[发明专利]多煤层联合开采过程中煤层气抽采试验方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种模拟多场耦合作用机制下煤层气开采过程的试验系统及方法。

背景技术

煤层气是一种潜在的洁净的能源。在当前能源紧张的局势下,加快煤层气的开发利用,对改善我国能源结构,对能源的充分利用和减少环境污染等具有重要的现实意义。从矿产资源的角度讲，煤层气是以甲烷为主要成份（含量＞85%）的、在煤化作用过程中形成的、储集在煤层气及其临近岩层之中的、可以利用开发技术将其从煤层中采出并加以利用的非常规天然气。我国煤层气资源丰富，据煤层气资源评价，我国埋深2000米以浅煤层气地质资源量约36.81万亿立方米，居世界第三位，主要分布在华北和西北地区。其中，华北地区、西北地区、南方地区和东北地区赋存的煤层气地质资源量分别占全国煤层气地质资源总量的56.3%、28.1%、14.3%、1.3%。

最常见的煤层气开发方式主要有两种，即：井下煤层气抽采和地面钻井开采。井下抽采煤层气是从煤矿井下采掘巷道中打钻孔，在地面通过煤层气泵来抽取煤层中的煤层气。这种开发方式的煤层气产量较小，甲烷浓度不高（20%～50%），而且容易受到煤矿采掘生产的影响，所以它多以煤矿安全生产为目的，煤层气的利用率较低。从20世纪50年代开始，我国就将煤层气抽采作为治理煤矿瓦斯灾害的重要措施在高瓦斯和突出矿井推广。半个世纪以来，我国实施煤层气抽采的矿井数量和瓦斯抽入量逐年稳步上升。然而，我国煤层的主要特点是煤层透气性低、瓦斯含量高、煤层突出危险严重、煤层群开采、地质构造复杂，我国的煤层赋存条件决定了我国的煤层气抽采应以卸压抽采为主。地面钻井开采煤层气是从地面钻井进入未开采煤层，通过排水降压解吸出煤层中的煤层气，再通过井筒流动到地面。这种开采方式的产气量大、产气时间长，甲烷含量高（大于90%），所以可以支撑大规模的商业化利用，但为了保证煤层气的可采性，并且获得一定的经济效益，这种开发方式对煤层气资源量、煤层地质构造、含气量、渗透率、地理环境等都有较高的要求。

目前，我国总体煤层气抽放效果不佳，具体表现为煤层气抽放率低。导致我国煤矿煤层气抽放率低的原因有2个方面：一方面是客观原因，我国95％以上的高煤层气和突出矿井所开采的煤层属于低透气性煤层，煤层透气性系数只有0.004～0.04m²/（MPa²·d），煤层气抽放（特别是预抽）难度非常大；另一方面是主观原因，主要表现为抽放时间短、钻孔工程量不足、封孔质量差、抽放系统不匹配和管理不到位。因此研究如何对煤层气进行有效的抽采具有极其重要的工程意义。

另一方面，根据矿压理论，煤层开采后其顶板岩层发生冒落移动，当上覆岩层下沉稳定后，上覆岩层采动裂隙区划可分为“竖三带”和“横三区”，即采动区沿垂直方向由下往上划分为冒落带、裂隙带和弯曲下沉带；沿工作面推进方向在工作面风巷和机巷区域分为煤壁支撑影响区、离层区和重新压实区。随着工作面不断向前推进，沿工作推进方向上的“横三区”随之交替向前移动。在煤层气抽采的过程中，瓦斯在煤岩层中的运移将受到“竖三带”和“横三区”中新产生的裂隙区域分布的影响，而合理的利用“竖三带”和“横三区”中新产生的裂隙对提高抽采效率有着重要的影响。

目前还没有在实验室进行煤层气抽采模拟的试验装置或者方法，实验室所能模拟的状态大都是在假三轴条件下煤层渗透率随着应力、瓦斯压力、温度变化而变化的关系，并在此基础上提出各种提高煤层渗透性的方法。虽然这些渗流模拟试验在一定程度上说明了各种影响因素对煤层煤层气流动的影响作用，但鉴于抽采工作及其制度的复杂性，这些模拟状态与现场实际情况相差较远，并不能说明实际条件下的煤层气抽采受到各因素的作用。

因此本领域技术人员致力于开发一种能够在实验室物理模拟煤层气抽采的试验装置及方法。

发明内容

有鉴于现有技术上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种能够在实验室物理模拟煤层气抽采的试验装置及方法。

为实现上述目的，本发明提供了一种多场耦合煤层气开采物理模拟试验系统，包括试件箱；所述试件箱上部设置有至少一个Z向压杆和Z向压板；

所述试件箱的右箱板上设置有至少一个Y向压杆和Y向压板；

所述试件箱的后箱板上设置有至少一个X向压杆和X向压板；

所述Z向压板、Y向压板和X向压板均位于所述试件箱内；

所述试件箱的前箱板设置有阶梯状的突出口；所述突出口内通过螺栓固定连接有突出套；所述突出套与所述前箱板的阶梯面之间设置有第一密封圈；