CN103364319A

CN103364319A - 高温三轴测定煤或岩石渗透特性的装置

Info

Publication number: CN103364319A
Application number: CN2013102754032A
Authority: CN
Inventors: 胡耀青; 邵继喜; 杨栋; 赵阳升; 康志勤
Original assignee: Taiyuan University of Technology
Current assignee: Taiyuan University of Technology
Priority date: 2013-07-02
Filing date: 2013-07-02
Publication date: 2013-10-23
Anticipated expiration: 2033-07-02
Also published as: CN103364319B

Abstract

高温三轴测定煤或岩石渗透特性的装置，涉及研究高温状态下煤或岩石渗透特性的实验设备，解决目前设备实验温度只在300℃以下，且不能实时在线测定的问题。本发明试件采用带高温密封胶的高温铝箔纸和混合盐密封，混合盐一方面侧向密封试件，另一方面均匀传递侧向压力，而轴向直接用油缸加载，实现了高温状态下的三轴加载。气体由进气口通过渗透筛到达试件下端面，再通过试件到达试件上部的渗透筛并由出气口排出，通过测定不同时间段气体的排出量来计算试件的渗透系数。本发明用于高温状态下煤或岩石渗透特性的实验，最高温度可达600℃，可模拟1000m以内的地应力状态，同时可实现实时在线测定渗透特性。

Description

高温三轴测定煤或岩石渗透特性的装置

技术领域

本发明涉及研究高温状态下煤或岩石渗透特性的实验设备，特别涉及一种在高温三轴状态下测定煤或岩石的渗透装置。

背景技术

目前，煤或岩石高温状态下的渗透实验的设备只能做到300℃以下，对于煤炭地下气化或高温地热开发远不能满足实验的要求。另外，以往是把试件加热到某一温度，然后自然冷却到常温再进行渗透实验，不能实现实时在线测定煤或岩石的渗透特性。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种高温三轴测定煤或岩石渗透特性的装置，解决目前研究高温状态下煤或岩石渗透性能的实验设备温度只在300℃以下，而且不能实时在线测定的技术问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种高温三轴测定煤或岩石渗透特性的装置，其特征在于：所述的装置由轴向和侧向加载系统、试件渗透系统、试件的密封系统、冷却系统、加温系统五部分组成，所述轴向和侧向加载系统由含有上台面、下台面的加载框架，安装在上台面上的复合油缸，以及与复合油缸连接的液压泵站构成；所述轴向加载系统：由复合油缸的内缸向设置在试件上端的上渗透筛、与上渗透筛为一体的轴向传压杆施加轴向压力，试件的下端面设置在与带法兰的下底座为一体的下渗透筛上，带法兰的下底座安装在与下台面连接的下部水冷却环座上；所述侧向加载系统：在试件的侧向设置传压介质混合盐，传压介质混合盐的外围设置带上下法兰的环形壳体，传压介质混合盐的上面通过环形传压套、三瓣环环向垫块承接复合油缸的环缸的侧向加载，传压介质混合盐的下面由带法兰的下底座支承，带上下法兰的环形壳体的上法兰用螺栓与上法兰盘连接，带上下法兰的环形壳体的下法兰用螺栓与带法兰的下底座连接；所述试件渗透系统：采用渗透介质气体从设置在带法兰的下底座下部的进气口，通过导气孔进入下渗透筛，气体通过试件渗透到上渗透筛，再由设置在轴向传压杆中心的排气孔通向排气口，然后在排气口收集一定时间段内的气体量，计算其渗透系数；所述试件的密封系统：由缠绕在试件、下渗透筛及上渗透筛周围带有高温密封胶的高温铝箔纸，和设置在试件侧向的传压介质混合盐组成；所述冷却系统由三部分组成：①下部冷却环座的冷却装置，水由设置在下部冷却环座侧面的Ⅰ号进水口进水，从Ⅰ号进水口对面的Ⅰ号出水口流出，②环形传压套的冷却装置，由设置在环形传压套外围的环形冷却套完成，水从环形冷却套下部的Ⅱ号进水口进入，由环形冷却套上部的Ⅱ号出水口流出，③轴向传压杆上半部分的冷却装置，是由杆内连通的导水孔、Ⅲ号进水口、Ⅲ号出水口组成，水由Ⅲ号进水口进入轴向传压杆内的导水孔，再从Ⅲ号出水口流出；所述加温系统由设置在带上下法兰的环形壳体中部的加热炉，插入加热炉内的温度传感器，以及温度控制箱组成。

