驗(yàn)值時(shí)，煤粉產(chǎn)出測(cè)控系統(tǒng)4控制發(fā)出指令，指示驅(qū)動(dòng)電機(jī)66帶動(dòng)鉆桿和模擬鉆頭69進(jìn)行鉆進(jìn)，同時(shí)煤粉產(chǎn)出測(cè)控系統(tǒng)4控制鉆井液循環(huán)系統(tǒng)3由鉆井液注入孔注入鉆井液至模擬鉆頭69處，對(duì)樣品煤塊70進(jìn)行水力噴射破巖同時(shí)潤(rùn)滑模擬鉆頭69，沖洗樣品煤塊70表面，攜帶煤粉通過(guò)導(dǎo)向孔72和楽液排出管83進(jìn)入鉆井液循環(huán)系統(tǒng)。
[0055]鉆井液循環(huán)系統(tǒng)可以通過(guò)鉆井液注入管79和漿液排出管83為鉆井過(guò)程提供鉆井液，將沖刷試樣后的鉆井液從鉆井模擬系統(tǒng)2中帶出，同時(shí)將產(chǎn)生出的煤粉帶出，進(jìn)入煤粉產(chǎn)出測(cè)控系統(tǒng)4中進(jìn)行測(cè)試。當(dāng)開始試驗(yàn)時(shí)，鉆井液循環(huán)系統(tǒng)3工作，鉆井液水栗電機(jī)組為鉆井液提供動(dòng)力輸出，煤粉濃度傳感器用于監(jiān)測(cè)漿液中的煤粉含量，通過(guò)煤粉粒度分離器86將煤粉分離，煤粉粒度分離器86采用逐步減小篩孔的篩板，最后將鉆井液排入沉淀箱77中，形成鉆井液循環(huán)。鉆井液控制90器與煤粉產(chǎn)出測(cè)控系統(tǒng)4相連，通過(guò)煤粉產(chǎn)出測(cè)控系統(tǒng)4控制鉆井液流量。煤粉濃度傳感器85與煤粉產(chǎn)出測(cè)控系統(tǒng)4相連，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)煤粉濃度。第一連接套管95和第二連接套管96軸向連接在漿液排出管83上。
[0056]煤粉產(chǎn)出測(cè)控系統(tǒng)4由軸壓伺服測(cè)控系統(tǒng)、圍壓伺服測(cè)控系統(tǒng)、鉆井控制系統(tǒng)、鉆井液栗入系統(tǒng)和測(cè)試系統(tǒng)及相關(guān)線路等組成。煤粉產(chǎn)出測(cè)控系統(tǒng)4采用德國(guó)EDC全數(shù)字伺服測(cè)控器，對(duì)設(shè)定控制參數(shù)或控制目標(biāo)進(jìn)行控制。鉆井控制系統(tǒng)可通過(guò)設(shè)定相關(guān)鉆井工藝參數(shù)對(duì)鉆進(jìn)參數(shù)和水力噴射參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，并控制鉆井液栗入系統(tǒng)，調(diào)節(jié)鉆井液循環(huán)流量。測(cè)控儀器88采用MFB-1測(cè)試儀，通過(guò)煤粉濃度傳感器85測(cè)試煤粉濃度并通過(guò)計(jì)算機(jī)87顯示。測(cè)控儀器88與計(jì)算機(jī)87相連，通過(guò)計(jì)算機(jī)87進(jìn)行試驗(yàn)參數(shù)的設(shè)定及測(cè)試結(jié)果的響應(yīng)。
[0057]煤層氣直井鉆進(jìn)煤粉產(chǎn)出測(cè)試裝置的試驗(yàn)步驟如下:
[0058](1)試樣(即樣品煤塊70)制作
[0059]根據(jù)試驗(yàn)要求選取所需區(qū)塊的煤樣，破碎煤樣，篩選不同粒徑煤粉。根據(jù)不同粒徑比例制作試樣。例如模擬煤層不同構(gòu)造煤比例條件在試驗(yàn)室將不同粒徑煤粉進(jìn)行篩選分離，選擇粒徑不同的煤粉進(jìn)行膠結(jié)、壓制成圓柱形煤樣。模擬單一煤層條件，在試驗(yàn)室將篩選的同等粒徑的煤粉制作成圓柱形煤樣。
[0060](2)試樣力學(xué)性質(zhì)測(cè)試
