[发明专利]一种构造煤原位煤层气水平井洞穴卸压开采模拟试验方法

摘要

本发明公开了一种构造煤原位煤层气水平井洞穴卸压开采模拟试验方法，由煤系地层结构重构与相似材料模拟子系统模拟构造煤储层，由水平井钻井扩孔模拟子系统施工水平井‑直井对接U型井，并对水平段扩孔；由水平井塌孔造洞穴卸压激励模拟子系统实现水平井压力脉动激励和应力释放，并水力驱替煤液气混合物向直井段运移；由产出物举升模拟子系统实现进一步破碎煤粉及混合物举升，由气液固分离模拟子系统进行煤、液、气的分离，由监测控制子系统实时检测、控制装备运转和实施过程。本发明能够实现模拟松软构造煤储层水平井大口径成井、水平井造洞穴应力释放、混合流体有效举升及产出混合物的高效分离，为实现构造煤原位煤层气的高效开发提供指导依据。

主权项

1.一种构造煤原位煤层气水平井洞穴卸压开采模拟试验方法，其特征在于，由煤系地层结构重构与相似材料模拟子系统(1)模拟实际构造煤储层，由水平井钻井扩孔模子系统施工水平井‑直井对接U型井组，并对水平井水平段进行扩孔；由水平井塌孔造洞穴卸压激励模拟子系统进行水平井压力脉动激励和应力释放，并水力驱替煤‑液‑气混合物沿卸压空间向直井段运移；由产出物举升模拟子系统对煤粉进行进一步破碎及产出混合物向直井井口举升；由气液固分离模拟子系统进行煤、液、气分离，由监测控制子系统实时检测、控制试验设备运转和实施过程，实现试验数据的采集、显示和处理分析；具体步骤如下：1)按照构造煤储层实际地质特征，根据相似性原理，配置相应物理、力学特征的相似模拟材料，置于三轴应力密封立体支架(1.1)内，同时布置应力传感器、温度传感器和应变测量仪；将三轴应力密封立体支架(1.1)置于恒温房内预热，达到试验设计温度；启动空压机(1.8)和气体增压泵(1.9)，向相似材料煤层(1.4)内注入气体，同时启动X方向伺服加载系统(1.7)、Y方向伺服加载系统(1.6)和Z方向伺服加载系统(1.5)，向三轴应力密封立体支架(1.1)增加三向围压至试验设计压力，检查装置的气密性；若气密性合格，进行下一步骤；若气密性不合格，重复本步骤；2)布置好各个设备的位置并将相应的设备连接，采用现有钻井钻具及工艺技术施工直井(1.12)和水平井(1.11)的直井段和造斜段至相似材料煤层(1.4)；3)将钻井工具更换成往复式钻孔扩孔钻具并下到水平井造斜段处，对相似材料煤层(1.4)进行三级扩孔和大孔径成井，形成与直井(1.12)贯通的水平井段，完成造洞穴裸眼完井；4)起出井下所有钻井工具，向水平井(1.11)水平段起点处下入井下喷射装置(3.12)及与电源(3.10)高电位端连接的铜带，向直井(1.12)下入气‑液‑煤混合物举升与产出装备，即破碎扰动装置(4.1)和水力喷射泵(4.2)，直井(1.12)井口与煤液气分离装置(5.4)连通；5)启动柱塞泵(3.1)，以设定的频率向水平井(1.11)水平段注入高压高速流体，切割、破碎煤岩，形成卸压洞穴(6)；再将水的速度加速成高速射流，进一步破碎并冲刷煤粉，并将形成的气‑液‑煤混合物向直井(1.12)井底运移；6)启动井下的破碎扰动装置(4.1)及水力喷射泵(4.2)，对流入直井(1.12)井底的煤粉进一步破碎后，将其举升至地面进入煤液气分离装置(5.4)；7)对进入煤液气分离装置(5.4)内的混合物进行分离处理，使分离出的煤层气、激励液和煤粉分别进入气体收集瓶(5.10)、废水收集与处理装置(5.6)和煤粉储存装置中；8)启动回水泵(5.11)，将处理后的激励液输送到水箱(3.3)内，以供循环使用；监测控制模拟子系统在对上述各个步骤的进行控制的同时，采集相应的时间、压力、温度、应力‑应变、饱和度、电压/电流、沉降固体质量、产出液体质量、产出气体流量等相关数据，并将数据记录为数据文件。