[實用新型]一種高壓脈沖射流作用下煤巖滲透特性測試系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201720855151.4
• 申請日: 2017-07-14
• 公開（公告）號: CN207036633U
• 公開（公告）日: 2018-02-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 葉楨妮;侯恩科;段中會
• 申請（專利權(quán)）人: 西安科技大學(xué)
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08
• 代理公司: 北京世譽(yù)鑫誠專利代理事務(wù)所(普通合伙)11368
• 代理人: 魏秀枝

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及巖石水動力學(xué)領(lǐng)域，具體是一種高壓脈沖射流作用下煤巖滲透特性測試系統(tǒng)。

背景技術(shù)

煤巖滲透特性測試是煤炭工程地質(zhì)勘察及評價的基礎(chǔ)，這對揭示工程擾動作用下煤巖層水動力學(xué)特征具有重要指導(dǎo)意義。瞬態(tài)壓力脈沖法是對巖石滲透率測試方法，這種方法首先由W.F.Brace等于1968年提出并用于測量westerly花崗巖的滲透系數(shù)，主要通過測量巖石樣品兩端壓力容器的壓強(qiáng)變化來獲得滲透率。這種方法經(jīng)過20多年的推廣應(yīng)用，逐漸成為煤炭工程、油氣工程和巖石力學(xué)研究的重要試驗方法。無論是針對高致密砂巖、儲縫頁巖及多孔介質(zhì)鹽巖等，其基本原理都是通過測試流體(地下水和石油)動力作用下在巖石中的流動能力。較為成熟并具代表性的試驗為MTS伺服機(jī)進(jìn)行滲透瞬態(tài)法試驗，通過Darcy(達(dá)西)定律計算公式(或修正公式)計算巖石滲透率(k)。實驗室滲流測量的另外兩種方法還有恒流泵法和壓力振蕩法，這些方法共同之處在于它們都是在非穩(wěn)定流狀態(tài)下進(jìn)行滲透系數(shù)測量，縮短了測量時間，減少了滲流過程中流體的泄漏和溫度變化影響。然而，這些測量參數(shù)都是基于達(dá)西定律滲透公式進(jìn)行計算，是對巖石材料滲透能力的定量化表征。

現(xiàn)有的實驗室滲流測量方法主要包括恒流泵法、壓力振蕩法及瞬態(tài)壓力脈沖法。主要缺點有：

1、實際的測量精度很大程度上取決于測量系統(tǒng)的設(shè)計、制作和操作程序是否合理，整個試驗系統(tǒng)設(shè)計成本高，巖石取樣加工繁瑣，測試費(fèi)用昂貴；

2、水力耦合問題研究要求通過滲透系數(shù)測量與加載設(shè)備和變形監(jiān)測相結(jié)合來，單純考慮巖石受力加載問題，未考慮流體的動力問題；

3、滲透特性主要通過滲透參量進(jìn)行表征，數(shù)據(jù)分析較難，缺乏直觀、可視化滲透性質(zhì)描述方法。

如何直觀、可視化表征煤巖滲流特性，成為亟待發(fā)展的地層水動力學(xué)試驗測試方法。煤巖材料作為一種典型的孔隙、裂隙雙重介質(zhì)，其滲透性對影響地層水動力學(xué)特征具有重要作用。目前，國內(nèi)尚未有人提出高壓脈沖射流巖石滲透性測試方法。

實用新型內(nèi)容

本實用新型的目的在于提供一種通過高壓脈沖射對不同煤巖樣品進(jìn)行穿透測試，解決了考慮流體動力參數(shù)問題；借助光學(xué)平面掃描技術(shù)手段，觀測不同尺寸煤巖樣品高壓脈沖射流透射表面積，解決了煤巖滲透性可視化分析問題；測試系統(tǒng)組成簡單、方便快捷、測試精度高，解決了傳統(tǒng)試驗系統(tǒng)設(shè)計成本問題的高壓脈沖射流作用下煤巖滲透特性測試系統(tǒng)，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供如下技術(shù)方案：

一種高壓脈沖射流作用下煤巖滲透特性測試系統(tǒng)，包括高壓脈沖射流儀和光學(xué)平面掃描儀，所述高壓脈沖射流儀包括鋼殼、擊錘和安瓿瓶，鋼殼的內(nèi)部設(shè)有擊錘和芯桿，擊錘的后端連接連接鋼殼內(nèi)的彈簧，鋼殼的后端設(shè)有控制開關(guān)；擊錘的前側(cè)設(shè)有芯桿，芯桿的前端安裝活塞，該活塞置于安瓿瓶內(nèi)，安瓿瓶安裝在鋼殼的前端，安瓿瓶的前端設(shè)有輸藥孔。

作為本實用新型進(jìn)一步的方案：所述芯桿的后端設(shè)有與活塞配合的靶盤。

作為本實用新型進(jìn)一步的方案：所述控制開關(guān)通過繩線連接擊錘。

作為本實用新型進(jìn)一步的方案：所述鋼殼的厚度為4mm，鋼殼的長度為160mm，最大外徑為30mm，擊錘的直徑為23mm，芯桿的直徑為6mm。

高壓脈沖射流作用下煤巖滲透特性測試系統(tǒng)的測試方法，包括以下步驟：

步驟一、選用高壓脈沖射流儀對不同厚度尺寸煤巖樣品進(jìn)行脈沖射流；

步驟二、射流完后立即采用光學(xué)平面掃描儀對透射面積進(jìn)行掃描拍攝，觀測投射表面積并代入公式進(jìn)行滲透率系數(shù)計算，分析煤巖滲透特性并進(jìn)行可視化關(guān)聯(lián)。

作為本實用新型進(jìn)一步的方案：步驟二中滲透率系數(shù)計算的公式為Q＝KΔPA/μL，式中Q為單位時間內(nèi)流體通過巖石的流量；K為巖石滲透系數(shù)；A為液體通過巖石的截面積；μ為液體的粘度；L為巖樣厚度；ΔP為液體通過巖石前后的壓差。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果是：本實用新型借助高壓脈沖射流儀，結(jié)合光學(xué)平面掃描技術(shù)對巖石滲透特性進(jìn)行測試，通過觀測射流透射表面積，計算巖石滲透系數(shù)，并進(jìn)行可視化聯(lián)系，方便、快捷；本實用新型提出的測試方法簡便、測試成本低，對于后續(xù)巖石水動力學(xué)創(chuàng)新試驗具有重要借鑒意義。

附圖說明

圖1為高壓脈沖射流作用下煤巖滲透特性測試系統(tǒng)中高壓脈沖射流儀的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為高壓脈沖射流作用下煤巖滲透特性測試系統(tǒng)中低滲透系數(shù)的煤巖所對應(yīng)的投射面積圖。