本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種煤層氣井井筒煤粉沉降可視化實驗裝置、系統(tǒng)及其方法，所述實驗裝置包括：主井筒，其由透明材料制成，所述主井筒上沿縱向設(shè)有多個平行的注入孔轉(zhuǎn)接口，所述注入孔轉(zhuǎn)接口的軸線與主井筒的軸線垂直；帶壓煤粉添加器，在至少其中一個注入孔轉(zhuǎn)接口上連接有所述帶壓煤粉添加器，可以承受1MPa的工作壓力；清理系統(tǒng)，其設(shè)置在所述主井筒的底端。本發(fā)明專利技術(shù)選擇從水平方向注入煤粉，可以使煤粉顆粒的初始縱向速度為零，進而可以很大程度的提高實驗結(jié)果的準確性。另外，在對煤粉顆粒按目數(shù)進行篩選后，利用量筒作進一步篩選并分離出處于自然沉降狀態(tài)的煤粉顆粒參與實驗，可以提高實驗結(jié)果的可靠性。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)是有關(guān)于一種。
技術(shù)介紹
在氣田的開發(fā)過程中，井筒積液是制約氣井穩(wěn)產(chǎn)與高產(chǎn)的主要問題之一。氣井中的液體主要來自氣態(tài)烴類的凝析作用、地層中儲集層的地層水或?qū)娱g水。氣井中的液體通常以液滴的形式分布在氣相中。氣體是連續(xù)相而液體是非連續(xù)相流動，液體以液滴的形式由氣體攜帶到地面。當氣相不能提供足夠的能量來使井筒中的液體連續(xù)流出井口時，就會在氣井井底形成積液，積液的形成將增加氣層的回壓。高壓井中的液體以段塞流的形式存在，它會損耗更多的地層能量，限制氣井的生廣能力；在低壓井中的積液可完全壓死氣井，造成氣井水淹關(guān)井，使氣井減產(chǎn)。為了保證氣井的正常生產(chǎn)，需要及時的排出井底積液，對產(chǎn)水氣井一般采取排液采氣的方法。煤層氣井排液采氣過程中，由于煤層地質(zhì)條件、排采方式以及措施作業(yè)等各種因素造成煤層和井底附近的煤巖結(jié)構(gòu)變化，導(dǎo)致煤層自由煤粉和骨架脫落煤粉隨流體運移至井筒和泵筒中并攜帶至地面。煤層產(chǎn)出煤粉是煤層氣井排采遇到的重要問題之一，已成為困擾煤層氣商業(yè)開發(fā)的主要因素。在抽排過程中，當井筒流體攜煤粉能力小于煤層的煤粉產(chǎn)出量時，部分煤粉顆粒在煤層下部井筒或者泵筒中堆積，一定程度后容易引發(fā)埋泵或卡泵現(xiàn)象，從而縮短了檢泵周期，提高了煤層氣井作業(yè)費用和生產(chǎn)成本；當流體攜煤粉能力大于出煤粉量時，煤粉顆粒將被流體順利攜帶至地面，而不會發(fā)生沉積。因此，及時排出產(chǎn)出的煤粉成為煤層氣井高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的關(guān)鍵，防煤粉技術(shù)的研究和發(fā)展對煤層氣開發(fā)具有重要意義。井筒防煤粉是煤層氣井生產(chǎn)系統(tǒng)防煤粉的一個主要途徑。煤層氣井排液采氣時，在排采泵的抽吸作用下套管環(huán)空中小粒徑的煤粉通過濾煤粉管進入井筒中。理論分析表明煤粉顆粒在流動井液中的沉降速度應(yīng)為沉降末速與井液實際流速的矢量和，即在井液流速小于煤粉沉降末速時，煤粉沉降；反之，煤粉被攜帶上升。然而，實際井筒中煤粉沉降受井液速度場的影響而趨于復(fù)雜，為此，需要研究井筒中煤粉顆粒的沉降規(guī)律，得到流場中煤粉沉降的特性，從而為井筒防煤粉的設(shè)計提供依據(jù)。基于上述事實，開展關(guān)于煤層氣井井筒煤粉沉降規(guī)律的物理模擬實驗研究就顯得非常必要。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是，提供一種煤層氣井井筒煤粉沉降可視化實驗裝置，其實驗結(jié)果的可靠性較高。本專利技術(shù)的另一目的是，提供一種煤層氣井井筒煤粉沉降可視化實驗系統(tǒng)。本專利技術(shù)的又一目的是，提供一種煤層氣井井筒煤粉沉降可視化實驗方法。本專利技術(shù)的上述目的可采用下列技術(shù)方案來實現(xiàn)一種煤層氣井井筒煤粉沉降可視化實驗裝置，所述實驗裝置包括主井筒，其由透明材料制成，所述主井筒上沿縱向設(shè)有多個平行的注入孔轉(zhuǎn)接口，所述注入孔轉(zhuǎn)接口的軸線與主井筒的軸線垂直；帶壓煤粉添加器，在至少其中一個注入孔轉(zhuǎn)接口上連接有所述帶壓煤粉添加器，可以承受IMPa的工作壓力；清理系統(tǒng)，其設(shè)置在所述主井筒的底端。如上所述的煤層氣井井筒煤粉沉降可視化實驗裝置，所述帶壓煤粉添加器包括注入套筒和設(shè)置在注入套筒內(nèi)部的注入推桿，在注入套筒上設(shè)置有截止閥，所述注入套筒的一端連接所述注入孔轉(zhuǎn)接口，另一端連接可水平移動的注入推桿。如上所述的煤層氣井井筒煤粉沉降可視化實驗裝置，所述帶壓煤粉添加器與所述注入孔轉(zhuǎn)接口之間通過硅膠軟管相連接，可以承受IMPa的工作壓力，密封性良好，并能在流體流動過程中實現(xiàn)帶壓煤粉添加器的更換，繼而實現(xiàn)不同目數(shù)煤粉顆粒的更換。如上所述的煤層氣井井筒煤粉沉降可視化實驗裝置，所述實驗裝置還包括回收系統(tǒng)，其設(shè)置在所述主井筒的頂端。如上所述的煤層氣井井筒煤粉沉降可視化實驗裝置，所述清理系統(tǒng)包括一層布篩網(wǎng)；所述回收系統(tǒng)包括多個按一定順序上下疊置在一起的篩網(wǎng)，各篩網(wǎng)的目數(shù)不同。一種煤層氣井井筒煤粉沉降可視化實驗系統(tǒng)，所述實驗系統(tǒng)包括如上述煤層氣井井筒煤粉沉降可視化實驗裝置；標尺，其設(shè)置在所述主井筒的一側(cè)；流體注入裝置，其包括液體注入裝置和氣體注入裝置，所述液體注入裝置的一端通過煤粉過濾分離設(shè)備與所述主井筒的上端相連，液體注入裝置的另一端與氣體注入裝置相連接，形成共結(jié)點，所述共結(jié)點通過氣液兩相混合器和第一節(jié)流閥與主井筒的下端相連。如上所述的煤層氣井井筒煤粉沉降可視化實驗系統(tǒng)，所述液體注入裝置包括依序連接的儲水罐，離心泵，第二節(jié)流閥，液體流量計和第一單向閥，所述儲水罐通過所述煤粉過濾分離設(shè)備與所述主井筒的上端相連；所述氣體注入裝置包括依序連接的空氣壓縮機，儲氣罐，減壓閥，第三節(jié)流閥，氣體流量計和第二單向閥。一種煤層氣井井筒煤粉沉降可視化實驗方法，所述實驗方法包括上述的煤層氣井井筒煤粉沉降可視化實驗系統(tǒng)，所述實驗方法包括如下步驟:A、將煤粉顆粒用不同目數(shù)的篩網(wǎng)分選好；B、將分選好的不同目數(shù)的煤粉顆粒分別放入不同的量筒中，采用靜態(tài)沉降的方式將沉降在各量筒下部的煤粉顆粒分離出來；C、操控所述流體注入裝置，使液體、氣體或氣液兩相流體從所述主井筒的底端進入，并從主井筒的頂端流出；D、將分離出的煤粉顆粒放入與所述注入孔轉(zhuǎn)接口連接的帶壓煤粉添加器中，煤粉顆粒橫向地被推入所述主井筒內(nèi)；E、通過所述主井筒，觀察煤粉顆粒在流體中的沉降實驗。如上所述煤層氣井井筒煤粉沉降可視化實驗方法，所述實驗方法還包括步驟F、待沉降實驗完成，操控所述流體注入裝置，往所述主井筒內(nèi)引入氣液兩相流體，通過調(diào)整氣液兩相流體的氣液比，使流體在主井筒內(nèi)持續(xù)出現(xiàn)多種流型，以將吸附在主井筒的內(nèi)壁面上的煤粉顆粒清洗。如上所述煤層氣井井筒煤粉沉降可視化實驗方法，所述步驟E進一步包括直接地，或者通過在所述主井筒的一側(cè)設(shè)置攝像設(shè)備，利用秒表連續(xù)不斷地記錄某煤粉顆粒通過標尺不同位置處的時間，通過繪制煤粉顆粒的s-t曲線圖，分析整個實驗過程中煤粉顆粒的運動規(guī)律。本專利技術(shù)的特點和優(yōu)點是為了能根據(jù)實際情況更加靈活的選擇煤粉顆粒的注入口位置，本實施例確定了煤粉顆粒的注入口位置為主井筒的側(cè)面而不是頂端或底端。由于注入口轉(zhuǎn)接口的軸線與主井筒的軸線垂直，即注入口轉(zhuǎn)接口呈水平方向設(shè)置，在水平方向注入煤粉顆粒，基本不會影響到實驗井筒內(nèi)流體的流場分布，更加貼近于井筒實際情況。這樣就徹底改變了只能在井筒上方注入煤粉的固定方式，從而避免了初始注入的煤粉顆粒具有向下的初速度；選擇從水平方向注入煤粉，可以使煤粉顆粒的初始縱向速度為零，進而可以很大程度的提高實驗結(jié)果的準確性。另外，在對煤粉顆粒按目數(shù)進行分選后，利用量筒作進一步篩選并分離出處于自然沉降狀態(tài)的煤粉顆粒參與實驗，可以提高實驗結(jié)果的可靠性。此外，所設(shè)計的帶壓煤粉添加器與所述注入孔轉(zhuǎn)接口之間通過硅膠軟管相連接，密封性良好，可以在IMPa的壓力環(huán)境下正常工作，并能在流體流動過程中實現(xiàn)帶壓煤粉添加器的更換，繼而實現(xiàn)不同目數(shù)煤粉顆粒的更換等操作，方便快捷。附圖說明為了更清楚地說明本專利技術(shù)實施例中的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本專利技術(shù)的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1是本專利技術(shù)實施例的煤層氣井井筒煤粉沉降可視化實驗裝置的立體示意圖；圖2是本專利技術(shù)實施例的煤層氣井井筒煤粉沉降可視化實驗裝置的主視示意圖；圖3是本專利技術(shù)實施例的煤層氣井井筒煤粉沉降可視化實驗裝置的右視示意圖；圖4是本專利技術(shù)實施例的煤層氣井井筒煤粉沉降可視化實驗裝置的仰視示意圖；圖5是圖1的A部放本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
一種煤層氣井井筒煤粉沉降可視化實驗裝置，其特征在于，所述實驗裝置包括：主井筒，其由透明材料制成，所述主井筒上沿縱向設(shè)有多個平行的注入孔轉(zhuǎn)接口，所述注入孔轉(zhuǎn)接口的軸線與主井筒的軸線垂直；帶壓煤粉添加器，在至少其中一個注入孔轉(zhuǎn)接口上連接有所述帶壓煤粉添加器，可以承受1MPa的工作壓力；清理系統(tǒng)，其設(shè)置在所述主井筒的底端。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種煤層氣井井筒煤粉沉降可視化實驗裝置，其特征在于，所述實驗裝置包括: 主井筒，其由透明材料制成，所述主井筒上沿縱向設(shè)有多個平行的注入孔轉(zhuǎn)接口，所述注入孔轉(zhuǎn)接口的軸線與主井筒的軸線垂直； 帶壓煤粉添加器，在至少其中一個注入孔轉(zhuǎn)接口上連接有所述帶壓煤粉添加器，可以承受IMPa的工作壓力； 清理系統(tǒng)，其設(shè)置在所述主井筒的底端。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤層氣井井筒煤粉沉降可視化實驗裝置，其特征在于，所述帶壓煤粉添加器包括注入套筒和設(shè)置在注入套筒內(nèi)部的注入推桿，在注入套筒上設(shè)置有截止閥，所述注入套筒的一端連接所述注入孔轉(zhuǎn)接口，另一端連接可水平移動的注入推桿。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤層氣井井筒煤粉沉降可視化實驗裝置，其特征在于，所述帶壓煤粉添加器與所述注入孔轉(zhuǎn)接口之間通過硅膠軟管相連接，可以承受IMPa的工作壓力，密封性良好，并能在流體流動過程中實現(xiàn)帶壓煤粉添加器的更換，繼而實現(xiàn)不同目數(shù)煤粉顆粒的更換。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤層氣井井筒煤粉沉降可視化實驗裝置，其特征在于，所述實驗裝置還包括回收系統(tǒng)，其設(shè)置在所述主井筒的頂端。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的煤層氣井井筒煤粉沉降可視化實驗裝置，其特征在于，所述清理系統(tǒng)包括一層布篩網(wǎng)；所述回收系統(tǒng)包括多個按一定順序上下疊置在一起的篩網(wǎng)，各篩網(wǎng)的目數(shù)不同。6.一種煤層氣井井筒煤粉沉降可視化實驗系統(tǒng)，其特征在于，所述實驗系統(tǒng)包括: 如權(quán)利要求1至5其中任意一項所述煤層氣井井筒煤粉沉降可視化實驗裝置； 標尺，其設(shè)置在所述主井筒的一側(cè)； 流體注入裝置，其包括液體注入裝置和氣體注入裝置，所述液體注入裝置的一端通過煤粉過濾分離設(shè)備與所述主井筒的上端相連，液體注入裝置的另一端與氣體注入裝置相連接，形成共結(jié)點，所述共結(jié)點...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：韓國慶，吳曉東，安永生，高飛，李翔，竺彪，郭宏峰，范衛(wèi)潮，張珈銘，徐立坤，周穎嫻，張壯，劉凱，劉雙雙，
申請(專利權(quán))人：中國石油大學(xué)北京，
類型：發(fā)明
國別省市：
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