專利名稱：煤層氣成藏模擬裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種進行煤層氣的實驗裝置，尤其是在實驗室內進行煤層氣成藏運聚機制和煤層氣藏模式的模擬實驗裝置。主要是以氣體增壓泵、恒溫柜、儀表控制面板和計算機采集處理系統(tǒng)，以及本發(fā)明所設計的多功能巖心倉構成煤層氣成藏模擬裝置。該煤層氣成藏模擬裝置可模擬地層溫度、壓力、地層流體介質下煤層氣富集成藏過程，將計算機采集得到的實驗數據，經過數據處理、分析，研究煤層氣運聚規(guī)律，建立煤層氣成藏模式，而成為一種具有實用性的新設計，適用于煤層氣藏理論研究領域推廣使用。
背景技術：
煤層氣是一種蘊藏于地層中的氣體能源，研究、開發(fā)、利用煤層氣對經濟建設有非常重要意義。
目前，開展石油天然氣的模擬研究工作較多，如利用高溫高壓模擬實驗裝置進行天然氣水溶對流實驗，以及油氣水相滲流實驗等。所使用的實驗設備是針對石油天然氣特點設計制造。然而，煤層氣不同于石油天然氣，其運聚機制和氣藏模式與常規(guī)石油天然氣均不相同，石油天然氣實驗設備難以應用到煤層氣的實驗技術領域。
工程技術人員為解決石油天然氣模擬實驗設備不能應用到煤層氣實驗中的問題，針對煤層氣的特點研制了實驗儀器。如中國專利公開號為CN2090986U，它公開了一種煤巖滲透率測定儀。該測定儀由加載系統(tǒng)、穩(wěn)壓系統(tǒng)、恒溫系統(tǒng)、測試系統(tǒng)及數據處理系統(tǒng)所組成。特征是在試樣的兩端采用接頭夾緊密封，并置于注滿液體的高壓缸中。在其兩端的氣路上安裝有精密壓力表，進氣端與高壓氣瓶的高壓管連接，出氣端的膠管端頭安裝皂膜流量計；高壓泵的輸出膠管與高壓缸的內腔相通，在高壓缸體上安裝有粘液壓力表。將上述組合體放置于恒溫柜中。采用高壓泵等模擬地下1000米以內的垂深地應力，為試樣加壓，加壓后氣體通過試樣的入口端并經過試樣，從出口端流量計讀取氣體流量，測算出被測試樣的滲透率，來評價煤巖透氣性。
該測定儀結構比較簡單，在煤巖試樣的兩端采用接頭夾緊密封，在實驗前需要對煤心試樣進行加工處理，表面涂上數層硅橡膠，套上乳膠套若干層，對煤心性能、實驗結果會產生負面影響。比如，乳膠套內有殘留氣體，會造成實驗數據不穩(wěn)定、有偏差等。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是克服現有的煤巖測定儀結構簡單，在實驗前需要對煤心進行加工處理，對煤心性能產生負面影響的缺點，本發(fā)明提供一種煤層氣成藏模擬裝置。該煤層氣成藏模擬裝置不僅能完成煤心的模擬測試，而且不需要對煤心加工處理，避免煤心加工處理對測試數據的負面影響。煤層氣成藏模擬裝置模擬不同溫度，不同壓力，不同水動力條件下煤層氣保存的影響，研究煤層氣的不同運移方式、不同的充注壓力、不同的儲蓋組合條件下氣藏的封蓋能力，進一步分析煤層氣成藏模式。
本發(fā)明的另一個目的是克服現有煤巖測定儀對被檢測的煤心要求嚴格，僅能檢測完整煤心，不能對煤粉試樣進行測定的不足，提供一種煤粉支架，實現本發(fā)明不僅能測定煤心試樣，對煤粉同樣可以進行測試。
