該中心通孔不與軸向?qū)饪?5連通，膠筒12的側(cè)壁中設(shè)有用于向氣體滲透層13內(nèi)注氣的注入孔，氣體滲透層13為具有較好氣體滲透能力的材料制作而成，氣體滲透層13可以為丙綸地毯卷成的圓筒，如圖5所示，實(shí)驗(yàn)氣體能夠依次穿過膠筒12、氣體滲透層13進(jìn)入實(shí)驗(yàn)樣品11內(nèi)，實(shí)驗(yàn)樣品11可以為巖心或煤樣。相鄰的兩個(gè)試件膠筒密封組件10的該樣品腔之間連通，可以模擬氣體在多煤層層內(nèi)和層間的流動(dòng)情況。

在本實(shí)施例中，該多煤層煤層氣合采實(shí)驗(yàn)裝置可以包括從上向下依次層疊設(shè)置的多個(gè)試件膠筒密封組件10，如圖1所示，相鄰的兩個(gè)試件膠筒密封組件10之間設(shè)有板狀的底座21，圍壓加載系統(tǒng)30含有套設(shè)于每個(gè)試件膠筒密封組件10外的圍壓腔31，圍壓腔31與試件膠筒密封組件10之間形成環(huán)狀的密封空間，圍壓腔31的數(shù)量與試件膠筒密封組件10的數(shù)量相同，且圍壓腔31與試件膠筒密封組件10一一對(duì)應(yīng)，圍壓腔31用于向每個(gè)試件膠筒密封組件10中的實(shí)驗(yàn)樣品11提供圍壓。

優(yōu)選該多煤層煤層氣合采實(shí)驗(yàn)裝置包括從上向下依次層疊設(shè)置的三個(gè)試件膠筒密封組件10和圍壓腔31，上部的試件膠筒密封組件10的下端與上部的底座21的上表面密封固定連接，上部的圍壓腔31的上端內(nèi)密封插接有上軸向壓頭22，軸壓加載系統(tǒng)20含有上加載油缸23，上加載油缸23位于上部的試件膠筒密封組件10和上部的圍壓腔31的上方，上加載油缸23能夠推動(dòng)上軸向壓頭22向下擠壓上部的試件膠筒密封組件10，上加載油缸23僅為上部的試件膠筒密封組件10中的實(shí)驗(yàn)樣品11提供圍壓。

在本實(shí)施例中，上加載油缸23依次通過連接板24和導(dǎo)向柱25與上部的底座21連接固定，上軸向壓頭22與上部的試件膠筒密封組件10之間通過球形座26連接，球形座26的結(jié)構(gòu)如圖2所示，球形座26含有兩個(gè)球形凸凹配合的部件。上部的底座21內(nèi)含有上貫通孔211，該上貫通孔211的中心線偏離上部的試件膠筒密封組件10的膠筒12的中心線重合，開采系統(tǒng)50包括第一采氣管51，第一采氣管51能夠依次穿過上部的試件膠筒密封組件10中的實(shí)驗(yàn)樣品11的所述中心通孔和上部的試件膠筒密封組件10中上部的密封墊14，這樣第一采氣管51能夠?qū)⑸喜康脑嚰z筒密封組件10中的實(shí)驗(yàn)樣品11內(nèi)的氣體導(dǎo)出，如圖5所示。上部的試件膠筒密封組件10中的實(shí)驗(yàn)樣品11和中部的試件膠筒密封組件10中的實(shí)驗(yàn)樣品11能夠依次通過上部的試件膠筒密封組件10中下部的密封墊14的軸向?qū)饪?5、上貫通孔211和中部的試件膠筒密封組件10內(nèi)上部的密封墊14的軸向?qū)饪?5連通。但上部的試件膠筒密封組件10中的實(shí)驗(yàn)樣品11的中心通孔和中部的試件膠筒密封組件10中的實(shí)驗(yàn)樣品11的中心通孔不連通。

在本實(shí)施例中，中部的試件膠筒密封組件10的上端與上部的底座21的下表面密封固定連接，中部的試件膠筒密封組件10的下端與下部的底座21的上表面密封固定連接，軸壓加載系統(tǒng)20含有中間加載油缸27，中間加載油缸27位于上部的底座21和下部的底座21之間，且中間加載油缸27位于中部的圍壓腔31外，中間加載油缸27可以為三個(gè)至四個(gè)，中間加載油缸27的兩端分別與上部的底座21和下部的底座21連接，中間加載油缸27能夠縮短上部的底座21和下部的底座21之間的距離，從而為中部的試件膠筒密封組件10中的實(shí)驗(yàn)樣品11提供圍壓。

在本實(shí)施例中，中部的試件膠筒密封組件10的下端通過球形座26與下部的底座21連接，開采系統(tǒng)50包括第二采氣管52，第二采氣管52能夠依次穿過中部的試件膠筒密封組件10中的實(shí)驗(yàn)樣品11、中部的試件膠筒密封組件10中上部的密封墊14和上部的底座21內(nèi)的水平連接孔，這樣第二采氣管52能夠?qū)⒅胁康脑嚰z筒密封組件10中的實(shí)驗(yàn)樣品11內(nèi)的氣體導(dǎo)出，如圖5所示。

在本實(shí)施例中，下部的試件膠筒密封組件10的上端與下部的底座21的下表面密封固定連接，下部的圍壓腔31的下端內(nèi)密封插接有下軸向壓頭28，軸壓加載系統(tǒng)20含有下加載油缸29，下加載油缸29位于下部的試件膠筒密封組件10和下部的圍壓腔31的下方，下加載油缸29能夠推動(dòng)下軸向壓頭28向上擠壓下部的試件膠筒密封組件10，從而為下部的試件膠筒密封組件10中的實(shí)驗(yàn)樣品11提供圍壓。

在本實(shí)施例中，下加載油缸29依次通過連接板24和導(dǎo)向柱25與下部的底座21連接固定，下軸向壓頭28與下部的試件膠筒密封組件10之間通過球形座26連接，中部的試件膠筒密封組件10中的實(shí)驗(yàn)樣品11與下部的試件膠筒密封組件10中的實(shí)驗(yàn)樣品11能夠依次通過中部的試件膠筒密封組件10中下部的密封墊14中的軸向?qū)饪?5、下部的底座21內(nèi)的下彎曲通孔212和下部的試件膠筒密封組件10中上部的密封墊14中的軸向?qū)饪?5連通，但是中部的試件膠筒密封組件10中的實(shí)驗(yàn)樣品11的中心通孔與下部的試件膠筒密封組件10中的實(shí)驗(yàn)樣品11的中心通孔不連通。開采系統(tǒng)50包括第三采氣管53，第三采氣管53能夠依次穿過下部的試件膠筒密封組件10中的實(shí)驗(yàn)樣品11的所述中心通孔和下部的試件膠筒密封組件10中下部的密封墊14，這樣第三采氣管53能夠?qū)⑾虏康脑嚰z筒密封組件10中的實(shí)驗(yàn)樣品11內(nèi)的氣體導(dǎo)出，如圖5所示。

在本實(shí)施例中，孔隙氣壓系統(tǒng)40包括第一注入管路41、第二注入管路42和第三注入管路43，第一注入管路41能夠依次通過上軸向壓頭22內(nèi)的通道和上部的試件膠筒密封組件10中的膠筒12內(nèi)的注入孔與上部的試件膠筒密封組件10中的氣體滲透層13連通，第二注入管路42能夠依次通過上部的底座21左側(cè)的水平連接孔和中部的試件膠筒密封組件10中的膠筒12內(nèi)的注入孔與中部的試件膠筒密封組件10中的氣體滲透層13連通；第三注入管路43能夠依次通過下部的底座21左側(cè)的水平連接孔和下部的試件膠筒密封組件10中的膠筒12內(nèi)的注入孔與下部的試件膠筒密封組件10中的氣體滲透層13連通。第一注入管路41、第二注入管路42和第三注入管路43之間為并聯(lián)關(guān)系，第一采氣管51、第二采氣管52和第三采氣管53之間也為并聯(lián)關(guān)系。

在本實(shí)施例中，圍壓加載系統(tǒng)30還包括圍壓跟蹤泵32、緩沖罐33、空氣壓縮機(jī)34、抽真空組件35。孔隙氣壓系統(tǒng)40還包括調(diào)壓閥44、儲(chǔ)氣罐45、氣體增壓泵46、空氣壓縮機(jī)47、氣源48。50、開采系統(tǒng)還包括背壓閥54和計(jì)量組件55。該多煤層煤層氣合采實(shí)驗(yàn)裝置還包括用于測(cè)量和采集實(shí)驗(yàn)參數(shù)的數(shù)據(jù)測(cè)量和采集系統(tǒng)，數(shù)據(jù)測(cè)量和采集系統(tǒng)能夠測(cè)量實(shí)驗(yàn)樣品11內(nèi)的壓力、注入流量、產(chǎn)出量等，如圖7所示。

該多煤層煤層氣合采實(shí)驗(yàn)裝置還包括能夠支撐該多煤層煤層氣合采實(shí)驗(yàn)裝置的框架60，該框架60含有反力架61、橫梁62和工作臺(tái)63，反力架61和橫梁62通過高強(qiáng)度鋼整體鍛造成型，圍壓腔31可通過四柱上端布置的小活塞桿對(duì)圍壓腔31進(jìn)行起吊，節(jié)省了實(shí)驗(yàn)過程中的人力物力，提高實(shí)驗(yàn)效果。

該多煤層煤層氣合采實(shí)驗(yàn)裝置的工作過程是，首先在每個(gè)試件膠筒密封組件10中安裝實(shí)驗(yàn)樣品11組成如圖1所示的該多煤層煤層氣合采實(shí)驗(yàn)裝置。其次，軸壓加載系統(tǒng)20工作，向每個(gè)試件膠筒密封組件10中的實(shí)驗(yàn)樣品11提供軸壓，圍壓加載系統(tǒng)30工作，向每個(gè)試件膠筒密封組件10中的實(shí)驗(yàn)樣品11提供圍壓，孔隙氣壓系統(tǒng)40工作，通過氣體滲透層13向試件膠筒密封組件10中的實(shí)驗(yàn)樣品11內(nèi)注氣。然后，開采系統(tǒng)50工作，第一采氣管51、第二采氣管52和第三采氣管53分別將對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)樣品11內(nèi)的氣體導(dǎo)出，數(shù)據(jù)測(cè)量和采集系統(tǒng)測(cè)量和采集每個(gè)實(shí)驗(yàn)樣品11內(nèi)的壓力情況產(chǎn)氣情況。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例，不能以其限定發(fā)明實(shí)施的范圍，所以其等同組件的置換，或依本發(fā)明專利保護(hù)范圍所作的等同變化與修飾，都應(yīng)仍屬于本專利涵蓋的范疇。另外，本發(fā)明中的技術(shù)特征與技術(shù)特征之間、技術(shù)特征與技術(shù)方案之間、技術(shù)方案與技術(shù)方案之間均可以自由組合使用。