CN103148888B - 一种煤层气储层双层合采高温高压排采动态评价系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤层气储层双层合采高温高压排采动态评价系统，包括煤层气入口合注出口合采的高温高压排采动态评价仪和入口分注出口合采的高温高压排采动态评价仪；该高温高压排采动态评价仪由驱替模块、岩心夹持模块、底水模拟模块、围压和回压模块、抽真空模块、计量模块、温控及数据采集模块构成。本发明提供的两套实验设备专门评价煤层气双层合采的可行性、合理性、科学性与效用性，模拟评价各自储层内临界解吸压力、储层压差、供液变化、渗透率差异、产气动液面差异对双层合采条件下排采参数的影响，模拟评价双层合采时对以上参数的影响，进而优化双层合采排采方案，提升直井单井产量，提高采收率，促进煤层气快速、高效、安全开发。

Description

一种煤层气储层双层合采高温高压排采动态评价系统

技术领域

本发明属于煤层气勘探与开发技术领域，尤其涉及一种煤层气储层双层合采高温高压排采动态评价系统。

背景技术

2012年国家出台的《煤层气(煤矿瓦斯)开发利用“十二五”规划》指出，到2015年我国煤层气新增探明储量1.0×10¹²m³，产量将达到300×10⁸m³，其中地面钻采160×10⁸m³，建设沁水盆地、鄂尔多斯盆地东缘煤层气产业化基地。但我国煤层气存在地质赋存条件异常复杂、资源探明率低、开发难度大等特点，使得开采煤层气对开采技术要求极高。目前我国煤层气存在两大主要问题：采收率低和利用率低，严重制约了煤层气高效合理开发利用，为了提高煤层气采收率国内外研究人员开展了很多研究工作，提出了分层压裂、水平井及羽状井技术，合理的排采制度等相关技术，但目前井下采收率只有23％左右，而美国煤层气的平均采收率为50％。

煤层气双层合采技术能够降低单井投资，较大提升煤层气直井单井产量，提高煤层采收率。

目前国内对于同一区块相邻煤层合层排采理论技术，几乎没有学者进行过细致而系统的研究，人们往往照搬天然气理论，但天然气和煤层气的赋存状态之间存在根本差异，二者产气机理明显不同，导致开发煤层气时开采效果往往不尽如人意。合采能否实现“1+1”大于等于2，即两层煤合层排采的产气量是否大于等于单层排采产气量之和？双层合采时，各自储层渗透率差异、各个分层内供液能力变化、各个分层压力梯度是如何变化的？煤层的临界解吸压力、储层压差、煤层埋深差、供液能力、压力梯度及煤储层渗透率对双层合采有什么影响？双层合采时，各个分层参数是如何变化的？这些都仅仅在理论上分析过，而没有通过实验验证。双层合采时，各自储层渗透率差异、各个分层内供液能力变化、各个分层压力梯度是如何变化的？分别对排采参数的影响程度如何？该如何调节各个参数来优化排采工作制度，达到最大采收率的目的。目前国内外没有专门的实验设备模拟评价双层合采的实验设备，导致矿场实践与理论不符合。

发明内容

本发明的目的在于利用一种煤层气储层双层合采高温高压排采动态评价系统，旨在解决目前国内外没有专门的实验设备模拟评价双层合采的实验设备，通过设备模拟评价各自储层内临界解吸压力、储层压差、供液变化、渗透率差异、产气动液面差异在双层合采时对排采参数的影响，优化双层合采排采参数，降低单井投资，提升煤层气井单井产量，提高双层合采排水采气制度效率，实现“1+1”大于等于2之功效，提高煤层气采收率，促进煤层气快速、高效、安全开发的问题。

本发明的目的在于提供一种煤层气储层双层合采高温高压排采动态评价系统，所述煤层气储层双层合采高温高压排采动态评价系统包括用于煤层气入口合注出口合采的高温高压排采动态评价仪和入口分注出口合采的高温高压排采动态评价仪；

所述入口合注出口合采高温高压排采动态评价仪和入口分注出口合采的高温高压排采动态评价仪分别包括：

驱替模块，用于模拟矿场双层合采实际排水采气时，提供岩样饱和、流动驱替动力及模拟3#煤层、15#煤层不同的供液能力；

岩心夹持模块，与所述驱替模块、底水模拟模块、围压和回压模块、抽真空模块、计量模块、温控及数据采集模块连接，用于采用源自3#煤层、15#煤层的真实岩样模拟不同渗透率、不同压力梯度、不同临界解析压力、不同产液面高度对双层合采时排水采气参数的影响，并模拟在既定排采方案下，各个分层压力梯度、产液面、渗透率的变化情况；

底水模拟模块，与所述岩心夹持模块连接，用于模拟煤层气气井排水采气过程中，各个煤层底部含水情况；

围压和回压模块，与所述岩心夹持模块连接，用于模拟矿场排水采气时储层围岩所受围压变化和矿场排水采气时井底流压及动液面变化情况；

抽真空模块，与所述岩心夹持模块连接，用于将岩心夹持模块中岩心抽成真空使得甲烷气体充分和岩样充分接触吸附并用地层水饱和模拟储层底水环境；

计量模块，与所述岩心夹持模块连接，用于模拟矿场气井分离计量装置；

温控及数据采集模块，用于模拟储层内部实际温度并将岩心夹持模块进、出口压力、岩心不同位置压力分布情况、各个分层不同围压压力、各分层不同回压压力、不同分层内流体流速、压力梯度分布、计量系统得到的产水量、产气量通过传感器及数据采集面板及时自动记录下来。

进一步，所述入口合注出口合采高温高压排采动态评价仪设置一个驱替模块，所述驱替模块主要由甲烷驱替泵、单向阀门、甲烷活塞容器、地层水驱替泵、地层水活塞容器、六通阀、3#煤层岩心进口端压力传感器、15#煤层岩心进口端压力传感器构成，具体结构为：

