CN110987764B - 长煤岩样气液渗流测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种长煤岩样气液渗流测试系统，包括用于夹持长煤岩样的测试室，气源、增压泵、高压气体储罐和单向阀依次串联构成送气管路，平流泵与蒸汽发生器串联构成蒸汽升温管路，送气管路与蒸汽升温管路并联后，再与压力传感器串联在测试室的进气端，测试室的出气端连接有出气管路，出气管路上设置有压力传感器和截止阀，测试室内设置有长煤岩样腔，长煤岩样腔的长度为475±100mm，直径为φ76±10mm。能更加真实地模拟气液温升吸附膨胀情况，更加真实地反映不同地层中煤岩样温升吸附膨胀过程中的相互影响。能更加真实地模拟气液渗流情况，更加真实地反映气液在不同地层中渗流的相互影响，并提高试验效率。

Description

长煤岩样气液渗流测试系统

技术领域

本发明属于煤岩样模拟试验设备技术领域，具体涉及一种用于对长煤岩样进行气液渗流模拟试验用的测试系统。

背景技术

在不同地层中，煤岩样的温度各不相同。现目前，在煤岩样气液渗流试验中，针对不同的温度要分别进行多次试验，试验效率低；并且由于不同温度测试试验各自独立，无法真实模拟气液在不同地层中渗流时的相互影响，存在一定的局限性。

发明内容

本发明旨在提供一种专用于煤岩样气液渗流模拟试验用的测试系统，能更加真实地模拟气液渗流情况，更加真实地反映气液在不同地层中渗流的相互影响，并提高试验效率。

为此，本发明所采用的技术方案为：一种长煤岩样气液渗流测试系统，包括用于夹持长煤岩样的测试室，气源、增压泵、高压气体储罐、单向阀、压力传感器依次串联后与测试室的进气端相连，所述测试室的出气端依次串联有压力传感器、回压阀、气液分离器、干燥剂、气体流量计，由回压容器、回压泵构成的回压管路连接在所述回压阀上，所述测试室内设置有长煤岩样腔，长煤岩样腔的长度为400±100mm，直径为φ52±10mm。

作为上述方案的优选，所述测试室包括长钢筒，以及安装在长钢筒内的环压传递胶套和两个端头接气封头，所述环压传递胶套和两个端头接气封头围成长条形的长煤岩样腔，所述环压传递胶套与长钢筒之间形成环压施加腔，在长钢筒的外壁上设置有正对环压施加腔的两个环向高压液接口，在其中一个端头接气封头的后方设置有轴压施加活塞，所述轴压施加活塞外依次轴向套装有第一压套、第二压套，且第一压套、第二压套固定安装在长钢筒的后方，第二压套的侧壁上设置有两个轴向高压液接口，所述长钢筒外裹覆有加热保温套，加热保温套由若干段拼接而成，且每段能各自单独加热，在长钢筒的侧壁上沿长度方向设置有若干个成一字排开的温度传感器，加热保温套相邻两段的分界面位于两个温度传感器之间。本测试室的核心创新包括：(1)选用长条形的长煤岩样腔用于放置长煤岩样；(2)选用分段拼接而成的加热保温套裹覆在长钢筒外，且每段能各自单独加热，能分别对长煤岩样腔的长煤岩样分段加热，根据需要对长煤岩样加热至不同温度；(3)在长钢筒的侧壁上沿长度方向设置有若干个成一字排开的温度传感器，用于监测长煤岩样不同段的加热温度，从而真实模拟出气液在多种复杂地层中的渗流情况。

进一步优选为，在所述长钢筒的侧壁上沿长度方向预留有若干个成一字排开的径向应变力传感器安装孔，径向应变力传感器安装孔与温度传感器环向错开并一一对应设置。

进一步优选为，所述加热保温套采用硅橡胶，加热保温套展开后为长方形，加热保温套的两端通过魔术贴或粘接扣固定成环，相邻两段之间勾挂在一起实现无缝衔接。

进一步优选为，所述长煤岩样腔的长度为400±100mm，直径为φ52±10mm。

进一步优选为，所述温度传感器、径向应变力传感器安装孔各为4—6个，相应地，加热保温套分成4—6段。

进一步优选为，所述出气端封头包括堵头和盖帽，所述堵头过盈配合安装在长钢筒内，盖帽与长钢筒螺接在一起，盖帽的前端抵紧在堵头后方；所述轴向应变力传感器的主体安装在堵头上，轴向应变力传感器的感应端插入长钢筒内的滑动环中，滑动环与堵头间隔设置。借用出气端封头安装轴向应变力传感器，只需要另外再配备滑动环，利用滑动环进行轴向应变力的传递，确保安装结构简单且稳固可靠，测量数值真实准确。

