CN113063621A - 煤储层取芯及含气量测量模拟装置及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
煤储层取芯及含气量测量模拟装置，包括竖直框架、取芯部、变压逸散部和自然解吸粉碎部，取芯部、变压逸散部和自然解吸粉碎部自上而下依次固定设置在竖直框架内侧上部、中部和下部，取芯部的出料端与变压逸散部的进料端连接，变压逸散部的出料端与自然解吸粉碎部的进料端连接。本发明首先模拟井下煤储层的原地赋存状态，然后对煤储层样品进行的钻进取芯、变压解吸和破碎，模拟了整个现场含气量测试过程，并实现了含气量测量的全过程精确计量，从而准确测量逸散气量，进而达到准确计量煤储层含气量的目的。
Description
技术领域
本发明涉及煤储层含气量测量领域，具体的说，涉及一种煤储层取芯及含气量测量模拟装置及其工作方法。
背景技术
煤层含气量是表征煤层特征的关键参数之一，也是煤层气资源量、储量估算和煤层气开发设计的重要依据。煤层含气量测值的不准确性是导致我国煤层气资源总量计算出现差异的重要原因，也是造成部分煤层气井累计产气量大于由实测含气量计算的单井控制煤层气资源量的原因之一。煤层含气量指单位数量煤体中所吸附、水溶、游离的煤层气数量，即每吨原煤中所含煤层气的量。在现阶段我国煤层含气量最常用的测定方法是通过钻井取芯、绳索取芯、录井煤屑在常压加温条件下解吸测定含气量值。采用这种方法测定的含气量由三部分组成：逸散气量、实测解吸气量和残余气量。在含气量测试过程中误差主要来源是逸散气量的求取，准确求取逸散气量是煤层含气量测定的难点。此外，含气量测试的解吸过程与煤层气排采逐级降压过程不同，出口压力一般为大气压，因气锁也可能造成吸附气含量测值也偏低。
发明内容
本发明的目的是提供一种煤储层取芯及含气量测量模拟装置及其工作方法，本发明首先模拟井下煤储层的原地赋存状态，然后对煤储层样品进行的钻进取芯、变压解吸和破碎，模拟了整个现场含气量测试过程，并实现了含气量测量的全过程精确计量，从而准确测量逸散气量，进而达到准确计量煤储层含气量的目的。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
煤储层取芯及含气量测量模拟装置，包括竖直框架、取芯部、变压逸散部和自然解吸粉碎部，取芯部、变压逸散部和自然解吸粉碎部自上而下依次固定设置在竖直框架内侧上部、中部和下部，取芯部的出料端与变压逸散部的进料端连接，变压逸散部的出料端与自然解吸粉碎部的进料端连接。
取芯部包括电动推杆、取芯减速电机、取芯箱、气源箱、集气环箱和第一气泵，电动推杆、取芯减速电机和集气环箱的中心线重合且均竖向设置，电动推杆的缸体上端固定安装在竖直框架的顶板下表面中部，电动推杆的伸缩杆向下伸出，电动推杆的伸缩杆下端固定连接有电机支座，取芯减速电机固定安装在电机支座上，取芯减速电机的动力轴下端同轴传动连接有中空钻杆，中空钻杆的下端一体成型固定设置有钻头，取芯箱由六个充气壳拼接而成，充气壳为一端敞口的长方体箱体结构，取芯箱内部填装有呈正方体块的煤储层样品，六个充气壳的敞口端分别对应与煤储层样品的六个侧面对接，气源箱和第一气泵均固定安装在竖直框架的顶板下表面左侧部，取芯箱位于取芯减速电机的正下方，集气环箱水平设置且套在取芯减速电机的外部，集气环箱位于取芯箱和竖直框架的顶板之间，集气环箱的外圆周与竖直框架的内侧四周上侧部固定连接，竖直框架的内侧四周上侧部固定连接有位于集气环箱下方的第一水平支板，第一水平支板的中部开设有第一圆孔，中空钻杆的下端向下依次穿过第一圆孔和上侧的充气壳中部并伸入到取芯箱内，第一圆孔的直径大于电机支座的外周最大尺寸，中空钻杆的外圆周左侧上侧部固定设置有进气管接头，中空钻杆的内部滑动设置有位于进气管接头下方的取芯活塞，取芯活塞的外圆周与中空钻杆的内壁滑动接触，第一水平支板的下表面和上侧的充气壳上表面之间铰接有四个第一液压油缸，四个第一液压油缸圆周阵列设置在中空转杆的四周，每个充气壳的外部均固定安装有第一压力表，下侧的充气壳下表面中部固定连接有竖向设置的出样软管，出样软管的下端固定连接有出样硬管，出样软管和出样硬管的直径相同，竖直框架的内侧四周中部下侧固定连接有位于取芯箱下方的第二水平支板，第二水平支板的上表面和下侧的充气壳下表面之间铰接有四个第二液压油缸，四个第二液压油缸圆周阵列设置在出样硬管的四周，左侧的充气壳前侧面和后侧面下部以及右侧的充气壳前侧面和后侧面下部均固定连接有沿前后方向竖向设置的第一导向支板，竖直框架的左侧板前侧边中部和后侧边中部以及竖直框架的右侧板前侧边中部和后侧边中部均一体成型固定连接有沿前后方向竖向设置的第一竖直支板，前侧的两块第一导向支板和前侧的两块第一竖直支板左右对应，后侧的两块第一导向支板和后侧的两块第一竖直支板左右对应，前侧的两块第一竖直支板之间以及后侧的两块第一竖直支板之间均固定连接有一根沿左右方向水平设置的第一导杆，前侧的第一导杆穿过前侧的两块第一导向支板并与前侧的两块第一导向支板滑动连接，后侧的第一导杆穿过后侧的两块第一导向支板并与后侧的两块第一导向支板滑动连接，四块第一竖直支板上均螺纹安装有沿左右方向水平设置的第一螺杆，左侧的两根第一螺杆的右端均转动安装在左侧的充气壳左侧面，右侧的两根第一螺杆的左端均转动安装在右侧的充气壳右侧面，左侧的两根第一螺杆的左端以及右侧的两根第一螺杆的右端均固定安装有第一旋转手轮，前侧的充气壳左侧面和右侧面上部以及后侧的充气壳左侧面和右侧面上部均固定连接有沿左右方向竖向设置的第二导向支板，竖直框架的前侧板左侧边中部上侧和右侧边中部上侧以及竖直框架的后侧板左侧边中部上侧和右侧边中部上侧均一体成型固定连接有沿左右方向竖向设置的第二竖直支板，左侧的两块第二导向支板和左侧的两块第二竖直支板前后对应，右侧的两块第二导向支板和右侧的两块第二竖直支板前后对应，左侧的两块第二竖直支板之间以及右侧的两块第二竖直支板之间均固定连接有一根沿前后方向水平设置的第二导杆，左侧的第二导杆穿过左侧的两块第二导向支板并与左侧的两块第二导向支板滑动连接，右侧的第二导杆穿过右侧的两块第二导向支板并与右侧的两块第二导向支板滑动连接，四块第二竖直支板上均螺纹安装有沿前后方向水平设置的第二螺杆，前侧的两根第二螺杆的后端均转动安装在前侧的充气壳前侧面，后侧的两根第二螺杆的前端均转动安装在后侧的充气壳后侧面，前侧的两根第二螺杆的前端以及后侧的两根第二螺杆的后端均固定安装有第二旋转手轮，左侧的充气壳上侧面和上侧的充气壳左侧面之间、左侧的充气壳下侧面和下侧的充气壳左侧面之间、右侧的充气壳上侧面和上侧的充气壳右侧面之间以及右侧的充气壳下侧面和下侧的充气壳右侧面之间均固定连接有两根前后并排设置的第一软管，气源箱的出气口与第一气泵的抽气口连接，第一气泵的出气口与集气环箱的进气口通过气源输送管线连接，集气环箱的下表面固定连接有四根圆周阵列设置的第二软管，四根第二软管的下端分别对应固定连接在左侧的充气壳左侧面中部、前侧的充气壳前侧面中部、右侧的充气壳右侧面中部和后侧的充气壳后侧面中部，每个充气壳内部均设置有气体保压吸附组件。