甲烷驱替泵经管线连接单向阀门，单向阀连接甲烷活塞容器，甲烷活塞容器经管线与单向阀连接六通阀和3#煤层岩心进口端压力传感器、15#煤层岩心进口端压力传感器后与岩心夹持模块进口连接；地层水驱替泵经管线连接单向阀门，单向阀连接地层水活塞容器，地层水活塞容器经管线和单向阀连接六通阀和岩心夹持模块相连接。

进一步，所述入口分注出口合采的高温高压排采动态评价仪设置有两个结构相同的驱替模块，所述驱替模块主要由甲烷驱替泵、单向阀门、甲烷活塞容器、3#煤层地层水驱替泵、3#煤层地层水活塞容器、15#煤层地层水驱替泵、15#煤层地层水活塞容器、三通、六通阀、3#煤层岩心进口端压力传感器、15#煤层岩心进口端压力传感器构成，具体结构为：

甲烷驱替泵经管线连接单向阀门，单向阀连接甲烷活塞容器，甲烷活塞容器经管线与单向阀连接六通阀和3#煤层岩心进口端压力传感器、15#煤层岩心进口端压力传感器后分别与3#煤层、15#煤层岩心夹持模块进口连接；3#煤层地层水驱替泵经管线连接单向阀门，单向阀连接3#煤层地层水活塞容器，3#煤层地层水活塞容器经管线和单向阀连接六通阀和3#煤层岩心夹持模块进口端相连接；15#煤层地层水驱替泵经管线连接单向阀门，单向阀连接15#煤层地层水活塞容器，15#煤层地层水活塞容器经管线和单向阀连接三通后与15#煤层岩心夹持模块进口端相连接。

进一步，所述岩心夹持模块还包括：3#煤层岩样夹持器、15#煤层岩样夹持器、钢筒、胶套、底水进水孔、底水水槽、进口端杂质滤网、出口端粉尘过滤器、岩样内部监测压力传感器；

两个岩心夹持器结构相同，夹持器中间是一个岩心室，岩心室下端连接底水水槽，底水水槽下部有一个底水孔，底水孔连接胶套，胶套将整个岩心室包裹起来，胶套外部是钢筒，钢筒和胶套之间充满液压油；岩心室前端连接进口端杂质滤网，后端连接出口端粉尘过滤器；岩心室中间分布着岩样内部压力传感器

进一步，所述底水模拟模块还包括：3#煤层岩样底水注入泵、15#煤层岩样底水注入泵、3#煤层地层水活塞容器、15#煤层地层水活塞容器、3#煤层底水控制六通阀、15#煤层底水控制六通阀、3#煤层底水压力传感器、15#煤层底水压力传感器；

3#煤层岩样底水注入泵经管线连接3#煤层地层水活塞容器，3#煤层地层水活塞容器连接3#煤层底水控制六通阀，3#煤层底水控制六通阀与3#煤层岩心夹持器的三个底水进水孔、3#煤层底水压力传感器连接；15#煤层岩样底水注入泵经管线连接15#煤层地层水活塞容器，15#煤层地层水活塞容器连接15#煤层底水控制六通阀，15#煤层底水控制六通阀与15#煤层岩心夹持器的三个底水进水孔、15#煤层底水压力传感器连接。

进一步，所述围压和回压模块统称为压力控制系统，包括：3#煤层围压泵、3#煤层围压单向阀、3#煤层围压压力传感器、15#煤层围压泵、15#煤层围压单向阀、15#煤层围压压力传感器及回压泵、回压压力传感器、回压阀；

3#煤层围压泵连接3#煤层围压单向阀，3#煤层单向阀连接3#煤层围压压力传感器后与3#煤层岩心夹持器围压进口端相连接；15#煤层围压泵连接15#煤层围压单向阀，15#煤层单向阀连接15#煤层围压压力传感器后与15#煤层岩心夹持器围压进口端相连接；回压泵经回压压力传感器连接回压阀，回压阀与岩心夹持模块出口端相连。

进一步，所述抽真空模块还包括：真空泵、真空阀门；

真空泵连接真空阀门，真空阀门经六通阀后与3#煤层岩心夹持模块、15#煤层岩心夹持模块相连。

进一步，所述计量模块还包括：双向控制阀、岩心出口压力监测传感器、圆形滤芯、气液自动分离器、自动气体质量流量计、电子天平；

双向控制阀与圆形滤芯相连接，圆形滤芯经回压阀后与气液自动分离器相连，气液自动分离器与电子天平、自动气体质量流量计相连，电子天平设置于气液分离器的下部，自动气体质量流量计设置于气液自动分离器的左边。

进一步，所述驱替模块、岩心夹持模块、底水模拟模块设置在温控箱内部；

所述温控及数据采集模块包括十六个压力传感器、数据采集板、计算机系统；数据采集板位于温控箱外部，连接计算机系统；三个压力传感器分布在可视化夹持模块进、出口端，八个设置于可视化岩心夹持器内部，一个压力传感器设置于围压和回压模块的回压模块中，两个设置于围压和回压模块的围压模块中，两个设置于底水模拟模块中。