本发明与现有技术相比，试件侧向采用可流动的固体介质混合盐施加侧向应力，试件采用自带高温密封胶的耐高温铝箔纸密封，当温度大于400℃时，混合盐处于熔融状态，一方面侧向密封试件，另一方面可均匀地传递侧向压力，而轴向直接用油缸加载，这样，实现了高温状态下的三轴加载。装置的下部有进气口，上部有出气口，气体由进气口通过渗透筛到达试件的下端面，再通过试件到达试件上部的渗透筛并由出气口排出气体，通过测定不同时间段气体的排出量来计算试件在不同温度、不同应力状态下的渗透系数，为工程应用提供最关键、最基本的渗透参数。本发明用于高温状态下煤或岩石渗透特性的实验，最高温度可达600℃，可模拟1000m以内的地应力状态，同时可实现实时在线测定煤或岩石的渗透特性。

附图说明

图1是加载框架的主视图；

图2是图1的俯视图；

图3是本发明的结构示意图（主视图）。

下面结合附图通过较佳实施例对本发明作进一步的说明。

具体实施方式

如图1、2、3所示，一种高温三轴测定煤或岩石渗透特性的装置，由轴向和侧向加载系统、试件渗透系统、试件的密封系统、冷却系统、加温系统五部分组成，所述轴向和侧向加载系统由含有上台面9、下台面10的加载框架8，安装在上台面9上的复合油缸34，以及与复合油缸34连接的液压泵站构成；所述轴向加载系统：由复合油缸34的内缸2向设置在试件1上端的上渗透筛4、与上渗透筛4为一体的轴向传压杆3施加轴向压力，试件1的下端面设置在与带法兰的下底座5为一体的下渗透筛6上，带法兰盘的下底座5安装在与下台面10连接的下部水冷却环座7上；所述侧向加载系统：在试件1的侧向设置传压介质混合盐11，传压介质混合盐11的外围设置带上下法兰的环形壳体12，传压介质混合盐11的上面通过环形传压套13、三瓣环环向垫块14承接复合油缸34的环缸15的侧向加载，传压介质混合盐11的下面由带法兰的下底座5支承，带上下法兰的环形壳体12的上法兰用螺栓17与上法兰盘16连接，带上下法兰的环形壳体12的下法兰用螺栓17与带法兰的下底座5连接；所述试件渗透系统：采用渗透介质气体从设置在带法兰的下底座5下部的进气口18，通过导气孔19进入下渗透筛6，气体通过试件1渗透到上渗透筛4，再由设置在轴向传压杆3中心的排气孔20通向排气口21，然后在排气口21收集一定时间段内的气体量，计算其渗透系数；所述试件的密封系统：由缠绕在试件1、下渗透筛6及上渗透筛4周围带有高温密封胶的高温铝箔纸33，和设置在试件1侧向的传压介质混合盐11组成，所述高温铝箔纸33一方面可使试件1与传压介质混合盐11隔离，另一方面可防止试件1内的气体渗向传压介质混合盐11，传压介质混合盐11在400℃左右时成熔融状态，一方面传递侧向压力，另一方面密封试件1；所述冷却系统由三部分组成：①下部冷却环座7的冷却装置，水由设置在下部冷却环座7侧面的Ⅰ号进水口22进水，从Ⅰ号进水口22对面的Ⅰ号出水口23流出，保护下台面10，②环形传压套13的冷却装置，由设置在环形传压套13外围的环形冷却套24完成，水从环形冷却套24下部的Ⅱ号进水口25进入，由环形冷却套24上部的Ⅱ号出水口26流出，用以冷却环形传压套13，避免三瓣环环向垫块14、复合油缸34的环缸15及上台面9由于高温而受损，③轴向传压杆3上半部分的冷却装置，是由杆内连通的导水孔27、Ⅲ号进水口28、Ⅲ号出水口29组成，水由Ⅲ号进水口28进入轴向传压杆3内的导水孔27，再从Ⅲ号出水口29流出，保护内缸2及密封圈32；所述加温系统由设置在带上下法兰的环形壳体12中部的加热炉30，插入加热炉30内的温度传感器31，以及温度控制箱组成。

本发明的安装过程：

1）试件安装：在加载框架外把直径为50mm长度为100mm的标准试件1置入渗透筛6上，用带有高温密封胶的高温铝箔纸33把试件1、下渗透筛6及上渗透筛4缠绕成一个整体，然后把带上下法兰的环形壳体12的下法兰用螺栓17与带法兰的下底座5连接。

2）再装入传压介质混合盐11并振捣使其密实，混合盐的装入量为1130cm³左右，然后安装环形传压套13及上法兰盘16，通过螺栓17连接紧固，然后把环形冷却套24套在环形传压套13上，垫上三瓣环环向垫块14，再与加载框架连接。

2）水循环冷却管路连接：把三个进水管分别与Ⅰ号进水口22、Ⅱ号进水口25及Ⅲ号进水口28连接，三个出水管分别与Ⅰ号出水口23、Ⅱ号出水口26及Ⅲ号出水口29连接，构成水循环冷却系统。

3）加热炉及其控制系统的连接：按设计位置把加热炉30安装好后，连接加热炉30的电线及传感器31的信号线到温度控制箱。

4）渗透系统管路连接：把注气管与进气口18连接，排气口21接一软管，以方便收集渗出的气体。

本发明的实验步骤：

①给试件1按设计的压力施加轴向载荷及侧向载荷，即通过液压泵站给复合油缸34的内缸2及环缸15提供压力，内缸2提供轴向压力，环缸15提供侧向压力，当加载到设计压力时进行保压；

②启动水冷却系统及高温加热炉，由温度控制箱设定设计的温度值，开始加温；

③当温度上升到预定值后，可根据实验要求进行保温，即保温时间可根据实验目的的不同而调整；

④按设计的压力从进气口18注入恒定压力的气体，然后测定排气口21的排气量，当排气量基本稳定后，测定一定时间段的排气量，测定次数一般不少于三次，然后按相关的公式计算渗透系数。

以上是固定的步骤，因本设备可以测定不同应力、不同温度、不同渗透压下试件的渗透特性，因此，用户可根据实验需要编制相应的实验步骤。如固定应力、固定温度，然后测定不同渗透压下试件的渗透性，或固定应力、固定渗透压力，测定不同温度下试件的渗透性，或固定温度、固定渗透压力，测定不同应力状态下试件的渗透性。

本发明的显著特点是：温度可升到600℃，同时可加到1000m以内的应力状态，克服了以往温度只在300℃以下，另一方面实现了实时在线测定煤或岩石的渗透性，这是本发明区别于其他同类产品的显著标志。

Claims

1.一种高温三轴测定煤或岩石渗透特性的装置，其特征在于：所述的装置由轴向和侧向加载系统、试件渗透系统、试件的密封系统、冷却系统、加温系统五部分组成，所述轴向和侧向加载系统由含有上台面（9）、下台面（10）的加载框架（8），安装在上台面（9）上的复合油缸（34），以及与复合油缸（34）连接的液压泵站构成；所述轴向加载系统：由复合油缸（34）的内缸（2）向设置在试件（1）上端的上渗透筛（4）、与上渗透筛（4）为一体的轴向传压杆（3）施加轴向压力，试件（1）的下端面设置在与带法兰的下底座（5）为一体的下渗透筛（6）上，带法兰的下底座（5）安装在与下台面（10）连接的下部水冷却环座（7）上；所述侧向加载系统：在试件（1）的侧向设置传压介质混合盐（11），传压介质混合盐（11）的外围设置带上下法兰的环形壳体（12），传压介质混合盐（11）的上面通过环形传压套（13）、三瓣环环向垫块（14）承接复合油缸（34）的环缸（15）的侧向加载，传压介质混合盐（11）的下面由带法兰的下底座（5）支承，带上下法兰的环形壳体（12）的上法兰用螺栓（17）与上法兰盘（16）连接，带上下法兰的环形壳体（12）的下法兰用螺栓（17）与带法兰的下底座（5）连接；所述试件渗透系统：采用渗透介质气体从设置在带法兰的下底座（5）下部的进气口（18），通过导气孔（19）进入下渗透筛（6），气体通过试件（1）渗透到上渗透筛（4），再由设置在轴向传压杆（3）中心的排气孔（20）通向排气口（21），然后在排气口（21）收集一定时间段内的气体量，计算其渗透系数；所述试件的密封系统：由缠绕在试件（1）、下渗透筛（6）及上渗透筛（4）周围带有高温密封胶的高温铝箔纸（33），和设置在试件（1）侧向的传压介质混合盐（11）组成；所述冷却系统由三部分组成：①下部冷却环座（7）的冷却装置，水由设置在下部冷却环座（7）侧面的Ⅰ号进水口（22）进水，从Ⅰ号进水口（22）对面的Ⅰ号出水口（23）流出，②环形传压套（13）的冷却装置，由设置在环形传压套（13）外围的环形冷却套（24）完成，水从环形冷却套（24）下部的Ⅱ号进水口（25）进入，由环形冷却套（24）上部的Ⅱ号出水口（26）流出，③轴向传压杆（3）上半部分的冷却装置，是由杆内连通的导水孔（27）、Ⅲ号进水口（28）、Ⅲ号出水口（29）组成，水由Ⅲ号进水口（28）进入轴向传压杆（3）内的导水孔（27），再从Ⅲ号出水口（29）流出；所述加温系统由设置在带上下法兰的环形壳体（12）中部的加热炉（30），插入加热炉（30）内的温度传感器（31），以及温度控制箱组成。