[發明專利]一種模擬煤巖鉆孔熱冷加注裝置及滲透率測試方法

有效

• 申請號: 201710326437.8
• 申請日: 2017-05-10
• 公開（公告）號: CN106970015B
• 公開（公告）日: 2023-02-17
• 發明（設計）人: 王登科;魏建平;劉勇;溫志輝;徐向宇;李文睿
• 申請（專利權）人: 河南理工大學
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08;F17C7/00;F17C7/02;F17C13/02;F17C13/06
• 代理公司: 鄭州浩德知識產權代理事務所(普通合伙) 41130
• 代理人: 王國旭

1.一種基于模擬煤巖鉆孔熱冷加注裝置的滲透率測試方法，其特征在于：所述的基于模擬煤巖鉆孔熱冷加注裝置的滲透率測試方法包括如下步驟：

第一步，安裝實驗樣品，首先根據實驗需要，選擇滿足實驗條件需要的煤塊樣本，然后將煤塊樣本安裝到物料轉運平臺上并定位，并將物料轉運平臺轉運至承載架的移動鉆孔機的正下方；

第二步，加工實驗鉆孔，利用移動鉆孔機，首先在煤塊樣本上表面加工一個入注鉆孔，然后在煤塊樣本側表面加工一個測試鉆孔，且所述的入注鉆孔與測試鉆孔軸線相互垂直分布；

第三步，循環沖擊，在完成第二步作業后，首先通過物料轉運平臺將煤塊樣本轉運至高溫導流管處，并使高溫導流管前端嵌入到入注鉆孔內，然后啟動熱風機，將溫度穩定為350℃—500℃壓力為0.2MPa—0.5MPa的熱空氣通過高溫導流管進入到入注鉆孔內，同時由高溫空氣驅動鉆孔密封器、壓力自適應囊袋對入注鉆孔進行密封，并在入注鉆孔密封后，通過熱風機持續對入注鉆孔進行加熱5—15分鐘，同時通過萬用表對煤塊樣本溫度進行檢測，煤塊樣本達到300℃后，關閉熱風機停止對入注鉆孔加熱，當鉆孔內氣體自由散逸壓力自適應囊袋不具備對入注鉆孔密封作用后，將高溫導流管從入注鉆孔中拔出，然后在0.5分鐘—3分鐘內向入注鉆孔內通入5℃—10℃的常壓低溫水，并在煤塊樣本溫度冷卻至15—30℃時，通過物料轉運平臺將煤塊樣本轉運至低溫導流管處，并使低溫導流管前端嵌入到入注鉆孔內，然后啟動液氮加壓器，將低溫液氮罐內液氮增壓至0.2MPa—0.5MPa后注入到入注鉆孔內，同時由高壓液氮驅動鉆孔密封器、壓力自適應囊袋對入注鉆孔進行密封，并在入注鉆孔密封后，通過液氮加壓器持續對入注鉆孔進行降溫3分鐘—5分鐘，同時通過萬用表對煤塊樣本溫度進行檢測，并使煤塊樣本溫度達到-180℃—-100℃左右時，關閉液氮加壓器停止對入注鉆孔注冷，當鉆孔內氣體自由散逸壓力自適應囊袋不具備對入注鉆孔密封作用后，將低溫導流管前端從入住鉆孔中拔出，從而完成一次沖擊作業，并在完成沖擊作業后對煤塊樣本裂紋發展情況進行圖片記錄，在完成一次沖擊作業并做好煤塊樣本裂紋發展情況進行圖片記錄后，再次循環進行沖擊作業；

第四步，滲透測試，完成第三步作業后，將加壓管、高壓管前端和氣體壓力變送器均嵌入到測試鉆孔內，并由空壓機產生高壓空氣驅動膠囊封孔器對測試鉆孔進行密封，同時通過鉆孔密封器、壓力自適應囊袋對入注鉆孔進行密封，然后通過氣體質量流量控制器將氮氣瓶內氮氣引入到測試鉆孔內，由氣體壓力變送器對測試鉆孔內的氮氣壓力值進行采集和檢測，然后將氣體壓力變送器檢測到的數值和氣體質量流量控制器設定的數值一同傳輸到數據處理終端，由數據處理終端進行數據運行處理，其中注入到測試鉆孔內氮氣的初始壓力值為0.2MPa—0.5MPa，氮氣注入時間為1分鐘及氣體壓力變送器數據采集時間間隔為1.5分鐘—2.5分鐘；

第五步，滲透率數據計算，首先在數據處理終端建立滲透率計算函數，然后將第四步采集到的具體數值帶入到滲透率計算函數中，即可計算得到煤塊樣本的滲透率具體數值。

2.根據權利要求1所述的一種基于模擬煤巖鉆孔熱冷加注裝置的滲透率測試方法，其特征在于：所述的第五步中，滲透率計算函數為：

；

其中：K為氣體滲透率；

Q₀為標準狀況下的氣體體積流量；

L 為多孔介質滲流長度；

A為多孔介質橫截面積；

p₀為標準狀況下的氣體壓力；

P_i為進氣端壓力；P_e為出氣端壓力；

T為實驗環境絕對溫度；

為標準狀況下絕對溫度；

b為Klinkenberg系數；

為標準狀況下氣體的動力黏度；T₀= 273.15K；

Tsu為Sutherland常數。