本发明提供的煤层气储层双层合采高温高压排采动态评价系统，通过采用入口合注出口合采高温高压排采动态评价仪、入口分注出口合采高温高压排采动态评价仪；针对煤层气自身的特殊性，首次提出煤层气双层合采提高采收率技术思路；设计、制造了两套可在室内模拟煤层气现场高温高压条件下双层合采物理实验设备，填补了国内关于煤层气双层合采物理模拟技术空白，为煤层气双层合采技术的进一步发展奠定了坚实的基础；采用大尺寸方形真实岩心开展吸附、解吸、扩散、渗流驱替实验研究，首次采用底水进水孔与底水水槽模拟底水及动液面变化情况，首次模拟矿场压力温度条件，更贴近储层的实际情况；在煤层气行业本发明首次考虑了产生煤粉运移情况下，合采时产水、产气的变化；可开展评价各分层渗透率差异性、各分层压力梯度差异性、各分层供液能力不同、动液面变化对合采效果的动态影响实验研究；优化合采排水采气制度，提高采收率；实现了实验过程无人值守、数据全自动记录。数据采集模块可以将各个模块的压力、流速、产水、产气数据全自动记录，具体记录数据快速、准确、自动化程度高等特点。

附图说明

图1是本发明实施例提供的煤层气储层双层合采高温高压排采动态评价系统的结构框图；

图2是本发明实施例提供的入口合注出口合采高温高压排采动态评价仪的结构框图；

图3是本发明实施例提供的入口分注出口合采高温高压排采动态评价仪的结构框图；

图4是本发明实施例提供的入口合注出口合采高温高压排采动态评价仪结构示意图；

图5是本发明实施例提供的入口分注出口合采高温高压排采动态评价仪结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本文中标注的3#煤层、15#煤层为我国沁水盆地实际地层划分名称。

图1、2、3示出了本发明实施例提供的煤层气储层双层合采高温高压排采动态评价系统的结构。为了便于说明仅仅示出了与本发明相关的部分。

该煤层气储层双层合采高温高压排采动态评价系统包括：入口合注出口合采高温高压排采动态评价仪和入口分注出口合采高温高压排采动态评价仪。

入口合注出口合采高温高压排采动态评价仪包括：

驱替模块，用于模拟矿场双层合采实际排水采气时，提供岩样饱和、流动驱替动力；

岩心夹持模块，与驱替模块、底水模拟模块、围压和回压模块、抽真空模块、计量模块、温控及数据采集模块连接，用于采用源自3#煤层、15#煤层的真实岩样模拟不同渗透率、不同压力梯度、不同临界解析压力、不同产液面高度对双层合采时排水采气参数的影响，并模拟在既定排采方案下，各个分层压力梯度、产液面、渗透率的变化情况；

底水模拟模块，与岩心夹持模块连接，用于模拟煤层气气井排水采气过程中，各个煤层底部含水情况；

围压和回压模块，与岩心夹持模块连接，用于模拟矿场排水采气时储层围岩所受围压变化情况和矿场排水采气时井底流压及动液面变化情况；

抽真空模块，与岩心夹持模块连接，用于将岩心夹持模块中岩心抽成真空使得甲烷气体充分和岩样充分接触吸附并用地层水饱和模拟储层底水环境；

计量模块，与岩心夹持模块连接，用于模拟矿场气井分离计量装置；

温控及数据采集模块，用于模拟储层内部实际温度并将岩心夹持模块进、出口压力、岩心不同位置压力分布情况、各个分层不同围压压力、各分层不同回压压力、不同分层内流体流速、压力梯度分布、计量系统得到的产水量、产气量通过传感器及数据采集面板及时自动记录下来。

作为本发明实施例的一优化方案，入口合注出口合采高温高压排采动态评价仪设置有一个驱替模块，驱替模块主要由甲烷驱替泵、单向阀门、甲烷活塞容器、地层水驱替泵、地层水活塞容器、六通阀、3#煤层岩心进口端压力传感器、15#煤层岩心进口端压力传感器构成，具体结构为：

甲烷驱替泵经管线连接单向阀门，单向阀连接甲烷活塞容器，甲烷活塞容器经管线与单向阀连接六通阀和3#煤层岩心进口端压力传感器、15#煤层岩心进口端压力传感器后与岩心夹持模块进口连接；地层水驱替泵经管线连接单向阀门，单向阀连接地层水活塞容器，地层水活塞容器经管线和单向阀连接六通阀和岩心夹持模块相连接。

作为本发明实施例的一优化方案，岩心夹持模块还包括：3#煤层岩样夹持器、15#煤层岩样夹持器、钢筒、胶套、底水进水孔、底水水槽、进口端杂质滤网、出口端粉尘过滤器、岩样内部监测压力传感器、岩样。

作为本发明实施例的一优化方案，底水模拟模块还包括：3#煤层岩样底水注入泵、15#煤层岩样底水注入泵、3#煤层地层水活塞容器、15#煤层地层水活塞容器、3#煤层底水控制六通阀、15#煤层底水控制六通阀、3#煤层底水压力传感器、15#煤层底水压力传感器。

作为本发明实施例的一优化方案，围压和回压模块统称为压力控制系统，包括：3#煤层围压泵、3#煤层围压单向阀、3#煤层围压压力传感器、15#煤层围压泵、15#煤层围压单向阀、15#煤层围压压力传感器及回压泵、回压压力传感器、回压阀。

作为本发明实施例的一优化方案，抽真空模块还包括：真空泵、真空阀门。

作为本发明实施例的一优化方案，计量模块还包括：双向控制阀、岩心出口压力监测传感器、圆形滤芯、气液自动分离器、自动气体质量流量计、电子天平。

作为本发明实施例的一优化方案，温控及数据采集模块还包括：温控箱、数据采集板、计算机系统。

入口分注出口合采高温高压排采动态评价仪包括：

驱替模块，用于模拟矿场双层合采实际排水采气时，提供岩样饱和、流动驱替动力及模拟3#煤层、15#煤层在供液能力；

入口分注出口合采的高温高压排采动态评价仪设置有两个结构相同的驱替模块，驱替模块主要由甲烷驱替泵、单向阀门、甲烷活塞容器、3#煤层地层水驱替泵、3#煤层地层水活塞容器、15#煤层地层水驱替泵、15#煤层地层水活塞容器、三通、六通阀、3#煤层岩心进口端压力传感器、15#煤层岩心进口端压力传感器构成，具体结构为：

