CN103336050A - 可控大功率声波作用下煤层气渗流实验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可控大功率声波作用下煤层气渗流实验装置，包括煤样室、气体供给系统、流量测量系统、抽真空系统、声波发生系统、温度监测系统和应力加载系统；所述煤样室的两端分别设有密封盖，密封盖与煤样室可拆卸式连接；所述声波发生系统包括声波发生器和与声波发生器连接的换能器，换能器设置在密封盖上；所述温度监测系统包括温度传感器，温度传感器设置在煤样室内；所述应力加载系统包括千斤顶和与千斤顶连接的加压盘，加压盘设置在煤样室内，加压盘上设有通气孔。本发明的装置能模拟应力、气压、声场耦合作用下煤层气在大试件煤体中的渗流规律，以及能模拟大功率声波作用下的热效应、煤-气系统温度影响范围和变化规律。
Description
技术领域
本发明涉及一种煤层气渗流实验装置，特别涉及一种可控大功率声波作用下煤层气渗流实验装置。
背景技术
煤层气是我国战略性接替的新能源，在埋深2000m以浅储量约为30多万亿m3，与我国陆上常规天然气资源量相当，它是一笔可支配的较洁净的能矿资源和化工原料，其次煤层气是煤矿重大灾害事故的有害源。据统计，煤层气灾害事故约占煤矿重大灾害事故的70%。同时，其主要组分CH4是一种比CO2高20多倍的强温室效应气体。所以从资源的利用、安全生产和保护环境角度来看，开发煤层气势在必行。
由于我国煤矿地质条件复杂，煤储层渗透率极低，在0.001mD以下，煤层气难抽采，抽采率低，抽采总量少。煤层气含量高，在20-40t/m3左右，吸附态占90%，瓦斯难解吸。瓦斯压力大，一般在3～12MPa左右，瓦斯治理困难。
上世纪五、六十年代，美国、前苏联就开始了利用声波处理油层，取得了很好的效果，能提高岩体的渗透率、降粘、解堵等，从而提高石油的采收率。近几年我国也将声波技术应用到采油工程中，先后在大庆、玉门、胜利油田进行过现场实验，效果明显，提高原油产量提高15～50%，采收率提高10～15%。
鉴于声波具有振动效应、热效应和空化效应等特点，重庆大学提出了用可控声震法促进煤层气解吸、扩散和渗流这一新技术，从而提高煤层气的抽采率。目前，声波作用下煤层气吸附、解吸、渗流特性，提高煤层气抽采率的机理国内外研究得很少，其实验室研究装置开发得也很少。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种可控大功率声波作用下煤层气渗流实验装置，该装置能模拟应力、气压、声场耦合作用下煤层气在大试件煤体中的渗流规律，以及能模拟大功率声波作用下的热效应、煤-气系统温度影响范围和变化规律。
本发明的可控大功率声波作用下煤层气渗流实验装置，包括煤样室、气体供给系统、流量测量系统、抽真空系统、声波发生系统、温度监测系统和应力加载系统；所述煤样室的两端分别设有密封盖，密封盖与煤样室可拆卸式连接，一端的密封盖上设有进气口，另一端的密封盖上设有出气口；所述气体供给系统与进气口连通，所述流量测量系统和抽真空系统分别与出气口连通；所述声波发生系统包括声波发生器和与声波发生器连接的换能器，换能器设置在密封盖上；所述温度监测系统包括温度传感器，温度传感器设置在煤样室内；所述应力加载系统包括千斤顶和与千斤顶连接的加压盘，加压盘设置在煤样室内，加压盘上设有通气孔。
进一步，所述气体供给系统包括高压甲烷气瓶和与高压甲烷气瓶连通的减压阀。
进一步，所述流量测量系统包括流量计。
进一步，所述抽真空系统包括真空泵。
进一步，所述密封盖与煤样室通过螺栓连接，密封盖与煤样室之间设有密封圈。
进一步，所述换能器的频率为10kHZ～1000kHZ，功率为4000～6000W，并且输出功率有9档可调。
进一步，所述煤样室的内腔为圆柱形，内腔尺寸为φ15cm×40cm。
本发明的有益效果在于：
1）本发明的煤层气渗流实验装置设有气体供给系统、声波发生系统和应力加载系统，能模拟应力、气压、声场耦合作用下煤层气在大试件煤体中的渗流规律，最大载荷200kN，气压5MPa；
2）本发明的煤层气渗流实验装置还设有温度监测系统，能模拟大功率声波作用下的热效应，声波作用下煤-气系统温度影响范围和变化规律；
3）声波发生系统的换能器频率范围为10kHZ～1000kHZ，功率较大，在4000～6000W左右，而且输出功率可调，有9个档，从而可以实验不同频率、不同声强作用下煤层气的渗流规律；
4）煤样室设计为端盖密封的结构形式，使煤样装填方便，同时便于应力加载系统加载应力和压实煤样，并且煤样试件的尺寸较大，尺寸φ15cm×40cm圆柱体，能模拟煤层气在大试件中的渗流规律。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：
