专利名称：煤层气藏受外来流体污染造成气藏损害的模拟评价装置的制作方法
煤层气藏受外来流体污染造成气藏损害的模拟评价装置
技术领域：
本发明涉及一种煤层气藏的实验室装置，它涉及到一种模拟不同形态的煤层气藏，受到不同用途外来流体污染后，对煤层气解吸和渗流能力的实验室评价。
背景技术：
煤层气，即煤层甲烷，分子直径为0. 38nm,以单分子层形式储存于煤储层的孔隙中，孔径微小而致密，多数为纳米级。煤岩是有机岩石，由大分子结构组成，大分子侧链官能团具有一定的活性，外来流体侵入时极易与这些活性官能团反应。煤的大分子结构极其复杂，煤层气藏开发所涉及的外来流体化学成分极为复杂。它对煤储层产生轻微的污染，就有可能导致煤储层孔隙和渗流通道的严重损害，导致吸附于煤基质中的煤层气无法解吸出来，更谈不上通过渗流通道产出。煤层气藏具有基质孔隙和裂隙孔隙的双孔隙系统特征，主要以单分子层的形式吸附于孔隙中。煤层气藏的这一储层特征不同于游离气藏(常规天然气藏或油藏)，吸附态煤层气体必须解吸成游离气后才能如常规油气的方式产出。目前煤层气藏受外来流体损害的评价装置沿用的是游离气(常规油气)的损害评价装置和评价方法。煤层气藏的基质为有机岩，基质孔隙的孔径多数以纳米级为度量单位， 外来流体的侵入极易与这种基质体发生一系列物理化学反应，引起基质体的损害，如孔隙封闭等，导致煤层气无法解吸，影响对煤层气藏产量的正确判断。因而常规油气藏的评价装置不适用于煤层气藏损害的评价。我国开发的煤层气储层主要为高煤阶煤层气储层，其储层特征为低压、低孔、低渗，不同于美国成功开发的煤层气储层，所开发的煤阶及煤层气储层渗透率对比见表。表美国和中国开发煤层气的煤阶和渗透率对比
国家盆地Ro (%) 渗透率(χ10_3μιη2) 开发的煤阶
San Juan0.75 1.2 5 60(8.5 34)气、肥煤美国 BlackWarrior 1.0 1.91 25(7 14)气、肥煤
Powder River 0.3 0.4 35 450(30 500) 褐煤、长焰煤中国沁水南部盆地 2.1 4.2 0.1-1 (0.01 5.7)无烟煤注括号内为试井渗透率测试值因而国外煤层气藏损害评价方法也不完全适用于国内煤层气藏的损害评价，必须根据我国煤层气储层特点进行煤层气储层损害和评价技术研究。
发明内容本发明的煤层气藏受外来流体损害模拟评价装置，以模拟煤层气藏受外来流体侵入后煤层气藏中对煤层气的解吸量和渗透率的影响为评价目标，而发明的评价装置。
本发明的模拟评价装置，包括注入系统、恒温系统、控制系统、计量系统及计算机采集处理系统；其特征在于所述恒温系统包括恒温柜或池、平衡罐、多功能样品腔；所述多功能样品腔是密闭压力容器，用于模拟不同形态煤层气藏进一步地所述多功能样品腔由筒体、活塞及压帽组成，所述压帽一端与进出口管线、阀门相连，并接有液体注入管线、阀门、平流泵，所述压帽另一端接有真空泵，出口管线与精密流量测试系统相连。进一步地所述注入系统包括气体源、气体增压泵、安全阀、液体源及注入泵，所述气体源、气体增压泵、安全阀及注入泵依次相连。进一步地所述控制系统包括压力控制模块、温度控制模块、气体流量控制模块、液体流量控制模块和真空泵，其中所述压力控制模块、温度控制模块都与所述平衡罐相连，所述气体流量控制模块与所述真空泵相连，所述液体流量控制模块与所述注入泵相连。进一步地所述计量系统包括精密压力计量模块、精密气体计量模块、精密液体计量模块、精密温度计量模块和煤层气的采集计量模块，所述精密压力计量模块与所述多功能样品腔相连，所述精密气体计量模块与所述注入泵相连，所述煤层气的采集计量模块与计算机相连。进一步地所述计算机采集处理系统包括温度传感器、压力传感器和计算机，将所述温度传感器、压力传感器采集到的数据直接输入计算机进行处理。进一步地所述恒温柜或池中具有所述多功能样品腔的数量为1 4之间。进一步地所述多功能样品腔还包括可调节的喷嘴，所述喷嘴上均勻分布孔径的筛网，所述喷嘴根据外来流体的粘度可调整所述筛网的大小和所述喷嘴的方向。进一步地所述模拟评价装置能测量煤层气的解吸量。