甲烷驱替泵经管线连接单向阀门，单向阀连接甲烷活塞容器，甲烷活塞容器经管线与单向阀连接六通阀和3#煤层岩心进口端压力传感器、15#煤层岩心进口端压力传感器后分别与3#煤层、15#煤层岩心夹持模块进口连接；3#煤层地层水驱替泵经管线连接单向阀门，单向阀连接3#煤层地层水活塞容器，3#煤层地层水活塞容器经管线和单向阀连接六通阀和3#煤层岩心夹持模块进口端相连接；15#煤层地层水驱替泵经管线连接单向阀门，单向阀连接15#煤层地层水活塞容器，15#煤层地层水活塞容器经管线和单向阀连接三通后与15#煤层岩心夹持模块进口端相连接。

岩心夹持模块，与驱替模块连接，用于采用源自3#煤层、15#煤层的真实岩样模拟不同渗透率、不同压力梯度、不同临界解析压力、不同产液面高度对双层合采时排水采气参数的影响，并模拟在既定排采方案下，各个分层压力梯度、产液面、渗透率的变化情况；

底水模拟模块，与岩心夹持模块连接，用于模拟煤层气气井排水采气过程中，各个煤层底部含水情况；

围压和回压模块，与岩心夹持模块连接，用于模拟矿场排水采气时储层围岩所受围压变化情况和矿场排水采气时井底流压及动液面变化情况；

抽真空模块，与岩心夹持模块块连接，用于将岩心夹持模块中岩心抽成真空使得甲烷气体充分和岩样充分接触吸附并用地层水饱和模拟储层底水环境；

计量模块，与岩心夹持模块连接，用于模拟矿场气井分离计量装置；

温控及数据采集模块，用于模拟储层内部实际温度并将岩心夹持模块进、出口压力、岩心不同位置压力分布情况、各个分层不同围压压力、各分层不同回压压力、不同分层内流体流速、压力梯度分布、计量系统得到的产水量、产气量通过传感器及数据采集面板及时自动记录下来。

作为本发明实施例的一优化方案，驱替模块还包括：甲烷驱替泵、单向阀门、甲烷活塞容器、3#煤层地层水驱替泵、3#煤层地层水活塞容器、15#煤层地层水驱替泵、15#煤层地层水活塞容器、三通、六通阀、3#煤层岩心进口端压力传感器。

以下参照附图，对本发明实施例煤层气储层双层合采高温高压排采动态评价系统作进一步详细描述。

图4示出了本发明实施例提供的入口合注出口合采高温高压排采动态评价仪的结构。

入口合注出口合采高温高压排采动态评价仪主要由岩心驱替模块、岩心夹持模块、底水模拟模块、回压模块和围压模块、抽真空模块、计量模块、温控及数据采集模块七部分组成。

驱替模块由甲烷驱替泵1、单向阀门2、甲烷活塞容器3、地层水驱替泵4、地层水活塞容器5、六通阀6、3#煤层岩心进口端压力传感器7、15#煤层岩心进口端压力传感器8组成，包含两台驱替泵、四个单向控制阀、一个六通阀、两个活塞容器，两个进口端压力传感器组成，驱替模块与岩心夹持模块紧密相连，其主要作用在于模拟矿场双层合采实际排水采气时，提供岩样饱和、流动驱替动力。甲烷驱替泵1、地层水驱替泵4的主要功能在于为甲烷活塞容器3、地层水活塞容器5提供动力，通过甲烷驱替泵1、地层水驱替泵4控制岩心夹持模块进口端压力大小；甲烷活塞容器3、地层水活塞容器5则是模拟地下实际条件盛满甲烷或者地层水，功能在于将泵入的流体通过活塞缓缓推容器中的流体经单向阀门2进入六通阀6；六通阀6有6个接口，分别连接3#煤样、15#煤样、抽真空模块及单向阀门2，作用在于通过不同阀门的开关决定流体的流向；3#煤层岩心进口端压力传感器7、15#煤层岩心进口端压力传感器8监测岩心进口端压力；驱替模块的工作流程是：流体通过甲烷驱替泵1、地层水驱替泵4驱替泵受单向阀门2控制分别进入甲烷活塞容器3或地层水活塞容器5，压力传递使得活塞容器能够平稳推动流体(甲烷或地层水)经六通阀6进入岩心夹持模块进口端，进口端压力由3#煤层岩心进口端压力传感器7、15#煤层岩心进口端压力传感器8分别监测；