各组气体保压吸附组件的结构相同，上侧的气体保压吸附组件包括四个第三液压油缸、保压推板和若干根气体喷管，四个第三液压油缸和各根气体喷管均竖向设置，保压推板水平设置且沿竖向滑动设置在上侧的充气壳内，四个第三液压油缸呈矩形分布设置在上侧的充气壳内四周，四个第三液压油缸的缸体上端铰接在上侧的充气壳内顶面，四个第三液压油缸的活塞杆下端铰接在保压推板的上表面，上侧的充气壳的前侧板和后侧板内壁上均沿竖向一体成型有两个左右并排设置的凸起导轨，保压推板的前侧边和后侧边均开设有两个与凸起导轨匹配滑动连接的卡槽，保压推板的四个侧边分别与上侧的充气壳的四侧内壁滑动接触，保压推板上均匀开设有若干个呈矩阵排列布置的第二圆孔，各根气体喷管呈矩阵排列布置在上侧的充气壳内，各根气体喷管分别对应穿过各个第二圆孔，各根气体喷管的上端固定连接在上侧的充气壳内顶面，各根气体喷管的下端封堵且与上侧的充气壳下端齐平，气体喷管的外圆与第二圆孔的内圆滑动接触，气体喷管的下侧部管壁上均匀开设有若干个喷孔，气体喷管的上侧部管壁上开设有若干个沿竖向设置的通气长孔，各个通气长孔圆周阵列设置；
上侧的保压推板中部和下侧的保压推板中部均开设有上下通透的第三圆孔，下侧的充气壳内中部沿竖向固定设置有取样导管，取样导管贯穿下侧的第三圆孔并与下侧的第三圆孔滑动连接，取样导管的下端固定连接在下侧的充气壳内底面中部，取样导管的上端与下侧的充气壳上端齐平，上侧的充气壳中部和下侧的充气壳中部均开设有上下通透的第四圆孔，第三圆孔的直径和取样导管的外径相同，中空钻杆的外径、第四圆孔的直径和取样导管的内径相同并略小于出样软管的内径。
变压逸散部包括水压室、水箱、水泵、第三球阀和逸散气体流量计，竖直框架的内侧四周下侧部固定连接有位于第二水平支板正下方的第三水平支板，水压室为竖向设置的圆筒结构，水压室、水箱和水泵均固定安装第三水平支板上表面，出样硬管由上至下依次安装有第一球阀、第二压力表和第二球阀，出样硬管的中部上侧一体成型设置有位于第二压力表和第二球阀之间的密封管，密封管的直径大于出样硬管的直径，密封管内填装有密封盘根，密封盘根的外圆与密封管的内圆密封接触，密封盘根的内径与出样硬管的内径相同，出样硬管的下端向下穿过第二水平支板并固定连接在水压室的顶板中部，出样硬管的下端与水压室的内部连通，水压室的内部同中心竖向设置有上粗下细的导向圆锥筒，导向圆锥筒的下端固定连接在水压室的内底面中部，导向圆锥筒的上端与出样硬管的下端上下正对应，导向圆锥筒的筒壁自上而下开设有若干组通水孔组，每组通水孔组均包括若干个圆周阵列设置的通水孔，水压室的顶板前侧部固定安装有第一排气管，第三球阀和逸散气体流量计沿气体流向固定安装在第一排气管上，水压室的顶板后侧部固定安装有第三压力表，水箱的出水口与水泵的抽水口通过输水管连接，水泵的出水口与水压室的筒壁上部进水口通过注水管连接，水压室的筒壁下部出水口与水箱的进水口通过回水管连接，注水管上固定安装有第四球阀，回水管上固定安装有第五球阀，水压室的底板中部固定安装有出料管，出料管的上端与导向圆锥筒的下端上下对接，出料管上固定安装有第六球阀，水压室的底板偏心部固定安装有排水管，排水管上固定安装有第七球阀。
自然解吸粉碎部包括破碎箱、对辊式破碎辊、破碎减速电机、第二气泵、第八球阀和解吸气体流量计，破碎箱和破碎减速电机位于第三水平支板的下方且均固定安装在竖直框架的底板上表面，对辊式破碎辊转动安装在破碎箱内，破碎减速电机的动力轴传动连接对辊式破碎辊，第二气泵固定安装在破碎箱的顶板上，出料管的下端穿过第三水平支板并固定连接在破碎箱的顶板中部，出料管的下端与破碎箱的内部连通且位于对辊式破碎辊的挤压咬合处正上方，第二气泵的抽气口固定连接有抽气管，抽气管的进气口固定安装在破碎箱的顶板上且与破碎箱的内部连通，第二气泵的出气口固定连接有第二排气管，第八球阀和解吸气体流量计沿气体流向固定安装在第二排气管上，破碎箱的顶板上还固定安装有第四压力表。
煤储层取芯及含气量测量模拟装置的工作方法，具体包括以下步骤：
（1）、将制好的正方体块结构的煤储层样品填装到取芯箱中，向取芯箱中注入一定量的气体，使煤储层样品吸附气体，模拟还原井下含气煤储层的真实状态；
（2）、对煤储层样品进行取芯操作，并测量取芯过程煤储层样品的气体逸散量；
（3）、将取得的煤储层岩芯压入水压室中，进行模拟变压逸散工况，并测量变压逸散过程煤储层岩芯的气体逸散量；
（4）、再将煤储层岩芯从水压室中加入破碎箱中进行破碎，测量破碎过程煤储层岩芯的气体逸散量；
（5）、通过计算步骤（2）、（3）和（4）中所得到的气体逸散量总和，便测得煤储层岩芯的含气量。
步骤（1）具体为：初始时，六个充气壳合围拼接成密闭的取芯箱，然后控制四个第一液压油缸的活塞杆均向上收缩至完全收缩状态，使上侧的充气壳向上移动至最高位置，上侧的充气壳与左侧的充气壳的上下距离大于煤储层样品的上下方向尺寸，同时控制电动推杆的伸缩杆同样向上收缩至完全收缩状态，使取芯减速电机、中空钻杆和钻头均向上移动至最高位置，钻头的下端与上侧的充气壳下端齐平，四个第二液压油缸的活塞杆均保持不动，转动左侧的两个第一旋转手轮，使左侧的两根第一螺杆转动并带动左侧的充气壳向左移动一定距离，同理转动右侧的两个第一旋转手轮，使右侧的两根第一螺杆转动并带动右侧的充气壳向右移动一定距离，同理转动前侧的两个第二旋转手轮，使前侧的两根第二螺杆转动并带动前侧的充气壳向前移动一定距离，同理转动后侧的两个第二旋转手轮，使后侧的两根第二螺杆转动并带动后侧的充气壳向后移动一定距离，如此，使组成取芯箱的六个充气壳彼此分离，确保六个充气壳之间具有较大的存放空间，将制备好的煤储层样品从上往下放入到六个充气壳之间的空间中并使煤储层样品的下表面放置在下侧的充气壳上端，然后，控制四个第一液压油缸的活塞杆缓慢向下伸出，直至上侧的充气壳下端与煤储层样品的上表面紧压接触，下侧的充气壳上端与煤储层样品的下表面紧压接触，再转动左侧的两个第一旋转手轮，转动左侧的两个第一旋转手轮，使左侧的两根第一螺杆转动并同步向右移动，左侧的两根第一螺杆右端同步推动左侧的充气壳向右移动，同理转动右侧的两个第一旋转手轮，使右侧的两根第一螺杆转动并同步向左移动，右侧的两根第一螺杆左端同步推动右侧的充气壳向左移动，同理转动前侧的两个第二旋转手轮，使前侧的两根第二螺杆转动并同步向后移动，前侧的两根第二螺杆后端同步推动前侧的充气壳向后移动，同理转动后侧的两个第二旋转手轮，使后侧的两根第二螺杆转动并同步向前移动，后侧的两根第二螺杆前端同步推动后侧的充气壳向前移动，直至左侧的充气壳右端与煤储层样品的左侧面顶压接触，右侧的充气壳左端与煤储层样品的右侧面顶压接触，前侧的充气壳后端与煤储层样品的前侧面顶压接触，后侧的充气壳前端与煤储层样品的后侧面顶压接触，如此，实现六个充气壳对煤储层样品的六个侧面包裹，六个充气壳对接组合成密闭的取芯箱，从而将煤储层样品填装到取芯箱中，此时，每个充气壳内的四个第三液压油缸的活塞杆均处于完全收缩状态，保压推板位于充气壳内中部，各根气体喷管上开设有喷孔的部分均位于保压推板和煤储层样品之间的空间中，第一球阀和第二球阀均关闭，开启第一气泵，第一气泵将气源箱中的气体注入到集气环箱中，集气环箱中的气体再经四根第二软管分别充入到左侧、前侧、右侧和后侧的充气壳中，左侧的充气壳和右侧的充气壳中的气体再通过相应的各根第一软管分别进入到上侧的充气壳和下侧的充气壳中，如此六个充气壳中均注入有气体，并且气体进入到充气壳中后又会经各根气体喷管上的各个通气长孔进入到各根气体喷管中，再分别通过各根气体喷管上的各个喷孔喷出进入保压推板和煤储层样品之间的空间中，如此实现气体对煤储层样品的六个侧面包裹，并通过各个充气壳上的第一压力表观察六个充气壳内的气体压力，使六个充气壳内的气体压力保持一定值且保压一定时间，实现煤储层样品对气体的吸附，当煤储层样品中吸附一定量的气体后，控制各个充气壳内部的四个第三液压油缸的活塞杆同步伸出，推动相应各块保压推板朝向煤储层样品移动，使六块保压推板分别与煤储层样品的六个侧面紧压贴合，保证煤储层样品带压并防止煤储层样品中的气体逸出。
步骤（2）具体为：启动电动推杆和取芯减速电机，进气管接头初始处于闭合状态，电动推杆的伸缩杆缓慢向下伸出推动取芯减速电机向下移动，同时取芯减速电机的动力轴驱动中空钻杆旋转，中空钻杆带动钻头旋转，中空钻杆向下移动穿过上侧的第四圆孔和上侧第三圆孔，钻头对煤储层样品进行旋转切割，则中空钻杆钻入煤储层样品中，中空钻杆内部填充有圆柱型结构的煤储层岩芯，取芯活塞被煤储层岩芯向上顶压到中孔钻杆的内上部且位于进气管接头的下方，此时，打开第一球阀，第二球阀关闭，当钻头向下钻透煤储层样品时，电动推杆和取芯减速电机均关闭，取芯过程中煤储层样品逸出的气体便会通过取芯导管进入到出样软管和出样硬管中，通过第二压力表测得取芯导管、出样软管和出样硬管内部的气体压力变化差值，由于取芯导管、出样软管和出样硬管的体积已知，通过压力变化反推计算得到取芯过程中煤储层样品的气体逸散量。
步骤（3）具体为：启动水泵，打开第三球阀和第四球阀，第五球阀、第六球阀和第七球阀均关闭，水泵通过输水管将水箱中的水抽出，水泵通过注水管将水泵入到水压室中，水进入到水压室中将水压室内的空气通过第一排气管排出，当水压室内注满水后，水压室内的空气完全排出，则关闭第三球阀，水泵进行加压，使水压室内的水压与取芯箱中的气体压力保持一致，通过第三压力表能够得到水压室中的水压，然后关闭水泵和第四球阀，再启动电动推杆，电动推杆的伸缩杆继续向下伸出，推动取芯减速电机继续向下移动，钻头向下穿过下侧的第三圆孔和下侧的第四圆孔并伸入到出样硬管中，直至钻头伸入到密封管中并与密封盘根密封接触，打开第二球阀，并使进气管接头接通外部空气压缩机，通过外部空气压缩机对进气管接头进行注气，使取芯活塞在中空钻杆内部向下移动，取芯活塞向下推动中空钻杆中的煤储层岩芯，将煤储层岩芯从中空钻杆中推出并经出样硬管掉落到水压室中，关闭第二球阀，煤储层岩芯进入到导向圆锥筒中，由于导向圆锥筒的筒壁上开设有若干个通水孔，则导向圆锥筒中也充满水，开始模拟变压逸散工况，即模拟煤储层岩芯从地底向井口提升过程中钻井液压力减小而出现气体逸散的工况，通过调节第五球阀，使水压室中的水通过回水管慢慢回流到水箱中，进而使水压室中的水压慢慢降低，则煤储层岩芯中含有的气体一部分通过压降而逸散出来，当水压降到常压状态后，变压逸散工况结束，煤储层岩芯中因压降而逸出的气体已经完全逸散出来，此时打开第三球阀和第四球阀，关闭第五球阀，启动水泵，水泵向水压室中注水将水压室内的逸散气体通过第一排气管向外排出，当水压室内的逸散气体完全排出后，关闭水泵，通过逸散气体流量计测量变压逸散过程煤储层岩芯的气体逸散量。
步骤（4）具体为：打开第八球阀，启动第二气泵，第二气泵通过抽气管将破碎箱内部气体抽出并通过第二排气管排到外部，通过将破碎箱内部抽至接近真空状态为止，通过第四压力表观察破碎箱内部的气体压力，再关闭第二气泵和第八球阀，打开第六球阀，则煤储层岩芯和导向圆锥筒中的水通过出料管向下进入到破碎箱中，煤储层岩芯便掉落在对辊式破碎辊的挤压咬合处，此时启动破碎减速电机，破碎减速电机驱动对辊式破碎辊转动，对辊式破碎辊挤压破碎煤储层岩芯，当煤储层岩芯完全破碎后，煤储层岩芯中含有的剩余气体便会全部逸出，再打开第八球阀，启动第二气泵，将破碎箱中煤储层岩芯破碎逸散处的气体抽出，通过解吸气体流量计测量破碎过程煤储层岩芯的气体逸散量，测量结束后，打开第七球阀，通过排水管将水压室内部的水全部排出，然后控制四个第一液压油缸的活塞杆均向上收缩至完全收缩状态，使上侧的充气壳向上移动至最高位置，上侧的充气壳与左侧的充气壳的上下距离大于煤储层样品的上下方向尺寸，同时控制电动推杆的伸缩杆同样向上收缩至完全收缩状态，使取芯减速电机、中空钻杆和钻头均向上移动至最高位置，钻头的下端与上侧的充气壳下端齐平，转动左侧的两个第一旋转手轮，使左侧的两根第一螺杆转动并带动左侧的充气壳向左移动一定距离，同理转动右侧的两个第一旋转手轮，使右侧的两根第一螺杆转动并带动右侧的充气壳向右移动一定距离，同理转动前侧的两个第二旋转手轮，使前侧的两根第二螺杆转动并带动前侧的充气壳向前移动一定距离，同理转动后侧的两个第二旋转手轮，使后侧的两根第二螺杆转动并带动后侧的充气壳向后移动一定距离，控制四个第二液压油缸的活塞杆同步向上伸出，四个第二液压油缸的活塞杆推动下侧的充气壳向上移动，下侧的充气壳将煤储层样品向上顶起，如此，方便将煤储层样品整体取出。
本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体地说，本发明首先模拟井下煤储层的原地赋存状态，然后对煤储层样品进行的钻进取芯、变压解吸和破碎，模拟了整个现场含气量测试过程，并实现了含气量测量的全过程精确计量，从而准确测量逸散气量，进而达到准确计量煤储层含气量的目的。
附图说明
图1是本发明的轴测图。
图2是本发明的剖视图。
图3是本发明的取芯部的右视图。
图4是本发明的变压逸散部和自然解吸粉碎部的右视图。
图5是本发明的充气壳内部结构示意图。
图6是本发明的充气壳内部除去保压推板后的结构示意图。
图7是本发明的破碎部中部分结构的俯视图。
图8是图2中A处局部放大图。
图9是图2中B处局部放大图。
图10是图2中C处局部放大图。
图11是图2中D处局部放大图。
具体实施方式
以下结合附图进一步说明本发明的实施例。
如图1-图11所示，煤储层取芯及含气量测量模拟装置，包括竖直框架1、取芯部、变压逸散部和自然解吸粉碎部，取芯部、变压逸散部和自然解吸粉碎部自上而下依次固定设置在竖直框架1内侧上部、中部和下部，取芯部的出料端与变压逸散部的进料端连接，变压逸散部的出料端与自然解吸粉碎部的进料端连接。
取芯部包括电动推杆2、取芯减速电机3、取芯箱、气源箱4、集气环箱5和第一气泵6，电动推杆2、取芯减速电机3和集气环箱5的中心线重合且均竖向设置，电动推杆2的缸体上端固定安装在竖直框架1的顶板下表面中部，电动推杆2的伸缩杆向下伸出，电动推杆2的伸缩杆下端固定连接有电机支座7，取芯减速电机3固定安装在电机支座7上，取芯减速电机3的动力轴下端同轴传动连接有中空钻杆8，中空钻杆8的下端一体成型固定设置有钻头9，取芯箱由六个充气壳10拼接而成，充气壳10为一端敞口的长方体箱体结构，取芯箱内部填装有呈正方体块的煤储层样品74，六个充气壳10的敞口端分别对应与煤储层样品74的六个侧面对接，气源箱4和第一气泵6均固定安装在竖直框架1的顶板下表面左侧部，取芯箱位于取芯减速电机3的正下方，集气环箱5水平设置且套在取芯减速电机3的外部，集气环箱5位于取芯箱和竖直框架1的顶板之间，集气环箱5的外圆周与竖直框架1的内侧四周上侧部固定连接，竖直框架1的内侧四周上侧部固定连接有位于集气环箱5下方的第一水平支板11，第一水平支板11的中部开设有第一圆孔12，中空钻杆8的下端向下依次穿过第一圆孔12和上侧的充气壳10中部并伸入到取芯箱内，第一圆孔12的直径大于电机支座7的外周最大尺寸，中空钻杆8的外圆周左侧上侧部固