一種新型煤層滲透率測試試驗裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種新型煤層滲透率測試試驗裝置及方法，該滲透率測試試驗裝置包括注氣系統(tǒng)和密封記錄系統(tǒng)，注氣系統(tǒng)能夠使一定壓力的氣體經(jīng)過增壓到一定壓力后進入密封記錄系統(tǒng)。該滲透率測試試驗裝置及測定方法通過煤層氣井注入/壓降測試，以合理的排量和壓力向煤層注一段時間氮氣，然后停泵進行壓力恢復(fù)，記錄注入和關(guān)井期間的井底壓力數(shù)據(jù)，會在計算機上自動繪制出圖形，據(jù)此進行計算得出煤層滲透率。
【專利說明】
一種新型煤層滲透率測試試驗裝置及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種新型煤層滲透率測試試驗裝置及方法，屬于煤炭開采【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，在我國煤層滲透率研究領(lǐng)域，測試煤層氣滲透率的測試通常是實驗室滲流實驗方法，但這種方法存在一定的缺陷，煤樣的采出破壞了煤體所處的客觀環(huán)境，實驗室滲流實驗忽略了采動影響下煤體的裂隙的動態(tài)演變過程，實驗室滲流實驗不能模擬大范圍內(nèi)整個煤層的裂隙系統(tǒng)的滲透行和透氣性。
[0003]此外，國內(nèi)已經(jīng)公開了的煤層滲透率快速測得試驗裝置及方法，其裝置是利用壓力發(fā)生裝置，將密封介質(zhì)儲能器中的介質(zhì)分別注入密封室內(nèi)，然后通過管道將標志性氣體以恒定的壓力壓入密封釋放氣室中，隨后利用密封收攏氣室收集標志性氣體，并以固定的壓力向外排放，同時檢測外排標志性氣體的濃度及流量，利用煤層滲透率、標志性氣體的濃度及流量之間的關(guān)系，得到煤層的滲透率。
[0004]然而上述用方法獲得的煤層滲透率有一定的偏差；且工序復(fù)雜，需要妥當放置密封室，然后再沖入多種不同的介質(zhì)；施工量大，需要在注氣鉆孔周圍布置很多不同深度的觀測鉆孔，耗時耗力；需要設(shè)備很多占用空間大，不便于在井下操作。
[0005]煤作為儲層，具有天然裂隙發(fā)育、滲透率較低、吸附能力強等特征。煤層中割理的發(fā)育程度、面割理的走向、割理的寬度是控制煤層滲透率的主要因素。雖然基質(zhì)孔隙也有一定的滲透性，但因其孔徑較小，滲透率可視為零。因此，煤層的滲透率取決于割理系統(tǒng)的滲透率。
[0006]目前，在我國煤層氣開發(fā)行業(yè)中，我國用來評估煤儲層性能的滲透率數(shù)據(jù)，絕大部分是用注入/壓降測試方法獲得的。煤層氣試井測試是一種不穩(wěn)定試井，它遵循不穩(wěn)定試井的基本原理:當儲層中流體的流動處于平衡狀態(tài)時，若改變井的工作制度即改變壓力，則在井底將造成一個壓力擾動，此擾動隨著時間的推移不斷向井壁四周儲層徑向擴展，最后達到一個新的平衡狀態(tài)。這種壓力擾動的不穩(wěn)定過程與地層、流體的性質(zhì)有關(guān)。因此，用測試儀器將井底壓力隨時間的變化規(guī)律記錄下來，通過分析，可以判斷和確定儲層的性質(zhì)。
[0007]基于煤儲層低壓、低滲的特征，經(jīng)過多年的實踐，注入/壓降測試作為一種常用試井方法在煤層氣井中廣泛應(yīng)用。在注入/壓降測試中，地層壓力高于氣體解吸壓力，煤層割理孔隙始終被水飽和，呈單相流狀態(tài)。由于煤層基質(zhì)滲透率遠遠小于煤層割理滲透率，流體只在割理中流動，測試所反映的滲透率為以割理滲透為主的綜合滲透率。
