[发明专利]一种煤层气水平井塌孔造洞穴卸压开采模拟试验系统

摘要

本发明公开了一种煤层气水平井塌孔造洞穴卸压开采模拟试验系统，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；由压力脉动激励卸压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；由电模拟子系统实现相似材料内电场分布的检测，由产出物分离检测子系统进行煤、液、气的分离并称重，由数据采集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塌孔造洞穴及应力释放，模拟气‑液‑固三相在卸压空间内的运移特征，模拟产出混合物的分离过程，得到煤层卸压与气体解吸变化规律、煤系地层激励卸压后复杂渗流场与水平井段流动动态规律。

主权项

1.一种煤层气水平井塌孔造洞穴卸压开采模拟试验系统，其特征在于，包括煤系地层结构重构与相似材料模拟子系统、压力脉动激励卸压模拟子系统、电模拟子系统、产出物分离检测子系统和数据采集控制子系统；所述的煤系地层结构重构与相似材料模拟子系统包括样品仓(4.1)、气体注入装置、恒温房和围压加载装置及多个阀门，样品仓(4.1)为由六块可移动钢板相连形成的密封的六面体，样品仓(4.1)内放置有煤系地层相似材料，相似材料自上而下为顶层相似材料岩层、相似材料煤层、底层相似材料岩层，相似材料内设有由水平井和直井贯通构成的U型井、水平井水平段位于相似材料煤层内；围压加载装置中的X方向伺服站(4.22)、Y方向伺服站(4.23)和Z方向伺服站(4.21)分别与样品仓(4.1)外部对应的加载活塞液动连接、连接管路上分别对应设有X方向压力传感器(4.32)、Y方向压力传感器(4.33)和Z方向压力传感器(4.31)；气体注入装置中的增压泵(1.7)的入口与氦气高压气瓶(1.1)、二氧化碳高压气瓶(1.2)和甲烷高压气瓶(1.3)的出口管路连通、出口管路与样品仓(4.1)内相似材料煤层中水平井连通、动力输入口与空压机(1.6)出口连通，自增压泵(1.7)出口至水平井的连通管路上依次设有减压阀(1.9)、气体质量流量控制器(1.10)和压力传感器一(1.12)；相似材料煤层内靠近下端处设有压力传感器、温度传感器、应变测量仪和饱和度探针；所述的压力脉动激励卸压模拟子系统包括流体注入装置和井下喷射装置，流体注入装置包括液压泵(2.2)、液压缸(2.4)、高模量弹簧(2.5)和冲击压力腔(2.7)，所述的液压泵(2.2)出口一条支路通过电磁阀与液压缸(2.4)液动连接、另一条支路通过电磁阀与冲击压力腔(2.7)连通，导杆(2.51)右端与高模量弹簧(2.5)的右安装板固定连接，左端穿过高模量弹簧(2.5)的左安装板并与其滑动连接，液压缸(2.4)的活塞杆与导杆(2.51)同轴设置，在液压缸(2.4)活塞杆端面与导杆(2.51)左端面之间设有离合器；冲击压力腔(2.7)内的冲击活塞(2.71)左端伸出冲击压力腔(2.7)并与高模量弹簧(2.5)的右安装板固定连接；液压泵(2.2)的出口管路上设有压力传感器二(2.31)，高模量弹簧(2.5)的右安装板上设有位移传感器一(2.6)，液压泵(2.2)的进水口管路置于储液池(2.1)内；井下喷射装置置于相似材料煤层内水平井水平段靠近井口一侧，冲击压力腔(2.7)的出口管路与井下喷射装置连通；所述的电模拟子系统包括电源(3.1)和测量装置(3.2)，所述的电源(3.1)的高电位端与置于相似材料煤层内水平井内的铜带电连接、低电位端与测量装置(3.2)的高电位端电连接，测量装置(3.2)的低电位端与样品仓(4.1)内壁的铜带电连接；所述的产出物分离检测子系统包括气液固分离器(6.1)、电子天平称重装置一(6.4)、电子天平称重装置二(6.5)和气体收集瓶(6.7)，气液固分离器(6.1)的入口与相似材料煤层直井出口连通、气体出口与气体收集瓶(6.7)连通、液体出口及固体出口分别与电子天平称重装置一(6.4)和电子天平称重装置二(6.5)连通，在气液固分离器(6.1)与气体收集瓶(6.7)之间的连通管路上设有气体流量计(6.3)；所述的数据采集控制子系统包括采集硬件和数据处理软件，硬件包括工作站、打印机、采集卡，采集卡由PCI8360，CP‑168组成；软件用于对各部件进行参数设置、控制及数据实时显示，并对采集的数据进行处理得到数据报表及曲线图并生成试验数据库。