进一步优选为，所述增压泵与配备的空压机之间设置有减压阀、压力表和截止阀；所述增压泵与高压气体储罐之间设置有截止阀，高压气体储罐与单向阀之间设置有截止阀、减压阀和压力表；气源与增压泵之间设置有截止阀和压力表；气液分离器与干燥剂之间设置有截止阀，回压容器与回压泵之间设置有压力表和截止阀，确保系统安全运行。

本发明的有益效果：该测试室能一次对长煤岩样分段加热至不同温度，通过温度传感器监测长煤岩样不同段的加热温度，从而更加真实地模拟气液在多种复杂地层中的渗流情况，更为真实地反映出气液在多种复杂地层中的相互影响，显著提高了测试效率，使试验结果具有更高的现实指导意义，对煤层安全开采提供可靠保障。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为测试室的结构示意图。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图，对本发明作进一步说明：

结合图1、图2所示，一种长煤岩样气液渗流测试系统，主要由长钢筒1、环压传递胶套2、端头接气封头3、轴压施加活塞4、第一压套5、第二压套6、加热保温套7、温度传感器8、气源9、增压泵10、高压气体储罐11、单向阀12、压力传感器13、回压阀14、气液分离器15、干燥剂16、气体流量计17、回压容器18、回压泵19、减压阀20、压力表21、截止阀22、环压泵23、轴压泵24组成。

测试室用于夹持长煤岩样，气源9、增压泵10、高压气体储罐11、单向阀12、压力传感器13依次串联后与测试室的进气端相连。测试室的出气端依次串联有压力传感器13、回压阀14、气液分离器15、干燥剂16、气体流量计17。由回压容器18、回压泵19构成的回压管路连接在回压阀14上。测试室内设置有长煤岩样腔A，长煤岩样腔A的长度为400±100mm，直径为φ52±10mm。

增设回压阀14，以及由回压容器18、回压泵19构成的回压管路，其主要目的有两个：一是通过回压管路能通过出气端向测试室进行升压或降压，以确保测试室进出口的压力平衡，消除进出口的压力差，在渗流试验前通过升压或降压处理对试件进行预处理，使试件处于饱和状态，更有利于真实模拟地层中的煤岩样状态；二是渗流试验完成后，由于气液分离器的处理能力有限，通过回压管路进行降压排放，节约时间。而在渗流过程中，由于渗流气体量有限，则关闭回压管路上的截止阀，使渗流出的气体经过气液分离及干燥后再进行安全排放，同时也更有利于进行渗流气体量的测量。

最好是，增压泵10与配备的空压机之间设置有减压阀20、压力表21和截止阀22。增压泵10与高压气体储罐11之间设置有截止阀22，高压气体储罐11与单向阀12之间设置有截止阀22、减压阀20和压力表21。气源9与增压泵10之间设置有截止阀22和压力表21。气液分离器15与干燥剂16之间设置有截止阀22，回压容器18与回压泵19之间设置有压力表21和截止阀22。

如图2所示，环压传递胶套2和两个端头接气封头3均安装在长钢筒1内。环压传递胶套2同轴套装在长钢筒1内，两个端头接气封头3分别位于长钢筒1的左右两端进行封堵；同时，两个端头接气封头3上均开有轴向孔，其中一个作为进气接头，另一个作为排气接头。

环压传递胶套2和两个端头接气封头3围成长条形的长煤岩样腔A，长煤岩样腔A的长度：直径≥6:1。

环压传递胶套2与长钢筒1之间形成环压施加腔B，在长钢筒1的外壁上设置有正对环压施加腔B的两个环向高压液接口a。两个环向高压液接口a一进一出，为环压施加腔B施加环压，由于环压传递胶套2受压能产生变形，从而将环压传递到长煤岩样腔A的长煤岩样。

在其中一个端头接气封头3的后方设置有轴压施加活塞4，轴压施加活塞4外依次轴向套装有第一压套5、第二压套6。第一压套5、第二压套6固定安装在长钢筒1的后方。第二压套6的侧壁上设置有两个轴向高压液接口b，两个环轴向高压液接口b一进一出。轴压施加活塞4的外壁上设置有环向凸台4a，通过控制环向凸台4a前后两个腔的压力，来推动轴压施加活塞4轴向移动，从而将轴压传递到长煤岩样腔A的长煤岩样。环压泵23、轴压泵24分别为测试室提供环向压力和轴向压力。

长钢筒1外裹覆有加热保温套7，加热保温套7由若干段拼接而成，且每段能各自单独加热，能分别对长煤岩样腔A的长煤岩样分段加热，根据需要对长煤岩样加热至不同温度。实际操作时，长煤岩样的各段加热温度依次递增或递减，以更加真实地模拟气液在复杂地层中的渗流情况，更加真实地反映气液在复杂地层中渗流时的相互影响。

在长钢筒1的侧壁上沿长度方向设置有若干个成一字排开的温度传感器8，加热保温套7相邻两段的分界面位于两个温度传感器8之间。温度传感器8随时监测长煤岩样的各段加热温度，实现精确控制。

最好是，在长钢筒1的侧壁上沿长度方向预留有若干个成一字排开的径向应变力传感器安装孔1a，径向应变力传感器安装孔1a与温度传感器8环向错开并一一对应设置。增设径向应变力传感器安装孔1a，用于安装径向应变力传感器，利用同一长钢筒1能分别进行长煤岩样气液温升吸附膨胀测试试验和长煤岩样的气液渗流试验，当需要进行长煤岩样的气液温升吸附膨胀测试试验时，取下环压传递胶套2，并更换另外的端头接气封头，安装上径向应变力传感器和轴向应变力传感器，同时更换加热保温套7，选用开有供径向应变力传感器过孔的加热保温套。

加热保温套7最好采用硅橡胶，加热保温套7展开后为长方形，加热保温套7的两端通过魔术贴或粘接扣固定成环，相邻两段之间勾挂在一起实现无缝衔接，安装方便可靠。

优选为，温度传感器8、径向应变力传感器安装孔1a各为4—6个，相应地，加热保温套7分成4—6段。

Claims (4)

1.一种长煤岩样气液渗流测试系统，其特征在于：包括用于夹持长煤岩样的测试室，气源(9)、增压泵(10)、高压气体储罐(11)、单向阀(12)、压力传感器(13)依次串联后与测试室的进气端相连，所述测试室的出气端依次串联有压力传感器(13)、回压阀(14)、气液分离器(15)、干燥剂(16)、气体流量计(17)，由回压容器(18)、回压泵(19)构成的回压管路连接在所述回压阀(14)上，所述测试室内设置有长煤岩样腔(A)，长煤岩样腔(A)的长度为400±100mm，直径为φ52±10mm；

所述测试室包括长钢筒(1)，以及安装在长钢筒(1)内的环压传递胶套(2)和两个端头接气封头(3)，所述环压传递胶套(2)和两个端头接气封头(3)围成长条形的长煤岩样腔(A)，所述环压传递胶套(2)与长钢筒(1)之间形成环压施加腔(B)，在长钢筒(1)的外壁上设置有正对环压施加腔(B)的两个环向高压液接口(a)，在其中一个端头接气封头(3)的后方设置有轴压施加活塞(4)，所述轴压施加活塞(4)外依次轴向套装有第一压套(5)、第二压套(6)，且第一压套(5)、第二压套(6)固定安装在长钢筒(1)的后方，第二压套(6)的侧壁上设置有两个轴向高压液接口(b)，所述长钢筒(1)外裹覆有加热保温套(7)，加热保温套(7)由若干段拼接而成，且每段能各自单独加热，在长钢筒(1)的侧壁上沿长度方向设置有若干个成一字排开的温度传感器(8)，加热保温套(7)相邻两段的分界面位于两个温度传感器(8)之间；

在所述长钢筒(1)的侧壁上沿长度方向预留有若干个成一字排开的径向应变力传感器安装孔(1a)，径向应变力传感器安装孔(1a)与温度传感器(8)环向错开并一一对应设置，利用同一长钢筒(1)能分别进行长煤岩样气液温升吸附膨胀测试试验和长煤岩样的气液渗流试验，当需要进行长煤岩样的气液温升吸附膨胀测试试验时，取下环压传递胶套(2)，并更换另外的端头接气封头，安装上径向应变力传感器和轴向应变力传感器，同时更换加热保温套(7)，选用开有供径向应变力传感器过孔的加热保温套。

2.按照权利要求1所述的长煤岩样气液渗流测试系统，其特征在于：所述加热保温套(7 )采用硅橡胶，加热保温套(7 )展开后为长方形，加热保温套(7 )的两端通过魔术贴或粘接扣固定成环，相邻两段之间勾挂在一起实现无缝衔接。

3.按照权利要求1所述的长煤岩样气液渗流测试系统，其特征在于：所述温度传感器(8)、径向应变力传感器安装孔(1a)各为4—6个，相应地，加热保温套(7)分成4—6段。

4.按照权利要求1所述的长煤岩样气液渗流测试系统，其特征在于：所述增压泵(10)与配备的空压机之间设置有减压阀(20)、压力表(21)和截止阀(22)；所述增压泵(10)与高压气体储罐(11)之间设置有截止阀(22)，高压气体储罐(11)与单向阀(12)之间设置有截止阀(22)、减压阀(20)和压力表(21)；气源(9)与增压泵(10)之间设置有截止阀(22)和压力表(21)；气液分离器(15)与干燥剂(16)之间设置有截止阀(22)，回压容器(18)与回压泵(19)之间设置有压力表(21)和截止阀(22)。

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