[0008]本發(fā)明通過煤層氣注入/壓降測試原理，以合理的排量和壓力向煤層注水一段時間，然后停泵進行壓力恢復(fù)，記錄的注入和關(guān)井期間的井底壓力數(shù)據(jù)，會在計算機上繪制出圖形，據(jù)此進行計算得出煤層滲透率，滲透率的確定對于煤層氣商業(yè)開發(fā)的重要參數(shù)，滲透率高低直接影響煤層氣井產(chǎn)氣量。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的正是針對上述現(xiàn)有技術(shù)中所存在的不足之處而提供一種測量精確、工序簡單、節(jié)約能耗，減少施工工作量的一種新型煤層滲透率測試試驗裝置及一種測定方法。該一種新型煤層滲透率測試試驗裝置及一種測定方法的優(yōu)點有:1)、注入提高了地層壓力，保證了測試過程中為單向流；2〉、不需要井下泵送設(shè)備，簡化了操作步驟；3〉、可以用試井軟件分析，結(jié)果可靠；幻、速度快，測試半徑大:5)、可用于氣相壓裂后增透效果分析。
[0010]本發(fā)明的目的可以通過以下措施來實現(xiàn):本發(fā)明提供了一種新型煤層滲透率測試試驗裝置其包括注氣系統(tǒng)和密封記錄系統(tǒng)，其特征在于，所述的注氣系統(tǒng)能夠使一定壓力的氣體經(jīng)過增壓到一定壓力后進入密封記錄系統(tǒng)。
[0011]進一步，所述的注氣系統(tǒng)包括進氣口、高壓管匯、第一閥門、第一壓力表、氣體增壓裝置、流量計及排氣口，所述的進氣口通過所述的高壓管匯分別與所述的第一閥門、所述的第一壓力表相連，所述的第一壓力表通過第一閥門與所述的排氣口相連，所述的第一壓力表通過所述的高壓管匯與所述氣體增壓裝置相連，然后所述的氣體增壓裝置通過所述高壓管匯與所述流量計相連；所述的密封記錄系統(tǒng)包括第二閥門、第二壓力表、防噴頭、井口三通、封隔器、測試管柱、存儲式電子壓力計、存儲式電子壓力計固定裝置、煤層和封閉氣室，其中，所述的第二閥門通過所述高壓管匯與所述第二壓力表相連，第二壓力表通過所述高壓管匯與所述井口三通相連，所述防噴頭安裝在所述井口三通上，所述井口三通安裝在所述測試管柱的頂部，所述存儲式電子壓力計固定裝置固定在所述測試管柱的底部，所述存儲式電子壓力計固定在所述存儲式電子壓力計固定裝置上，所述封隔器將放置在所述煤層的注氣鉆孔中的所述測試管柱進行密封封隔，使煤層的注氣鉆孔內(nèi)形成所述密閉氣室，所述注氣系統(tǒng)的流量計通過所述高壓管匯與所述密封記錄系統(tǒng)的所述第二閥門相連，所述第二閥門連接經(jīng)過增壓的穩(wěn)定壓力和流量的氣體，經(jīng)所述高壓管匯和所述第二壓力表、所述井口三通進入所述測試管柱，然后通過所述測試管柱進入所述密閉氣室中。
[0012]進一步，所述測試管柱的底部布滿孔。
[0013]上述注氣系統(tǒng)和密封記錄系統(tǒng)裝置中，氣體通過進氣口進入高壓管匯，通過第一閥門調(diào)節(jié)進氣壓力，第一壓力表讀取進氣壓力，然后進氣壓力通過氣體增壓裝置進行氣體增壓，然后流量計記錄進入密封記錄系統(tǒng)的氣體流量，通過第二閥門控制密封記錄系統(tǒng)進氣，第二壓力表讀取密封記錄系統(tǒng)內(nèi)的壓力，然后氣體通過高壓管匯經(jīng)井口三通進入測試管柱，然后氣體通過測試管柱底部的孔進入封閉氣室，存儲式電子壓力計記錄密閉氣室內(nèi)的壓力變化，注氣系統(tǒng)通過高壓管匯與密封記錄系統(tǒng)相連。
[0014]此外，本發(fā)明還提供了一種利用新型煤層滲透率測試試驗裝置來測試煤層滲透率的測試方法，其特征在于，該測試方法包括以下幾個步驟:
[0015](1)在煤礦井下工作面進風或回風巷煤層賦存穩(wěn)定的區(qū)域布置測試區(qū)，在測試區(qū)內(nèi)布置一個煤層注氣鉆孔，所述煤層注氣鉆孔垂直打入煤層內(nèi)部；
[0016](2)在所述煤層注氣鉆孔中形成密閉氣室，并利用權(quán)利要求1-3任一項所述的一種新型煤層滲透率測試試驗裝置將氣體以一定的壓力和流量注入到所述密閉氣室；
[0017](3)關(guān)閉第二閥門，記錄所述密閉氣室內(nèi)的壓力變化，經(jīng)過一段時間，取出存儲式電子壓力計導(dǎo)出記錄數(shù)據(jù)；
