CN102519769A

CN102519769A - 用于真三维渗透率测定的煤样制备装置

Info

Publication number: CN102519769A
Application number: CN2011104323893A
Authority: CN
Inventors: 张遂安; 叶建平; 李丹琼; 张守仁; 杨立源; 吴见; 霍鹏飞
Original assignee: China University of Petroleum Beijing; China United Coalbed Methane Corp Ltd
Current assignee: China University of Petroleum Beijing; China United Coalbed Methane Corp Ltd
Priority date: 2011-12-21
Filing date: 2011-12-21
Publication date: 2012-06-27

Abstract

本发明为一种用于真三维渗透率测定的煤样制备装置，该制备装置包括一固定支架，固定支架上设有一样品装载台，样品装载台是由载物平面和设置在该载物平面上的样品夹持器构成；在样品装载台上方设有一滑动导轨，在滑动导轨上滑动地设置一滑动块，滑动块上设有竖直向下的射流喷嘴，射流喷嘴为扁缝喷嘴，扁缝喷嘴的扁缝与滑动导轨纵向平行设置。该用于真三维渗透率测定的煤样制备装置采用了扁缝喷嘴，其喷射出的射流形成平面式射流，可最大限度减小由于煤体本身内部结构非均质性强而造成的应力集中问题，降低煤样破碎的风险，提高煤样成型率；同时，采用平面式射流方式进行煤样切割，可提高水射流切割速度，使切割面更平整、切割效果更好。

Description

用于真三维渗透率测定的煤样制备装置

技术领域

本发明是关于一种测试煤样的制备装置，尤其涉及一种用于真三维渗透率测定的煤样制备装置。

背景技术

煤储层渗透率是制约煤层气进行商业开发的关键因素之一，渗透率的变化直接影响着煤层气井的产能。同时，煤层渗透率对煤矿井下瓦斯突出及煤储层瓦斯抽放也有着重要影响。在矿井生产或煤层气排采过程中，由于工程的影响，破坏了原岩应力场和原始储层压力的平衡，形成了作业空间周围的应力重新分布和瓦斯(煤层气)流动状态的改变，从而导致瓦斯(煤层气)在煤岩孔隙裂隙中渗流特征的改变。在影响瓦斯(煤层气)渗流特征的基本参数中，地应力对煤层的渗透性起着决定性的作用。所以，为了降低瓦斯突出所带来的危害及对煤层气井可采性和产能进行预测，通过模拟地下应力场及在其作用下流体渗流特征来测定渗透率成为业界普遍采用的一种方法。

目前普遍采用的渗透率测定方法有两种，第一种是一维渗透率测定，这种方法是通过制备好的圆柱体煤样，在其圆柱侧面上加载围压(模拟地应力)，孔隙流体从一个底面流入，从另一个底面流出，这种方法可测定垂直于端面方向的渗透率。第二种渗透率测定方法是拟三维(实际为二维)模式，其不同之处在于，圆柱体两个底面方向也加载了一个压力，可以模拟两个方向的地应力状态。第一种方法的缺点是：只实现了一个方向的应力加载，只能测定垂直于底面的一个方向的渗透率。第二种测定方法优于一维渗透率测定方法，即：可模拟两个方向的应力状态，但实际的地应力是由一个垂向应力和两个相互垂直的水平应力所组成，第二种测定方法依然不能真实再现实际地应力状态，实验所测得的渗透率值与真实值之间存在一定的偏差。因此，有必要开展真三维渗透率测定实验。

现有制备圆柱体煤样时，根据煤体结构类型不同主要有两种不同的方法。对于软煤，即：受构造影响较大，层理紊乱、煤质松软、强度低的煤体，采用将煤体研磨成一定粒径的煤粉，通过模具压制进行制样。对于硬煤，其基本保持了煤体的原始强度，强度较高，沿用常规石油天然气行业的制样方法，即：通过钻孔法、剖切机切割相结合的机械方法对外形特征较好的煤块进行切割制样。由于煤岩机械强度低、割理发育、比重小、杨氏模量低、易受压缩等特点，在制备煤样时普遍存在煤样破碎率高、成型率低等问题。

进行真三维渗透率测定实验时，需要制备立方体煤样，如果采用机械切割方法，要对煤体的六个面分别进行切割，这比制备圆柱体煤样更加困难，制样过程中煤体更容易破碎，所以，常规机械切割的方法是不可行的，目前还没有制备立方体煤样的有效方法。

水射流切割技术目前已广泛应用于航空航天、有色冶炼、钢铁、电力、船舶、石油、化工、交通、机械、建筑、军工等部门。在切割方面，水射流切割是唯一一种高能束冷切割技术，具有切缝窄、不产生热应力、无粉尘、易实现异形切割、几乎可切割任何材料等优点。但水射流切割中普遍使用的点状聚能水射流技术对于机械强度低、易碎的煤岩等则难以应用。因此，目前水射流切割方法并未应用于煤岩等软质、易碎材料的切割。

由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种用于真三维渗透率测定的煤样制备装置，以克服现有技术的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于真三维渗透率测定的煤样制备装置，利用前混合磨料平面水射流切割方式对煤岩进行切割，以避免煤样破碎，提高煤样成型率。

本发明的另一目的在于提供一种用于真三维渗透率测定的煤样制备装置，可提高水射流切割速度，使切割面更平整、切割效果更好。

本发明的又一目的在于提供一种用于真三维渗透率测定的煤样制备装置，该装置结构简单，操作方便，使用成本低。

本发明的目的是这样实现的，一种用于真三维渗透率测定的煤样制备装置，该制备装置包括一固定支架，所述固定支架上设有一样品装载台，该样品装载台是由载物平面和设置在该载物平面上的样品夹持器构成；在样品装载台上方设有一滑动导轨，在所述滑动导轨上滑动地设置一滑动块，所述滑动块上设有竖直向下的射流喷嘴，所述射流喷嘴为扁缝喷嘴，所述扁缝喷嘴的扁缝与滑动导轨纵向平行设置。

在本发明的一较佳实施方式中，所述射流喷嘴通过磨料水通道与一前混合磨料水容器连通。

在本发明的一较佳实施方式中，所述滑动块上沿滑动导轨纵向间隔设置多个喷射速度可调的射流喷嘴。

在本发明的一较佳实施方式中，所述滑动导轨与载物平面呈平行设置。

在本发明的一较佳实施方式中，所述滑动导轨上开设有T形槽，所述滑动块上连接有一导向块，该导向块滑设于T形槽内。

在本发明的一较佳实施方式中，所述滑动导轨上开设有T形槽，所述滑动块上连接有一滚轮，该滚轮滚动地设置在T形槽内。

由上所述，本发明用于真三维渗透率测定的煤样制备装置中采用了扁缝喷嘴，其喷射出的射流形成平面式射流，可最大限度减小由于煤体本身内部结构非均质性强而造成的应力集中问题，降低了煤样破碎的风险，提高了煤样成型率；同时，采用平面式射流方式进行煤样切割，可提高水射流切割速度，使切割面更平整、切割效果更好。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：

图1：为本发明用于真三维渗透率测定的煤样制备装置的结构示意图一。

图2A：为本发明用于真三维渗透率测定的煤样制备装置中的射流喷嘴结构示意图。

图2B：为图2A的侧视结构示意图。

图3：为本发明用于真三维渗透率测定的煤样制备装置的结构示意图二。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，本发明提出一种用于真三维渗透率测定的煤样制备装置100，该制备装置100包括一固定支架1，所述固定支架1上设有一样品装载台2，该样品装载台2是由载物平面21和设置在该载物平面21上的样品夹持器22构成的；在样品装载台2上方设有一滑动导轨3，所述滑动导轨3与载物平面21呈平行设置；在所述滑动导轨3上滑动地设置一滑动块4，在本实施方式中，所述滑动导轨3上开设有T形槽31，所述滑动块4上连接有一导向块(图中未示出)，该导向块滑设于T形槽31内；作为本实施方式中的另一实施例，所述导向块也可由一滚轮替代；所述滑动块4上设有竖直向下的射流喷嘴5，所述射流喷嘴5为一扁缝喷嘴51，如图2A、图2B所示，所述扁缝喷嘴51为喷口呈窄缝状，其喷射出的射流形成平面式射流；所述扁缝喷嘴51的扁缝与滑动导轨3的纵向平行设置；所述射流喷嘴5通过磨料水通道6与一前混合磨料水容器(图中未示出)连通。

本发明的煤样制备装置在使用时，将样品7的待切割面做好标记后置于载物平面21上，由样品夹持器22将其固定。调整滑动块4的位置，将扁缝喷嘴51与待切割面的一端对齐；启动前混合磨料水容器，混合磨料水经由磨料水通道6从扁缝喷嘴51喷出作用于待切割面上；手动或由其它传动机构驱动滑动块4沿着滑动导轨3移动，扁缝喷嘴51随滑动块4一起做往复运动的同时，使煤块7待切割面的不同部分与高压射流束充分接触，完成待切割面的切割。由于本实施方式中采用了扁缝喷嘴，其喷射出的射流形成平面式射流，可最大限度减小由于煤体本身内部结构非均质性强而造成的应力集中问题，降低了煤样破碎的风险，提高了煤样成型率；同时，采用平面式射流方式进行煤样切割，可提高水射流切割速度，使切割面更平整、切割效果更好。

进一步，在本实施方式中，可由几个平行排列的喷嘴组成一个面切割系统，对煤样进行切割。如图3所示，所述滑动块4上沿滑动导轨3纵向可间隔设置多个喷射速度可调的射流喷嘴5；其中，由于各个射流喷嘴5的喷射速度可调，对于结构不规则或内部含有夹矸或杂质的煤体进行切割时，可以通过调整喷射速度的方法来降低薄弱面易碎的风险。

进一步，本实施方式中，采用前混合磨料射流方式，磨料和切割高压水充分混合后经由磨料水通道从喷嘴喷出，完成对煤样表面的切割。该方式与后混合方式相比，切割材料时的压力大大降低，而且前混合方式磨料与水的混合效率高、切割均匀且切割能力强、速度快、切割面平整，更适宜于切割煤样。制备样品时，通过滑动块的往复运动对待切面进行逐层切割。由于采用面切割的方式，切割过程对煤块的机械振动大大减小，切割更平稳，效率更高。

本发明用于真三维渗透率测定的煤样制备装置，其制备的立方体煤样成型率高，切割面平整，切割速度快，可以很好地应用于真三维渗透率测定实验。而且，该装置结构简单，操作方便，使用成本低；也可以应用于砂岩等其他岩石的立方体岩样的制备，为煤层气、煤炭、常规油气行业室内渗透率测定样品制备提供了新的方法，进而可为产能评价及瓦斯突出预测提供更可靠的实验依据。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims

1.一种用于真三维渗透率测定的煤样制备装置，其特征在于：该制备装置包括一固定支架，所述固定支架上设有一样品装载台，该样品装载台是由载物平面和设置在该载物平面上的样品夹持器构成；在样品装载台上方设有一滑动导轨，在所述滑动导轨上滑动地设置一滑动块，所述滑动块上设有竖直向下的射流喷嘴，所述射流喷嘴为扁缝喷嘴，所述扁缝喷嘴的扁缝与滑动导轨纵向平行设置。

2.如权利要求1所述的用于真三维渗透率测定的煤样制备装置，其特征在于：所述射流喷嘴通过磨料水通道与一前混合磨料水容器连通。

3.如权利要求1所述的用于真三维渗透率测定的煤样制备装置，其特征在于：所述滑动块上沿滑动导轨纵向间隔设置多个喷射速度可调的射流喷嘴。

4.如权利要求1所述的用于真三维渗透率测定的煤样制备装置，其特征在于：所述滑动导轨与载物平面呈平行设置。

5.如权利要求1所述的用于真三维渗透率测定的煤样制备装置，其特征在于：所述滑动导轨上开设有T形槽，所述滑动块上连接有一导向块，该导向块滑设于T形槽内。

6.如权利要求1所述的用于真三维渗透率测定的煤样制备装置，其特征在于：所述滑动导轨上开设有T形槽，所述滑动块上连接有一滚轮，该滚轮滚动地设置在T形槽内。