[實用新型]一種測定氣體流動時煤體變形過程的試驗裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201820605632.4
• 申請日: 2018-04-25
• 公開（公告）號: CN208270382U
• 公開（公告）日: 2018-12-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 臧玉曉;王春光;王林森;陳中偉;蔣宇靜;李曜辰;張吉東
• 申請（專利權(quán)）人: 山東科技大學(xué)
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08;G01N33/24
• 代理公司: 濟(jì)南金迪知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37219
• 代理人: 段毅凡

本實用新型公開了一種測定氣體流動時煤體變形過程的試驗裝置，所述的試驗裝置是在三軸壓力室的兩端對稱設(shè)置有加載室，兩端加載室均由兩個連通的柱腔與一個貫穿這兩個柱腔的柱塞組成。其中靠近三軸壓力室的柱腔是自平衡柱腔，用于抵消流體壓力對柱塞產(chǎn)生的不平衡力，另一個柱腔是液壓柱腔，用于對柱塞施加軸向壓力；在柱塞端面出氣/液孔附近另設(shè)一條傳壓管路。這樣注入的流體不僅對柱塞端面施加一個壓力，還會從傳壓管路流入自平衡柱腔，對柱塞擴(kuò)徑活塞端面施加一個等值反向壓力，從而實現(xiàn)柱塞始終處于受力平衡狀態(tài)，避免流體壓力變化擾動樣品外部荷載，可以精確測量樣品變形過程。

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及煤層氣開采領(lǐng)域氣體流動引起的煤孔隙結(jié)構(gòu)變形測量。

背景技術(shù)

煤是由裂隙與煤基質(zhì)組成的雙重孔隙地質(zhì)體。由于氣體在裂隙中流速要快于在煤基質(zhì)微孔隙中流速，通常用煤裂隙滲透率評價煤的宏觀滲透率。煤裂隙變形直接影響氣體流動快慢，裂隙開度值變化主要受裂隙孔隙壓力控制。事實上，煤層氣體流動過程會導(dǎo)致煤裂隙與煤基質(zhì)相互影響?，F(xiàn)有實驗研究均是測量煤的宏觀變形量，未能直接測量煤基質(zhì)變形與煤裂隙變形。常規(guī)滲透率測試方法僅適用于煤-氣系統(tǒng)達(dá)到平衡狀態(tài)情況。而無論是煤層氣開采，還是二氧化碳地質(zhì)封存，煤孔隙壓力將呈現(xiàn)非線性分布，導(dǎo)致煤體出現(xiàn)非均勻變形，使煤滲透率表現(xiàn)出時空分布特性。因此需要提出一種新的方法來測定煤裂隙-基質(zhì)變形與氣體非穩(wěn)態(tài)流動相互影響規(guī)律。

中國專利公開號CN103645129A公開了一種高溫超低滲透率測量儀，其結(jié)構(gòu)是三軸壓力室連接靜水壓力加載泵、偏壓加載泵以及恒流/恒壓控制泵，其中三軸壓力室在高溫控制箱內(nèi)，而靜水壓力加載泵、偏壓加載泵以及恒流/恒壓控制泵放置在高溫控制箱外。三軸壓力室包括底座、軸向活塞、三軸壓力室，其中軸向活塞穿過三軸壓力室頂部，三軸壓力室頂部設(shè)有兩個微型加壓室，其中一個加壓室與三軸壓力室接通，后者與加載泵接通，另外一個加壓室接通偏壓加載泵。該實驗裝置存在以下缺陷：

該裝置考慮軸向活塞在壓力腔內(nèi)壓作用下自平衡，利用自平衡油管將壓力腔內(nèi)壓力導(dǎo)入加壓室。在這種情況下三軸壓力室內(nèi)軸向活塞端面的壓力與加壓室軸向活塞端面壓力數(shù)值相等，作用方向相反。本領(lǐng)域公知：在滲透率實驗測試前必須對樣品包裹膠套，隔離樣品與三軸壓力室腔體，其中軸向活塞與樣品接觸部位被膠套緊密包裹。也就是說，三軸壓力室壓力不能作用在軸向活塞端面。如果采用該文獻(xiàn)公開的結(jié)構(gòu)，一旦流體通過軸向活塞內(nèi)部管道流入樣品時，流體壓力會對軸向活塞端面附加一個壓力，該壓力大小等于流體壓強乘以端面的面積。在這個附加壓力作用下，軸向活塞對樣品施加壓力值會相應(yīng)減小，與設(shè)定壓力存在偏差。流體注入過程中。因此，本實用新型解決“高溫超低滲透率測量儀”的結(jié)構(gòu)缺陷，確保軸向柱塞在流體注入過程中始終處于力學(xué)平衡狀態(tài)，能夠測量煤裂隙開度變化與煤基質(zhì)變形，為研究煤層滲透率提供實驗技術(shù)支持。

實用新型內(nèi)容

為了準(zhǔn)確測量氣體流入煤體過程中煤變形演化過程，本實用新型提供一種測定氣體非穩(wěn)態(tài)流動過程煤體變形的試驗裝置。

為達(dá)到上述目的，本實用新型采取的技術(shù)的方案是：

一種測定氣體流動時煤體變形過程的試驗裝置，該裝置由三軸壓力室與兩個加載室構(gòu)成。其特征在于在三軸壓力室的兩端對稱設(shè)置加載室，兩端加載室均由兩個連通的柱腔與一個貫穿這兩個柱腔的柱塞組成。其中靠近三軸壓力室的柱腔是自平衡柱腔，用于抵消流體壓力對柱塞產(chǎn)生的不平衡力，另一個柱腔是液壓柱腔，用于對柱塞施加軸向壓力；

所述的柱塞在兩個柱腔內(nèi)分別擴(kuò)徑，柱塞擴(kuò)徑尺寸與柱腔內(nèi)徑緊密配合；沿柱塞軸線設(shè)置一條管路，該管路一端用于注入氣/液，另一端用于排出氣/液；在三軸壓力室內(nèi)柱塞端面的出氣/液孔附近設(shè)置傳壓管路，該管路連通自平衡柱腔內(nèi)擴(kuò)徑段的端面與三軸壓力室柱塞端面；柱塞的出氣/液端面的直徑與測試樣品直徑一致，柱塞出氣/液端的橫截面積等于擴(kuò)徑段端面的圓環(huán)面積；柱塞的進(jìn)氣/液端伸出液壓柱腔，與位移傳感器觸桿接觸。

為了保證密封，在柱塞出氣/液段上和柱塞擴(kuò)徑段上均設(shè)有密封圈。