[0018](4)利用標準的試井分析軟件對數(shù)據(jù)進行分析解釋從而得到煤層的滲透率以及如原始儲層壓力、表皮系數(shù)、流動系數(shù)、地應(yīng)力梯度、儲層溫度的煤層參數(shù)。
[0019]本發(fā)明具有一下有益技術(shù)效果:
[0020]1)本發(fā)明提供的一種新型煤層滲透率測試試驗裝置及方法，在煤層中布置注氣系統(tǒng)的施工鉆孔，在滿足條件的成功的鉆孔中，利用注氣系統(tǒng)中的氣體增壓裝置試氣體以恒定的高壓和恒定的流量注入密閉氣室中，然后用標準的試井分析軟件對數(shù)據(jù)進行分析解釋。這就可以保證測量精確。
[0021]2)本發(fā)明提供的一種新型煤層滲透率測試試驗裝置及方法，向煤層內(nèi)注入高壓氣體，注入提高了地層壓力，保證了測試過程中為單向流，這就給數(shù)據(jù)的精確性提供保證
[0022]3)本發(fā)明提供的一種新型煤層滲透率測試試驗裝置及方法，是用試井軟件分析，結(jié)果可靠，一目了然。
[0023]4)本發(fā)明提供的一種新型煤層滲透率測試試驗裝置及方法，應(yīng)用的是隨著高壓氣體擴散存儲式電子壓力計記錄密封氣室內(nèi)的壓力變化的方法，所以測試的周期短，速度快，測試半徑大
[0024]5)本發(fā)明提供的一種新型煤層滲透率測試試驗裝置及方法也可以用于壓裂后分析
[0025]6)本發(fā)明提供的一種新型煤層滲透率測試試驗裝置及方法工序簡單，不需要井下泵送設(shè)備，簡化了操作步驟，這就使施工量大大減少，減少額外的開支，
[0026]總之，本發(fā)明所提供的一種新型煤層滲透率測試試驗裝置及方法，與傳統(tǒng)的測試方法相比，不僅具有安全性能好，維護操作方便，工序簡單，測試周期短，結(jié)果精確的優(yōu)點，還可以同時的到一系列的煤層參數(shù)。本發(fā)明所提供的一種新型煤層滲透率測試試驗裝置及方法能用于煤礦井下采動煤體滲透率的現(xiàn)場測定，測定結(jié)果反映了大范圍內(nèi)煤層的滲透率、原始儲層壓力、透氣性系數(shù)、表皮系數(shù)、井筒儲集、地應(yīng)力梯度、煤層的破裂壓力和閉合壓力等。為煤層氣的商業(yè)開發(fā)提供了有力的技術(shù)支持。該發(fā)明與其它類型的同功能設(shè)備相比具有很高的先進性，在處理數(shù)據(jù)量和其它綜合性能指標上有較大的突破，徹底解決了我國煤層氣開發(fā)工行業(yè)中測量設(shè)備的不足，一旦該發(fā)明投放市場，在大型的煤層氣開發(fā)項目中可徹底取代傳統(tǒng)的測試方法和設(shè)備，將會填補我國煤層氣開發(fā)行業(yè)中綜合測試煤層系數(shù)的空白，而且也可以替代同類國外進口設(shè)備，為國家節(jié)約大量的外匯資金。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1是本發(fā)明中試驗裝置的一種實施方式的一種結(jié)構(gòu)原理示意圖；
[0028]1-進氣口，2-高壓管匯，3-第一閥門，4~第一壓力表，5-氣體增壓裝置，6-流量計，7-第二閥門，8-第二壓力表，9-排氣口，10-防噴頭，11-井口三通，12-封隔器，13-測試管柱，14-存儲式電子壓力計，15-存儲式電子壓力計固定裝置，16-煤層，17-封閉氣室。

【具體實施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步說明。
[0030]如圖1所示，本發(fā)明提供了一種新型煤層滲透率測試試驗裝置其包括注氣系統(tǒng)和密封記錄系統(tǒng)，注氣系統(tǒng)能夠使一定壓力的氣體經(jīng)過增壓到一定壓力后進入密封記錄系統(tǒng)。
[0031]注氣系統(tǒng)包括進氣口 1、高壓管匯2、第一閥門3、第一壓力表4、氣體增壓裝置5、流量計6及排氣口 9，進氣口 I通過高壓管匯2分別與第一閥門3、第一壓力4表相連，第一壓力表4通過第一閥門3與排氣口 9相連，第一壓力表4通過高壓管匯2與氣體增壓裝置5相連，然后氣體增壓裝置5通過高壓管匯2與流量計6相連；密封記錄系統(tǒng)包括第二閥門7、第二壓力表8、防噴頭10、井口三通11、封隔器12、測試管柱13、存儲式電子壓力計14、存儲式電子壓力計固定裝置15、煤層16和封閉氣室17，其中，第二閥門7通過高壓管匯2與第二壓力表8相連，第二壓力表8通過高壓管匯2與井口三通11相連，防噴頭10安裝在井口三通11上，井口三通11安裝在測試管柱13的頂部，存儲式電子壓力計固定裝置15固定在測試管柱13的底部，存儲式電子壓力計14固定在存儲式電子壓力計固定裝置15上，封隔器12將放置在煤層的注氣鉆孔中的測試管柱13進行密封封隔，使煤層的注氣鉆孔內(nèi)形成密閉氣室17，注氣系統(tǒng)的流量計6通過高壓管匯2與密封記錄系統(tǒng)的第二閥門7相連，第二閥門7連接經(jīng)過增壓的穩(wěn)定壓力和流量的氣體，經(jīng)高壓管匯2和第二壓力表8、井口三通11進入測試管柱13，然后通過測試管柱13進入密閉氣室17中；其中測試管柱13設(shè)置為底部布滿孔。
[0032]上述注氣系統(tǒng)和密封記錄系統(tǒng)裝置中，氣體通過進氣口 I進入高壓管匯2，通過第一閥門3調(diào)節(jié)進氣壓力，第一壓力表4讀取進氣壓力，然后進氣壓力通過氣體增壓裝置5進行氣體增壓，然后流量計6記錄進入密封記錄系統(tǒng)的氣體流量，通過第二閥門7控制密封記錄系統(tǒng)進氣，第二壓力表8讀取密封記錄系統(tǒng)內(nèi)的壓力，然后氣體通過高壓管匯2經(jīng)井口三通11進入測試管柱13，然后氣體通過測試管柱13底部的孔進入封閉氣室17，存儲式電子壓力計14記錄密閉氣室內(nèi)的壓力變化，注氣系統(tǒng)通過高壓管匯2與密封記錄系統(tǒng)相連。
[0033]此外，本發(fā)明還提供了一種利用新型煤層滲透率測試試驗裝置來測試煤層滲透率的測試方法，其特征在于，該測試方法包括以下幾個步驟:
[0034](I)在煤礦井下工作面進風或回風巷煤層賦存穩(wěn)定的區(qū)域布置測試區(qū)，在測試區(qū)內(nèi)布置一個煤層注氣鉆孔，所述煤層注氣鉆孔垂直打入煤層內(nèi)部；
[0035](2)在所述煤層注氣鉆孔中形成密閉氣室，并利用權(quán)利要求1-3任一項所述的一種新型煤層滲透率測試試驗裝置將氣體以一定的壓力和流量注入到所述密閉氣室；
[0036](3)關(guān)閉第二閥門，記錄所述密閉氣室內(nèi)的壓力變化，經(jīng)過一段時間，取出存儲式電子壓力計導(dǎo)出記錄數(shù)據(jù)；
[0037](4)利用標準的試井分析軟件對數(shù)據(jù)進行分析解釋從而得到煤層的滲透率以及如原始儲層壓力、表皮系數(shù)、流動系數(shù)、地應(yīng)力梯度、儲層溫度的煤層參數(shù)。
[0038]本發(fā)明的工作原理如下:
[0039]以下參照圖1進行描述，當設(shè)備工作時，注入從較低的地面注入壓力開始，以減小應(yīng)力對煤層滲透率的影響(因為煤層是應(yīng)力敏感地層)，同時確保在設(shè)計的注入時間內(nèi)注入壓力低于煤層破裂壓力。進氣口 I接入巷道內(nèi)的供風管路(一般壓力為0.5MP)，通過第一閥門3可調(diào)節(jié)進入氣體增壓裝置5中的氣體的壓力，第一壓力表4是為了讀取進入氣體增壓裝置5中的氣體的壓力，氣體經(jīng)增壓后經(jīng)高壓管匯2進入密閉氣室17，流量計6讀取和記錄進入密閉氣室17的氣體流量，第二壓力表8讀取密封氣室17內(nèi)的壓力，經(jīng)過調(diào)節(jié)注入壓力，在維持排量相對穩(wěn)定的情況下，持續(xù)注入8小時后，關(guān)閉第二閥門7測試煤層注氣鉆孔底壓力恢復(fù)情況，測試結(jié)束后，通過現(xiàn)場錄取壓力計數(shù)據(jù)，當可以滿足資料分析的要求時，解封并取出測試管柱13，導(dǎo)出存儲式電子壓力計14中的數(shù)據(jù)，用標準的試井分析軟件對數(shù)據(jù)進行分析解釋，即可得到煤層滲透率，同時還可以得到原始儲層壓力、表皮系數(shù)、流動系數(shù)、地應(yīng)力梯度、儲層溫度等。