进一步地所述不同形态煤层气藏为粒状、柱状或不规则片状。煤层气藏首先是吸附气藏，煤层气吸附于煤基质中，不同地区、不同煤阶煤储层形态各不相同。煤层气开发过程中，不同用途外来流体粘度各不相同。室内研究过程中，可通过控制不同污染方向进行损害影响因素的研究。打开储层后，煤层气首先要受到外来流体污染，随着储层压力的逐渐降低，吸附于煤基质中的煤层气才能逐渐解吸出来。然而不同类型外来流体，同类型外来流体不同组成对煤储层污染程度各不相同，对储层损害及煤层气解吸和渗流程度各不相同。本发明的煤层气藏受外来流体损害模拟评价装置，以评价不同形态煤层气储层受不同外来流体损害后，对煤层气解吸量和渗透性变化为评价对象进行煤层气储层损害评价。本发明模拟了煤层气储层，在煤层气储层高压状态下可进行压力波动在士0. 2MPa 范围内的外来流体注入设计，通过不同外来流体污染不同时间对煤层气解吸量和渗透率的精确测量，以评价外来流体对煤层气藏损害后，对解吸量和渗透率的影响。本发明设计的样品腔，可模拟不同的煤层气储层形态，如柱状、片状、粒状及其它不规则形状。本发明设计的可调节外来流体注入喷头，可根据不同用途外来流体钻井液、压裂液、修井液、压井液和射孔液这些外来流体施工作用的不同，选择性地进行全方位污染或某一区域污染，以达到最佳模拟评价效果。
本发明以煤层气赋存状态、产出方式和外来流体污染为模拟目标。煤层气吸附于煤基质的孔隙中，其产出首先解吸为游离气，再通过渗流通道进入井筒。常规油气以游离气的形式储集于储层中，打开储层后，直接通过渗流通道进入井筒。基于储层和产出方式的差异，发明了模拟煤层气储层的高压吸附和外来流体打开煤储层的各种污染方式，以达到进行煤层气储层受外来流体污染后煤层气解吸量测定，从而进行煤层气解吸率的计算。同时还可测定受外来流体污染前后煤层气储层渗透率的变化。本发明的装置解决了在煤层气储层施工过程中，不同用途外来流体钻井液、压裂液、修井液、压井液和射孔液这些外来流体对储层污染后对煤层气产出的解吸和渗流影响程度的评价。本发明的积极效果1、模拟装置结构简单，易于制作和维护；2、测量精度高，重复性好。
图1是本发明的模拟评价装置的流程示意图。图2是本发明中多功能样品腔结构示意图。图3是可调节喷嘴结构示意图。
具体实施方式实施例1煤层气藏受外来流体损害模拟评价装置的多功能样品腔可模拟不同形态的煤储层。恒温最高温度可达100°c。参见图1，模拟评价装置，是由注入系统、恒温系统、控制系统、计量系统及计算机采集处理系统所组成；所述注入系统包括气体源1、气体增压泵2、安全阀17、液体源及注入泵3 ；所述恒温系统包括恒温柜或池4、平衡罐5、多功能样品腔6 ；所述控制系统包括压力控制模块7、温度控制模块8、气体流量控制模块9、液体流量控制模块 10和真空泵11控制；所述计量系统包括精密压力计量模块13、精密气体计量模块14、精密液体计量模块15、精密温度计量模块和解煤层气的采集计量模块12 ；所述计算机采集处理系统包括温度传感器、压力传感器和计算机，将所述温度传感器、压力传感器采集到的数据直接输入计算机进行处理。所述恒温柜或池4内放置多功能样品腔为2个，每个腔体的两侧分别安装压力传感器共4个，每个腔体安装温度传感器共2个。平衡罐前安装精密流量计，每个腔体两侧安装精密流量计共5个。2个多功能样品腔的结构和规格相同，腔体长 500mm,内径为90mm，外径为120mm。如图2所示的多功能样品腔的腔体一端为固定端口，另一端为密封圈和压帽，两个样品腔并联在一起。实验时将煤颗粒、煤片或煤心放入腔体内密闭，注入气体，压力可设定为一定时间内连续缓慢上升，也可在一定时间内分段设定压力的量大值。保持腔体压力极小波动(士0. IMpa)条件下，注入外来流体污染一定时间。多功能样品腔提供的最高压力为30Mpa，进口端通过管线、阀、真空泵和注入装置，平衡罐两端接进气管和出气管，温度传感器、压力传感器。实施例2 与实施例1基本相同，不同点是，如图3所示的多功能样品腔内装有可调节喷嘴21，喷嘴21根据外来流体的粘度可调整其中的筛网22大小和喷嘴21的方向，确