[0061]將制作的不同圓柱形煤樣每組選取若干進(jìn)行力學(xué)性質(zhì)測(cè)試。這里主要聲波時(shí)差監(jiān)測(cè)儀對(duì)不同部位、層位進(jìn)行測(cè)試，反算得出其力學(xué)參數(shù)。也可以通過(guò)電子萬(wàn)能壓力試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行煤樣巖石力學(xué)性質(zhì)測(cè)試，得出煤樣的單軸抗壓強(qiáng)度、彈性模量、松泊比等巖石力學(xué)性質(zhì)參數(shù)。
[0062]( 3)組裝試驗(yàn)裝置與氣密性檢測(cè)
[0063]安裝框架、圓筒體54、底座56和頂蓋，將軸向壓軸與試樣接觸面密封好，鉆頭與試樣接觸，固定好底座56，連接好試驗(yàn)線路與管路，向試驗(yàn)腔60中注入液壓油，向缸體63內(nèi)中注入液壓油，檢測(cè)裝置氣密性，準(zhǔn)備進(jìn)行試驗(yàn)。
[0064](4)試驗(yàn)分組與測(cè)試
[0065]根據(jù)試驗(yàn)要求模擬不同煤儲(chǔ)層特征條件下鉆井產(chǎn)生煤粉情況。例如按照模擬不同構(gòu)造煤比例煤層制作若干煤樣和模擬單一煤層制作若干煤樣分兩組進(jìn)行試驗(yàn)，不同構(gòu)造煤比例煤樣采用相同鉆井工藝參數(shù)試驗(yàn)，單一煤層煤樣采用改變鉆井工藝參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)。
[0066]①單一煤層煤樣鉆井模擬試驗(yàn)測(cè)試
[0067]將單一煤層模擬試樣放入壓力室中，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制向軸向加壓，圍壓加壓，直至滿足煤層原始狀態(tài)下所受壓力大小，模擬原始地層受力狀態(tài)，控制鉆井系統(tǒng)和鉆井液循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行鉆進(jìn)作業(yè)，進(jìn)行煤粉產(chǎn)出濃度檢測(cè)、記錄。鉆進(jìn)結(jié)束后將煤粉分離器取出，測(cè)試煤粉粒徑的分布，及煤粉產(chǎn)出量進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄。設(shè)定不同鉆井參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)，采用相同方法對(duì)煤粉濃度及產(chǎn)出量和粒度進(jìn)行記錄。
[0068]②不同構(gòu)造煤比例煤樣鉆井模擬試驗(yàn)測(cè)試
[0069]將不同構(gòu)造煤比例煤樣分別放入壓力室中，由計(jì)算機(jī)控制使試樣達(dá)到試驗(yàn)條件，進(jìn)行試驗(yàn)，記錄不同構(gòu)造煤比例下試樣煤粉產(chǎn)出量和粒度分布特征。
[0070](5)綜合研究
[0071]通過(guò)設(shè)定鉆井工藝參數(shù)，結(jié)合試驗(yàn)分組，測(cè)試出不同鉆井工藝參數(shù)情況下煤粉產(chǎn)出量和產(chǎn)出粒徑，對(duì)比分析煤粉產(chǎn)出與鉆井工藝間的關(guān)系，得出不同鉆井工藝下煤粉產(chǎn)出規(guī)律。
[0072]通過(guò)進(jìn)行不同煤層屬性下試驗(yàn)，測(cè)試出不同煤層屬性參數(shù)下煤粉產(chǎn)出量與粒度的分布特征，對(duì)比分析煤粉產(chǎn)出與煤層屬性參數(shù)間的關(guān)系，得出不同煤層屬性參數(shù)下煤粉產(chǎn)出的規(guī)律。
[0073](6)鉆進(jìn)參數(shù)優(yōu)化
[0074]耦合分析不同情況組合下煤粉產(chǎn)出，得出不同煤層屬性、地應(yīng)力狀態(tài)下的最佳鉆進(jìn)參數(shù)組合。
