CN112834696A - 一种降阻剂携渣能力检测方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于煤矿降阻剂性能测试技术领域。涉及一种降阻剂携渣能力检测方法及装置，降阻剂携渣能力检测方法包括如下步骤：配置测试液—配置矿渣—渣液混合—工况模拟—收集—测量评价；检测装置包括用于制备测试液的配液装置、渣液混合装置、工况模拟装置，所述渣液混合装置一端与配液装置连接，另一端与工况模拟装置连接；所述配液装置与渣液混合装置之间设有流量泵；所述渣液混合装置上设有与其相通的进渣漏斗；所述工况模拟装置下设有收集装置。本发明中通过设置工况模拟装置，对实际工况进行模拟，使得测量结果能够直接反映出实际工况下的降阻剂的携渣能力，对降阻剂的选择应用起到直接指导作用。
Description
技术领域
本发明属于煤矿降阻剂性能测试技术领域，涉及一种降阻剂携渣能力检测方法及装置。
背景技术
瓦斯是煤炭生成过程中的伴生气体，其易燃易爆的特性为煤炭开采带来了重大的安全隐患，瓦斯灾害防治是煤矿安全生产的重中之重。但我国煤炭储层地质结构复杂，尤其是渗透率明显低于国外，导致瓦斯抽采效果并不理想，近年来，我国形成了水力割缝、水力冲孔造穴、水力压裂等多种水力化煤层增透措施，对提高煤层渗透率、提升瓦斯抽采效果起到了一定的促进作用。
煤层水力化增透措施是将高压水通过较小直径的管道输送至作用点，通过压力释放对煤体结构进行改造，促进煤岩体裂隙的产生和发育，增加瓦斯流动通道。在水力化增透措施实施后产生的较多矿渣需及时排出钻孔，以免堵塞新生通道，降低增透措施的实施效果。水力化增透措施往往在清水中添加降阻剂适当提高水的黏度，一方面减少管道流动过程中的阻力损失，另一方面提高液体返排时的携渣能力。煤矿井下水力化增透措施用降阻剂要兼顾平衡降阻和携渣两个相互矛盾的功能，对降阻剂和清水混合形成的液体介质的性能提出了更高的要求。降阻剂的降阻性能，已经形成了相关的行业标准，具有规范通用的测试和评价方法，但目前，还没有针对降阻剂携渣能力的检测方法和装置，使得降阻剂的应用选择盲目，并未达到预期的效果。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于实现对降阻剂携渣能力的检测及评价，并对降阻剂的应用提供指导，提供一种降阻剂携渣能力检测方法及装置。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种降阻剂携渣能力检测方法，包括如下步骤：
A、配置测试液：将待测试的降阻剂按照设定比例调配，混合均匀，配置为测试液；
B、配置矿渣：将矿渣称定重量；
C、渣液混合：将步骤A配置的测试液按设定流速与步骤B中矿渣进行混合，使测试液与矿渣混合均匀，制得混合液；
D、工况模拟：将步骤C中制得的混合液通入工况模拟装置中，以模拟实际工况下钻杆的运动情况、钻孔大小对混合液的影响；最后混合液从工况模拟装置中排出；
E、收集：收集并过滤排出的矿渣，取出矿渣进行烘干；
F、测量评价：将步骤E中矿渣称重，得到排出矿渣重量，将排出矿渣重量除以步骤B中放入矿渣总重量即得到降阻剂的携渣能力。
本方法的原理在于：将测试液与矿渣分别按比例定量后，混合均匀，使其进入工况模拟装置中模拟实际工况下的流动条件，以排出矿渣的质量比来评价降阻剂携渣能力。
本基础方案的有益效果在于：将测试液与矿渣分别按比例定量后，混合均匀，使其进入工况模拟装置中模拟实际工况下的流动条件，以排出矿渣的质量比来评价降阻剂携渣能力；通过工况模拟装置，使得携渣能力的测量结果能直接指导于实际应用，采用称重的方法，操作简单，便于实施。
进一步，步骤D中，所述工况模拟装置包括钻杆、透明管道，采用多种规格透明管道以模拟不同钻孔大小，将钻杆置于透明管道中；混合液从透明管道进入时，启动钻杆，使钻杆带动混合液转动，并且使钻杆在透明管道内上下运动，以模拟钻杆在钻孔中的运动情况，有益效果：通过设置透明管道、钻杆对实际工况下钻杆的运动情况与钻孔大小进行模拟，让测试结果能体现实际工况下的作用效果。