[0040]以上實施方式僅用于說明本發(fā)明，而并非對本發(fā)明的限制，有關(guān)【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術(shù)方案也屬于本發(fā)明的范疇，本發(fā)明的專利保護范圍應(yīng)由權(quán)利要求限定。
【權(quán)利要求】
1.一種新型煤層滲透率測試試驗裝置，其包括注氣系統(tǒng)和密封記錄系統(tǒng)，其特征在于，所述的注氣系統(tǒng)包括進氣口、高壓管匯、第一閥門、第一壓力表、氣體增壓裝置、流量計及排氣口，所述的進氣口通過所述的高壓管匯分別與所述的第一閥門、所述的第一壓力表相連，所述的第一壓力表通過第一閥門與所述的排氣口相連，所述的第一壓力表通過所述的高壓管匯與所述氣體增壓裝置相連，然后所述的氣體增壓裝置通過所述高壓管匯與所述流量計相連；所述的密封記錄系統(tǒng)包括第二閥門、第二壓力表、防噴頭、井口三通、封隔器、測試管柱、存儲式電子壓力計、存儲式電子壓力計固定裝置、煤層和封閉氣室，其中，所述的第二閥門通過所述高壓管匯與所述第二壓力表相連，第二壓力表通過所述高壓管匯與所述井口三通相連，所述防噴頭安裝在所述井口三通上，所述井口三通安裝在所述測試管柱的頂部，所述存儲式電子壓力計固定裝置固定在所述測試管柱的底部，所述存儲式電子壓力計固定在所述存儲式電子壓力計固定裝置上，所述封隔器將放置在所述煤層的注氣鉆孔中的所述測試管柱進行密封封隔，使煤層的注氣鉆孔內(nèi)形成所述密閉氣室，所述注氣系統(tǒng)的流量計通過所述高壓管匯與所述密封記錄系統(tǒng)的所述第二閥門相連，所述第二閥門連接經(jīng)過增壓的穩(wěn)定壓力和流量的氣體，經(jīng)所述高壓管匯和所述第二壓力表、所述井口三通進入所述測試管柱，然后通過所述測試管柱進入所述密閉氣室中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型煤層滲透率測試試驗裝置，其特征在于，所述測試管柱的底部布滿孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型煤層滲透率測試試驗裝置，其特征在于，所述的注氣系統(tǒng)能夠使氣體經(jīng)過增壓后進入密封記錄系統(tǒng)。
4.利用權(quán)利要求1-3任一項所述的一種新型煤層滲透率測試試驗裝置來測試煤層滲透率的測試方法，其特征在于，該測試方法包括以下幾個步驟: (1)在煤礦井下工作面進風或回風巷煤層賦存穩(wěn)定的區(qū)域布置測試區(qū)，在測試區(qū)內(nèi)布置一個煤層注氣鉆孔，所述煤層注氣鉆孔垂直打入煤層內(nèi)部； (2)在所述煤層注氣鉆孔中形成密閉氣室，并利用權(quán)利要求1-3任一項所述的一種新型煤層滲透率測試試驗裝置將氣體以一定的壓力和流量注入到所述密閉氣室； (3)關(guān)閉第二閥門，記錄所述密閉氣室內(nèi)的壓力變化，經(jīng)過一段時間，取出存儲式電子壓力計導(dǎo)出記錄數(shù)據(jù)； (4)利用標準的試井分析軟件對數(shù)據(jù)進行分析解釋從而得到煤層的滲透率以及如原始儲層壓力、表皮系數(shù)、流動系數(shù)、地應(yīng)力梯度、儲層溫度的煤層參數(shù)。
【文檔編號】G01N7/10GK104406895SQ201410662853
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年11月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月18日
【發(fā)明者】曹運興, 郭德濤, 孫丙周, 路遙遙, 張軍勝, 杜景衛(wèi), 王建濤, 田林, 曹永恒, 石玢 申請人:河南理工大學(xué), 河南神華能源工程有限公司