本發(fā)明屬于煤層氣開采技術(shù)領(lǐng)域，具體地講，特別涉及一種多層疊置含氣系統(tǒng)垂直井開采模擬試驗(yàn)設(shè)備。

背景技術(shù)：

目前，隨著經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展對(duì)能源需求的日益增加和常規(guī)油氣資源的日益短缺，世界各國(guó)都在積極尋找開發(fā)新的能源，以彌補(bǔ)常規(guī)油氣資源的缺口。煤層氣(俗稱瓦斯)是制約煤礦井下安全生產(chǎn)的主要因素之一，但也是一種優(yōu)質(zhì)的能源，可用于發(fā)電、取暖、化工等眾多領(lǐng)域。因此，合理地開發(fā)煤層氣資源，不僅可以大幅減少礦難事故的發(fā)生，而且有助于減少國(guó)民經(jīng)濟(jì)對(duì)常規(guī)油氣資源的依賴。

中國(guó)地域遼闊，煤層氣資源豐富，資源總量為30×10¹²～35×10¹²m³，其中埋深300～1500m范圍內(nèi)煤層氣總資源量約為25×10¹²m³。隨著傳統(tǒng)煤層氣勘探開發(fā)熱點(diǎn)地區(qū)(沁水盆地、鄂爾多斯盆地等)的研究逐漸完善，其他地區(qū)、類型的煤層氣藏成為煤層氣行業(yè)新的研究、勘探、開發(fā)增長(zhǎng)點(diǎn)。滇東黔西地區(qū)煤層氣資源勘探是國(guó)家“十三五”規(guī)劃的內(nèi)容之一，該區(qū)具有“一弱、兩多、三高、四大”的地質(zhì)特點(diǎn)：即龍?zhí)督M富水性弱，控氣構(gòu)造類型多和煤層層數(shù)多，煤層含氣量高、資源豐度高、儲(chǔ)層壓力及地應(yīng)力高，以及煤層氣資源量大、煤級(jí)變化大、煤層滲透性變化大和地質(zhì)條件垂向變化大。相比單一煤層而言，多煤層條件下的煤層氣儲(chǔ)藏具有其特殊性，前人基于對(duì)織納煤田水公河向斜的分析研究，初步提出和論證了“多層疊置獨(dú)立含煤層氣系統(tǒng)”的學(xué)術(shù)觀點(diǎn)。

由于西南地區(qū)的上述地質(zhì)條件特點(diǎn)，一方面構(gòu)成了該區(qū)豐富的煤層氣資源基礎(chǔ)，另一方面我國(guó)北方乃至國(guó)外行之有效的煤層氣常規(guī)開發(fā)技術(shù)在該區(qū)無法適用。目前關(guān)于煤層氣開采的研究多集中在單一煤層，急需新理論、新技術(shù)、新工藝來指導(dǎo)西南地區(qū)多層疊置含氣系統(tǒng)垂直井開采。因此，針對(duì)該區(qū)地質(zhì)條件的這一特殊性，研究和發(fā)展適用的開采工藝和技術(shù)，成為推進(jìn)該區(qū)煤層氣規(guī)模性開發(fā)的必然選擇。所以，開展多層疊置含氣系統(tǒng)垂直井開采模擬試驗(yàn)，研究其開采過程中儲(chǔ)層物性動(dòng)態(tài)演化規(guī)律及層間干擾機(jī)制，對(duì)協(xié)調(diào)多層疊置發(fā)育地區(qū)各系統(tǒng)進(jìn)行有序、遞進(jìn)開發(fā)，避免開采過程中系統(tǒng)間的相互干擾，實(shí)現(xiàn)煤層氣資源高效經(jīng)濟(jì)開發(fā)，具有十分重要的理論研究?jī)r(jià)值和實(shí)際指導(dǎo)意義。