5保粘度差异大的不同外来流体，根据实验要求均勻和选择区域性的进行侵入污染实验。
如上所述，根据特定优选实施例和附图对本发明进行了说明，显然，在不背离所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，本技术领域的普通技术人员可以进行各种变换或调整。
权利要求
1.一种在实验室内进行煤层气藏受不同用途外来流体污染造成气藏损害的模拟评价装置，包括注入系统、恒温系统、控制系统、计量系统及计算机采集处理系统；其特征在于所述恒温系统包括恒温柜或池(4)、平衡罐(5)、多功能样品腔(6)；所述多功能样品腔 (6 )是密闭压力容器，用于模拟不同形态煤层气藏。
2.如权利要求1所述的模拟评价装置，其特征在于所述多功能样品腔(6)包括筒体 (18)、活塞(19)及压帽(20);所述压帽(20)—端与进出口管线、阀门相连，并接有液体注入管线、阀门、平流泵，所述压帽(20)另一端接有真空泵，出口管线与精密流量测试系统相连。
3.如权利要求2所述的模拟评价装置，其特征在于所述注入系统包括气体源(1)、气体增压泵(2)、安全阀(17)、液体源及注入泵(3)，所述气体源(1)、气体增压泵(2)、安全阀 (17)及注入泵(3)依次相连。
4.如权利要求3所述的模拟评价装置，其特征在于所述控制系统包括压力控制模块 (7)、温度控制模块(8)、气体流量控制模块(9)、液体流量控制模块(10)和真空泵(11)，其中所述压力控制模块(7)、温度控制模块(8)都与所述平衡罐相连，所述气体流量控制模块 (9 )与所述真空泵(11)相连，所述液体流量控制模块(10 )与所述注入泵(3 )相连。
5.如权利要求4所述的模拟评价装置，其特征在于所述计量系统包括精密压力计量模块(13)、精密气体计量模块(14)、精密液体计量模块(15)、精密温度计量模块和煤层气的采集计量模块(12)，所述精密压力计量模块(13)与所述多功能样品腔(6)相连，所述精密气体计量模块(14)与所述注入泵(3)相连，所述煤层气的采集计量模块(12)与计算机相连。
6.如权利要求5所述的模拟评价装置，所述计算机采集处理系统包括温度传感器、压力传感器和计算机，将所述温度传感器、压力传感器采集到的数据直接输入计算机进行处理。
7.如权利要求1-5任一项所述的模拟评价装置，其特征在于所述恒温柜或池中具有所述多功能样品腔(6)的数量为1 4之间。
8.如权利要求1-5任一项所述的模拟评价装置，其特征在于所述多功能样品腔还包括可调节的喷嘴(21)，所述喷嘴(21)上均勻分布孔径的筛网(22)，所述喷嘴根据外来流体的粘度可调整所述筛网(22)的大小和所述喷嘴(21)的方向。
9.如权利要求1-5任一项所述的模拟评价装置，其特征在于所述模拟评价装置能测量煤层气的解吸量。
10.如权利要求1所述的模拟评价装置，其特征在于所述不同形态煤层气藏为粒状、 柱状或不规则片状。
全文摘要
本发明公开了一种在实验室内进行煤层气藏受不同用途外来流体污染造成气藏损害的模拟评价装置，包括注入系统、恒温系统、控制系统、计量系统及计算机采集处理系统；所述注入系统包括气体源、气体增压泵、安全阀、液体源及注入泵；所述恒温系统包括恒温柜或池、平衡罐、多功能样品腔；所述控制系统包括压力控制模块、温度控制模块、气体流量控制模块、液体流量控制模块和真空泵控制模块；所述计量系统包括精密压力计量模块、精密气体计量模块、精密液体计量模块、精密温度计量模块和煤层气模块的采集计量模块；所述计算机采集处理系统包括温度传感器、压力传感器和计算机，将所述温度传感器、压力传感器采集到的数据直接输入计算机进行处理。
文档编号E21B49/00GK102536222SQ201210004170
公开日2012年7月4日 申请日期2012年1月9日 优先权日2012年1月9日
发明者何爱国, 孙金声, 屈沅治, 杨恒林, 王奎才, 王开龙, 田中兰, 申瑞臣, 苏义脑, 赖晓晴 申请人:中国石油天然气集团公司, 中国石油集团钻井工程技术研究院