CN117054250A - 一种电脉冲注液致裂煤岩电热流固耦合试验系统及方法 - Google Patents
一种电脉冲注液致裂煤岩电热流固耦合试验系统及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117054250A CN117054250A CN202311311828.4A CN202311311828A CN117054250A CN 117054250 A CN117054250 A CN 117054250A CN 202311311828 A CN202311311828 A CN 202311311828A CN 117054250 A CN117054250 A CN 117054250A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- coal rock
- electric pulse
- gas
- stress loading
- unit
- 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 163
- 239000011435 rock Substances 0.000 title claims abstract description 122
- 238000002347 injection Methods 0.000 title claims abstract description 90
- 239000007924 injection Substances 0.000 title claims abstract description 90
- 238000012360 testing method Methods 0.000 title claims abstract description 46
- 230000008878 coupling Effects 0.000 title claims abstract description 29
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 title claims abstract description 29
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 title claims abstract description 29
- 239000007787 solid Substances 0.000 title claims abstract description 29
- 239000007788 liquid Substances 0.000 title claims description 70
- 238000000034 method Methods 0.000 title abstract description 17
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims abstract description 40
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims abstract description 18
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims abstract description 18
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims description 82
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 36
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims description 27
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 19
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 18
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 16
- 239000003513 alkali Substances 0.000 claims description 15
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 13
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims description 10
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 10
- 238000005336 cracking Methods 0.000 claims description 7
- 238000005485 electric heating Methods 0.000 claims description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 3
- 238000005192 partition Methods 0.000 claims description 3
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims description 3
- 238000010998 test method Methods 0.000 claims description 3
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 6
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 17
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 8
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 8
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 6
- 230000009471 action Effects 0.000 description 5
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 5
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 238000005422 blasting Methods 0.000 description 3
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 230000003204 osmotic effect Effects 0.000 description 2
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 239000012670 alkaline solution Substances 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 1
- 238000001802 infusion Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N3/08—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady tensile or compressive forces
- G01N3/10—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady tensile or compressive forces generated by pneumatic or hydraulic pressure
- G01N3/12—Pressure testing
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
- G01N15/08—Investigating permeability, pore-volume, or surface area of porous materials
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N3/02—Details
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
- G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/12—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
本发明属于实验室模拟煤层气开采技术领域，具体涉及一种电脉冲注液致裂煤岩电热流固耦合试验系统及方法；试验系统包括三轴应力加载单元、阻抗测试单元、可控电脉冲发生单元、恒温控制单元和气体注入单元；三轴应力加载单元包括三轴压力室、橡胶套管、轴向应力加载机构和围向应力加载机构；围向应力加载机构向橡胶套管与三轴压力室之间的环向空间内注入流体介质完成围向应力加载，轴向应力加载机构的两侧压迫部位相对移动完成轴向应力加载；本发明可以对煤样施加三轴应力模拟地应力，对煤样加温模拟地热，对煤样注入一定压力的瓦斯气体模拟高瓦斯，从而能够真实模拟深部煤层环境。
Description
技术领域
本发明属于实验室模拟煤层气开采技术领域，具体涉及一种电脉冲注液致裂煤岩电热流固耦合试验系统及方法。
背景技术
当前随着开采技术的不断发展，我国对煤层的开发取得了长足进步。在我国工业的快速发展下，对煤矿的需求量也急剧增大，因此对煤层的开采逐渐向深部转移。随着开采煤层的深度增加，深部煤层面临着高地应力、高地热、高瓦斯压力等问题。在深部煤层中由于瓦斯压力较大，非常容易造成煤与瓦斯突出的危险，为了能够安全高效的回采，在对深部煤层进行开采前应当进行瓦斯抽采。然而在深部煤层中，煤层所受到地应力较大且伴随高地温加之煤层的透气性低，因此对瓦斯的抽采难度大大增加，在抽采前对煤层进行有效的增透将会使抽采的难度降低，能够保证后续煤层的安全高效开采。
为提高煤层的渗透性，提高煤层气的抽采效率，当前常见的煤层增透方法有：水力压裂、水力割缝、深孔爆破技术等。然而由于各类技术的作用机制及原理不同，存在着很多局限性，例如，水力压裂应用十分广泛，但对于深部煤层、透水性较差的煤层其压裂增透效果较差，同时也存在压裂方向不可控的问题，卸压的同时也形成新的孔隙应力集中，影响煤矿安全生产；而水力割缝由于相关的设备参数还未完全优化，因此水力割缝的抽采方法目前多在浅煤矿应用；深孔爆破技术对炸药、导报索管控严格，拒爆后处理较难，产生裂隙在地应力作用下会逐渐闭合，对顶板可能产生破坏。这些技术普遍存在适用范围有限、工艺复杂、增透效果不佳等缺点。
近年来，可控电脉冲技术最早被提出应用于石油解堵增透领域，并且取得了较好的增透效果，随后开始运用于煤层增透。当前在浅部煤层中利用可控脉冲放电技术进行煤层渗透的方法，具有强破坏性、绿色可控、致裂增透效果好、操作简单等优点，达到提高煤层渗透率，改善瓦斯抽采效果目的。然而在深部煤层面临着高地应力、高地热、高瓦斯压力等问题，利用可控电脉冲进行的致裂增透尚未有足够多试验，因此现在急需一种能够对煤岩进行热流固耦合模拟现场深部煤层进行可控电脉冲实验的方法。
现有技术中，公布号CN108020469A公开了一种基于流体压致裂法的三轴实验装置及其实验方法，三轴实验装置包括外围压室和内围压室，外围压室为由顶盖、底盖和缸筒固定相连组成的密闭空间，底盖和顶盖上分别设有承压头和加压头，加压头包括设于顶盖上的活塞杆和设于活塞杆下方的压头，将试样置于承压头和压头之间，试样内部的空心圆柱孔内设有构成内围压室的软质筒体，承压头和压头内分别设有将内围压室与外界连通的管道，试样四周通过软质套与外围压室隔离，底盖和顶盖上分别设有将外围压室与外界连通的第一入口管道和第一排气管道；通过外界加压设备给外围压室和内围压室施加压力，通过压头施加轴向的压力。
在模拟实际的工程地质环境时往往具有地热温度的影响，温度是煤岩体的变形、破坏的一个重要影响因素，因此在模拟实际工程地质时考虑温度的影响是很重要的。在实际工程地质中，由于深部煤岩层由于具有一定的地应力，因此在煤岩层中往往具有着一定压力的气体影响着周围煤岩层应力的分布。而公布号CN108020469A公开的基于流体压致裂法的三轴实验装置仅能通过相应传感器接收某个部位测得压力情况，无法了解样品破碎程度，无法测试样品的渗透性情况。
发明内容
本发明的目的是：针对在电热流固多物理场耦合时协同注酸/碱对煤岩体进行可控电脉冲致裂，确定煤岩体致裂效果较好时所需要的最佳脉冲能量。
本发明提供了如下技术方案：一种电脉冲注液致裂煤岩电热流固耦合试验系统，包括三轴应力加载单元、阻抗测试单元、可控电脉冲发生单元、恒温控制单元和气体注入单元；
三轴应力加载单元包括三轴压力室、橡胶套管、轴向应力加载机构和围向应力加载机构；橡胶套管外部与三轴压力室之间预留环向空间、内部相对三轴压力室密封；轴向应力加载机构的压迫部位从两端进入橡胶套管中间围成煤岩试样容置空间；围向应力加载机构向橡胶套管与三轴压力室之间的环向空间内注入流体介质完成围向应力加载，轴向应力加载机构的两侧压迫部位相对移动完成轴向应力加载；
恒温控制单元用于加热围向应力加载机构注入的流体介质从而模拟地热环境；
可控电脉冲发生单元在煤岩试样两端利用放电电极，将可控电脉冲能量作用于煤岩上；
阻抗测试单元连接煤岩试样两端的放电电极，确定煤岩阻抗进而设定相应的可控电脉冲能量；
煤岩试样容置空间前后连接气体入口和气体出口，气体注入单元通过气体入口向煤岩试样注入增压瓦斯气体，气体出口处设置流量计；模拟煤岩内部煤层气，并通过瓦斯渗流效果观测煤岩致裂效果。
进一步地，轴向应力加载机构包括上端绝缘压柱、下端绝缘压柱；三轴压力室的顶部和底部开有入口，橡胶套管的两端管口在入口周围密封；上端绝缘压柱和下端绝缘压柱分别从顶、底部入口进入橡胶套管内，上端绝缘压柱和下端绝缘压柱的端头与橡胶套管滑动密接；上端绝缘压柱中间预留上端通道，下端绝缘压柱中间预留下端通道，上端通道和下端通道均是从外部连通煤岩试样容置空间；可控电脉冲发生单元、气体注入单元、阻抗测试单元均是通过上端通道和下端通道作用于煤岩试样。
进一步地，下端绝缘压柱相对三轴压力室固定，上端绝缘压柱连接三轴应力加载单元的轴向驱动；可控电脉冲发生单元包括放电正电极和放电负电极，放电正电极置于上端通道中，放电负电极置于下端通道中，放电正电极和放电负电极分别通过上端通道和下端通道内的高压线缆连接外部放电电路，放电正电极连接的是正极高压线缆，放电负电极连接的是负极高压线缆；负极高压线缆中安装罗氏线圈，正极高压线缆中连接高压探头，并将罗氏线圈和高压探头连接到示波器上；放电正电极和放电负电极通过导线连接LCR测试仪形成闭合回路，进而测试煤岩试样的阻抗；上端通道连接增压瓦斯气体注气气路，下端通道连接流量计；上端通道与放电正电极之间、下端通道与放电负电极之间预留间隙，以使瓦斯气体通过。
进一步地，还包括液体注入单元，液体注入单元用于向煤岩试样容置空间注入酸或碱溶液；液体注入单元的注液管路连接上端通道；注液管路和瓦斯气体注气气路之间设置阀门隔断；下端通道排气兼顾排液，下端通道设置阀门，排气气路与下端通道可拆卸连接，流量计安装在排气气路中。
进一步地，三轴应力加载单元还包括压迫机构、油缸、伺服液压站、快速注液泵以及精密泵；压迫机构连接油缸的活塞杆，油缸由伺服液压站控制动作，油缸通过压迫机构给上端绝缘压柱提供轴向力；
快速注液泵和精密泵的吸液口连接液源、出液口连接加热器，加热器的出口管路连接至三轴压力室。
进一步地，可控电脉冲发生单元还包括依次连接的可控电脉冲电源、电容充电开关、可控电脉冲电容器以及电容放电开关；可控电脉冲电源对可控电脉冲电容器进行设定好的能量充电储能，可控电脉冲电容器中的能量通过高压线缆传递到放电正电极和放电负电极。
进一步地，气体注入单元还包括瓦斯压力瓶和注气真空泵，瓦斯压力瓶通过导管连接注气真空泵，再经过管道连接到上端通道中。
进一步地，液体注入单元包括储液罐和注液泵，储液罐用于存储酸或碱溶液，注液泵用于将储液罐内的溶液泵送入煤岩试样中。
一种应用上述电脉冲注液致裂煤岩电热流固耦合试验系统的试验方法，包括以下步骤：
a：将煤岩试样放置于三轴压力室的煤岩试样容置空间内，给煤岩试样注酸或碱溶液，酸或碱溶液浸泡煤岩试样预定时间后排出，排液时排气气路从下端通道中拆除；
b：三轴应力加载单元向煤岩试样加载目标值轴向应力和围向压力，恒温控制单元加热围向应力加载机构注入的流体介质使三轴压力室内升高至目标温度；
c：气体注入单元向煤岩试样注入增压瓦斯气体，流量计记录瓦斯流量；
d：LCR测试仪测试煤岩试样的阻抗；
e：操作可控电脉冲发生单元，设定相应的脉冲能量，可控电脉冲发生单元放电对煤样试样在电热流固耦合试验条件下进行击穿；示波器显示可控电脉冲致裂煤岩时电压波形和电流波形。
进一步地，根据煤岩试样两端的渗透压力获得含瓦斯煤的渗透率，其公式为：
；
式中，为渗透率/>；/>为标准状况下的瓦斯渗流流量/>；/>为瓦斯气体动力黏度，且/>；/>为煤岩试样的长度/>；/>为煤岩试样的横截面面积；/>为大气压/>；/>为瓦斯进口端气压/>。
与现有技术相比，本发明的优势在于：
1.本发明可以对煤样施加三轴应力模拟地应力，对煤样加温模拟地热，对煤样注入一定压力的瓦斯气体模拟高瓦斯，从而能够真实模拟深部煤层环境，并在这个过程中保持渗流实验不停止，可测得电脉冲致裂前后的渗透率变化，在此条件下对煤样进行可控电脉冲实验所得实验数据，能够有效的帮助指导现场利用可控电脉冲致裂煤岩。
2.本发明可以实现酸性、碱性液注入煤样，探寻煤体在可控电脉冲协同注酸、碱溶液作用下和不做任何处理时可控电脉冲致裂煤岩效果对比，并为现场试验提供帮助。
3.本发明在进行可控电脉冲致裂煤岩之前可以进行相关煤岩阻抗的测试，由于不同煤岩的击穿电压不尽相同，因此在进行电脉冲致裂煤岩之前了解其阻抗将有助于设定相应的脉冲能量。
4.本发明在上端绝缘压柱、下端绝缘压柱以及橡胶套管的包裹作用下可以实现重复多次击穿，传统电脉冲试验装置在进行一次击穿煤岩后破碎无法再进行击穿试验，然后真实现场中需要重复多次对煤岩进行放电击穿。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为上端绝缘压柱的结构示意图；
图3为下端绝缘压柱的结构示意图。
图中：1-煤岩试样；2-三轴压力室；3-放电正电极；4-放电负电极；5-上端绝缘压柱；6-下端绝缘压柱；7-压迫机构；8-油缸；9-储液罐；10-注液泵；11-可控电脉冲电源；12-电容充电开关；13-可控电脉冲电容器；14-电容放电开关；15-罗氏线圈；16-高压探头；17-示波器；18-LCR测试仪；19-瓦斯压力瓶；20-注气真空泵；21-流量计；22-伺服液压站；23-快速注液泵；24-精密泵；25-加热器；26-橡胶套管；101-上端通道；102-下端通道。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
实施例1
如图1所示：一种电脉冲注液致裂煤岩电热流固耦合试验系统，包括三轴应力加载单元、阻抗测试单元、可控电脉冲发生单元、液体注入单元、恒温控制单元和气体注入单元。
三轴应力加载单元包括三轴压力室2、橡胶套管26、轴向应力加载机构和围向应力加载机构；橡胶套管26外部与三轴压力室2之间预留环向空间、内部相对三轴压力室2密封；轴向应力加载机构的压迫部位从两端进入橡胶套管26中间围成煤岩试样容置空间；围向应力加载机构向橡胶套管26与三轴压力室2之间的环向空间内注入流体介质完成围向应力加载，轴向应力加载机构的两侧压迫部位相对移动完成轴向应力加载。
恒温控制单元用于加热围向应力加载机构注入的流体介质，使三轴压力室2中的煤岩试样达到设定的温度，从而模拟地热环境。
可控电脉冲发生单元在煤岩试样两端利用放电电极，将可控电脉冲能量作用于煤岩上，从而致裂煤岩提高其增透效果。
阻抗测试单元连接煤岩试样两端的放电电极，确定煤岩阻抗进而设定相应的可控电脉冲能量。
煤岩试样容置空间前后连接气体入口和气体出口；由于煤层中存在一定的煤层气压力，气体注入单元通过气体入口向煤岩试样注入增压瓦斯气体，气体出口处设置流量计21；模拟煤岩内部煤层气，并通过瓦斯渗流效果观测煤岩致裂效果。
液体注入单元用于向煤岩试样容置空间注入酸或碱溶液，从而提高煤岩试样致裂效果；
如图2、图3所示：轴向应力加载机构包括上端绝缘压柱5、下端绝缘压柱6；三轴压力室2的顶部和底部开有入口，橡胶套管26的两端管口在入口周围密封；上端绝缘压柱5和下端绝缘压柱6分别从顶、底部入口进入橡胶套管26内，上端绝缘压柱5和下端绝缘压柱6的端头与橡胶套管26滑动密接；上端绝缘压柱5中间预留上端通道101，下端绝缘压柱6中间预留下端通道102，上端通道101和下端通道102均是从外部连通煤岩试样容置空间；可控电脉冲发生单元、气体注入单元、阻抗测试单元均是通过上端通道101和下端通道102作用于煤岩试样。
下端绝缘压柱6相对三轴压力室2固定，上端绝缘压柱5连接三轴应力加载单元的轴向驱动；可控电脉冲发生单元包括放电正电极3和放电负电极4；放电正电极3置于上端通道101中，放电负电极4置于下端通道102中，放电正电极3和放电负电极4分别通过上端通道101和下端通道102内的高压线缆连接外部放电电路；放电正电极3连接的是正极高压线缆，放电负电极4连接的是负极高压线缆；负极高压线缆中安装罗氏线圈15，正极高压线缆中连接高压探头16，并将罗氏线圈15和高压探头16连接到示波器17上，示波器17显示可控电脉冲致裂煤岩电压波形和电流波形；上端通道101连接增压瓦斯气体注气气路，下端通道102连接流量计21；上端通道101与放电正电极3之间、下端通道102与放电负电极4之间预留间隙，以使瓦斯气体通过。
放电正电极3和放电负电极4接触煤岩试样的上下两端，并通过导线连接LCR测试仪18形成闭合回路，进而可以测试煤岩试样的阻抗。
上端通道101与放电正电极3之间设置弹簧，弹簧施予放电正电极3始终触及煤岩试样的推力，下端通道102与放电负电极4之间设置弹簧，弹簧施予放电负电极4始终触及煤岩试样的推力。
液体注入单元的注液管路连接上端通道101；注液管路和瓦斯气体注气气路之间设置阀门隔断；下端通道102排气兼顾排液，下端通道102设置阀门，排气气路与下端通道102可拆卸连接，流量计21安装在排气气路中。排液时将排气气路拆除，排液结束电脉冲试验前安装排气气路。
三轴应力加载单元还包括压迫机构7、油缸8、伺服液压站22、快速注液泵23以及精密泵24；压迫机构7连接油缸8的活塞杆，油缸8由伺服液压站22控制动作，油缸8通过压迫机构7给上端绝缘压柱5提供轴向力；压迫机构7连接高精度位移传感器实时监测轴向位移。开启伺服液压站22向油缸8加压；开启快速注液泵23向三轴压力室2中注入液体，当将要达到设定的压力时，关闭快速注液泵23，开启精密泵24，向三轴压力室2中精准缓慢的加压，可以实现设定输入轴向和围向应力的加载。
快速注液泵23和精密泵24的吸液口连接液源、出液口连接加热器25，加热器25的出口管路连接至三轴压力室2。利用加热器25将液体加热至所需温度，从而使煤岩试样在一定的恒温下进行实验。
可控电脉冲发生单元还包括依次连接的可控电脉冲电源11、电容充电开关12、可控电脉冲电容器13以及电容放电开关14；可控电脉冲电源11对可控电脉冲电容器13进行设定好的能量充电储能，可控电脉冲电容器13中的能量通过高压线缆传递到放电正电极3和放电负电极4。
气体注入单元还包括瓦斯压力瓶19和注气真空泵20，瓦斯压力瓶19通过导管连接注气真空泵20，再经过管道连接到上端通道101中。
液体注入单元包括储液罐9和注液泵10，储液罐9用于存储酸或碱溶液，注液泵10用于将储液罐9内的溶液泵送入煤岩试样中。
实施例2
一种应用实施例1的电脉冲注液致裂煤岩电热流固耦合试验系统的试验方法，包括以下步骤：
a：将煤岩试样放置于三轴压力室2的煤岩试样容置空间内，通过注液泵10给煤岩试样注酸或碱溶液，达到设定压力时停止注液，保持煤岩试样容置空间内部压力，酸或碱溶液浸泡煤岩试样预定时间后排出，排液时排气气路从下端通道102中拆除；
煤岩试样为打磨光滑的圆柱形煤样，其直径为50mm，长度在10～100mm内均可；酸或碱溶液注入时间为12～48h；
b：三轴应力加载单元向煤岩试样加载目标值轴向应力和围向压力，恒温控制单元加热围向应力加载机构注入的流体介质使三轴压力室2内升高至目标温度；
c：气体注入单元向煤岩试样注入增压瓦斯气体，流量计21记录瓦斯流量；
d：LCR测试仪18测试煤岩试样的阻抗；
e：操作可控电脉冲发生单元，设定相应的脉冲能量，可控电脉冲发生单元放电对煤样试样在电热流固耦合试验条件下进行击穿；达到模拟现场煤岩在可控电脉冲作用下致裂增透的目的，示波器17显示可控电脉冲致裂煤岩时电压波形和电流波形。
根据煤岩试样两端的渗透压力获得含瓦斯煤的渗透率，其公式为：
；
式中，为渗透率/>；/>为标准状况下的瓦斯渗流流量/>；/>为瓦斯气体动力黏度，且/>；/>为煤岩试样的长度/>；/>为煤岩试样的横截面面积；/>为大气压/>；/>为瓦斯进口端气压/>。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (9)
1.一种电脉冲注液致裂煤岩电热流固耦合试验系统，其特征在于：包括三轴应力加载单元、阻抗测试单元、可控电脉冲发生单元、恒温控制单元和气体注入单元；
三轴应力加载单元包括三轴压力室（2）、橡胶套管（26）、轴向应力加载机构和围向应力加载机构；橡胶套管（26）外部与三轴压力室（2）之间预留环向空间、内部相对三轴压力室（2）密封；轴向应力加载机构的压迫部位从两端进入橡胶套管（26）中间围成煤岩试样容置空间；围向应力加载机构向橡胶套管（26）与三轴压力室（2）之间的环向空间内注入流体介质完成围向应力加载，轴向应力加载机构的两侧压迫部位相对移动完成轴向应力加载；
恒温控制单元用于加热围向应力加载机构注入的流体介质从而模拟地热环境；
可控电脉冲发生单元在煤岩试样两端利用放电电极，将可控电脉冲能量作用于煤岩上；
阻抗测试单元连接煤岩试样两端的放电电极，确定煤岩阻抗进而设定相应的可控电脉冲能量；
煤岩试样容置空间前后连接气体入口和气体出口，气体注入单元通过气体入口向煤岩试样注入增压瓦斯气体，气体出口处设置流量计（21）；模拟煤岩内部煤层气，并通过瓦斯渗流效果观测煤岩致裂效果。
2.根据权利要求1所述的一种电脉冲注液致裂煤岩电热流固耦合试验系统，其特征在于：所述的轴向应力加载机构包括上端绝缘压柱（5）、下端绝缘压柱（6）；三轴压力室（2）的顶部和底部开有入口，橡胶套管（26）的两端管口在入口周围密封；上端绝缘压柱（5）和下端绝缘压柱（6）分别从顶、底部入口进入橡胶套管（26）内，上端绝缘压柱（5）和下端绝缘压柱（6）的端头与橡胶套管（26）滑动密接；上端绝缘压柱（5）中间预留上端通道（101），下端绝缘压柱（6）中间预留下端通道（102），上端通道（101）和下端通道（102）均是从外部连通煤岩试样容置空间；可控电脉冲发生单元、气体注入单元、阻抗测试单元均是通过上端通道（101）和下端通道（102）作用于煤岩试样。
3.根据权利要求2所述的一种电脉冲注液致裂煤岩电热流固耦合试验系统，其特征在于：所述的下端绝缘压柱（6）相对三轴压力室（2）固定，上端绝缘压柱（5）连接三轴应力加载单元的轴向驱动；可控电脉冲发生单元包括放电正电极（3）和放电负电极（4），放电正电极（3）置于上端通道（101）中，放电负电极（4）置于下端通道（102）中，放电正电极（3）和放电负电极（4）分别通过上端通道（101）和下端通道（102）内的高压线缆连接外部放电电路，放电正电极（3）连接的是正极高压线缆，放电负电极（4）连接的是负极高压线缆；负极高压线缆中安装罗氏线圈（15），正极高压线缆中连接高压探头（16），并将罗氏线圈（15）和高压探头（16）连接到示波器（17）上；放电正电极（3）和放电负电极（4）通过导线连接LCR测试仪（18）形成闭合回路，进而测试煤岩试样的阻抗；上端通道（101）连接增压瓦斯气体注气气路，下端通道（102）连接流量计（21）；上端通道（101）与放电正电极（3）之间、下端通道（102）与放电负电极（4）之间预留间隙，以使瓦斯气体通过。
4.根据权利要求3所述的一种电脉冲注液致裂煤岩电热流固耦合试验系统，其特征在于：还包括液体注入单元，液体注入单元用于向煤岩试样容置空间注入酸或碱溶液；液体注入单元的注液管路连接上端通道（101）；注液管路和瓦斯气体注气气路之间设置阀门隔断；下端通道（102）排气兼顾排液，下端通道（102）设置阀门，排气气路与下端通道（102）可拆卸连接，流量计（21）安装在排气气路中。
5.根据权利要求3所述的一种电脉冲注液致裂煤岩电热流固耦合试验系统，其特征在于：所述的三轴应力加载单元还包括压迫机构（7）、油缸（8）、伺服液压站（22）、快速注液泵（23）以及精密泵（24）；压迫机构（7）连接油缸（8）的活塞杆，油缸（8）由伺服液压站（22）控制动作，油缸（8）通过压迫机构（7）给上端绝缘压柱（5）提供轴向力；
快速注液泵（23）和精密泵（24）的吸液口连接液源、出液口连接加热器（25），加热器（25）的出口管路连接至三轴压力室（2）。
6.根据权利要求3所述的一种电脉冲注液致裂煤岩电热流固耦合试验系统，其特征在于：所述的可控电脉冲发生单元还包括依次连接的可控电脉冲电源（11）、电容充电开关（12）、可控电脉冲电容器（13）以及电容放电开关（14）；可控电脉冲电源（11）对可控电脉冲电容器（13）进行设定好的能量充电储能，可控电脉冲电容器（13）中的能量通过高压线缆传递到放电正电极（3）和放电负电极（4）。
7.根据权利要求3所述的一种电脉冲注液致裂煤岩电热流固耦合试验系统，其特征在于：所述的气体注入单元还包括瓦斯压力瓶（19）和注气真空泵（20），瓦斯压力瓶（19）通过导管连接注气真空泵（20），再经过管道连接到上端通道（101）中。
8.根据权利要求4所述的一种电脉冲注液致裂煤岩电热流固耦合试验系统，其特征在于：所述的液体注入单元包括储液罐（9）和注液泵（10），储液罐（9）用于存储酸或碱溶液，注液泵（10）用于将储液罐（9）内的溶液泵送入煤岩试样中。
9.一种应用权利要求4所述的电脉冲注液致裂煤岩电热流固耦合试验系统的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
a：将煤岩试样放置于三轴压力室（2）的煤岩试样容置空间内，给煤岩试样注酸或碱溶液，酸或碱溶液浸泡煤岩试样预定时间后排出，排液时排气气路从下端通道（102）中拆除；
b：三轴应力加载单元向煤岩试样加载目标值轴向应力和围向压力，恒温控制单元加热围向应力加载机构注入的流体介质使三轴压力室（2）内升高至目标温度；
c：气体注入单元向煤岩试样注入增压瓦斯气体，流量计（21）记录瓦斯流量；
d：LCR测试仪（18）测试煤岩试样的阻抗；
e：操作可控电脉冲发生单元，设定相应的脉冲能量，可控电脉冲发生单元放电对煤样试样在电热流固耦合试验条件下进行击穿；示波器（17）显示可控电脉冲致裂煤岩时电压波形和电流波形。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311311828.4A CN117054250B (zh) | 2023-10-11 | 2023-10-11 | 一种电脉冲注液致裂煤岩电热流固耦合试验系统及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311311828.4A CN117054250B (zh) | 2023-10-11 | 2023-10-11 | 一种电脉冲注液致裂煤岩电热流固耦合试验系统及方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117054250A true CN117054250A (zh) | 2023-11-14 |
| CN117054250B CN117054250B (zh) | 2023-12-15 |
Family
ID=88669591
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311311828.4A Active CN117054250B (zh) | 2023-10-11 | 2023-10-11 | 一种电脉冲注液致裂煤岩电热流固耦合试验系统及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117054250B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117890282A (zh) * | 2024-03-14 | 2024-04-16 | 清华大学 | 用于储层注酸改性的变形-渗流测试装置和方法 |
Citations (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20030146749A1 (en) * | 2002-01-18 | 2003-08-07 | Rengaswamy Srinivasan | Method for monitoring localized corrosion of a corrodible metal article in a corrosive environment |
| WO2009146154A1 (en) * | 2008-04-16 | 2009-12-03 | Schlumberger Canada Limited | Apparatus for continuous measurement of heterogeneity of geomaterials |
| WO2011018107A1 (de) * | 2009-08-11 | 2011-02-17 | Maik Scheibenstock | Verfahren und vorrichtung zur messung von physikalischen eigenschaften biologischer proben |
| US20130219990A1 (en) * | 2011-05-26 | 2013-08-29 | Emisense Technologies, Llc | Agglomeration and charge loss sensor for measuring particulate matter |
| CN104655495A (zh) * | 2015-02-13 | 2015-05-27 | 太原理工大学 | 一种煤岩高温高压真三轴压裂渗流试验装置与试验方法 |
| CN205015322U (zh) * | 2015-09-23 | 2016-02-03 | 中国石油大学(华东) | 一种多孔介质中气水合物模拟实验用反应釜 |
| CN107462472A (zh) * | 2017-07-26 | 2017-12-12 | 太原理工大学 | 一种温压脉冲复合致裂煤体的实验模拟装置及模拟方法 |
| CN108693315A (zh) * | 2018-05-30 | 2018-10-23 | 中国矿业大学 | 原位多功能高温高压驱替与排采模拟试验系统和试验方法 |
| CN109374510A (zh) * | 2018-12-18 | 2019-02-22 | 重庆大学 | 一种高功率脉冲波致裂含瓦斯煤体的伺服渗流装置 |
| US20200263511A1 (en) * | 2018-04-28 | 2020-08-20 | China University Of Mining And Technology | Simulation test method for gas extraction from tectonically-deformed coal seam in-situ by depressurizing horizontal well cavity |
| CN112268813A (zh) * | 2020-11-11 | 2021-01-26 | 太原理工大学 | Thmc耦合煤岩体三轴流变试验多参数测量装置及方法 |
| CN113504125A (zh) * | 2021-07-27 | 2021-10-15 | 辽宁工程技术大学 | 一种真三轴物理化学联合煤岩增透试验装置及方法 |
| CN113567257A (zh) * | 2021-07-14 | 2021-10-29 | 太原理工大学 | 一种真三轴围压下高压电脉冲破岩致裂装置及方法 |
| CN114965077A (zh) * | 2022-05-23 | 2022-08-30 | 中国矿业大学 | 一种自动化高精度岩石膨胀试验装置及其使用方法 |
| CN116558975A (zh) * | 2023-05-06 | 2023-08-08 | 中南大学 | 高压电脉冲复合水压致裂干热岩真三轴实验装置及方法 |
-
2023
- 2023-10-11 CN CN202311311828.4A patent/CN117054250B/zh active Active
Patent Citations (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20030146749A1 (en) * | 2002-01-18 | 2003-08-07 | Rengaswamy Srinivasan | Method for monitoring localized corrosion of a corrodible metal article in a corrosive environment |
| WO2009146154A1 (en) * | 2008-04-16 | 2009-12-03 | Schlumberger Canada Limited | Apparatus for continuous measurement of heterogeneity of geomaterials |
| WO2011018107A1 (de) * | 2009-08-11 | 2011-02-17 | Maik Scheibenstock | Verfahren und vorrichtung zur messung von physikalischen eigenschaften biologischer proben |
| US20130219990A1 (en) * | 2011-05-26 | 2013-08-29 | