CN104863569A - 超声波加载下煤粉产生、运移规律的实验装置 - Google Patents
超声波加载下煤粉产生、运移规律的实验装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104863569A CN104863569A CN201510193934.6A CN201510193934A CN104863569A CN 104863569 A CN104863569 A CN 104863569A CN 201510193934 A CN201510193934 A CN 201510193934A CN 104863569 A CN104863569 A CN 104863569A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- gas
- coal dust
- liquid
- pipeline
- valve
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000003245 coal Substances 0.000 title claims abstract description 55
- 238000013508 migration Methods 0.000 title claims abstract description 51
- 230000005012 migration Effects 0.000 title claims abstract description 51
- 239000000843 powder Substances 0.000 title abstract description 9
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 35
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 32
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 25
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000002817 coal dust Substances 0.000 claims description 75
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 54
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 54
- 239000011435 rock Substances 0.000 claims description 54
- 239000012071 phase Substances 0.000 claims description 33
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 claims description 24
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 16
- 238000012856 packing Methods 0.000 claims description 15
- 239000011888 foil Substances 0.000 claims description 11
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 7
- 230000010358 mechanical oscillation Effects 0.000 claims description 4
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 4
- 230000005514 two-phase flow Effects 0.000 claims description 4
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 3
- 238000009795 derivation Methods 0.000 claims description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 abstract description 6
- 238000005086 pumping Methods 0.000 abstract description 5
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 abstract description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 abstract description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 47
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 238000011160 research Methods 0.000 description 4
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 2
- 239000000975 dye Substances 0.000 description 2
- 238000010828 elution Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000023753 dehiscence Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 1
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 239000010721 machine oil Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000037361 pathway Effects 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 239000000049 pigment Substances 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 239000000700 radioactive tracer Substances 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 1
- 239000005341 toughened glass Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B47/00—Survey of boreholes or wells
- E21B47/002—Survey of boreholes or wells by visual inspection
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B47/00—Survey of boreholes or wells
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B49/00—Testing the nature of borehole walls; Formation testing; Methods or apparatus for obtaining samples of soil or well fluids, specially adapted to earth drilling or wells
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Geology (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Geophysics (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Testing Or Calibration Of Command Recording Devices (AREA)
Abstract
本发明公开了一种超声波加载下煤粉产生、运移规律的实验装置，涉及煤粉产生、运移实验技术领域。本发明有一岩心夹持器，将岩心夹持器放置在一水浴恒温箱中，水浴恒温箱连接恒温循环系统，在水浴恒温箱上安装有超声波加载系统；岩心夹持器具有轴压注入口、围压注入口、流体入口以及导出口；流体入口连接岩心驱替系统；轴压注入口和围压注入口对应连接加压系统；导出口连接气液固分离及计量系统；气液固分离及计量系统连接一抽真空系统；岩心夹持器连接一用影像及波动检测系统。优点：可提供不同方向、频率、功率的超声波加载条件，可提供恒温及三轴应力条件，可提供气水两相、单相流体的恒速条件，观察超声波对煤粉产出的影响，对煤粉运移路径的改变规律等。
Description
技术领域
本发明涉及煤粉产生、运移实验技术领域，具体是一种超声波加载下煤粉产生、运移规律的实验装置。
背景技术
我国煤层气商业化开发10多年来，煤层气单井产量普遍偏低，其中不乏地质故障、技术手段、施工、排采制度等方面的原因。由于我国地质条件相对复杂，构造煤发育，在煤粉堵塞已成为煤层气排采中主要的地质故障之一。煤粉来源不仅存在与构造，水力压力等技术施工同样会在煤储层造缝的同时产生大量煤粉。煤层气抽采过程中的停泵等任何激荡都可能引起煤粉沉淀、堵塞储层孔裂隙，导致连续气流中段，煤层气产量下降，煤层气井服务年限降低。
防治煤粉问题目前有两种途径，一种是将煤粉从裂缝通道中及时返排出来，这种方法相对易于实现，也是目前相对主流的方法，但同样存在返排不干净以及有新煤粉产出等问题；一种是将煤粉封堵在煤粉源，防治其在运移过程中沉淀堵塞煤储层孔隙，但这种方法难度相对较大。目前煤粉产出机制、运移规律也尚不完全清楚，煤粉的运移通道上部完全明确。
超声波在煤层气井中的应用得到新的认识，其能够促进煤层气解吸和运移。而针对超声波对煤粉产出和运移规律的研究还未见报道。目前我国针对煤粉的研究的实验设备相对较少，而从超声波促进煤粉产出、运移的角度研究更是缺乏。
本设备可以实现不同作用方向的超声波加载条件，可对超声波机械振动效应和热效应两种作用形式对煤粉产出、运移的影响进行分离研究，可观察不同超声波作用下煤粉产出规律、运移规律。
发明内容
本发明提供一种超声波加载下煤粉产生、运移规律的实验装置，可提供不同方向、频率、功率的超声波加载条件，可提供恒温及三轴应力条件，可提供气水两相、单相流体的恒速条件，观察超声波对煤粉产出的影响，对煤粉运移路径的改变规律等。