岩心夹持模块由3#煤层岩样夹持器9、15#煤层岩样夹持器10、钢筒11、胶套12、底水进水孔13、底水水槽14、进口端杂质滤网15、出口端粉尘过滤器16、岩样内部监测压力传感器17、岩样18构成，其主要功能是通过采用源自3#煤层、15#煤层的真实岩样模拟不同渗透率、不同压力梯度、不同临界解析压力、不同产液面高度对双层合采时排水采气参数的影响，并模拟在既定排采方案下，各个分层压力梯度、产液面、渗透率的变化情况，每个岩心夹持器底部有三个底水进水孔13，底水进水孔13上面是一个底水水槽14，其功能在于保证驱替进入的底水自岩心底部向上均匀向上推进，底水进水孔13、底水水槽14通过底水模拟模块模拟原始煤层内部所含底水含量；3#煤层岩样夹持器9、15#煤层岩样夹持器10外面是钢筒11，能承受80MPa压力；钢筒11里面是胶套12，钢筒11与胶套12之间用液压油充满，胶套12的作用在于卡持岩心并传递压力，加载围压时，压力通过液压油使胶套变形使得胶套紧紧卡持住岩样，防止实验过程中松动等；岩心进口端有进口端杂质滤网15，防止地层水或者甲烷气体中杂质进入岩心，堵塞孔隙结构，影响原始渗透性；出口端有出口端粉尘过滤器16，防止实验过程中岩样中产生的大颗粒进入管线导致管线堵塞；每个岩心夹持模块的横侧面均匀分布着四个岩样内部监测压力传感器17，监测实验过程中岩岩样内部不同位置压力梯度变化；岩样18是方形岩心，因煤层气真实岩心在切割时容易破碎，因此采用打磨方式将煤岩磨成大尺寸立方体，便于监测吸附、解吸气体含量。此模块的工作流程为：流体自六通阀6进入后经进口端杂质滤网15、出口端粉尘过滤器16达到出口，在此过程中通过3#煤层围压泵27、3#煤层围压单向阀28、3#煤层围压压力传感器29、15#煤层围压泵30、15#煤层围压单向阀31、15#煤层围压压力传感器32加围压，通过回压泵33、回压压力传感器34、回压阀35、双向控制阀38控制双层回压，通过该3#煤层岩样底水注入泵19、15#煤层岩样底水注入泵20、3#煤层地层水活塞容器21、15#煤层地层水活塞容器22、3#煤层底水控制六通阀23、15#煤层底水控制六通阀24、3#煤层底水压力传感器25、15#煤层底水压力传感器26模拟、控制各个储层岩样底水含量，通过分布在3#煤层、15#煤层侧面的八个监测压力传感器17监测两个岩样不同部位压力梯度的变化、渗透率的变化；

底水模拟模块由3#煤层岩样底水注入泵19、15#煤层岩样底水注入泵20、3#煤层地层水活塞容器21、15#煤层地层水活塞容器22、3#煤层底水控制六通阀23、15#煤层底水控制六通阀24、3#煤层底水压力传感器25、15#煤层底水压力传感器26组成，其功能在于模拟煤层气气井排水采气过程中，煤层双层底部含水情况。3#煤层岩样底水注入泵19、15#煤层岩样底水注入泵20为3#煤层地层水活塞容器21、15#煤层地层水活塞容器22提供驱动压力，通过3#煤层岩样底水注入泵19、15#煤层岩样底水注入泵20控制进入岩心夹持模块底水进水孔13水量的多少；3#煤层地层水活塞容器21、15#煤层地层水活塞容器22则分别盛满3#煤层、15#煤层真实底层水样；3#煤层底水控制六通阀23、15#煤层底水控制六通阀24有6个接口，分别连接3#煤样三个底水进水孔13、15#煤样三个底水进水孔13、压力传感器25、15#煤层底水压力传感器26及3#煤层地层水活塞容器21、15#煤层地层水活塞容器22，作用在于通过不同阀门的开关控制流体的去向；底水模拟模块工作流程为：3#煤样、15#煤样底部含水量大小通过3#煤层岩样底水注入泵19、15#煤层岩样底水注入泵20经3#煤层地层水活塞容器21、15#煤层地层水活塞容器22通过六通阀6控制流向缓缓进入底部六个底水进水孔13，而后在底水水槽14中聚集，在3#煤层岩样底水注入泵19、15#煤层岩样底水注入泵20提供的压力作用下向岩心上部均匀推进；

围压和回压模块统称为压力控制系统，分别有由3#煤层围压泵27、3#煤层围压单向阀28、3#煤层围压压力传感器29、15#煤层围压泵30、15#煤层围压单向阀31、15#煤层围压压力传感器32及回压泵33、回压压力传感器34、回压阀35组成，围压模块模拟矿场排水采气时储层围岩所受围压变化情况，围岩所受围压情况决定了岩石中孔隙结构变形情况，影响流体吸附、解吸、扩散、渗流能力，与产气、产水、产煤粉关系密切，回压模块模拟矿场排水采气时井底流压及动液面变化情况，回压模块模拟气井生产时井底流压大小，井底流压的大小决定了吸附、解析、扩散的速度与产气、产水、产煤粉的多少，通过控制井底流压也可模拟排水采气时，气井内动液面的变化对排水采气的影响。围压模块中3#煤层围压泵27、15#煤层围压泵30为3#煤层、15#煤层提供围压，3#煤层围压单向阀28、15#煤层围压单向阀31的开关控制3#煤层围压泵27、15#煤层围压泵30流体压力传递，3#煤层围压压力传感器29、15#煤层围压压力传感器32则实时监测围压的数值，其工作流程是：3#煤层围压泵27、15#煤层围压泵30将泵入的流体压力通过3#煤层围压单向阀28、15#煤层围压单向阀31传递至岩心夹持模块的钢筒11、胶套12之间使得胶套变形产生围压，进而模拟煤岩所受应力情况；回压模块中回压泵33提供回压的大小，回压阀35主要作用是当回压达到设定大小时，阀门自动开启，回压泵33停止工作，3#煤层岩样夹持器9、15#煤层岩样夹持器10驱替出的流体进入计量模块，小于设定的回压数值时，阀门自动闭合，回压泵33开始工作将回压加载至设定数值后自动停止，此时流体9、10中所产生流体不进入计量系统，回压的大小由回压压力传感器34瞬时测定。其工作流程是：回压阀35控制回压泵33所产生的压力大小，而数值的产生则有回压压力传感器34记录；

抽真空模块，主要作用是将岩心夹持模块中岩心抽成真空使得甲烷气体充分和岩样充分接触吸附并用地层水饱和模拟储层水环境，此模块由真空泵36、真空阀门37组成。其工作流程为：设备检查后，将整个实验装置所以器件关闭，同时将岩样放入岩心夹持模块并经围压模块加围压后，打开六通阀6、3#煤层岩心进口端压力传感器7、真空泵36、真空阀门37将岩样抽真空24小时，然后关闭真空泵36、真空阀门37开启甲烷驱替泵1、单向阀门2、甲烷活塞容器3、六通阀6使甲烷气体进入岩样充分吸附48小时，而后关闭甲烷驱替泵1、单向阀门2、甲烷活塞容器3、六通阀6，打开3#煤层岩样底水注入泵19、15#煤层岩样底水注入泵20、3#煤层地层水活塞容器21、15#煤层地层水活塞容器22、3#煤层底水控制六通阀23、15#煤层底水控制六通阀24使得底水进入充分饱和48小时，而后关闭；