图1为本发明的可控大功率声波作用下煤层气渗流实验装置的结构示意图。
具体实施方式
以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
图1为本发明的可控大功率声波作用下煤层气渗流实验装置的结构示意图，如图所示，本发明的可控大功率声波作用下煤层气渗流实验装置，包括煤样室1、气体供给系统（图中未画出）、流量测量系统（图中未画出）、抽真空系统（图中未画出）、声波发生系统、温度监测系统和应力加载系统；所述煤样室1的两端分别设有密封盖2，密封盖2与煤样室1可拆卸式连接，一端的密封盖2上设有进气口3，另一端的密封盖2上设有出气口4；所述气体供给系统与进气口3连通，所述流量测量系统和抽真空系统分别与出气口4连通；所述声波发生系统包括声波发生器5和与声波发生器5连接的换能器6，换能器6设置在密封盖2上；所述温度监测系统包括温度传感器7，温度传感器7设置在煤样室1内；所述应力加载系统包括千斤顶8和与千斤顶8连接的加压盘9，加压盘9设置在煤样室1内，加压盘9上设有通气孔。
本实施例中，所述气体供给系统包括高压甲烷气瓶和与高压甲烷气瓶连通的减压阀。
本实施例中，所述流量测量系统包括流量计。
本实施例中，所述抽真空系统包括真空泵。
本实施例中，所述密封盖2与煤样室1通过螺栓10连接，密封盖2与煤样室1之间设有密封圈11。
本实施例中，所述换能器6的频率为10kHZ～1000kHZ，功率为4000～6000W，并且输出功率有9档可调。
本实施例中，所述煤样室1的内腔为圆柱形，内腔尺寸为15cm×40cm。
使用本发明的装置进行煤层气渗流实验的实验步骤如下：
（1）煤样工业分析：测定煤的孔隙度、灰分、挥发分；
（2）制样：用粉碎机将原煤样破碎，将煤样加入少量水搅拌，测定煤的含水量；
（3）将煤粉装入煤样室1中，人工夯实，煤粉加满后，盖上密封盖2，拧紧螺栓10，密封好煤样室1；
（4）开启真空泵，对实验煤样抽真空24小时；
（5）用千斤顶8和加压盘9给煤样加载一定的应力，使煤样压实；
（6）打开高压甲烷气瓶和减压阀，让煤样吸附甲烷气体48小时，达到吸附平衡；
（7）开启声波发生器5，测定煤样在声场作用下的渗透性；
（8）打开高压甲烷气瓶减压阀，持继供给气体，保持进气口3压力稳定，当出气口4气体流量稳定后，读流量计流量；
（9）记录温度传感器7显示的温度；
（10）计算煤体的渗透率，绘制渗透率与轴向有效应力、渗透率与有效体应力、渗透率与声强、温度与声波作用时间等曲线。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过参照本发明的优选实施例已经对本发明进行了描述，但本领域的普通技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围。
Claims (7)
1.一种可控大功率声波作用下煤层气渗流实验装置，其特征在于：包括煤样室、气体供给系统、流量测量系统、抽真空系统、声波发生系统、温度监测系统和应力加载系统；所述煤样室的两端分别设有密封盖，密封盖与煤样室可拆卸式连接，一端的密封盖上设有进气口，另一端的密封盖上设有出气口；所述气体供给系统与进气口连通，所述流量测量系统和抽真空系统分别与出气口连通；所述声波发生系统包括声波发生器和与声波发生器连接的换能器，换能器设置在密封盖上；所述温度监测系统包括温度传感器，温度传感器设置在煤样室内；所述应力加载系统包括千斤顶和与千斤顶连接的加压盘，加压盘设置在煤样室内，加压盘上设有通气孔。
2.根据权利要求1所述的可控大功率声波作用下煤层气渗流实验装置，其特征在于：所述气体供给系统包括高压甲烷气瓶和与高压甲烷气瓶连通的减压阀。
3.根据权利要求1所述的可控大功率声波作用下煤层气渗流实验装置，其特征在于：所述流量测量系统包括流量计。
4.根据权利要求1所述的可控大功率声波作用下煤层气渗流实验装置，其特征在于：所述抽真空系统包括真空泵。
5.根据权利要求1所述的可控大功率声波作用下煤层气渗流实验装置，其特征在于：所述密封盖与煤样室通过螺栓连接，密封盖与煤样室之间设有密封圈。
6.根据权利要求1至5任意一项所述的可控大功率声波作用下煤层气渗流实验装置，其特征在于：所述换能器的频率为10kHZ～1000kHZ，功率为4000～6000W，并且输出功率有9档可调。
7.根据权利要求1至5任意一项所述的可控大功率声波作用下煤层气渗流实验装置，其特征在于：所述煤样室的内腔为圆柱形，内腔尺寸为φ15cm×40cm。
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