本發(fā)明解決其技術問題所采取的技術方案是煤層氣成藏模擬裝置是由氣體增壓泵、恒溫柜、控制系統(tǒng)及計算機采集處理系統(tǒng)所組成。其中控制系統(tǒng)中包括溫度控制、平流泵控制、真空泵控制；計算機采集處理系統(tǒng)中包括溫度傳感器、壓力傳感器，以及計算機數據處理系統(tǒng)，將傳感器采集到的數據直接輸入計算機進行處理。其特征是在恒溫柜內有多功能巖心倉。多功能巖心倉的數量在1-8個之間。多功能巖心倉的結構是在筒體內有膠筒。筒體兩端有壓帽，壓帽與筒體螺紋連接。壓帽內有封頭，封頭端部為圓錐體。當壓帽壓緊封頭，封頭端部圓錐體能使膠筒端口擴大緊貼筒體內壁，起到膠筒兩端與筒體內壁密封作用。封頭中心孔內有巖心壓帽，巖心壓帽與封頭之間為螺紋連接。巖心壓帽內有巖心堵頭，巖心堵頭有中心通孔。筒體中部筒壁上有通孔，通孔上接環(huán)壓進氣管。多功能巖心倉兩端有壓力傳感器和溫度傳感器，進氣端采用管線、閥與氣體增壓泵相連，為多功能巖心倉提供模擬實驗壓力。多功能巖心倉進氣端還與平流泵、真空泵相連，另一端通過管線、閥與氣液分離器相連。平流泵、真空泵、氣液分離器及連接管線也設置在恒溫柜內。
為解決對松散的煤粉進行測試的問題，本發(fā)明設計一種煤粉支架。其結構是在圓筒兩端有端蓋。端蓋上均勻分布有孔，孔的直徑在0.5-2毫米之間。端蓋與圓筒之間采用螺紋連接。端蓋內部有120-200目的篩網。將煤粉裝入煤粉圓筒內，旋緊圓筒兩端的端蓋，其形狀近似于煤心。將裝有煤粉的支架安裝在多功能巖心倉內，取代煤心進行實驗，實現對煤粉樣品同樣可以進行模擬測試的目的。
實驗前，需要在多功能巖心倉內安裝巖心試樣，多功能巖心倉內部必然存有少量剩余空氣，倉內空氣會影響模擬實驗數據的準確性。為了使多功能巖心倉內剩余空氣量得到校正在氣體壓泵到多功能巖心倉的管路上有參考缸。參考缸的結構是一個焊接的密閉壓力容器，內部容積在1-3升。參考缸兩端接進氣管、出氣管，在出氣口端有溫度傳感器、壓力傳感器。參考缸設置在恒溫柜內。
本發(fā)明的有益效果是，提供一種煤層氣成藏模擬裝置。該裝置采用多功能巖心倉結構，在實驗前不需要對煤心進行加工處理，克服了二次采樣對煤心性能產生負面影響的缺點，本發(fā)明的多功能巖心倉還可以以煤粉為試樣，對煤粉試樣進行測定，克服了僅能對煤心性能測試的缺點。本煤層氣成藏模擬裝置能模擬出多種不同溫度，不同壓力，不同水動力條件下煤層氣的保存條件，利用傳感器和計算機采集實驗數據，進行對比、分析，研究煤層氣的運移方式和氣藏的封蓋能力。采用本發(fā)明對煤心、煤粉進行多次成功模擬實驗，收到意想不到的效果，能實現全巖心(井口取心)的單因素模擬，同時能兼顧水文地質條件實現系統(tǒng)模擬。是一種具有創(chuàng)造性的新設計。


下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
圖1是本發(fā)明的流程示意圖。是一個實施例，也是參考缸(3)、安全閥(4)、氣體增壓泵(5)、環(huán)壓進氣管(6)、多功能巖心倉(7)、氣液分離器(8)、平流泵(9)、真空泵(10)之間的安裝位置和連接關系示意圖。
圖2是煤層氣成藏模擬裝置的多功能巖心倉(7)結構示意圖。