计量模块，由双向控制阀38、岩心出口压力监测传感器39、圆形滤芯40、气液自动分离器41、自动气体质量流量计42、电子天平43组成，其功能在于将自3#煤层岩样夹持器9、15#煤层岩样夹持器10模块所产生的气、液、固三相流体通过特定的方式逐步分离，并自动计量气、液的产量，此模块主要模拟矿场气井分离计量装置。流体自岩心出口端流出后，可能包含煤粉，圆形滤芯40的作用在于将煤粉提出留在过滤芯中，气液自动分离器41为气液分离器，能够将混合着的气体和液体自动分离，分离后的液体由电子天平43自动计量，气体则由自动气体质量流量计42自动计量。其工作流程在于：气、液、固混合流体自岩心夹持模块出口流出后，先通过圆形煤粉收集器将岩心中产生的煤粉粉尘收集起来，而后气液两相通过气液分离器自动分离成液相和气相，气相通过自动气体质量流量计42测量，液体质量通过电子天平43监测。

温控及数据采集模块，由温控箱44、数据采集板45、计算机系统46构成，主要功能是模拟储层内部实际温度并将岩心夹持模块进、出口压力、岩心不同位置压力分布情况、各个分层不同围压压力、各分层不同回压压力、不同分层内流体流速、压力梯度分布、计量系统得到的产水量、产气量通过传感器及数据采集面板及时自动记录下来，为使用数据分析软件处理数据打下基础，具有计量准确、自动化程度高等优点。

图5示出了本发明实施例提供的入口分注出口合采高温高压排采动态评价仪的结构。

入口分注出口合采高温高压排采动态评价仪由岩心驱替模块、岩心夹持模块、底水模拟模块、围压模块和回压模块、抽真空模块、计量模块、温控及数据采集模块七部分构成。

与入口合注出口合采高温高压排采动态评价仪结构相比，只有岩心驱替模块发生了变化，而其余模块结构相同，因此下面仅仅介绍一下岩心驱替模块的构成、功能及工作流程。

驱替模块由甲烷驱替泵1、单向阀门2、甲烷活塞容器3、3#煤层地层水驱替泵4、3#煤层地层水活塞容器5、15#煤层地层水驱替泵6、15#煤层地层水活塞容器7、三通8、六通阀9、3#煤层岩心进口端压力传感器10、15#煤层岩心进口端压力传感器11组成，包含三个台驱替泵、五个单向控制阀、一个六通阀、一个三通阀，三个活塞容器，两个进口端压力传感器组成，驱替模块与岩心夹持模块紧密相接，其主要作用在于模拟矿场双层合采实际排水采气时，提供岩样饱和、流动驱替动力及模拟3#煤层、15#煤层不同的供液能力，各分层供液能力不同，储层内压力梯度、流体流速、产气量不同。甲烷驱替泵1、3#煤层地层水驱替泵4、15#煤层地层水驱替泵6的主要功能在于为甲烷活塞容器3、3#煤层地层水活塞容器5、15#煤层地层水活塞容器7提供动力，通过甲烷驱替泵1、3#煤层地层水驱替泵4、15#煤层地层水驱替泵6控制岩心夹持模块进口端压力大小；甲烷活塞容器3、3#煤层地层水活塞容器5、15#煤层地层水活塞容器7则是模拟地下实际条件盛满甲烷或者地层水，功能在于将泵入的流体通过活塞缓缓推容器中的流体经单向阀门2进入3#煤层和15#煤层岩心夹持器12或13进口端；六通阀9有6个接口，分别连接3#煤样、15#煤样、抽真空模块及单向阀门2，作用在于通过不同阀门的开关决定流体的流向，三通8有三个接口，分别连通六通阀9、15#煤层活塞容器和15#煤层岩心夹持器，控制流体的流向；3#煤层岩心进口端压力传感器10、15#煤层岩心进口端压力传感器11监测不同时刻岩心进口端压力；驱替模块的工作流程是：流体通过甲烷驱替泵1、3#煤层地层水驱替泵4、15#煤层地层水驱替泵6驱替泵受单向阀门2控制分别进入甲烷活塞容器3、3#煤层地层水活塞容器5、15#煤层地层水活塞容器7，压力传递使得活塞容器能够平稳推动流体(甲烷或地层水)经六通阀9或三通8进入两个岩心夹持模块进口端，进口端压力由3#煤层岩心进口端压力传感器10、15#煤层岩心进口端压力传感器11分别实时监测；其特征在于可通过15#煤层地层水驱替泵6、15#煤层地层水活塞容器7、单向阀门2、三通8或3#煤层地层水驱替泵4、3#煤层地层水活塞容器5、单向阀门2、六通阀9、三通8模拟评价3#煤层、15#煤层供液能力不同两层出口合采时，3#煤层、15#煤层岩样渗透率、产气液面高度、解吸压力、储层压力梯度与排水采气参数之间相互关系，优化双层合采排采方案，提高采收率。

下面结合本发明的实施例的具体使用方法对本发明中的入口合注出口合采高温高压排采动态评价仪的技术方案作进一步详细地说明。

1.原煤岩制备

从井下取上来的煤块在地面封蜡后带回实验室，用煤样切割机沿垂直于煤样钻取方向保持匀速缓慢切割，以保证煤样中的原层位物性参数不变，然后在打磨机上将切割的煤样缓慢磨成实验规格煤样；

