[發明專利]一種聲場作用下含水煤體熱效應傳播規律實驗裝置及實驗方法

在審

• 申請號: 201811617811.0
• 申請日: 2018-12-28
• 公開（公告）號: CN109738482A
• 公開（公告）日: 2019-05-10
• 發明（設計）人: 姜永東;王蘇健;宋超;王鵬;黃克軍;宋曉;牟俊惠;康智鵬;劉浩;李棟;周鳳
• 申請（專利權）人: 重慶大學;陜西煤業化工技術研究院有限責任公司
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

本發明屬于煤層氣高效開采技術領域，涉及一種聲場作用下含水煤體熱效應傳播規律實驗裝置及實驗方法，包括：箱體，用于放置煤體并提供實驗發生位置；實驗條件調節模塊，實驗數據采集模塊以及控制系統，本發明中的實驗方法能夠用于實驗室研究可控超聲波熱效應、空化效應作用下煤體熱效應的傳播規律；本發明中的換能器頻率有25kHz、28kHz、40kHz三種可調，單臺發生器功率在0～3kw可調，六臺發生器可同時運行，從而能夠用于實驗室研究不同頻率、不同功率超聲波作用下不同含水率煤體熱效應傳播規律；本發明中溫度和壓力傳感器連接顯示器，實現了實時、自動采集煤體溫度和壓力的變化曲線。

技術領域

本發明屬于煤層氣高效開采技術領域，涉及一種聲場作用下含水煤體熱效應傳播規律實驗裝置及實驗方法。

背景技術

煤層氣屬于非常規天然氣，是含煤巖系中有機質在成煤過程中生成的以甲烷為主的混有一些有害毒物的多組分氣體。甲烷含量大于95％的煤層氣，其發熱量可達到每立方米8000千卡以上。我國煤層氣在埋深2000米以淺，儲量約36.8萬億立方米，全球排名第三，與我國陸上常規天然氣資源量相當，它是一筆可支配的較潔凈的能礦資源和化工原料，

為了進一步提高煤層氣抽采率，當前國內外主要采用水力壓裂、水力割縫、水平井技術、松動爆破、注氣等方法，但由于我國煤礦地質條件極其復雜，這些方法就顯得十分局限。上世紀五、六十年代，美國、前蘇聯就開始了利用聲波處理油層，取得了很好的效果，能提高巖體的滲透率、降粘、解堵等，從而提高石油的采收率。近幾年我國也將聲波技術應用到采油工程中，先后在大慶、玉門、勝利油田進行過現場實驗，提高原油產量15～50％，采收率提高10～15％，對石油的抽采取得了明顯的效果。

實驗研究證實，超聲波對提高煤層氣解吸、擴散、滲流有很好的效果，且有著安全、高效、環保、經濟等優勢，但目前對超聲波作用提高煤層氣抽采的機理研究不夠深入，其實驗室研究裝置開發得也很少，未見可控超聲波作用下煤體熱效應傳播規律實驗裝置的報道。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種聲場作用下含水煤體熱效應傳播規律實驗裝置及實驗方法，能夠用于實驗室研究不同功率、不同頻率的超聲波作用下不同含水率煤體熱效應傳播規律，并進一步分析超聲波振動效應、熱效應、空化效應作用下煤體孔隙結構及滲透率的變化規律。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種聲場作用下含水煤體熱效應傳播規律實驗裝置，包括：箱體，用于放置煤體并提供實驗發生位置；實驗條件調節模塊，包括用于產生超聲波的發生器、以及用于將超聲波的能量轉換成內能的換能器，所述發生器和換能器電性連接，所述換能器設置在箱體外部；實驗數據采集模塊，包括溫度傳感器，設有若干個，沿遠離換能器的方向線性布置在箱體底部以及箱體遠離換能器的一側上，所有溫度傳感器均設置在箱體外部；控制系統，用于調節發生器的功率、記錄溫度傳感器采集的溫度值、并記錄在實驗條件調節模塊中發生器的功率產生變化后，溫度傳感器采集的溫度值隨實驗進行時間發生變化的規律，該控制系統與實驗條件調節模塊以及實驗數據采集模塊均為電性連接。

可選地，還包括用于壓實煤體的承壓板及加載裝置，所述承壓板設置在箱體內部且與箱體的內輪廓形狀、大小相匹配；所述加載裝置設置在所述承壓板遠離所述箱體的一側上，用于向承壓板上加載壓力壓實煤樣。

可選地，所述加載裝置為千斤頂。

可選地，所述溫度傳感器呈長條狀，沿箱體高度設置在箱體內，在箱體底部的所述溫度傳感器的投影呈m*n式陣列設置，m、n為正整數。

可選地，所述實驗數據采集模塊還包括壓力傳感器，用于采集所述箱體內聲場空化效應產生的大量水泡破滅瞬間產生的壓力，所述控制系統還用于記錄壓力傳感器采集的壓力值、并記錄在實驗條件調節模塊中發生器的功率產生變化后，壓力傳感器采集的壓力值隨實驗進行時間發生變化的規律。