本发明是以如下技术方案实现的：一种超声波加载下煤粉产生、运移规律的实验装置，包括一岩心夹持器，将所述的岩心夹持器放置在一水浴恒温箱中，所述的水浴恒温箱连接恒温循环系统，在水浴恒温箱上安装有超声波加载系统；岩心夹持器具有轴压注入口、围压注入口、流体入口以及导出口；所述的流体入口连接用于提供恒速的液相、气相或气水两相流体的岩心驱替系统；所述的轴压注入口和围压注入口对应连接用于提供三轴压力的加压系统；所述的导出口连接用于将岩心夹持器导出的气体、液体和煤粉进行分离并分别记录排出量和排出速度的气液固分离及计量系统；气液固分离及计量系统连接一抽真空系统；所述的岩心夹持器连接用于监测夹持器内的机械振动信号和煤粉运移规律的影像及波动检测系统。
进一步是：所述的岩心夹持器有一透明缸体；透明缸体的一端安装一轴压压力腔，穿过轴压压力腔安装一沿透明缸体轴向滑动的活动柱塞，位于轴压压力腔内的活动柱塞上设有挡翅，挡翅将轴压压力腔分成左右两个室；透明缸体另一端留有观察口，观察口内设有凸透镜；透明缸体另一端内依次安装有垫片、型煤岩心和原煤岩心，原煤岩心靠近观察口；型煤岩心和原煤岩心包裹在胶筒内，胶筒与透明缸体之间围限的空间为环形围压腔；透明缸体上设有与环形围压腔相通的围压注入口；轴压压力腔上设有轴压注入口，轴压注入口与外侧腔室连通；活动柱塞的中心开有流体入口，观察口那端缸体中心开有导出口；活动柱塞上设有应变片线路，应变片线路由压片错位固定密封在活动柱塞内；轴压压力腔与环形围压腔之间的透明缸体内设有用于限定活动柱塞、垫片和胶筒在径向方向移动的活动挡翅；在岩心的一侧竖向开有贯穿岩心的裂缝，裂缝与岩心轴向平行。
所述的恒温循环系统包括封闭恒温箱和循环管；所述的封闭恒温箱通过循环管与水浴恒温箱连通。
所述的超声波加载系统包括多个设置在水浴恒温箱上的超声波转换器；所述的超声波转换器与超声波发生器连接岩心夹持器。
更进一步：多个超声波转换器均匀安装在水浴恒温箱的底面、前面和后面。
所述的岩心驱替系统包括液相管路与气相管路，液相管路与气相管路入口并联连接交汇后与平流泵相连，液相管路与气相管路出口汇合连接至流体入口；气相管路上依次安装有阀门Ⅰ、活塞容器、压力传感器Ⅱ和单向阀；液相管路上依次安装有阀门Ⅱ和压力传感器Ⅰ。
所述的加压系统包括手摇泵，手摇泵输出管路上安装有压力传感器，输出管路通过两条管路对应连接轴压注入口、围压注入口，每一条管路上分别安装有阀门和放空阀门。
所述的影像及波动检测系统包括示波器和高速摄像机；示波器与活动柱塞上的应变片线路相连，应变片粘贴在与垫片相对的活动柱塞端面上；高速摄像机放置在水浴恒温箱外侧，对准岩心夹持器的观察口。
所述的气液固分离及计量系统包括气液固分离装置，气液固分离装置的混合入口与岩心夹持器导出口相连；在重料出口端连有容器，容器放置在称重设备上；气体出口通过管路连接气体流量计；液体出口通过管路连接液体流量计；气体出口、重料出口以及液体出口的管路上均安装一阀门。
所述的抽真空系统包括真空泵，真空泵连接缓冲容器的一个端口，缓冲容器的另一端口通过管路连接气液固分离装置的第一出口，该管路上安装有阀门和放空阀；缓冲容器上安装有负压表。
本发明的有益效果是：可提供恒速的气相、液相单相或气水两相流体；可模拟原始地层三轴压力和温度条件；可提供不同功率、不同频率和不同方向的超声波加载条件；可对产出的气体、液体、煤粉进行有效分离并实时记录产出的量；可通过改变型煤粒径观察不同粒径的煤粉产出、运移规律；可实时观察煤粉运移规律，进而较为全面、真实的模拟了超声波加载下的煤粉产生、运移规律。
附图说明
图1是本发明结构示意图；
图2是岩心夹持器结构示意图；
图3是岩心夹持器的侧视结构示意图。
图中：1、平流泵，2、活塞容器，3、阀门Ⅰ，4、阀门Ⅱ，5、压力传感器Ⅰ，6、压力传感器Ⅱ，7、单向阀，8、岩心夹持器，9、阀门Ⅳ，10、放空阀Ⅱ，11、超声波发生器，12、超声波转换器，13、水浴恒温箱，14、气液固分离装置，15、阀门Ⅴ，16、气体流量计，17、阀门Ⅵ，18、称重设备，19、阀门Ⅶ，20、液体流量计，21、阀门Ⅷ，22、放空阀Ⅲ，23、真空泵，24、缓冲容器，25、负压表，
26、高速摄像机，29示波器，30、活动柱塞，31、轴压压力腔，32、应变片线路，33、轴压注入口，34、流体入口，35、透明缸体，36、围压注入口，37、活动挡翅，38、垫片，39、型煤岩心，40、原煤岩心，41、胶筒，42、环形围压腔，43、导出口，44、观察，45、裂缝，46、手摇泵，47、阀门Ⅲ，48、放空阀Ⅰ，49、压力传感器Ⅲ。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚，对本发明实施例进一步详细、完整的说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不限定本发明。
如图1所示，超声波加载下煤粉产生、运移规律的实验装置包括岩心夹持器8、岩心驱替系统、加压系统、超声波加载系统、恒温循环系统、气液固分离及计量系统、抽真空系统以及影像及波动检测系统。岩心夹持器提供观察煤粉产出运移的场所。岩心驱替系统主要用于提供恒速的液相、气相或气水两相流。加压系统主要为岩心夹持岩心提供三轴应力条件。超声波加载系统及恒温循环系统主要在模拟地层温度的条件下加载不同频率、不同功率、不同方向的超声波场；气液固分离及计量系统主要将从岩心夹持器导出的气体、液体和煤粉等进行分离并分别记录排出量和排出速度。抽真空系统主要用于实验前将管路系统抽真空使实验流体与岩心充分接触，排除其他气体的干扰。影像及波动检测系统主要监测岩心夹持器内的机械振动信号和煤粉运移规律。
如图2所示，岩心夹持器8有一透明缸体35；透明缸体35的一端安装一轴压压力腔31，穿过轴压压力腔31安装一沿透明缸体轴向滑动的活动柱塞30，位于轴压压力腔31内的活动柱塞30上设有挡翅，挡翅将轴压压力腔31分成左右两个室；透明缸体35另一端留有观察口44，观察口44内设有凸透镜；透明缸体35另一端内依次安装有垫片38、型煤岩心39和原煤岩心40，原煤岩心40靠近观察口44；型煤岩心39和原煤岩心40包裹在胶筒41内，胶筒41与透明缸体35之间围限的空间为环形围压腔42；透明缸体35上设有与环形围压腔42相通的围压注入口36；轴压压力腔31上设有轴压注入口33，轴压注入口33与外侧腔室连通；活动柱塞的中心开有流体入口34，观察口那端缸体中心开有导出口43；活动柱塞30上设有应变片线路32，应变片线路32由压片错位固定密封在活动柱塞内；轴压压力腔31与环形围压腔42之间的透明缸体内设有用于限定活动柱塞30、垫片38和胶筒41在径向方向移动的活动挡翅。
如图3所示，在岩心的一侧竖向开有贯穿岩心的裂缝45，裂缝45与岩心轴向平行，供煤粉由左侧面运移至观察口44。
透明缸体采用透明的钢化玻璃材料，为增加煤粉运移路径，更好的观察煤粉运移规律，透明缸体内径达15cm。活动柱塞34与轴压压力腔31组合为轴压加载部件，活动柱塞34置于轴压压力腔内部挡翅将轴压压力腔分割为左右两个室，通过向左室注入带压流体推动活动柱塞向右移动，给岩心提供轴压。轴压压力腔31与透明缸体35为法兰连接，法兰连接件内由胶圈密封。垫片38置于活动柱塞与型煤岩心39之间，垫片38左右端面为环形网状结构，主要用于弥补岩心过短的缺陷、使流体重复与岩心接触，透明缸体左侧与岩心接触面为平面。胶筒41用于限定型煤岩心39和原煤岩心40，胶筒41与透明缸体35之间围限的环形围压腔42，可通过围压注入口36向其中注入带压流体，通过挤压胶筒给岩心施加围压。胶筒41由透明缸体35与活动挡翅37共同固定密封，活动挡翅37为圆形透明缸体，置于轴压压力腔里侧，用于限定活动柱塞30、垫片38和胶筒41在径向方向的移动。透明缸体35右端为观察口44，观察口44设有凸透镜，用于放大岩心端面煤粉运移规律。
如图2和图3所示，岩心夹持器左端为流体入口，右端为导出口；导出口位于中心水平线偏后侧，口径相对较大，便于煤粉流出。岩心由左侧薄层的型煤岩心39和右侧的原煤岩心40组成，型煤岩心一方面可增加出粉量，有利于观察煤粉运移规律；另一方面可模拟构造煤的影响。型煤岩心39可由不同粒径的煤粉压制而成，因此在实验过程中可提供不同粒径的煤粉，是产出煤粉的主要源头；此外型煤岩心39可添加示踪颜料进行染色，一方面便于在观察口44观察，另一方面与原煤岩心40所产煤粉进行区分，有助于研究煤粉来源的问题。
岩心驱替系统包括液相管路与气相管路，液相管路与气相管路入口并联连接交汇后与平流泵1相连，液相管路与气相管路出口汇合连接至流体入口34；气相管路上依次安装有阀门Ⅰ3、活塞容器2、压力传感器Ⅱ6和单向阀7；液相管路上依次安装有阀门Ⅱ4和压力传感器Ⅰ5。通过调节阀门Ⅰ3或阀门Ⅱ4可控制驱替为液相或气相或气水两相以及气水两相比例控制；气相管路在于总管路连接处安置单相阀，单向阀7仅允许气体流出，在供应气水两相时，防止气体在交汇节点受液相流动阻碍而滞流于活塞容器。
平流泵1泵出恒速流体提供驱替动力，活塞容器2主要是通过恒速水流将活塞上部的气体以恒速的方式注入岩心夹持器。平流泵1分别通过阀门Ⅰ3和阀门Ⅱ4流入气相管路与液相管路，通过调节阀门Ⅱ4，可调节液相流速与流量；通过调节阀门3Ⅰ可调节活塞容器2中活塞的上移速度，进而控制气体泵入量。气相管路在于总管路连接处安置单相阀。通过压力压力传感器Ⅰ5和传感器Ⅱ6观察两条管路压力情况进而调节阀门控制各自流压。
加压系统包括手摇泵46、压力传感器Ⅲ49、阀门Ⅲ47、放空阀Ⅰ48、阀门Ⅳ9和放空阀Ⅱ10，阀门Ⅲ7与放空阀Ⅰ48组成轴压管线连接于轴压注入口33，阀门Ⅳ9与放空阀Ⅱ10组成围压管线连接于围压注入口36,轴压管线与围压管线并联交汇与压力传感器49相连，然后连接手摇泵。加压时，关闭阀门Ⅲ47、放空阀Ⅰ48、放空阀Ⅱ10，打开阀门Ⅳ9，通过手摇泵46向围压压力腔42泵入流体至拟定压力，关闭阀门Ⅳ9；打开阀门Ⅲ47，通过手摇泵46向轴压压力腔31泵入流体至拟定压力，关闭阀门Ⅲ47。卸压时，先打开放空阀Ⅰ48解除轴压，然后打开放空阀Ⅱ10,解除围压。加压系统与岩心夹持器轴压注入口33和围压注入口36相连，可对岩心提供不同的轴压、围压三轴压力，用于模拟不同的地层压力。
恒温循环系统包括封闭恒温箱27和循环管28，岩心夹持器8位于水浴恒温箱13中，通过水浴可模拟不同的地层温度，水浴恒温箱13通过循环管28与封闭恒温箱27相连。封闭恒温箱27根据需要可进行制热、制冷，并通过自带循环泵将恒温液体泵入循环管28，为循环系统提供动力，进而形成循环通路，然后与水浴恒温箱13内的液体进行热量交换，保持水浴恒温箱13内恒温环境，可模拟原始地层温度。
超声波加载系统主要包括超声波发生器11和多个超声波转换器12，超声波转换器12与超声波发生器11相连。超声波发生器11提供不同功率、不同频率的超声波电信号，经超声波换能器12转换为不同功率、不同频率的超声波机械振动并输出。多个对称超声波换能器12粘贴在透明的水浴恒温箱13的底面、前面和后面，可提供三个方向的超声波场，通过线路开关调节超声波加载方向。
气液固分离及计量系统有一气液固分离装置14，气液固分离装置14的混合入口与岩心夹持器导出口43相连；在重料出口端连有容器，容器放置在称重设备18上；气体出口通过管路连接气体流量计16；液体出口通过管路连接液体流量计20；气体出口、重料出口以及液体出口的管路上对应安装阀门Ⅴ15、阀门Ⅵ17、阀门Ⅶ19。其中，容器采用烧杯，称重设备18采用电子称。气液固分离装置14通过离心方式将固液分离，煤粉通过离心至侧面的重料出口排出，进入放在电子天平上的烧杯中，进行实时称量；液体则从下端的液体出口排出，通过液体流量计实时记录流出体积；气体则利用重力效应从装置上端的气体出口排出，通过气体流量计实时记录流出体积。
抽真空系统有一真空泵23和缓冲容器24，真空泵23连接缓冲容器24的一个端口，缓冲容器24的另一端口通过管路连接气液固分离装置14的气体出口，该管路上安装有阀门Ⅷ21以及放空阀Ⅲ22；缓冲容器24上安装有负压表25，用于监测抽真空状态。缓冲容器24置于真空泵23与气液固分离装置14之间，一方面防止抽真空过程管路系统中的杂质进入真空泵23，另一方面可防止突然停泵真空泵23内的机油返入管路系统。对整个管路系统抽真空，保证导入流体与岩心充分接触，防止其它气体的干扰，抽真空结束后及时关闭阀门Ⅷ21，打开放空阀Ⅲ22，对真空泵23解除负压。
影像及波动检测系统主要包括示波器29和高速摄像机26。示波器29与活动柱塞30上的应变片线路32相连，应变片粘贴在活动柱塞30右端面上，通过应变片振动变形将夹持器内的机械振动信号转变为电信号传输到示波器29内并记录，进而消除超声波传播过程中衰减失真的问题。高速摄像机26放置在水浴恒温箱13外侧，对准岩心夹持器的观察口44，实时记录煤煤粉由裂缝向导出口的运移规律。
本发明实施例的超声波加载下煤粉产生、运移规律的实验装置的特点如下：
1、实现三轴应力条件下的煤粉产出、运移观察。通过轴压压力腔和围压压力腔可对型煤岩心和原煤岩心提供三轴压力，围压改变可调节平行前面裂缝开合，进而控制煤粉的产出；轴压改变可影响观察窗口煤粉的运移规律。
2、实现超声波加载条件的煤粉产出、运移观察。超声波换能器粘贴在水浴恒温箱底面、前面、后面，通过调节线路开关，可实现不同的超声波振动加载方向，其中前面的换能器加载的超声波与煤粉及流体运移方向相同，后面的换能器加载的超声波与煤粉及流体运移方向相反，底面的换能器加载的超声波则与煤粉及流体运移方向垂直。此外超声波发生器可提供不同功率、不同频率的超声波，便于分析煤粉运移对超声波的敏感性。
3、实现不同流速的气相、液相、气水两相条件下煤粉的产出、运移。通过调节平流泵和气相管路、液相管路的阀门，可以调节气相、液相各自流速，进而条件各自在流体中所占比例。气体有活塞容器提供，液体直接由平流泵供给。
4、可观察不同粒径的煤粉产出、运移规律。利用不同粒径的煤粉制作成型煤岩心，置于原煤岩心左侧，可实现观察不同粒径煤粉的产出和运移。同时辅以不同的流速、不同相态、不同超声波场的作用，可较为系统的分析各自对煤粉产出、运移的规律。此外，可对型煤煤粉加以示踪染料，进而可对比型煤与原煤不同结构煤的煤粉产出状态。
5、可实时监测煤粉产出特征。通过气液固分离装置可实时将气相、液相和煤粉进行分离排出，煤粉则由电子天平实时称量，因此可密集采集数据，观察不同超声波场、不同相态、不同流速以及不同的应力温度场下的煤粉产出规律。
以上所述为本发明最佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和范围之内所做的任何修改、变形、组合等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1. 一种超声波加载下煤粉产生、运移规律的实验装置，包括一岩心夹持器（8），其特征在于：将所述的岩心夹持器（8）放置在一水浴恒温箱（13）中，所述的水浴恒温箱（13）连接恒温循环系统，在水浴恒温箱（13）上安装有超声波加载系统；岩心夹持器（8）具有轴压注入口、围压注入口、流体入口以及导出口；所述的流体入口连接一用于提供恒速的液相、气相或气水两相流体的岩心驱替系统；所述的轴压注入口和围压注入口对应连接用于提供三轴压力的加压系统；所述的导出口连接用于将岩心夹持器导出的气体、液体和煤粉进行分离并分别记录排出量和排出速度的气液固分离及计量系统，气液固分离及计量系统连接一抽真空系统；所述的岩心夹持器（8）连接一用于监测夹持器内的机械振动信号和煤粉运移规律的影像及波动检测系统。
2.根据权利要求1所述的超声波加载下煤粉产生、运移规律的实验装置，其特征在于：所述的岩心夹持器（8）有一透明缸体（35）；透明缸体（35）的一端安装一轴压压力腔（31），穿过轴压压力腔（31）安装一沿透明缸体轴向滑动的活动柱塞（30），位于轴压压力腔（31）内的活动柱塞（30）上设有挡翅，挡翅将轴压压力腔（31）分成左右两个室；透明缸体（35）另一端留有观察口（44），观察口（44）内设有凸透镜；透明缸体（35）另一端内依次安装有垫片（38）、型煤岩心（39）和原煤岩心（40），原煤岩心（40）靠近观察口（44）；型煤岩心（39）和原煤岩心（40）包裹在胶筒（41）内，胶筒（41）与透明缸体（35）之间围限的空间为环形围压腔（42）；透明缸体（35）上设有与环形围压腔（42）相通的围压注入口（36）；轴压压力腔（31）上设有轴压注入口（33），轴压注入口（33）与外侧腔室连通；活动柱塞的中心开有流体入口（34），观察口那端缸体中心开有导出口（43）；活动柱塞（30）上设有应变片线路（32），应变片线路（32）由压片错位固定密封在活动柱塞内；轴压压力腔（31）与环形围压腔（42）之间的透明缸体内设有用于限定活动柱塞（30）、垫片（38）和胶筒（41）在径向方向移动的活动挡翅（37）；在岩心的一侧竖向开有贯穿岩心的裂缝（45），裂缝（45）与岩心轴向平行。
3.根据权利要求2所述的超声波加载下煤粉产生、运移规律的实验装置，其特征在于：所述的恒温循环系统包括封闭恒温箱（27）和循环管（28）；所述的封闭恒温箱（27）通过循环管（28）与水浴恒温箱（13）连通。
4.根据权利要求2所述的超声波加载下煤粉产生、运移规律的实验装置，其特征在于：所述的超声波加载系统包括多个设置在水浴恒温箱（13）上的超声波转换器（12）；所述的超声波转换器（12）与超声波发生器（11）连接。
5.根据权利要求2所述的超声波加载下煤粉产生、运移规律的实验装置，其特征在于：多个超声波转换器（12）均匀安装在水浴恒温箱（13）的底面、前面和后面。
6.根据权利要求2所述的超声波加载下煤粉产生、运移规律的实验装置，其特征在于：所述的岩心驱替系统包括液相管路与气相管路，液相管路与气相管路入口并联连接交汇后与平流泵相连，液相管路与气相管路出口汇合连接至流体入口（34）；气相管路上依次安装有阀门Ⅰ（3）、活塞容器（2）、压力传感器Ⅱ（6）和单向阀（7）；液相管路上依次安装有阀门Ⅱ（4）和压力传感器Ⅰ（5）。
7. 根据权利要求2所述的超声波加载下煤粉产生、运移规律的实验装置，其特征在于：所述的加压系统包括手摇泵（46），手摇泵（46）输出管路上安装有压力传感器Ⅲ（49），输出管路通过两条管路对应连接轴压注入口（33）、围压注入口（36），每一条管路上分别安装有阀门和放空阀门。
8.根据权利要求2所述的超声波加载下煤粉产生、运移规律的实验装置，其特征在于：所述的影像及波动检测系统包括示波器（29）和高速摄像机（26）；示波器（29）与活动柱塞（30）上的应变片线路（32）相连，应变片粘贴在与垫片相对的活动柱塞（30）端面上，高速摄像机（26）放置在水浴恒温箱（13）外侧，对准岩心夹持器的观察口（44）。
9.根据权利要求2所述的超声波加载下煤粉产生、运移规律的实验装置，其特征在于：所述的气液固分离及计量系统包括气液固分离装置（14），气液固分离装置（14）的混合入口与岩心夹持器导出口（43）相连；在重料出口端连有容器，容器放置在称重设备（18）上；气体出口通过管路连接气体流量计（16）；液体出口通过管路连接液体流量计（20）；气体出口、重料出口以及液体出口的管路上均安装一阀门。
10.根据权利要求9所述的超声波加载下煤粉产生、运移规律的实验装置，其特征在于：所述的抽真空系统有一真空泵（23）和缓冲容器（24），真空泵（23）连接缓冲容器（24）的一个端口，缓冲容器（24）的另一端口通过管路连接气液固分离装置（14）的气体出口，该管路上安装有阀门Ⅷ（21）以及放空阀Ⅲ（22）；缓冲容器（24）上安装有负压表（25）。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510193934.6A CN104863569B (zh) | 2015-04-22 | 2015-04-22 | 超声波加载下煤粉产生、运移规律的实验装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510193934.6A CN104863569B (zh) | 2015-04-22 | 2015-04-22 | 超声波加载下煤粉产生、运移规律的实验装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN104863569A true CN104863569A (zh) | 2015-08-26 |
| CN104863569B CN104863569B (zh) | 2017-09-26 |
Family
ID=53909692
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510193934.6A Expired - Fee Related CN104863569B (zh) | 2015-04-22 | 2015-04-22 | 超声波加载下煤粉产生、运移规律的实验装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN104863569B (zh) |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106908583A (zh) * | 2017-02-27 | 2017-06-30 | 胡少斌 | 聚能混相流体与岩体裂解反应流动实验装置及其方法 |
| CN107063963A (zh) * | 2016-12-28 | 2017-08-18 | 浙江海洋大学 | 一种致密储层微裂缝扩展及渗流特征的测试装置和方法 |
| CN107725047A (zh) * | 2017-10-31 | 2018-02-23 | 中国石油大学(北京) | 用于观察石油运移的实验装置、实验系统及实验方法 |
| CN109113789A (zh) * | 2018-10-30 | 2019-01-01 | 山东安达尔信息科技有限公司 | 地压多向监测可定位钻孔应力传感器 |
| CN110186812A (zh) * | 2019-05-09 | 2019-08-30 | 西南石油大学 | 一种储层条件下煤粉群的动力学特征测试系统及测试方法 |
| CN110702876A (zh) * | 2019-09-19 | 2020-01-17 | 徐州江恒能源科技有限公司 | 深部多场耦合作用下岩土体气-水运移全过程测试系统 |
| CN111579405A (zh) * | 2020-05-20 | 2020-08-25 | 河南工程学院 | 一种岩石多功能测试系统 |
| CN113740513A (zh) * | 2021-09-08 | 2021-12-03 | 安徽理工大学 | 一种原位ct在线扫描驱替实验系统及应用方法 |
| CN114184444A (zh) * | 2021-11-27 | 2022-03-15 | 中国石油大学(华东) | 气-水两相流诱发裂隙内煤粉启动运移可视化系统、方法 |
| CN114894832A (zh) * | 2022-05-27 | 2022-08-12 | 中国石油大学(华东) | 一种页岩油注co2电磁加热辅助增能增产效果评价实验装置及方法 |
| CN116718489A (zh) * | 2023-08-10 | 2023-09-08 | 四川大学 | 深地多场与复杂应力耦合剪切试验系统及方法 |
| CN116752951A (zh) * | 2023-06-15 | 2023-09-15 | 中国矿业大学 | 煤层裂缝径向流动过程煤粉运移监测可视模拟装置及方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5952752A (ja) * | 1982-09-20 | 1984-03-27 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 圧力容器端面の水浸超音波探傷装置 |
| CN201747363U (zh) * | 2010-08-27 | 2011-02-16 | 中国石油大学(北京) | 煤层气完井方式评价实验装置 |
| CN102031955A (zh) * | 2010-09-27 | 2011-04-27 | 中国石油大学(华东) | 一种超声波辅助储层化学解堵实验装置及实验方法 |
| CN102587874A (zh) * | 2012-03-28 | 2012-07-18 | 中国石油大学(华东) | 超声波辅助稠油层内水热催化裂解实验装置及实验方法 |
| CN202512044U (zh) * | 2012-03-28 | 2012-10-31 | 南京中能瑞华电气有限公司 | 超声波煤粉浓度监测发射与接收装置 |
| CN104405377A (zh) * | 2014-12-02 | 2015-03-11 | 东北石油大学 | 用于实验室内精确模拟岩心带压放置驱替的方法及装置 |
-
2015
- 2015-04-22 CN CN201510193934.6A patent/CN104863569B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5952752A (ja) * | 1982-09-20 | 1984-03-27 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 圧力容器端面の水浸超音波探傷装置 |
| CN201747363U (zh) * | 2010-08-27 | 2011-02-16 | 中国石油大学(北京) | 煤层气完井方式评价实验装置 |
| CN102031955A (zh) * | 2010-09-27 | 2011-04-27 | 中国石油大学(华东) | 一种超声波辅助储层化学解堵实验装置及实验方法 |
| CN102587874A (zh) * | 2012-03-28 | 2012-07-18 | 中国石油大学(华东) | 超声波辅助稠油层内水热催化裂解实验装置及实验方法 |
| CN202512044U (zh) * | 2012-03-28 | 2012-10-31 | 南京中能瑞华电气有限公司 | 超声波煤粉浓度监测发射与接收装置 |
| CN104405377A (zh) * | 2014-12-02 | 2015-03-11 | 东北石油大学 | 用于实验室内精确模拟岩心带压放置驱替的方法及装置 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 赵丽娟 等: "超声波作用对改善煤储层渗透性的实验分析", 《天然气地球科学》 * |
Cited By (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107063963A (zh) * | 2016-12-28 | 2017-08-18 | 浙江海洋大学 | 一种致密储层微裂缝扩展及渗流特征的测试装置和方法 |
| CN106908583A (zh) * | 2017-02-27 | 2017-06-30 | 胡少斌 | 聚能混相流体与岩体裂解反应流动实验装置及其方法 |
| CN106908583B (zh) * | 2017-02-27 | 2019-12-24 | 胡少斌 | 聚能混相流体与岩体裂解反应流动实验装置及其方法 |
| CN107725047A (zh) * | 2017-10-31 | 2018-02-23 | 中国石油大学(北京) | 用于观察石油运移的实验装置、实验系统及实验方法 |
| CN107725047B (zh) * | 2017-10-31 | 2023-09-08 | 中国石油大学(北京) | 用于观察石油运移的实验装置、实验系统及实验方法 |
| CN109113789A (zh) * | 2018-10-30 | 2019-01-01 | 山东安达尔信息科技有限公司 | 地压多向监测可定位钻孔应力传感器 |
| CN109113789B (zh) * | 2018-10-30 | 2024-02-09 | 山东安达尔信息科技有限公司 | 地压多向监测可定位钻孔应力传感器 |
| CN110186812A (zh) * | 2019-05-09 | 2019-08-30 | 西南石油大学 | 一种储层条件下煤粉群的动力学特征测试系统及测试方法 |
| CN110702876A (zh) * | 2019-09-19 | 2020-01-17 | 徐州江恒能源科技有限公司 | 深部多场耦合作用下岩土体气-水运移全过程测试系统 |
| CN111579405A (zh) * | 2020-05-20 | 2020-08-25 | 河南工程学院 | 一种岩石多功能测试系统 |
| CN113740513A (zh) * | 2021-09-08 | 2021-12-03 | 安徽理工大学 | 一种原位ct在线扫描驱替实验系统及应用方法 |
| CN113740513B (zh) * | 2021-09-08 | 2023-10-20 | 安徽理工大学 | 一种原位ct在线扫描驱替实验系统及应用方法 |
| CN114184444A (zh) * | 2021-11-27 | 2022-03-15 | 中国石油大学(华东) | 气-水两相流诱发裂隙内煤粉启动运移可视化系统、方法 |
| CN114184444B (zh) * | 2021-11-27 | 2024-07-23 | 中国石油大学(华东) | 气-水两相流诱发裂隙内煤粉启动运移可视化系统、方法 |
| CN114894832A (zh) * | 2022-05-27 | 2022-08-12 | 中国石油大学(华东) | 一种页岩油注co2电磁加热辅助增能增产效果评价实验装置及方法 |
| CN116752951B (zh) * | 2023-06-15 | 2023-11-21 | 中国矿业大学 | 煤层裂缝径向流动过程煤粉运移监测可视模拟装置及方法 |
| CN116752951A (zh) * | 2023-06-15 | 2023-09-15 | 中国矿业大学 | 煤层裂缝径向流动过程煤粉运移监测可视模拟装置及方法 |
| CN116718489B (zh) * | 2023-08-10 | 2023-10-24 | 四川大学 | 深地多场与复杂应力耦合剪切试验系统及方法 |
| US11982649B1 (en) | 2023-08-10 | 2024-05-14 | Sichuan University | Shear testing system of thermo-seepage-mechanical field and engineering disturbance coupling under deep and complex condition |
| CN116718489A (zh) * | 2023-08-10 | 2023-09-08 | 四川大学 | 深地多场与复杂应力耦合剪切试验系统及方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN104863569B (zh) | 2017-09-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104863569A (zh) | 超声波加载下煤粉产生、运移规律的实验装置 | |
| CN103256045B (zh) | 煤层气储层煤粉产生、运移、沉降、堵塞动态评价仪 | |
| CN106950153B (zh) | 含水合物沉积物出砂过程模拟专用反应釜及其测试方法 | |
| CN102031955B (zh) | 一种超声波辅助储层化学解堵实验装置及实验方法 | |
| CN101761326B (zh) | 一种二氧化碳置换开采天然气水合物的实验装置 | |
| CN102507871B (zh) | 气体水合物管道沉积可视化动态模拟装置 | |
| CN105675449B (zh) | 天然气水合物开采井砂粒横向运移规律的监测装置及方法 | |
| CN101985875A (zh) | 一种水力脉冲辅助储层化学解堵实验装置及实验方法 | |
| CN104297128A (zh) | 一种高压水及负压加载状态下三轴应力渗流实验装置 | |
| CN104677777B (zh) | 岩石残余含气量测试装置及其测试方法 | |
| CN108593494B (zh) | 一种利用外部转动磁场促进瓦斯解吸的实验方法与装置 | |
| CN103278390A (zh) | 基于离子液体的高压氢环境下材料试验装置及操作方法 | |
| AU2014377273A1 (en) | Apparatus for testing dense rock gas desorption rate | |
| CN204269466U (zh) | 含天然气水合物沉积物多功能三轴压缩实验装置 | |
| CN104373106A (zh) | 一种井下封隔器气体密封性能的实验方法及实验系统 | |
| CN211201913U (zh) | 评价基于超声波与防砂筛网开采水合物产出的装置 | |
| CN110456023A (zh) | 一种动态监测煤储层敏感性和排采控制模拟试验方法 | |
| CN103344451B (zh) | 一种月球土壤采集装置及模拟采集装置 | |
| CN105863583B (zh) | 油田缆控分体桥式全自动配水器 | |
| CN110630229A (zh) | 评价基于超声波与防砂筛网开采水合物产出的装置及方法 | |
| CN205209887U (zh) | 煤储层真三轴水力压裂过程煤粉产出试验装置 | |
| CN117266798B (zh) | 一种水合物与浅层气联合开采物理模拟实验装置及方法 | |
| CN103437745B (zh) | 模拟聚合物对储层出砂及防砂效果影响的实验装置及其填砂模型 | |
| CN110456022A (zh) | 一种动态监测煤储层敏感性和排采控制模拟试验系统 | |
| CN105275461B (zh) | 煤层气直井钻进过程煤粉产出测试装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| EXSB | Decision made by sipo to initiate substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20170926 |