2.设备检查

将标准的钢制岩样放入岩心夹持器，并将七个模块系统打开，运行1～2个小时，检测设备各个部件的密封性、运行情况、及传感器的校对是否正确；

3.开启温控及数据采集模块

开启温控箱44、数据采集板45、计算机系统46，通过温控箱44加热至煤层气地层温度，并在实验过程中保持温度不变。各类传感器一直开启，保证能够及时检测到各个部位的数据；

4.抽真空、吸附、模拟底水

①确保整个设备能够正确运行后，将已经打磨好的沁水盆地3#煤层、15#煤层岩样放入3#煤层岩样夹持器9、15#煤层岩样夹持器10中，然后关闭单向阀门2、双向控制阀38，开启六通阀6中的流向两个岩心夹持器的阀门，打开真空阀门37，开启真空泵36，抽真空24小时后关闭真空阀门37、真空泵36、六通阀6，然后开启甲烷驱替泵1，并开启此条线路上的单向阀门2、六通阀6中与3#煤层岩样夹持器9、15#煤层岩样夹持器10相连的阀门，将甲烷通过甲烷驱替泵1极其缓慢注入3#煤层岩样夹持器9、15#煤层岩样夹持器10中，注入时间为48小时，压力必须缓慢推动甲烷活塞容器3缓缓进入3#煤层岩样夹持器9、15#煤层岩样夹持器10，在此过程中将两套岩心夹持器中的3#煤层岩心进口端压力传感器7；15#煤层岩心进口端压力传感器8、岩样内部监测压力传感器17、数据采集板45、3#煤层围压压力传感器29、15#煤层围压压力传感器32全部打开，及时监测并记录岩心中围压、流压的变化，而后关闭与甲烷活塞容器3连接的甲烷驱替泵1、单向阀门2；

②将与3#煤层岩样底水注入泵19、3#煤层地层水活塞容器21、3#煤层底水控制六通阀23管路和15#煤层岩样底水注入泵20、15#煤层地层水活塞容器22、15#煤层底水控制六通阀24管路打开，再以极低的速度缓缓注入两个煤层地层水，直至岩心夹持器中的压力与煤层气储层初始压力相同时，停止注入，关闭3#煤层岩样底水注入泵19、3#煤层地层水活塞容器21、3#煤层底水控制六通阀23管路和15#煤层岩样底水注入泵20、15#煤层地层水活塞容器22、15#煤层底水控制六通阀24；

5.开启围压模块

分别开启3#煤层围压泵27、3#煤层围压单向阀28与15#煤层围压泵30、15#煤层围压单向阀31将岩心围压升至地层开采时，3#煤层、15#煤层煤岩实际所受围压大小，然后停止；

6.开启回压模块

开启3#煤层岩样夹持器9、15#煤层岩样夹持器10的回压泵33、回压压力传感器34、回压阀35，通过控制回压压力大小，模拟实际矿场井底流压、模拟矿场动液面高度、模拟储层压差差异对双层合采的影响；

7.开启计量模块

开启双向控制阀38、气液自动分离器41、自动气体质量流量计42、电子天平43，将自岩心夹持器出口端流体的混合流体通过不同的部件分离计量，并时刻关注压力传感器所记录数值的变化；

8.不同方案组合评价双层合采排水采气

根据不同的实验目的开启驱替模块、底水模拟模块或回压模块调节回压压力值大小，分别评价储层渗透率变化时、动液面高度变化时、各分层压力梯度不同时、供液能力相同或不同时对双层合采排水采气效果的影响；

9.实验结束；10.计量煤粉量；11.数据分析；12撰写实验报告。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种煤层气储层双层合采高温高压排采动态评价系统，其特征在于，所述煤层气储层双层合采高温高压排采动态评价系统包括用于煤层气入口合注出口合采的高温高压排采动态评价仪和入口分注出口合采的高温高压排采动态评价仪；

所述入口合注出口合采高温高压排采动态评价仪和入口分注出口合采的高温高压排采动态评价仪分别包括：

驱替模块，用于模拟矿场双层合采实际排水采气时，提供岩样饱和、流动驱替动力及模拟3#煤层、15#煤层不同的供液能力；

岩心夹持模块，与所述驱替模块连接，用于采用源自3#煤层、15#煤层的真实岩样模拟不同渗透率、不同压力梯度、不同临界解析压力、不同产液面高度对双层合采时排水采气参数的影响，并模拟在既定排采方案下，各个分层压力梯度、产液面、渗透率的变化情况；

底水模拟模块，与所述岩心夹持模块连接，用于模拟煤层气气井排水采气过程中，各个煤层底部含水情况；

围压和回压模块，与所述岩心夹持模块连接，用于模拟矿场排水采气时储层围岩所受围压变化和矿场排水采气时井底流压及动液面变化情况；

抽真空模块，与所述岩心夹持模块连接，用于将岩心夹持模块中岩心抽成真空使得甲烷气体充分和岩样充分接触吸附并用地层水饱和模拟储层底水环境；

计量模块，与所述岩心夹持模块连接，用于模拟矿场气井分离计量装置；

温控及数据采集模块，用于模拟储层内部实际温度并将岩心夹持模块进、出口压力、岩心不同位置压力分布情况、各个分层不同围压压力、各分层不同回压压力、不同分层内流体流速、压力梯度分布、计量系统得到的产水量、产气量通过传感器及数据采集面板及时自动记录下来。

2.如权利要求1所述的煤层气储层双层合采高温高压排采动态评价系统，其特征在于，所述入口合注出口合采高温高压排采动态评价仪设置有一个驱替模块，所述驱替模块主要由甲烷驱替泵、单向阀门、甲烷活塞容器、地层水驱替泵、地层水活塞容器、六通阀、3#煤层岩心进口端压力传感器、15#煤层岩心进口端压力传感器构成，具体结构为：

甲烷驱替泵经管线连接单向阀门，单向阀门连接甲烷活塞容器，甲烷活塞容器经管线与单向阀门连接六通阀和3#煤层岩心进口端压力传感器、15#煤层岩心进口端压力传感器后与岩心夹持模块进口连接；地层水驱替泵经管线连接单向阀门，单向阀门连接地层水活塞容器，地层水活塞容器经管线和单向阀门连接六通阀和岩心夹持模块相连接。

3.如权利要求1所述的煤层气储层双层合采高温高压排采动态评价系统，其特征在于，所述入口分注出口合采的高温高压排采动态评价仪设置有两个结构相同的驱替模块，所述驱替模块主要由甲烷驱替泵、单向阀门、甲烷活塞容器、3#煤层地层水驱替泵、3#煤层地层水活塞容器、15#煤层地层水驱替泵、15#煤层地层水活塞容器、三通阀、六通阀、3#煤层岩心进口端压力传感器、15#煤层岩心进口端压力传感器构成，具体结构为：

甲烷驱替泵经管线连接单向阀门，单向阀门连接甲烷活塞容器，甲烷活塞容器经管线与单向阀门连接六通阀和3#煤层岩心进口端压力传感器、15#煤层岩心进口端压力传感器后分别与3#煤层、15#煤层岩心夹持模块进口连接；3#煤层地层水驱替泵经管线连接单向阀门，单向阀门连接3#煤层地层水活塞容器，3#煤层地层水活塞容器经管线和单向阀门连接六通阀和3#煤层岩心夹持模块进口端相连接；15#煤层地层水驱替泵经管线连接单向阀门，单向阀门连接15#煤层地层水活塞容器，15#煤层地层水活塞容器经管线和单向阀门连接三通阀后与15#煤层岩心夹持模块进口端相连接。

4.如权利要求1所述的煤层气储层双层合采高温高压排采动态评价系统，其特征在于，所述岩心夹持模块还包括：3#煤层岩心夹持器、15#煤层岩心夹持器、钢筒、胶套、底水进水孔、底水水槽、进口端杂质滤网、出口端粉尘过滤器、岩样内部监测压力传感器；

两个岩心夹持器结构相同，夹持器中间是一个岩心室，岩心室下端连接底水水槽，底水水槽下部有一个底水孔，底水孔连接胶套，胶套将整个岩心室包裹起来，胶套外部是钢筒，钢筒和胶套之间充满液压油；岩心室前端连接进口端杂质滤网，后端连接出口端粉尘过滤器；岩心室中间分布着岩样内部压力传感器。

5.如权利要求1所述的煤层气储层双层合采高温高压排采动态评价系统，其特征在于，所述底水模拟模块还包括：3#煤层岩样底水注入泵、15#煤层岩样底水注入泵、3#煤层地层水活塞容器、15#煤层地层水活塞容器、3#煤层底水控制六通阀、15#煤层底水控制六通阀、3#煤层底水压力传感器、15#煤层底水压力传感器；

3#煤层岩样底水注入泵经管线连接3#煤层地层水活塞容器，3#煤层地层水活塞容器连接3#煤层底水控制六通阀，3#煤层底水控制六通阀与3#煤层岩心夹持器的三个底水进水孔、3#煤层底水压力传感器连接；15#煤层岩样底水注入泵经管线连接15#煤层地层水活塞容器，15#煤层地层水活塞容器连接15#煤层底水控制六通阀，15#煤层底水控制六通阀与15#煤层岩心夹持器的三个底水进水孔、15#煤层底水压力传感器连接。

6.如权利要求1所述的煤层气储层双层合采高温高压排采动态评价系统，其特征在于，所述围压和回压模块统称为压力控制系统，包括：3#煤层围压泵、3#煤层围压单向阀门、3#煤层围压压力传感器、15#煤层围压泵、15#煤层围压单向阀门、15#煤层围压压力传感器及回压泵、回压压力传感器、回压阀；

3#煤层围压泵连接3#煤层围压单向阀门，3#煤层单向阀门连接3#煤层围压压力传感器后与3#煤层岩心夹持器围压进口端相连接；15#煤层围压泵连接15#煤层围压单向阀门，15#煤层单向阀门连接15#煤层围压压力传感器后与15#煤层岩心夹持器围压进口端相连接；回3压泵经回压压力传感器连接回压阀，回压阀与岩心夹持模块出口端相连。

7.如权利要求1所述的煤层气储层双层合采高温高压排采动态评价系统，其特征在于，所述抽真空模块还包括：真空泵、真空阀门；

真空泵连接真空阀门，真空阀门经六通阀后与3#煤层岩心夹持模块、15#煤层岩心夹持模块相连。

8.如权利要求1所述的煤层气储层双层合采高温高压排采动态评价系统，其特征在于，所述计量模块还包括：双向控制阀、岩心出口压力监测传感器、圆形滤芯、气液自动分离器、自动气体质量流量计、电子天平；

双向控制阀与圆形滤芯相连接，圆形滤芯经回压阀后与气液自动分离器相连，气液自动分离器与电子天平、自动气体质量流量计相连，电子天平设置于气液分离器的下部，自动气体质量流量计设置于气液自动分离器的左边。

9.如权利要求1所述的煤层气储层双层合采高温高压排采动态评价系统，其特征在于，所述驱替模块、岩心夹持模块、底水模拟模块设置在温控箱内部；

所述温控及数据采集模块包括十六个压力传感器、数据采集板、计算机系统；数据采集板位于温控箱外部，连接计算机系统；三个压力传感器分布在岩心夹持模块进、出口端，八个设置于岩心夹持模块内部，一个压力传感器设置于围压和回压模块的回压模块中，两个设置于围压和回压模块的围压模块中，两个设置于底水模拟模块中。