进一步，步骤F中，当透明管道中矿渣不再变化时，测量残留在透明管道中矿渣所形成的堆积角及堆积高度，判断该工况下的矿渣在管道中的堆积情况，有益效果：通过测量残留在透明管道中的矿渣所形成的堆积角及堆积高度，判断该工况下的矿渣在管道中的堆积情况，用以评价该降阻剂带来的整体排渣效果。
进一步，步骤B中矿渣为单一尺寸或不同粒径按设定比例混合，有益效果：模拟实际工况下的矿渣的混合情况。
一种应用于权利要求1所述检测方法的检测装置，包括用于制备测试液的配液装置、渣液混合装置、工况模拟装置，所述渣液混合装置一端与配液装置连接，另一端与工况模拟装置连接；所述配液装置与渣液混合装置之间设有流量泵；所述渣液混合装置上设有与其相通的进渣漏斗；所述工况模拟装置下设有收集装置；有益效果：提供一套适用于降阻剂携渣能力检测方法的装置，通过流量泵调节测试液流量，以模拟不同水力化措施的流量工况条件，通过工况模拟装置模拟实际工况，为降阻剂实际应用提供指导意义。
进一步，所述配液装置包括水箱、搅拌器，所述搅拌器设于水箱上，所述水箱与流量泵连接，有益效果：便于调配不同比例的测试液。
进一步，所述渣液混合装置包括混合管、涡轮混合器；所述涡轮混合器设于混合管内；所述混合管一端与流量泵连接，另一端与工况模拟装置连接，有益效果：通过涡流混合器，使测试液呈涡流状态在混合管中流动，便于与矿渣混合均匀。
进一步，所述进渣漏斗设于混合管上；所述进渣漏斗上设有进渣口，所述进渣口与混合管相通；所述进渣漏斗上设有控制进渣口大小的调节板，有益效果：通过调节板控制矿渣进入混合管中的速度，以使渣液混合更均匀。
进一步，所述工况模拟装置包括透明管道、钻杆，所述透明管道一端与混合装置连接，另一端设有开口；所述钻杆一端穿过开口设于透明管道内，另一端与调速电机连接；所述调速电机设于升降台上，有益效果：在透明管道中设置钻杆，模拟实际工况中钻杆在钻孔中对降阻剂的影响。
进一步，所述收集装置包括收集筒、滤网，所述滤网设于收集筒内，所述收集筒位于透明管道开口下方，有益效果：利用收集筒收集排出的矿渣，通过滤网使渣液分离。
本发明的有益效果在于：将降阻剂、矿渣按设定比例定量调配后，通过混合管将其混合均匀，而后进入工况模拟装置对水流流量、矿渣成份、钻杆运动对降阻剂携渣能力的影响进行模拟，使得测量结果能够直接反映出实际工况下降阻剂的携渣能力；同时对矿渣的堆积角及堆积高度进行测量，判断该工况下的矿渣在管道中的堆积情况，从而反映出该工况下降阻剂所带来的整体排渣效果，对降阻剂的选择应用起到直接指导作用。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
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优选的详细描述，其中：
图1为本发明中检测装置整体示意图；
图2为图1中透明管道局部示意图；
附图标记：1、搅拌器；2、水箱；3、混合管；4、涡轮混合器；5、流量泵；6、进渣漏斗；7、透明管道；8、收集筒；9、钻杆；10、调速电机；11、升降台；12、调节板；13、堆积煤渣。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
本发明中降阻剂携渣能力检测方法主要包括以下实施步骤：
A、配置测试液：将待测试的降阻剂按照设定比例调配，混合均匀，配置为测试液；
B、配置矿渣：将矿渣称定重量；
C、渣液混合：将步骤A配置的测试液按设定流速与步骤B中矿渣进行混合，使测试液与矿渣混合均匀，制得混合液；
D、工况模拟：将步骤C中制得的混合液通入工况模拟装置中，以模拟实际工况下钻杆的运动情况、钻孔大小对混合液的影响；最后混合液从工况模拟装置中排出；
E、收集：收集并过滤排出的矿渣，取出矿渣进行烘干；
F、测量评价：将步骤E中矿渣称重，得到排出矿渣重量，将排出矿渣重量除以步骤B中放入矿渣总重量即得到降阻剂的携渣能力。
请参阅图1～图2，为本发明中的检测装置示例，包括用于制备测试液的配液装置、渣液混合装置、工况模拟装置，其中工况模拟装置包括透明管道7、钻杆9，透明管道7一端与混合管3连接，另一端设置有开口；钻杆9一端穿过透明管道7的开口设置在透明管道7内，另一端安装在调速电机10上；调速电机10固定安装在升降台11上，升降台11上安装有直线电机以驱动其上下运动；配液装置包括水箱2、搅拌器1，搅拌器1安装在水箱2上，水箱2通过管道与流量泵5连接；渣液混合装置包括混合管3、涡轮混合器4；涡轮混合器4安装在混合管3内；混合管3一端与流量泵5固定连接，另一端与透明管道7连接并相通；进渣漏斗6安装在混合管3上；进渣漏斗6下端开有进渣口，进渣口与混合管3相通；进渣口处安装有通过抽拉控制进渣口大小的调节板12；收集装置包括收集筒8与滤网，滤网安装在收集筒8内，收集筒8放置在透明管道7的开口下方。
实施例1
一种降阻剂携渣能力检测方法，包括如下步骤：
A、配置测试液：将降阻剂与清水按降阻剂质量分数为0.05％，配置测试液，并注入水箱2中，开启搅拌器1使测试液混合均匀；
B、配置矿渣：按质量百分比：60目煤渣30％、40目煤渣40％、20目煤渣30％，配置1kg混合粒径的煤渣，并放入进渣漏斗6中；
C、渣液混合：开启流量泵5，流量泵5流速调整为50L/min，使测试液进入混合管3，其中混合管3内径为25mm；同时抽动进渣漏斗6上的调节板12，使煤渣以0.1kg/min的速度下放至混合管3内，混合管3内的涡轮混合器4使测试液以涡流状态流动，使得测试液与煤渣混合均匀，并流向透明管道7；
D、工况模拟：工况模拟装置中，透明管道7内径为113mm，钻杆9直径为75mm，当步骤C中制得的混合液进入透明管道7时，启动调速电机10，并调整钻杆9转速为80r/min，并启动升降台11上的直线电机，使钻杆9上下运动；最后混合液从透明管道7的开口流出；
E、收集：用收集筒8收集并过滤透明管道7中排出的煤渣，取出煤渣进行烘干；
F、测量评价：将步骤E中煤渣称重，得到排出煤渣重量，将排出的煤渣重量除以步骤B中放入煤渣总重量；同时当透明管道7中堆积煤渣13不再变化时，测量残留在透明管道7中堆积煤渣13所形成的堆积角θ及堆积高度H。
实施例2
本实施例包括如下步骤：
A、配置测试液：将降阻剂与清水按降阻剂质量分数为0.1％，配置测试液，并注入水箱2中，开启搅拌器1使测试液混合均匀；
B、配置矿渣：按质量百分比：60目煤渣40％、40目煤渣30％、20目煤渣30％，配置1kg混合粒径的煤渣，并放入进渣漏斗6中；
C、渣液混合：开启流量泵5，流量泵5流速设定为60L/min，使测试液进入混合管3，其中混合管3内径为25mm；同时抽动进渣漏斗6上的调节板12，使煤渣以0.1kg/min的速度下放至混合管3内，混合管3内的涡轮混合器4使测试液以涡流状态流动，使得测试液与煤渣混合均匀，并流向透明管道7；
D、工况模拟：工况模拟装置中，透明管道7内径为113mm，钻杆9直径为63mm，当步骤C中制得的混合液进入透明管道7时，启动调速电机10，并调整钻杆9转速为70r/min，并调节升降台11位置，使钻杆9处于透明管道7中心位置；最后混合液从透明管道7的开口流出；
E、收集：用收集筒8收集并过滤透明管道7中排出的煤渣，取出煤渣进行烘干；
F、测量评价：将步骤E中煤渣称重，得到排出煤渣重量，将排出的煤渣重量除以步骤B中放入煤渣总重量；同时当透明管道7中堆积煤渣13不再变化时，用量角器测量残留在透明管道7中堆积煤渣13所形成的堆积角θ及堆积高度H。
实施例3
本实施例包括如下步骤：
A、配置测试液：将降阻剂与清水按降阻剂质量分数为0.5％，配置测试液，并注入水箱2中，开启搅拌器1使测试液混合均匀；
B、配置矿渣：按煤渣质量百分比：60目煤渣30％、40目煤渣30％、20目煤渣40％，配置1kg混合粒径的煤渣，并放入进渣漏斗6中；
C、渣液混合：开启流量泵5，流量泵5流速设定为70L/min，使测试液进入混合管3，其中混合管3内径为25mm；同时抽动进渣漏斗6上的调节板12，使煤渣以0.1kg/min的速度下放至混合管3内，混合管3内的涡轮混合器4使测试液以涡流状态流动，使得测试液与煤渣混合均匀，并流向透明管道7；
D、工况模拟：工况模拟装置中，透明管道7内径为130mm，钻杆9直径为75mm，当步骤C中制得的混合液进入透明管道7时，启动调速电机10，并调整钻杆9转速为80r/min，并调节升降台11上的直线电机，使钻杆9与透明管道7下内壁贴合；最后混合液从透明管道7的开口流出；
E、收集：用收集筒8收集并过滤透明管道7中排出的煤渣，取出煤渣进行烘干；
F、测量评价：将步骤E中煤渣称重，得到排出煤渣重量，将排出的煤渣重量除以步骤B中放入煤渣总重量；同时当透明管道7中堆积煤渣13不再变化时，用量角器测量残留在透明管道7中堆积煤渣13所形成的堆积角θ及堆积高度H。
将实施例1、2、3中步骤F所测量的结果汇总制得表1。
表1
由表1可知，降阻剂携渣能力随着质量百分比的增大而增加，而堆积在管道中的煤渣所形成的堆积角θ与堆积高度H随质量百分比的增大而减小，整体排渣效果随着降阻剂质量百分比的增大而增强。
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，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种降阻剂携渣能力检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
A、配置测试液：将待测试的降阻剂按照设定比例调配，混合均匀，配置为测试液；
B、配置矿渣：将矿渣称定重量；
C、渣液混合：将步骤A配置的测试液按设定流速与步骤B中矿渣进行混合，使测试液与矿渣混合均匀，制得混合液；
D、工况模拟：将步骤C中制得的混合液通入工况模拟装置中，以模拟实际工况下钻杆的运动情况、钻孔大小对混合液的影响；最后混合液从工况模拟装置中排出；
E、收集：收集并过滤排出的矿渣，取出矿渣进行烘干；
F、测量评价：将步骤E中矿渣称重，得到排出矿渣重量，将排出矿渣重量除以步骤B中放入矿渣总重量即得到降阻剂的携渣能力。
2.根据权利要求1所述的一种降阻剂携渣能力检测方法，其特征在于：步骤D中，所述工况模拟装置包括钻杆、透明管道，采用多种规格透明管道以模拟不同钻孔大小，将钻杆置于透明管道中；混合液从透明管道进入时，启动钻杆，使钻杆带动混合液转动，并且使钻杆在透明管道内上下运动，以模拟钻杆在钻孔中的运动情况。
3.根据权利要求2所述的一种降阻剂携渣能力检测方法，其特征在于：步骤F中，当透明管道中矿渣不再变化时，测量残留在透明管道中矿渣所形成的堆积角及堆积高度，判断该工况下的矿渣在管道中的堆积情况。
4.根据权利要求1所述的一种降阻剂携渣能力检测方法，其特征在于：步骤B中矿渣为单一尺寸或不同粒径按设定比例混合。
5.一种应用于权利要求1所述检测方法的检测装置，其特征在于：包括用于制备测试液的配液装置、渣液混合装置、工况模拟装置，所述渣液混合装置一端与配液装置连接，另一端与工况模拟装置连接；所述配液装置与渣液混合装置之间设有流量泵；所述渣液混合装置上设有与其相通的进渣漏斗；所述工况模拟装置下设有收集装置。
6.根据权利要求5所述的检测装置，其特征在于：所述配液装置包括水箱、搅拌器，所述搅拌器设于水箱上，所述水箱与流量泵连接。
7.根据权利要求5所述的检测装置，其特征在于：所述渣液混合装置包括混合管、涡轮混合器；所述涡轮混合器设于混合管内；所述混合管一端与流量泵连接，另一端与工况模拟装置连接。
8.根据权利要求7所述的检测装置，其特征在于：所述进渣漏斗设于混合管上；所述进渣漏斗上设有进渣口，所述进渣口与混合管相通；所述进渣漏斗上设有控制进渣口大小的调节板。
9.根据权利要求5所述的检测装置，其特征在于：所述工况模拟装置包括透明管道、钻杆，所述透明管道一端与混合装置连接，另一端设有开口；所述钻杆一端穿过开口设于透明管道内，另一端与调速电机连接；所述调速电机设于升降台上。
10.根据权利要求9所述的检测装置，其特征在于：所述收集装置包括收集筒、滤网，所述滤网设于收集筒内，所述收集筒位于透明管道开口下方。
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