[0075]本實(shí)施例并非對(duì)本實(shí)用新型的形狀、材料、結(jié)構(gòu)等作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均屬于本實(shí)用新型技術(shù)方案的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.煤層氣直井鉆進(jìn)煤粉產(chǎn)出測(cè)試裝置的鉆井模擬系統(tǒng)，其特征在于:包括框架(58)和上下兩端均敞口的圓筒體(54 )，框架(58 )內(nèi)底部設(shè)有底座(56 )，圓筒體(54 )下端通過(guò)卡箍(55)與底座(56)可拆卸密封連接，圓筒體(54)上端設(shè)有圓環(huán)頂蓋(57)，圓筒體(54)內(nèi)設(shè)有將圓筒體(54)內(nèi)部分隔為導(dǎo)向腔(59)和試驗(yàn)腔(60)的圓環(huán)隔板(61)，圓筒體(54)、圓環(huán)頂蓋(57)和圓環(huán)隔板(61)的中心線重合，圓環(huán)頂蓋(57)和圓環(huán)隔板(61)的內(nèi)孔滑動(dòng)密封連接有軸向壓軸(62 )，框架(58 )上部設(shè)有缸體(63 )，軸向壓軸(62 )上部外側(cè)設(shè)有與缸體(63 )內(nèi)壁滑動(dòng)密封配合的活塞柱(64);框架(58)頂部上下滑動(dòng)設(shè)有活動(dòng)架(65)，活動(dòng)架上設(shè)有驅(qū)動(dòng)電機(jī)(66)，軸向壓軸(62)內(nèi)沿中心線方向設(shè)有導(dǎo)向孔(72)，導(dǎo)向孔(72)內(nèi)同軸向設(shè)有鉆桿(67)，鉆桿(67)外徑小于導(dǎo)向孔(72)內(nèi)徑，軸向壓軸(62)頂部設(shè)有與鉆桿(67)外壁滑動(dòng)密封配合的環(huán)形堵蓋(68)，鉆桿(67)上端向上穿過(guò)環(huán)形堵蓋(68)與驅(qū)動(dòng)電機(jī)(66)傳動(dòng)連接，鉆桿(67 )下端設(shè)有模擬鉆頭(69 )，底座(56 )上設(shè)有位于試驗(yàn)腔(60 )內(nèi)的樣品煤塊(70 )，樣品煤塊(70 )側(cè)部設(shè)有用于監(jiān)測(cè)樣品煤塊(70 )變形量的引伸計(jì)(71)，軸向壓軸(62 )外側(cè)設(shè)有位于導(dǎo)向腔(59)內(nèi)并與導(dǎo)向腔59內(nèi)壁滑動(dòng)配合的導(dǎo)向板(73);鉆桿(67)中心沿軸向方向設(shè)有上下通透的鉆井液注入孔(76)； 缸體(63)連接有軸向模擬注壓管(74)，圓筒體(54)的試驗(yàn)腔(60)連接有圓周向模擬注壓管(75)。
【專利摘要】煤層氣直井鉆進(jìn)煤粉產(chǎn)出測(cè)試裝置的鉆井模擬系統(tǒng)，包括框架、圓筒體、底座和圓環(huán)頂蓋，圓筒體內(nèi)設(shè)有將圓筒體內(nèi)部分隔為導(dǎo)向腔和試驗(yàn)腔的圓環(huán)隔板，圓環(huán)頂蓋和圓環(huán)隔板的內(nèi)孔滑動(dòng)密封連接有軸向壓軸，框架上部設(shè)有缸體，軸向壓軸上設(shè)有與缸體內(nèi)壁滑動(dòng)密封配合的活塞柱；框架頂部上下滑動(dòng)設(shè)有活動(dòng)架，活動(dòng)架上設(shè)有驅(qū)動(dòng)電機(jī)，軸向壓軸內(nèi)同軸向設(shè)有鉆桿，鉆桿上端與驅(qū)動(dòng)電機(jī)傳動(dòng)連接，鉆桿下端設(shè)有模擬鉆頭。本實(shí)用新型能對(duì)不同煤儲(chǔ)層參數(shù)、不同鉆井參數(shù)下煤粉產(chǎn)出量及產(chǎn)出粒徑進(jìn)行較準(zhǔn)確的測(cè)試，以便能優(yōu)化鉆井參數(shù)，減少煤層氣直井鉆進(jìn)過(guò)程煤粉的產(chǎn)出量和井徑擴(kuò)大率，降低其對(duì)儲(chǔ)層的傷害，為提高煤層氣井排采壓力傳播和產(chǎn)氣量提供有利支撐。
【IPC分類】E21B49/00
【公開號(hào)】CN205089315
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520837106
【發(fā)明人】倪小明, 李志恒, 孫小婷, 劉曉
【申請(qǐng)人】河南理工大學(xué)
【公開日】2016年3月16日
【申請(qǐng)日】2015年10月27日