圖3是煤粉支架結構示意圖。
圖4是參考缸(3)結構示意圖。
圖中，1.壓力傳感器，2.溫度傳感器，3.參考缸，4.安全閥，5.氣體增壓泵，6.環(huán)壓進氣管，7.多功能巖心倉，8.氣液分離器，9.平流泵，10.真空泵，11.巖心堵頭，12.巖心壓帽，13.封頭，14.壓帽，15.筒體，16.膠筒，17.煤心，18.環(huán)壓進氣接頭，19.孔，20.端蓋，21.篩網，22.圓筒，23.煤粉。
具體實施例方式
圖1，煤層氣成藏模擬裝置的氣體增壓泵(5)是一個柱塞泵。恒溫柜的最高溫度為100℃。其控制系統(tǒng)中包括溫度控制、平流泵(9)控制、真空泵(10)控制；計算機采集處理系統(tǒng)中包括溫度傳感器(2)、壓力傳感器(1)，計算機。壓力傳感器(1)、溫度傳感器(2)各安裝5個。分別安裝在多功能巖心倉(7)的兩端，一端各一個；參考缸(3)的出口端各安裝一個。傳感器(1)(2)所采集到的數據直接輸入計算機進行處理。在恒溫柜內設置了2個多功能巖心倉(7)和一個參考倉(3)。2個多功能巖心倉(7)結構相同，規(guī)格不同。較大的多功能巖心倉(7)的結構是圖2，在筒體(15)長度700毫米，內徑為90毫米，外徑為120毫米。筒體(15)內有膠筒(16)，膠筒(16)長度600毫米，內徑為70毫米，外徑為85毫米。筒體(15)兩端有壓帽(14)，壓帽(14)與筒體(15)螺紋連接。壓帽(14)內有封頭(13)，封頭(13)端部為圓錐體。當壓帽(14)壓緊封頭(13)，封頭(13)端部圓錐體能使膠筒(16)端口擴大緊貼筒體(15)內壁，膠筒(16)兩端與筒體(15)內壁密封。封頭(13)中心孔內有巖心壓帽(12)，巖心壓帽(12)與封頭(13)之間螺紋連接。巖心壓帽(12)內有巖心堵頭(11)，巖心堵頭(11)有中心通孔，通孔直徑為5毫米。筒體(15)中部筒壁上有通孔，通孔上有環(huán)壓進氣接頭(18)。環(huán)壓進氣接頭(18)接環(huán)壓進氣管(6)。本實施例采用兩個規(guī)格不同的多功能巖心倉(7)，相互并聯有一起。實驗時，將煤心(17)安放在膠筒(16)內。環(huán)壓進氣管(6)的壓力達到30MPa時，膠筒(16)將煤心(17)的柱面密閉。多功能巖心倉(7)兩端有壓力傳感器(1)和溫度傳感器(2)。多功能巖心倉(7)的進口端采用管線、閥與氣體增壓泵(5)相連，為多功能巖心倉(7)提供模擬實驗壓力，最高壓力為20MPa。在多功能巖心倉(7)進口端通過管線、閥與平流泵(9)、真空泵(10)相連，另一端通過管線與氣液分離器(8)相連。參考缸(3)的容積為2升，采用不銹鋼板焊接，耐壓20MPa。參考缸(3)兩端接進氣管、出氣管，在出氣口端有溫度傳感器(2)、壓力傳感器(1)。在氣體增壓泵(5)與參考缸(3)之間的管線上有安全閥(4)。
實施例2與實施例1基本相同，不同點是，在多功能巖心倉(7)內有煤粉支架。煤粉支架的圓筒(22)外徑為65毫米，內徑55毫米，兩端有端蓋(20)。端蓋(20)上均勻分布有直徑為1.5毫米的孔。端蓋(20)與圓筒(22)之間采用螺紋連接。端蓋(20)內有150目的篩網。
計算機采集軟件系統(tǒng)，不屬于本發(fā)明保護范圍，不詳細敘述。操作本發(fā)明進行實驗的過程，地質實驗員能完成，不詳細敘述。
權利要求
1.一種在實驗室內進行煤層氣成藏運聚機制和氣藏模式的煤層氣成藏模擬裝置，是由氣體增壓泵(5)、恒溫柜、控制系統(tǒng)及計算機采集處理系統(tǒng)所組成，其中控制系統(tǒng)中包括溫度控制、平流泵控制、真空泵控制；計算機采集處理系統(tǒng)中包括溫度傳感器(2)、壓力傳感器(1)，以及計算機數據處理系統(tǒng)，將傳感器(1)(2)采集到的數據直接輸入計算機進行處理，其特征在于在恒溫柜內有多功能巖心倉(7)，多功能巖心倉(7)的數量在1-8個之間，多功能巖心倉(7)的結構是在筒體(15)內有膠筒(16)，筒體(15)兩端有壓帽(14)，壓帽(14)與筒體(15)螺紋連接，壓帽(14)內有封頭(13)，封頭(13)端部為圓錐體，封頭(13)中心孔內有巖心壓帽(12)，巖心壓帽(12)與封頭(13)之間為螺紋連接，巖心壓帽(12)內有巖心堵頭(11)，巖心堵頭(11)有中心通孔，筒體(15)中部筒壁上有通孔，通孔上接環(huán)壓進氣接頭(18)，多功能巖心倉(7)兩端有壓力傳感器(1)和溫度傳感器(2)，多功能巖心倉(7)的進氣端采用管線、閥與氣體增壓泵相連，多功能巖心倉(7)進氣端還與平流泵(9)、真空泵(10)相連，另一端通過管線、閥與氣液分離器(8)相連，平流泵(9)、真空泵(10)、氣液分離器(8)及連接管線也設置在恒溫柜內。
2.如權利要求1所述的煤層氣成藏模擬裝置，其特征在于煤粉支架結構是在圓筒(22)兩端有端蓋(20)，端蓋(20)上均勻分布有孔(19)，孔(19)的直徑在0.5-2毫米之間，端蓋(20)與圓筒(22)之間采用螺紋連接，端蓋(20)內部有120-200目的篩網(21)。
3.如權利要求1所述的煤層氣成藏模擬裝置，其特征在于參考缸(3)的結構是一個焊接的密閉壓力容器，內部容積在1-3升，參考缸(3)兩端接進氣管、出氣管，在出氣口端有溫度傳感器(2)、壓力傳感器(1)，參考缸(3)設置在恒溫柜內，進口連接氣體增壓泵(5)，出口連接多功能巖心倉(7)。
4.如權利要求1、或2、或3所述的煤層氣成藏模擬裝置，其特征在于多功能巖心倉(7)的數量為2個。
全文摘要
本發(fā)明是一種進行煤層氣成藏運聚機制和氣藏模式的模擬裝置。由氣體增壓泵、恒溫柜、控制系統(tǒng)及計算機采集處理系統(tǒng)所組成。其特征是在恒溫柜內有多功能巖心倉和參考缸。效果是采用多功能巖心倉結構，克服了二次采樣對煤心性能產生負面影響。多功能巖心倉還可以用煤粉為試樣，對煤粉試樣進行測定。本煤層氣成藏模擬裝置能模擬出多種不同溫度，不同壓力，不同水動力條件下煤層氣的保存條件，利用傳感器和計算機采集實驗數據對比、分析，研究煤層氣的運移方式和氣藏的封蓋能力。
文檔編號G09B25/00GK1750063SQ200410074
公開日2006年3月22日 申請日期2004年9月14日 優(yōu)先權日2004年9月14日
發(fā)明者王紅巖, 劉洪林, 張建博, 趙慶波, 李景明, 宋巖, 寧寧, 焦貴浩, 李五忠, 劉萍, 楊泳, 李貴中 申請人:中國石油天然氣股份有限公司