定设置有进气管接头13，中空钻杆8的内部滑动设置有位于进气管接头13下方的取芯活塞14，取芯活塞14的外圆周与中空钻杆8的内壁滑动接触，第一水平支板11的下表面和上侧的充气壳10上表面之间铰接有四个第一液压油缸15，四个第一液压油缸15圆周阵列设置在中空转杆的四周，每个充气壳10的外部均固定安装有第一压力表16，下侧的充气壳10下表面中部固定连接有竖向设置的出样软管17，出样软管17的下端固定连接有出样硬管18，出样软管17和出样硬管18的直径相同，竖直框架1的内侧四周中部下侧固定连接有位于取芯箱下方的第二水平支板19，第二水平支板19的上表面和下侧的充气壳10下表面之间铰接有四个第二液压油缸20，四个第二液压油缸20圆周阵列设置在出样硬管18的四周，左侧的充气壳10前侧面和后侧面下部以及右侧的充气壳10前侧面和后侧面下部均固定连接有沿前后方向竖向设置的第一导向支板21，竖直框架1的左侧板前侧边中部和后侧边中部以及竖直框架1的右侧板前侧边中部和后侧边中部均一体成型固定连接有沿前后方向竖向设置的第一竖直支板22，前侧的两块第一导向支板21和前侧的两块第一竖直支板22左右对应，后侧的两块第一导向支板21和后侧的两块第一竖直支板22左右对应，前侧的两块第一竖直支板22之间以及后侧的两块第一竖直支板22之间均固定连接有一根沿左右方向水平设置的第一导杆23，前侧的第一导杆23穿过前侧的两块第一导向支板21并与前侧的两块第一导向支板21滑动连接，后侧的第一导杆23穿过后侧的两块第一导向支板21并与后侧的两块第一导向支板21滑动连接，四块第一竖直支板22上均螺纹安装有沿左右方向水平设置的第一螺杆24，左侧的两根第一螺杆24的右端均转动安装在左侧的充气壳10左侧面，右侧的两根第一螺杆24的左端均转动安装在右侧的充气壳10右侧面，左侧的两根第一螺杆24的左端以及右侧的两根第一螺杆24的右端均固定安装有第一旋转手轮25，前侧的充气壳10左侧面和右侧面上部以及后侧的充气壳10左侧面和右侧面上部均固定连接有沿左右方向竖向设置的第二导向支板26，竖直框架1的前侧板左侧边中部上侧和右侧边中部上侧以及竖直框架1的后侧板左侧边中部上侧和右侧边中部上侧均一体成型固定连接有沿左右方向竖向设置的第二竖直支板27，左侧的两块第二导向支板26和左侧的两块第二竖直支板27前后对应，右侧的两块第二导向支板26和右侧的两块第二竖直支板27前后对应，左侧的两块第二竖直支板27之间以及右侧的两块第二竖直支板27之间均固定连接有一根沿前后方向水平设置的第二导杆28，左侧的第二导杆28穿过左侧的两块第二导向支板26并与左侧的两块第二导向支板26滑动连接，右侧的第二导杆28穿过右侧的两块第二导向支板26并与右侧的两块第二导向支板26滑动连接，四块第二竖直支板27上均螺纹安装有沿前后方向水平设置的第二螺杆29，前侧的两根第二螺杆29的后端均转动安装在前侧的充气壳10前侧面，后侧的两根第二螺杆29的前端均转动安装在后侧的充气壳10后侧面，前侧的两根第二螺杆29的前端以及后侧的两根第二螺杆29的后端均固定安装有第二旋转手轮30，左侧的充气壳10上侧面和上侧的充气壳10左侧面之间、左侧的充气壳10下侧面和下侧的充气壳10左侧面之间、右侧的充气壳10上侧面和上侧的充气壳10右侧面之间以及右侧的充气壳10下侧面和下侧的充气壳10右侧面之间均固定连接有两根前后并排设置的第一软管31，气源箱4的出气口与第一气泵6的抽气口连接，第一气泵6的出气口与集气环箱5的进气口通过气源输送管线73连接，集气环箱5的下表面固定连接有四根圆周阵列设置的第二软管32，四根第二软管32的下端分别对应固定连接在左侧的充气壳10左侧面中部、前侧的充气壳10前侧面中部、右侧的充气壳10右侧面中部和后侧的充气壳10后侧面中部，每个充气壳10内部均设置有气体保压吸附组件。
各组气体保压吸附组件的结构相同，上侧的气体保压吸附组件包括四个第三液压油缸33、保压推板34和若干根气体喷管35，四个第三液压油缸33和各根气体喷管35均竖向设置，保压推板34水平设置且沿竖向滑动设置在上侧的充气壳10内，四个第三液压油缸33呈矩形分布设置在上侧的充气壳10内四周，四个第三液压油缸33的缸体上端铰接在上侧的充气壳10内顶面，四个第三液压油缸33的活塞杆下端铰接在保压推板34的上表面，上侧的充气壳10的前侧板和后侧板内壁上均沿竖向一体成型有两个左右并排设置的凸起导轨36，保压推板34的前侧边和后侧边均开设有两个与凸起导轨36匹配滑动连接的卡槽（图未示），保压推板34的四个侧边分别与上侧的充气壳10的四侧内壁滑动接触，保压推板34上均匀开设有若干个呈矩阵排列布置的第二圆孔（图未示），各根气体喷管35呈矩阵排列布置在上侧的充气壳10内，各根气体喷管35分别对应穿过各个第二圆孔，各根气体喷管35的上端固定连接在上侧的充气壳10内顶面，各根气体喷管35的下端封堵且与上侧的充气壳10下端齐平，气体喷管35的外圆与第二圆孔的内圆滑动接触，气体喷管35的下侧部管壁上均匀开设有若干个喷孔37，气体喷管35的上侧部管壁上开设有若干个沿竖向设置的通气长孔75，各个通气长孔75圆周阵列设置；
上侧的保压推板34中部和下侧的保压推板34中部均开设有上下通透的第三圆孔（图未示），下侧的充气壳10内中部沿竖向固定设置有取样导管38，取样导管38贯穿下侧的第三圆孔并与下侧的第三圆孔滑动连接，取样导管38的下端固定连接在下侧的充气壳10内底面中部，取样导管38的上端与下侧的充气壳10上端齐平，上侧的充气壳10中部和下侧的充气壳10中部均开设有上下通透的第四圆孔39，第三圆孔的直径和取样导管38的外径相同，中空钻杆8的外径、第四圆孔39的直径和取样导管38的内径相同并略小于出样软管17的内径。
变压逸散部包括水压室40、水箱41、水泵42、第三球阀43和逸散气体流量计44，竖直框架1的内侧四周下侧部固定连接有位于第二水平支板19正下方的第三水平支板45，水压室40为竖向设置的圆筒结构，水压室40、水箱41和水泵42均固定安装第三水平支板45上表面，出样硬管18由上至下依次安装有第一球阀46、第二压力表47和第二球阀48，出样硬管18的中部上侧一体成型设置有位于第二压力表47和第二球阀48之间的密封管49，密封管49的直径大于出样硬管18的直径，密封管49内填装有密封盘根50，密封盘根50的外圆与密封管49的内圆密封接触，密封盘根50的内径与出样硬管18的内径相同，出样硬管18的下端向下穿过第二水平支板19并固定连接在水压室40的顶板中部，出样硬管18的下端与水压室40的内部连通，水压室40的内部同中心竖向设置有上粗下细的导向圆锥筒51，导向圆锥筒51的下端固定连接在水压室40的内底面中部，导向圆锥筒51的上端与出样硬管18的下端上下正对应，导向圆锥筒51的筒壁自上而下开设有若干组通水孔组，每组通水孔组均包括若干个圆周阵列设置的通水孔52，水压室40的顶板前侧部固定安装有第一排气管53，第三球阀43和逸散气体流量计44沿气体流向固定安装在第一排气管53上，水压室40的顶板后侧部固定安装有第三压力表54，水箱41的出水口与水泵42的抽水口通过输水管55连接，水泵42的出水口与水压室40的筒壁上部进水口通过注水管56连接，水压室40的筒壁下部出水口与水箱41的进水口通过回水管57连接，注水管56上固定安装有第四球阀58，回水管57上固定安装有第五球阀59，水压室40的底板中部固定安装有出料管60，出料管60的上端与导向圆锥筒51的下端上下对接，出料管60上固定安装有第六球阀61，水压室40的底板偏心部固定安装有排水管62，排水管62上固定安装有第七球阀63。
自然解吸粉碎部包括破碎箱64、对辊式破碎辊65、破碎减速电机66、第二气泵67、第八球阀68和解吸气体流量计69，破碎箱64和破碎减速电机66位于第三水平支板45的下方且均固定安装在竖直框架1的底板上表面，对辊式破碎辊65转动安装在破碎箱64内，破碎减速电机66的动力轴传动连接对辊式破碎辊65，第二气泵67固定安装在破碎箱64的顶板上，出料管60的下端穿过第三水平支板45并固定连接在破碎箱64的顶板中部，出料管60的下端与破碎箱64的内部连通且位于对辊式破碎辊65的挤压咬合处正上方，第二气泵67的抽气口固定连接有抽气管70，抽气管70的进气口固定安装在破碎箱64的顶板上且与破碎箱64的内部连通，第二气泵67的出气口固定连接有第二排气管71，第八球阀68和解吸气体流量计69沿气体流向固定安装在第二排气管71上，破碎箱64的顶板上还固定安装有第四压力表72。
煤储层取芯及含气量测量模拟装置的工作方法，具体包括以下步骤：
（1）、将制好的正方体块结构的煤储层样品74填装到取芯箱中，向取芯箱中注入一定量的气体，使煤储层样品74吸附气体，模拟还原井下含气煤储层的真实状态；
（2）、对煤储层样品74进行取芯操作，并测量取芯过程煤储层样品74的气体逸散量；
（3）、将取得的煤储层岩芯压入水压室40中，进行模拟变压逸散工况，并测量变压逸散过程煤储层岩芯的气体逸散量；
（4）、再将煤储层岩芯从水压室40中加入破碎箱64中进行破碎，测量破碎过程煤储层岩芯的气体逸散量；
（5）、通过计算步骤（2）、（3）和（4）中所得到的气体逸散量总和，便测得煤储层岩芯的含气量。
步骤（1）具体为：初始时，六个充气壳10合围拼接成密闭的取芯箱，然后控制四个第一液压油缸15的活塞杆均向上收缩至完全收缩状态，使上侧的充气壳10向上移动至最高位置，上侧的充气壳10与左侧的充气壳10的上下距离大于煤储层样品74的上下方向尺寸，同时控制电动推杆2的伸缩杆同样向上收缩至完全收缩状态，使取芯减速电机3、中空钻杆8和钻头9均向上移动至最高位置，钻头9的下端与上侧的充气壳10下端齐平，四个第二液压油缸20的活塞杆均保持不动，转动左侧的两个第一旋转手轮25，使左侧的两根第一螺杆24转动并带动左侧的充气壳10向左移动一定距离，同理转动右侧的两个第一旋转手轮25，使右侧的两根第一螺杆24转动并带动右侧的充气壳10向右移动一定距离，同理转动前侧的两个第二旋转手轮30，使前侧的两根第二螺杆29转动并带动前侧的充气壳10向前移动一定距离，同理转动后侧的两个第二旋转手轮30，使后侧的两根第二螺杆29转动并带动后侧的充气壳10向后移动一定距离，如此，使组成取芯箱的六个充气壳10彼此分离，确保六个充气壳10之间具有较大的存放空间，将制备好的煤储层样品74从上往下放入到六个充气壳10之间的空间中并使煤储层样品74的下表面放置在下侧的充气壳10上端，然后，控制四个第一液压油缸15的活塞杆缓慢向下伸出，直至上侧的充气壳10下端与煤储层样品74的上表面紧压接触，下侧的充气壳10上端与煤储层样品74的下表面紧压接触，再转动左侧的两个第一旋转手轮25，使左侧的两根第一螺杆24转动并同步向右移动，左侧的两根第一螺杆24右端同步推动左侧的充气壳10向右移动，同理转动右侧的两个第一旋转手轮25，使右侧的两根第一螺杆24转动并同步向左移动，右侧的两根第一螺杆24左端同步推动右侧的充气壳10向左移动，同理转动前侧的两个第二旋转手轮30，使前侧的两根第二螺杆29转动并同步向后移动，前侧的两根第二螺杆29后端同步推动前侧的充气壳10向后移动，同理转动后侧的两个第二旋转手轮30，使后侧的两根第二螺杆29转动并同步向前移动，后侧的两根第二螺杆29前端同步推动后侧的充气壳10向前移动，直至左侧的充气壳10右端与煤储层样品74的左侧面顶压接触，右侧的充气壳10左端与煤储层样品74的右侧面顶压接触，前侧的充气壳10后端与煤储层样品74的前侧面顶压接触，后侧的充气壳10前端与煤储层样品74的后侧面顶压接触，如此，实现六个充气壳10对煤储层样品74的六个侧面包裹，六个充气壳10对接组合成密闭的取芯箱，从而将煤储层样品74填装到取芯箱中，此时，每个充气壳10内的四个第三液压油缸33的活塞杆均处于完全收缩状态，保压推板34位于充气壳10内中部，各根气体喷管35上开设有喷孔37的部分均位于保压推板34和煤储层样品74之间的空间中，第一球阀46和第二球阀48均关闭，开启第一气泵6，第一气泵6将气源箱4中的气体注入到集气环箱5中，集气环箱5中的气体再经四根第二软管32分别充入到左侧、前侧、右侧和后侧的充气壳10中，左侧的充气壳10和右侧的充气壳10中的气体再通过相应的各根第一软管31分别进入到上侧的充气壳10和下侧的充气壳10中，如此六个充气壳10中均注入有气体，并且气体进入到充气壳10中后又会经各根气体喷管35上的各个通气长孔75进入到各根气体喷管35中，再分别通过各根气体喷管35上的各个喷孔37喷出进入保压推板34和煤储层样品74之间的空间中，如此实现气体对煤储层样品74的六个侧面包裹，并通过各个充气壳10上的第一压力表16观察六个充气壳10内的气体压力，使六个充气壳10内的气体压力保持一定值且保压一定时间，实现煤储层样品74对气体的吸附，当煤储层样品74中吸附一定量的气体后，控制各个充气壳10内部的四个第三液压油缸33的活塞杆同步伸出，推动相应各块保压推板34朝向煤储层样品74移动，使六块保压推板34分别与煤储层样品74的六个侧面紧压贴合，保证煤储层样品74带压并防止煤储层样品74中的气体逸出。
步骤（2）具体为：启动电动推杆2和取芯减速电机3，进气管接头13初始处于闭合状态，电动推杆2的伸缩杆缓慢向下伸出推动取芯减速电机3向下移动，同时取芯减速电机3的动力轴驱动中空钻杆8旋转，中空钻杆8带动钻头9旋转，中空钻杆8向下移动穿过上侧的第四圆孔39和上侧第三圆孔，钻头9对煤储层样品74进行旋转切割，则中空钻杆8钻入煤储层样品74中，中空钻杆8内部填充有圆柱型结构的煤储层岩芯，取芯活塞14被煤储层岩芯向上顶压到中孔钻杆的内上部且位于进气管接头13的下方，此时，打开第一球阀46，第二球阀48关闭，当钻头9向下钻透煤储层样品74时，电动推杆2和取芯减速电机3均关闭，取芯过程中煤储层样品74逸出的气体便会通过取芯导管进入到出样软管17和出样硬管18中，通过第二压力表47测得取芯导管、出样软管17和出样硬管18内部的气体压力变化差值，由于取芯导管、出样软管17和出样硬管18的体积已知，通过压力变化反推计算得到取芯过程中煤储层样品74的气体逸散量。
步骤（3）具体为：启动水泵42，打开第三球阀43和第四球阀58，第五球阀59、第六球阀61和第七球阀63均关闭，水泵42通过输水管55将水箱41中的水抽出，水泵42通过注水管56将水泵42入到水压室40中，水进入到水压室40中将水压室40内的空气通过第一排气管53排出，当水压室40内注满水后，水压室40内的空气完全排出，则关闭第三球阀43，水泵42进行加压，使水压室40内的水压与取芯箱中的气体压力保持一致，通过第三压力表54能够得到水压室40中的水压，然后关闭水泵42和第四球阀58，再启动电动推杆2，电动推杆2的伸缩杆继续向下伸出，推动取芯减速电机3继续向下移动，钻头9向下穿过下侧的第三圆孔和下侧的第四圆孔39并伸入到出样硬管18中，直至钻头9伸入到密封管49中并与密封盘根50密封接触，打开第二球阀48，并使进气管接头13接通外部空气压缩机，通过外部空气压缩机对进气管接头13进行注气，使取芯活塞14在中空钻杆8内部向下移动，取芯活塞14向下推动中空钻杆8中的煤储层岩芯，将煤储层岩芯从中空钻杆8中推出并经出样硬管18掉落到水压室40中，关闭第二球阀48，煤储层岩芯进入到导向圆锥筒51中，由于导向圆锥筒51的筒壁上开设有若干个通水孔52，则导向圆锥筒51中也充满水，开始模拟变压逸散工况，即模拟煤储层岩芯从地底向井口提升过程中钻井液压力减小而出现气体逸散的工况，通过调节第五球阀59，使水压室40中的水通过回水管57慢慢回流到水箱41中，进而使水压室40中的水压慢慢降低，则煤储层岩芯中含有的气体一部分通过压降而逸散出来，当水压降到常压状态后，变压逸散工况结束，煤储层岩芯中因压降而逸出的气体已经完全逸散出来，此时打开第三球阀43和第四球阀58，关闭第五球阀59，启动水泵42，水泵42向水压室40中注水将水压室40内的逸散气体通过第一排气管53向外排出，当水压室40内的逸散气体完全排出后，关闭水泵42，通过逸散气体流量计44测量变压逸散过程煤储层岩芯的气体逸散量。
步骤（4）具体为：打开第八球阀68，启动第二气泵67，第二气泵67通过抽气管70将破碎箱64内部气体抽出并通过第二排气管71排到外部，将破碎箱64内部抽至接近真空状态为止，通过第四压力表72观察破碎箱64内部的气体压力，再关闭第二气泵67和第八球阀68，打开第六球阀61，则煤储层岩芯和导向圆锥筒51中的水通过出料管60向下进入到破碎箱64中，煤储层岩芯便掉落在对辊式破碎辊65的挤压咬合处，此时启动破碎减速电机66，破碎减速电机66驱动对辊式破碎辊65转动，对辊式破碎辊65挤压破碎煤储层岩芯，当煤储层岩芯完全破碎后，煤储层岩芯中含有的剩余气体便会全部逸出，再打开第八球阀68，启动第二气泵67，将破碎箱64中煤储层岩芯破碎逸散处的气体抽出，通过解吸气体流量计69测量破碎过程煤储层岩芯的气体逸散量，测量结束后，打开第七球阀63，通过排水管62将水压室40内部的水全部排出，然后控制四个第一液压油缸15的活塞杆均向上收缩至完全收缩状态，使上侧的充气壳10向上移动至最高位置，上侧的充气壳10与左侧的充气壳10的上下距离大于煤储层样品74的上下方向尺寸，同时控制电动推杆2的伸缩杆同样向上收缩至完全收缩状态，使取芯减速电机3、中空钻杆8和钻头9均向上移动至最高位置，钻头9的下端与上侧的充气壳10下端齐平，四个第二液压油缸20的活塞杆均保持不动，转动左侧的两个第一旋转手轮25，使左侧的两根第一螺杆24转动并带动左侧的充气壳10向左移动一定距离，同理转动右侧的两个第一旋转手轮25，使右侧的两根第一螺杆24转动并带动右侧的充气壳10向右移动一定距离，同理转动前侧的两个第二旋转手轮30，使前侧的两根第二螺杆29转动并带动前侧的充气壳10向前移动一定距离，同理转动后侧的两个第二旋转手轮30，使后侧的两根第二螺杆29转动并带动后侧的充气壳10向后移动一定距离，控制四个第二液压油缸20的活塞杆同步向上伸出，四个第二液压油缸20的活塞杆推动下侧的充气壳10向上移动，下侧的充气壳10将煤储层样品74向上顶起，如此，方便将煤储层样品74整体取出。
以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述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；依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.煤储层取芯及含气量测量模拟装置，其特征在于：包括竖直框架、取芯部、变压逸散部和自然解吸粉碎部，取芯部、变压逸散部和自然解吸粉碎部自上而下依次固定设置在竖直框架内侧上部、中部和下部，取芯部的出料端与变压逸散部的进料端连接，变压逸散部的出料端与自然解吸粉碎部的进料端连接。
2.根据权利要求1所述的煤储层取芯及含气量测量模拟装置，其特征在于：取芯部包括电动推杆、取芯减速电机、取芯箱、气源箱、集气环箱和第一气泵，电动推杆、取芯减速电机和集气环箱的中心线重合且均竖向设置，电动推杆的缸体上端固定安装在竖直框架的顶板下表面中部，电动推杆的伸缩杆向下伸出，电动推杆的伸缩杆下端固定连接有电机支座，取芯减速电机固定安装在电机支座上，取芯减速电机的动力轴下端同轴传动连接有中空钻杆，中空钻杆的下端一体成型固定设置有钻头，取芯箱由六个充气壳拼接而成，充气壳为一端敞口的长方体箱体结构，取芯箱内部填装有呈正方体块的煤储层样品，六个充气壳的敞口端分别对应与煤储层样品的六个侧面对接，气源箱和第一气泵均固定安装在竖直框架的顶板下表面左侧部，取芯箱位于取芯减速电机的正下方，集气环箱水平设置且套在取芯减速电机的外部，集气环箱位于取芯箱和竖直框架的顶板之间，集气环箱的外圆周与竖直框架的内侧四周上侧部固定连接，竖直框架的内侧四周上侧部固定连接有位于集气环箱下方的第一水平支板，第一水平支板的中部开设有第一圆孔，中空钻杆的下端向下依次穿过第一圆孔和上侧的充气壳中部并伸入到取芯箱内，第一圆孔的直径大于电机支座的外周最大尺寸，中空钻杆的外圆周左侧上侧部固定设置有进气管接头，中空钻杆的内部滑动设置有位于进气管接头下方的取芯活塞，取芯活塞的外圆周与中空钻杆的内壁滑动接触，第一水平支板的下表面和上侧的充气壳上表面之间铰接有四个第一液压油缸，四个第一液压油缸圆周阵列设置在中空转杆的四周，每个充气壳的外部均固定安装有第一压力表，下侧的充气壳下表面中部固定连接有竖向设置的出样软管，出样软管的下端固定连接有出样硬管，出样软管和出样硬管的直径相同，竖直框架的内侧四周中部下侧固定连接有位于取芯箱下方的第二水平支板，第二水平支板的上表面和下侧的充气壳下表面之间铰接有四个第二液压油缸，四个第二液压油缸圆周阵列设置在出样硬管的四周，左侧的充气壳前侧面和后侧面下部以及右侧的充气壳前侧面和后侧面下部均固定连接有沿前后方向竖向设置的第一导向支板，竖直框架的左侧板前侧边中部和后侧边中部以及竖直框架的右侧板前侧边中部和后侧边中部均一体成型固定连接有沿前后方向竖向设置的第一竖直支板，前侧的两块第一导向支板和前侧的两块第一竖直支板左右对应，后侧的两块第一导向支板和后侧的两块第一竖直支板左右对应，前侧的两块第一竖直支板之间以及后侧的两块第一竖直支板之间均固定连接有一根沿左右方向水平设置的第一导杆，前侧的第一导杆穿过前侧的两块第一导向支板并与前侧的两块第一导向支板滑动连接，后侧的第一导杆穿过后侧的两块第一导向支板并与后侧的两块第一导向支板滑动连接，四块第一竖直支板上均螺纹安装有沿左右方向水平设置的第一螺杆，左侧的两根第一螺杆的右端均转动安装在左侧的充气壳左侧面，右侧的两根第一螺杆的左端均转动安装在右侧的充气壳右侧面，左侧的两根第一螺杆的左端以及右侧的两根第一螺杆的右端均固定安装有第一旋转手轮，前侧的充气壳左侧面和右侧面上部以及后侧的充气壳左侧面和右侧面上部均固定连接有沿左右方向竖向设置的第二导向支板，竖直框架的前侧板左侧边中部上侧和右侧边中部上侧以及竖直框架的后侧板左侧边中部上侧和右侧边中部上侧均一体成型固定连接有沿左右方向竖向设置的第二竖直支板，左侧的两块第二导向支板和左侧的两块第二竖直支板前后对应，右侧的两块第二导向支板和右侧的两块第二竖直支板前后对应，左侧的两块第二竖直支板之间以及右侧的两块第二竖直支板之间均固定连接有一根沿前后方向水平设置的第二导杆，左侧的第二导杆穿过左侧的两块第二导向支板并与左侧的两块第二导向支板滑动连接，右侧的第二导杆穿过右侧的两块第二导向支板并与右侧的两块第二导向支板滑动连接，四块第二竖直支板上均螺纹安装有沿前后方向水平设置的第二螺杆，前侧的两根第二螺杆的后端均转动安装在前侧的充气壳前侧面，后侧的两根第二螺杆的前端均转动安装在后侧的充气壳后侧面，前侧的两根第二螺杆的前端以及后侧的两根第二螺杆的后端均固定安装有第二旋转手轮，左侧的充气壳上侧面和上侧的充气壳左侧面之间、左侧的充气壳下侧面和下侧的充气壳左侧面之间、右侧的充气壳上侧面和上侧的充气壳右侧面之间以及右侧的充气壳下侧面和下侧的充气壳右侧面之间均固定连接有两根前后并排设置的第一软管，气源箱的出气口与第一气泵的抽气口连接，第一气泵的出气口与集气环箱的进气口通过气源输送管线连接，集气环箱的下表面固定连接有四根圆周阵列设置的第二软管，四根第二软管的下端分别对应固定连接在左侧的充气壳左侧面中部、前侧的充气壳前侧面中部、右侧的充气壳右侧面中部和后侧的充气壳后侧面中部，每个充气壳内部均设置有气体保压吸附组件。
3.根据权利要求2所述的煤储层取芯及含气量测量模拟装置，其特征在于：各组气体保压吸附组件的结构相同，上侧的气体保压吸附组件包括四个第三液压油缸、保压推板和若干根气体喷管，四个第三液压油缸和各根气体喷管均竖向设置，保压推板水平设置且沿竖向滑动设置在上侧的充气壳内，四个第三液压油缸呈矩形分布设置在上侧的充气壳内四周，四个第三液压油缸的缸体上端铰接在上侧的充气壳内顶面，四个第三液压油缸的活塞杆下端铰接在保压推板的上表面，上侧的充气壳的前侧板和后侧板内壁上均沿竖向一体成型有两个左右并排设置的凸起导轨，保压推板的前侧边和后侧边均开设有两个与凸起导轨匹配滑动连接的卡槽，保压推板的四个侧边分别与上侧的充气壳的四侧内壁滑动接触，保压推板上均匀开设有若干个呈矩阵排列布置的第二圆孔，各根气体喷管呈矩阵排列布置在上侧的充气壳内，各根气体喷管分别对应穿过各个第二圆孔，各根气体喷管的上端固定连接在上侧的充气壳内顶面，各根气体喷管的下端封堵且与上侧的充气壳下端齐平，气体喷管的外圆与第二圆孔的内圆滑动接触，气体喷管的下侧部管壁上均匀开设有若干个喷孔，气体喷管的上侧部管壁上开设有若干个沿竖向设置的通气长孔，各个通气长孔圆周阵列设置；
上侧的保压推板中部和下侧的保压推板中部均开设有上下通透的第三圆孔，下侧的充气壳内中部沿竖向固定设置有取样导管，取样导管贯穿下侧的第三圆孔并与下侧的第三圆孔滑动连接，取样导管的下端固定连接在下侧的充气壳内底面中部，取样导管的上端与下侧的充气壳上端齐平，上侧的充气壳中部和下侧的充气壳中部均开设有上下通透的第四圆孔，第三圆孔的直径和取样导管的外径相同，中空钻杆的外径、第四圆孔的直径和取样导管的内径相同并略小于出样软管的内径。
4.根据权利要求3所述的煤储层取芯及含气量测量模拟装置，其特征在于：变压逸散部包括水压室、水箱、水泵、第三球阀和逸散气体流量计，竖直框架的内侧四周下侧部固定连接有位于第二水平支板正下方的第三水平支板，水压室为竖向设置的圆筒结构，水压室、水箱和水泵均固定安装第三水平支板上表面，出样硬管由上至下依次安装有第一球阀、第二压力表和第二球阀，出样硬管的中部上侧一体成型设置有位于第二压力表和第二球阀之间的密封管，密封管的直径大于出样硬管的直径，密封管内填装有密封盘根，密封盘根的外圆与密封管的内圆密封接触，密封盘根的内径与出样硬管的内径相同，出样硬管的下端向下穿过第二水平支板并固定连接在水压室的顶板中部，出样硬管的下端与水压室的内部连通，水压室的内部同中心竖向设置有上粗下细的导向圆锥筒，导向圆锥筒的下端固定连接在水压室的内底面中部，导向圆锥筒的上端与出样硬管的下端上下正对应，导向圆锥筒的筒壁自上而下开设有若干组通水孔组，每组通水孔组均包括若干个圆周阵列设置的通水孔，水压室的顶板前侧部固定安装有第一排气管，第三球阀和逸散气体流量计沿气体流向固定安装在第一排气管上，水压室的顶板后侧部固定安装有第三压力表，水箱的出水口与水泵的抽水口通过输水管连接，水泵的出水口与水压室的筒壁上部进水口通过注水管连接，水压室的筒壁下部出水口与水箱的进水口通过回水管连接，注水管上固定安装有第四球阀，回水管上固定安装有第五球阀，水压室的底板中部固定安装有出料管，出料管的上端与导向圆锥筒的下端上下对接，出料管上固定安装有第六球阀，水压室的底板偏心部固定安装有排水管，排水管上固定安装有第七球阀。
5.根据权利要求4所述的煤储层取芯及含气量测量模拟装置，其特征在于：自然解吸粉碎部包括破碎箱、对辊式破碎辊、破碎减速电机、第二气泵、第八球阀和解吸气体流量计，破碎箱和破碎减速电机位于第三水平支板的下方且均固定安装在竖直框架的底板上表面，对辊式破碎辊转动安装在破碎箱内，破碎减速电机的动力轴传动连接对辊式破碎辊，第二气泵固定安装在破碎箱的顶板上，出料管的下端穿过第三水平支板并固定连接在破碎箱的顶板中部，出料管的下端与破碎箱的内部连通且位于对辊式破碎辊的挤压咬合处正上方，第二气泵的抽气口固定连接有抽气管，抽气管的进气口固定安装在破碎箱的顶板上且与破碎箱的内部连通，第二气泵的出气口固定连接有第二排气管，第八球阀和解吸气体流量计沿气体流向固定安装在第二排气管上，破碎箱的顶板上还固定安装有第四压力表。
6.如权利要求5所述的煤储层取芯及含气量测量模拟装置的工作方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
（1）、将制好的正方体块结构的煤储层样品填装到取芯箱中，向取芯箱中注入一定量的气体，使煤储层样品吸附气体，模拟还原井下含气煤储层的真实状态；
（2）、对煤储层样品进行取芯操作，并测量取芯过程煤储层样品的气体逸散量；
（3）、将取得的煤储层岩芯压入水压室中，进行模拟变压逸散工况，并测量变压逸散过程煤储层岩芯的气体逸散量；
（4）、再将煤储层岩芯从水压室中加入破碎箱中进行破碎，测量破碎过程煤储层岩芯的气体逸散量；
（5）、通过计算步骤（2）、（3）和（4）中所得到的气体逸散量总和，便测得煤储层岩芯的含气量。
7.根据权利要求6所述的煤储层取芯及含气量测量模拟装置的工作方法，其特征在于：步骤（1）具体为：初始时，六个充气壳合围拼接成密闭的取芯箱，然后控制四个第一液压油缸的活塞杆均向上收缩至完全收缩状态，使上侧的充气壳向上移动至最高位置，上侧的充气壳与左侧的充气壳的上下距离大于煤储层样品的上下方向尺寸，同时控制电动推杆的伸缩杆同样向上收缩至完全收缩状态，使取芯减速电机、中空钻杆和钻头均向上移动至最高位置，钻头的下端与上侧的充气壳下端齐平，四个第二液压油缸的活塞杆均保持不动，转动左侧的两个第一旋转手轮，使左侧的两根第一螺杆转动并带动左侧的充气壳向左移动一定距离，同理转动右侧的两个第一旋转手轮，使右侧的两根第一螺杆转动并带动右侧的充气壳向右移动一定距离，同理转动前侧的两个第二旋转手轮，使前侧的两根第二螺杆转动并带动前侧的充气壳向前移动一定距离，同理转动后侧的两个第二旋转手轮，使后侧的两根第二螺杆转动并带动后侧的充气壳向后移动一定距离，如此，使组成取芯箱的六个充气壳彼此分离，确保六个充气壳之间具有较大的存放空间，将制备好的煤储层样品从上往下放入到六个充气壳之间的空间中并使煤储层样品的下表面放置在下侧的充气壳上端，然后，控制四个第一液压油缸的活塞杆缓慢向下伸出，直至上侧的充气壳下端与煤储层样品的上表面紧压接触，下侧的充气壳上端与煤储层样品的下表面紧压接触，再转动左侧的两个第一旋转手轮，使左侧的两根第一螺杆转动并同步向右移动，左侧的两根第一螺杆右端同步推动左侧的充气壳向右移动，同理转动右侧的两个第一旋转手轮，使右侧的两根第一螺杆转动并同步向左移动，右侧的两根第一螺杆左端同步推动右侧的充气壳向左移动，同理转动前侧的两个第二旋转手轮，使前侧的两根第二螺杆转动并同步向后移动，前侧的两根第二螺杆后端同步推动前侧的充气壳向后移动，同理转动后侧的两个第二旋转手轮，使后侧的两根第二螺杆转动并同步向前移动，后侧的两根第二螺杆前端同步推动后侧的充气壳向前移动，直至左侧的充气壳右端与煤储层样品的左侧面顶压接触，右侧的充气壳左端与煤储层样品的右侧面顶压接触，前侧的充气壳后端与煤储层样品的前侧面顶压接触，后侧的充气壳前端与煤储层样品的后侧面顶压接触，如此，实现六个充气壳对煤储层样品的六个侧面包裹，六个充气壳对接组合成密闭的取芯箱，从而将煤储层样品填装到取芯箱中，此时，每个充气壳内的四个第三液压油缸的活塞杆均处于完全收缩状态，保压推板位于充气壳内中部，各根气体喷管上开设有喷孔的部分均位于保压推板和煤储层样品之间的空间中，第一球阀和第二球阀均关闭，开启第一气泵，第一气泵将气源箱中的气体注入到集气环箱中，集气环箱中的气体再经四根第二软管分别充入到左侧、前侧、右侧和后侧的充气壳中，左侧的充气壳和右侧的充气壳中的气体再通过相应的各根第一软管分别进入到上侧的充气壳和下侧的充气壳中，如此六个充气壳中均注入有气体，并且气体进入到充气壳中后又会经各根气体喷管上的各个通气长孔进入到各根气体喷管中，再分别通过各根气体喷管上的各个喷孔喷出进入保压推板和煤储层样品之间的空间中，如此实现气体对煤储层样品的六个侧面包裹，并通过各个充气壳上的第一压力表观察六个充气壳内的气体压力，使六个充气壳内的气体压力保持一定值且保压一定时间，实现煤储层样品对气体的吸附，当煤储层样品中吸附一定量的气体后，控制各个充气壳内部的四个第三液压油缸的活塞杆同步伸出，推动相应各块保压推板朝向煤储层样品移动，使六块保压推板分别与煤储层样品的六个侧面紧压贴合，保证煤储层样品带压并防止煤储层样品中的气体逸出。
8.根据权利要求7所述的煤储层取芯及含气量测量模拟装置的工作方法，其特征在于：步骤（2）具体为：启动电动推杆和取芯减速电机，进气管接头初始处于闭合状态，电动推杆的伸缩杆缓慢向下伸出推动取芯减速电机向下移动，同时取芯减速电机的动力轴驱动中空钻杆旋转，中空钻杆带动钻头旋转，中空钻杆向下移动穿过上侧的第四圆孔和上侧第三圆孔，钻头对煤储层样品进行旋转切割，则中空钻杆钻入煤储层样品中，中空钻杆内部填充有圆柱型结构的煤储层岩芯，取芯活塞被煤储层岩芯向上顶压到中孔钻杆的内上部且位于进气管接头的下方，此时，打开第一球阀，第二球阀关闭，当钻头向下钻透煤储层样品时，电动推杆和取芯减速电机均关闭，取芯过程中煤储层样品逸出的气体便会通过取芯导管进入到出样软管和出样硬管中，通过第二压力表测得取芯导管、出样软管和出样硬管内部的气体压力变化差值，由于取芯导管、出样软管和出样硬管的体积已知，通过压力变化反推计算得到取芯过程中煤储层样品的气体逸散量。
9.根据权利要求8所述的煤储层取芯及含气量测量模拟装置的工作方法，其特征在于：步骤（3）具体为：启动水泵，打开第三球阀和第四球阀，第五球阀、第六球阀和第七球阀均关闭，水泵通过输水管将水箱中的水抽出，水泵通过注水管将水泵入到水压室中，水进入到水压室中将水压室内的空气通过第一排气管排出，当水压室内注满水后，水压室内的空气完全排出，则关闭第三球阀，水泵进行加压，使水压室内的水压与取芯箱中的气体压力保持一致，通过第三压力表能够得到水压室中的水压，然后关闭水泵和第四球阀，再启动电动推杆，电动推杆的伸缩杆继续向下伸出，推动取芯减速电机继续向下移动，钻头向下穿过下侧的第三圆孔和下侧的第四圆孔并伸入到出样硬管中，直至钻头伸入到密封管中并与密封盘根密封接触，打开第二球阀，并使进气管接头接通外部空气压缩机，通过外部空气压缩机对进气管接头进行注气，使取芯活塞在中空钻杆内部向下移动，取芯活塞向下推动中空钻杆中的煤储层岩芯，将煤储层岩芯从中空钻杆中推出并经出样硬管掉落到水压室中，关闭第二球阀，煤储层岩芯进入到导向圆锥筒中，由于导向圆锥筒的筒壁上开设有若干个通水孔，则导向圆锥筒中也充满水，开始模拟变压逸散工况，即模拟煤储层岩芯从地底向井口提升过程中钻井液压力减小而出现气体逸散的工况，通过调节第五球阀，使水压室中的水通过回水管慢慢回流到水箱中，进而使水压室中的水压慢慢降低，则煤储层岩芯中含有的气体一部分通过压降而逸散出来，当水压降到常压状态后，变压逸散工况结束，煤储层岩芯中因压降而逸出的气体已经完全逸散出来，此时打开第三球阀和第四球阀，关闭第五球阀，启动水泵，水泵向水压室中注水将水压室内的逸散气体通过第一排气管向外排出，当水压室内的逸散气体完全排出后，关闭水泵，通过逸散气体流量计测量变压逸散过程煤储层岩芯的气体逸散量。
10.根据权利要求9所述的煤储层取芯及含气量测量模拟装置的工作方法，其特征在于：步骤（4）具体为：打开第八球阀，启动第二气泵，第二气泵通过抽气管将破碎箱内部气体抽出并通过第二排气管排到外部，将破碎箱内部抽至接近真空状态为止，通过第四压力表观察破碎箱内部的气体压力，再关闭第二气泵和第八球阀，打开第六球阀，则煤储层岩芯和导向圆锥筒中的水通过出料管向下进入到破碎箱中，煤储层岩芯便掉落在对辊式破碎辊的挤压咬合处，此时启动破碎减速电机，破碎减速电机驱动对辊式破碎辊转动，对辊式破碎辊挤压破碎煤储层岩芯，当煤储层岩芯完全破碎后，煤储层岩芯中含有的剩余气体便会全部逸出，再打开第八球阀，启动第二气泵，将破碎箱中煤储层岩芯破碎逸散处的气体抽出，通过解吸气体流量计测量破碎过程煤储层岩芯的气体逸散量，测量结束后，打开第七球阀，通过排水管将水压室内部的水全部排出，然后控制四个第一液压油缸的活塞杆均向上收缩至完全收缩状态，使上侧的充气壳向上移动至最高位置，上侧的充气壳与左侧的充气壳的上下距离大于煤储层样品的上下方向尺寸，同时控制电动推杆的伸缩杆同样向上收缩至完全收缩状态，使取芯减速电机、中空钻杆和钻头均向上移动至最高位置，钻头的下端与上侧的充气壳下端齐平，转动左侧的两个第一旋转手轮，使左侧的两根第一螺杆转动并带动左侧的充气壳向左移动一定距离，同理转动右侧的两个第一旋转手轮，使右侧的两根第一螺杆转动并带动右侧的充气壳向右移动一定距离，同理转动前侧的两个第二旋转手轮，使前侧的两根第二螺杆转动并带动前侧的充气壳向前移动一定距离，同理转动后侧的两个第二旋转手轮，使后侧的两根第二螺杆转动并带动后侧的充气壳向后移动一定距离，控制四个第二液压油缸的活塞杆同步向上伸出，四个第二液压油缸的活塞杆推动下侧的充气壳向上移动，下侧的充气壳将煤储层样品向上顶起，如此，方便将煤储层样品整体取出。
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