而傳統(tǒng)的煤與瓦斯抽采模擬試驗(yàn)箱和抽采管均針對(duì)單層含氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并不能模擬多層疊置含氣系統(tǒng)，也不能實(shí)現(xiàn)多層疊置含氣系統(tǒng)垂直井的分層抽采。申請(qǐng)?zhí)枮椤?01310025114.7”的發(fā)明專利提供了一種“多煤層聯(lián)合開采過程中煤層氣抽采試驗(yàn)方法”，在該專利的申請(qǐng)文件中同時(shí)介紹了一種用于多煤層聯(lián)合開采模擬試驗(yàn)的試驗(yàn)箱和抽采管。其中試驗(yàn)箱上沿長(zhǎng)度方向設(shè)有多個(gè)水平壓頭和豎向壓頭，抽采管采用外管和內(nèi)管的結(jié)構(gòu)，其中內(nèi)管由多段對(duì)接而成。采用這種試驗(yàn)箱和抽采管，在對(duì)多煤層進(jìn)行抽采時(shí)，無法觀測(cè)不同煤層各自的瓦斯流量，不利于研究不同煤層之間的相互影響，并且，無法進(jìn)行單層依次開采或遞進(jìn)開采試驗(yàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種使用方便、高效的多層疊置含氣系統(tǒng)垂直井開采模擬試驗(yàn)設(shè)備。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種多層疊置含氣系統(tǒng)垂直井開采模擬試驗(yàn)設(shè)備，包括箱體和箱蓋，在所述箱體沿長(zhǎng)度方向的其中一端插裝有抽采管，所述抽采管包括固定在箱體上的外管和插裝在外管內(nèi)的內(nèi)管，在所述箱體沿長(zhǎng)度方向的另一端插裝有第一水平壓頭，所述第一水平壓頭的內(nèi)端固定有位于箱體內(nèi)的豎向的第一壓板，在所述箱體沿寬度方向的一側(cè)插裝有至少兩個(gè)第二水平壓頭，所述第二水平壓頭沿箱體的長(zhǎng)度方向均勻布置，所述第二水平壓頭與第一水平壓頭的中心線相互垂直，在每一所述第二水平壓頭的內(nèi)端均固定有豎向的第二壓板，在所述箱蓋上插裝有與第二水平壓頭一一對(duì)應(yīng)的豎向壓頭，在每一所述豎向壓頭的內(nèi)端均固定有位于箱體內(nèi)的水平的第三壓板，在所述箱體內(nèi)底設(shè)置有與豎向壓頭一一對(duì)應(yīng)的透氣板，在每一所述透氣板下方均設(shè)有氣流通道，所述氣流通道的一端通過透氣板與箱體內(nèi)腔貫通，氣流通道的另一端貫穿箱體外壁并固定連接有管接頭；在所述外管上設(shè)有與透氣板一一對(duì)應(yīng)的抽采區(qū)，在外管的每一抽采區(qū)上均開設(shè)有外抽采孔，在所述外管相鄰的兩個(gè)抽采區(qū)之間設(shè)置有隔板，所述隔板將相鄰的抽采區(qū)密封隔斷；所述內(nèi)管的數(shù)量與抽采區(qū)的數(shù)量一一對(duì)應(yīng)，內(nèi)管的內(nèi)端伸入對(duì)應(yīng)抽采區(qū)內(nèi)，并且在內(nèi)管上開設(shè)有位于對(duì)應(yīng)抽采區(qū)內(nèi)的內(nèi)抽采孔。

采用上述結(jié)構(gòu)，在箱體內(nèi)設(shè)置一一對(duì)應(yīng)的第二水平壓頭、豎向壓頭、透氣板和氣流通道，并在抽采管的外管上設(shè)置與透氣板一一對(duì)應(yīng)的抽采區(qū)，在外管內(nèi)插裝與抽采區(qū)一一對(duì)應(yīng)的內(nèi)管，從而提供了一種使用方便、高效的多層疊置含氣系統(tǒng)垂直井開采模擬試驗(yàn)設(shè)備。進(jìn)行模擬試驗(yàn)時(shí)，只需要在箱體內(nèi)裝入間隔布置的煤層和相似材料，并使煤層位于透氣板上方區(qū)域，相似材料間隔在相鄰的煤層之間(也即相鄰的透氣板上方區(qū)域之間)，即可通過與煤層一一對(duì)應(yīng)的透氣板和氣流通道對(duì)任一單獨(dú)煤層或者兩兩煤層或者其中三個(gè)煤層進(jìn)行抽真空、充入瓦斯氣體、充入二氧化碳?xì)怏w等操作，可以模擬不同煤層氣體含量不同的多層疊置含氣系統(tǒng)，這是現(xiàn)有煤與瓦斯抽采模擬試驗(yàn)設(shè)備所無法實(shí)現(xiàn)的；再則，抽采管設(shè)置為外管和內(nèi)管結(jié)構(gòu)，在外管上設(shè)置與透氣板一一對(duì)應(yīng)的抽采區(qū)，相鄰抽采區(qū)之間密封間隔有隔板，內(nèi)管的數(shù)量與抽采區(qū)一一對(duì)應(yīng)設(shè)置，試驗(yàn)時(shí)，只需要將外管預(yù)埋在箱體內(nèi)，即可利用外管中的不同內(nèi)管對(duì)相應(yīng)的煤層同時(shí)或者不同時(shí)進(jìn)行瓦斯抽采模擬試驗(yàn)，這也是現(xiàn)有煤與瓦斯抽采模擬試驗(yàn)設(shè)備所無法實(shí)現(xiàn)的，一方面彌補(bǔ)了現(xiàn)有模擬試驗(yàn)設(shè)備的空白，便于觀測(cè)瓦斯抽采過程中不同煤層之間的相互影響，為后續(xù)研究提供了物質(zhì)基礎(chǔ)，另一方面為多層疊置含氣系統(tǒng)垂直井抽采抽采管的開發(fā)提供了參考。

所述外管通過均呈管狀的外接頭和壓套安裝在箱體上，所述外接頭螺紋套接在外管的外端，并且外接頭的外端周向延展形成圓環(huán)狀的第一擋板，所述壓套插接在外管的外端，并且壓套的外端周向延展形成圓環(huán)狀的第二擋板，所述第二擋板將第一擋板壓緊固定在箱體的對(duì)應(yīng)端板上；在所述壓套內(nèi)插接有內(nèi)接頭，所述內(nèi)接頭的外端周向延展形成圓環(huán)狀的第三擋板，所述第三擋板固定在壓套的第二擋板上，在所述內(nèi)接頭內(nèi)開設(shè)有與內(nèi)管一一對(duì)應(yīng)的軸向通孔，所述通孔的內(nèi)端與對(duì)應(yīng)的內(nèi)管對(duì)接，在每一所述通孔的外端均連接有管接頭。通過外接頭和壓套將外管固定在箱體上，外管的固定結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單牢固，并且操作方便快捷。通過內(nèi)接頭和壓套將內(nèi)管安裝在外管內(nèi)，使內(nèi)管的安裝結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、牢固。

在所述第一擋板與箱體的對(duì)應(yīng)端板之間墊有密封圈，在所述第二擋板朝向第一擋板的一側(cè)開有凹陷部，所述第一擋板位于該凹陷部?jī)?nèi)，在所述第一擋板與第二擋板之間墊有密封圈，在所述第二擋板與第三擋板之間也墊有密封圈。

所述內(nèi)管由前端封閉的管體構(gòu)成，并且管體外壁呈前細(xì)后粗的階梯狀，使管體的外壁形成與隔板相對(duì)應(yīng)的臺(tái)階面，所述臺(tái)階面擋在對(duì)應(yīng)隔板的后端，并且在每一隔板供內(nèi)管穿設(shè)的過孔內(nèi)嵌裝有與內(nèi)管外壁密封配合的密封圈。這樣設(shè)置外壁階梯狀的內(nèi)管，使內(nèi)管的安裝更加快捷，并且臺(tái)階面上還可以設(shè)置密封墊，有利于進(jìn)一步確保各抽采區(qū)的相互密封。

所述第二水平壓頭沿箱體的長(zhǎng)度方向均勻布置有四個(gè)，所述豎向壓頭與第二水平壓頭一一對(duì)應(yīng)布置有四個(gè)，所述透氣板與豎向壓頭一一對(duì)應(yīng)布置有四個(gè)，所述外管上的抽采區(qū)與透氣板一一對(duì)應(yīng)布置有四個(gè)，所述內(nèi)管與抽采區(qū)一一對(duì)應(yīng)布置有四個(gè)，所述內(nèi)接頭上開設(shè)的通孔周向均布有四個(gè)。

所述外管每一抽采區(qū)上的外抽采孔均周向均布有多個(gè)，所述內(nèi)管上的內(nèi)抽采孔所在區(qū)域正對(duì)所述外抽采孔所在區(qū)域。

在所述箱蓋與箱體頂部之間墊裝有“O”形密封圈。

有益效果：本發(fā)明通過在箱體內(nèi)設(shè)置一一對(duì)應(yīng)的第二水平壓頭、豎向壓頭、透氣板和氣流通道，并在抽采管的外管上設(shè)置與透氣板一一對(duì)應(yīng)的抽采區(qū)，外管內(nèi)插裝與抽采區(qū)一一對(duì)應(yīng)的內(nèi)管，從而提供了一種使用方便、高效的多層疊置含氣系統(tǒng)垂直井開采模擬試驗(yàn)設(shè)備，具有構(gòu)思巧妙、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、生產(chǎn)容易和生產(chǎn)成本低等特點(diǎn)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為圖1中箱體的俯視圖。

圖3為圖1去掉抽采管的A-A剖視圖。

圖4為抽采管的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為圖4的I部放大圖。

圖6為圖4的J部放大圖。

圖中標(biāo)記如下：外管1、隔板2、內(nèi)管3、外接頭4、第一擋板4a、壓套5、第二擋板5a、內(nèi)接頭6、第三擋板6a、通孔6b、管接頭7、箱體8、“O”形密封圈9、箱蓋10、豎向壓頭11、第三壓板12、第一壓板13、第一水平壓頭14、透氣板15、第二水平壓頭16、第二壓板17、氣流通道18。

具體實(shí)施方式

下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述的實(shí)施例示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述實(shí)施例是示例性的，旨在解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。

下面結(jié)合附圖，通過對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步的描述，使本發(fā)明的技術(shù)方案及其有益效果更加清楚、明確。

如圖1、圖2和圖3所示，本發(fā)明包括箱體8和箱蓋10，在所述箱蓋10與箱體8頂部之間墊裝有“O”形密封圈9。在所述箱體8沿長(zhǎng)度方向的其中一端插裝有抽采管，所述抽采管包括固定在箱體8上的外管1和插裝在外管1內(nèi)的內(nèi)管3。在所述箱體8沿長(zhǎng)度方向的另一端插裝有第一水平壓頭14，在所述第一水平壓頭14的內(nèi)端固定有位于箱體8內(nèi)的豎向的第一壓板13。在所述箱體8沿寬度方向的一側(cè)插裝有至少兩個(gè)第二水平壓頭16，所述第二水平壓頭16沿箱體8的長(zhǎng)度方向均勻布置，所述第二水平壓頭16與第一水平壓頭14的中心線相互垂直。在每一所述第二水平壓頭16的內(nèi)端均固定有豎向的第二壓板17。在所述箱蓋10上插裝有與第二水平壓頭16一一對(duì)應(yīng)的豎向壓頭11，在每一所述豎向壓頭11的內(nèi)端均固定有位于箱體8內(nèi)的水平的第三壓板12。

如圖1、圖2、圖3和圖4所示，在所述箱體8的內(nèi)底設(shè)置有與豎向壓頭11一一對(duì)應(yīng)的透氣板15，在每一所述透氣板15下方均設(shè)有氣流通道18，所述氣流通道18的一端通過透氣板15與箱體8內(nèi)腔貫通，氣流通道18的另一端貫穿箱體8外壁并固定連接有管接頭7。在所述外管1上設(shè)有與透氣板15一一對(duì)應(yīng)的抽采區(qū)，在外管1的每一抽采區(qū)上均開設(shè)有外抽采孔，在所述外管1相鄰的兩個(gè)抽采區(qū)之間設(shè)置有隔板2，所述隔板2將相鄰的抽采區(qū)密封隔斷。所述內(nèi)管3的數(shù)量與抽采區(qū)的數(shù)量一一對(duì)應(yīng)，內(nèi)管3的內(nèi)端伸入對(duì)應(yīng)抽采區(qū)內(nèi)，并且在內(nèi)管3上開設(shè)有位于對(duì)應(yīng)抽采區(qū)內(nèi)的內(nèi)抽采孔。

如圖4和圖5所示，所述外管1通過均呈管狀的外接頭4和壓套5安裝在箱體8上，所述外接頭4螺紋套接在外管1的外端，并且外接頭4的外端周向延展形成圓環(huán)狀的第一擋板4a。所述壓套5插接在外管1的外端，并且壓套5的外端周向延展形成圓環(huán)狀的第二擋板5a，所述第二擋板5a將第一擋板4a壓緊固定在箱體8的對(duì)應(yīng)端板上。在所述壓套5內(nèi)插接有內(nèi)接頭6，所述內(nèi)接頭6的外端周向延展形成圓環(huán)狀的第三擋板6a，所述第三擋板6a固定在壓套5的第二擋板5a上，在所述內(nèi)接頭6內(nèi)開設(shè)有與內(nèi)管3一一對(duì)應(yīng)的軸向通孔6b，所述通孔6b的內(nèi)端與對(duì)應(yīng)的內(nèi)管3對(duì)接，在每一所述通孔6b的外端均連接有管接頭7。在所述第一擋板4a與箱體8的對(duì)應(yīng)端板之間墊有密封圈，在所述第二擋板5a朝向第一擋板4a的一側(cè)開有凹陷部，所述第一擋板4a位于該凹陷部?jī)?nèi)，在所述第一擋板4a與第二擋板5a之間墊有密封圈，在所述第二擋板5a與第三擋板6a之間也墊有密封圈。

如圖4和圖6所示，所述內(nèi)管3由前端封閉的管體構(gòu)成，并且管體外壁呈前細(xì)后粗的階梯狀，使管體的外壁形成與隔板2相對(duì)應(yīng)的臺(tái)階面，所述臺(tái)階面擋在對(duì)應(yīng)隔板2的后端，并且在每一隔板2供內(nèi)管3穿設(shè)的過孔內(nèi)嵌裝有與內(nèi)管3外壁密封配合的密封圈。所述外管1每一抽采區(qū)上的外抽采孔均周向均布有多個(gè)，所述內(nèi)管3上的內(nèi)抽采孔所在區(qū)域正對(duì)所述外抽采孔所在區(qū)域。

如圖1、圖2、圖3和圖4所示，本實(shí)施例優(yōu)選所述第二水平壓頭16沿箱體8的長(zhǎng)度方向均勻布置有四個(gè)，所述豎向壓頭11與第二水平壓頭16一一對(duì)應(yīng)布置有四個(gè)。所述透氣板15與豎向壓頭11一一對(duì)應(yīng)布置有四個(gè)，所述外管1上的抽采區(qū)與透氣板15一一對(duì)應(yīng)布置有四個(gè)，所述內(nèi)管3與抽采區(qū)一一對(duì)應(yīng)布置有四個(gè)，所述內(nèi)接頭6上開設(shè)的通孔6b周向均布有四個(gè)。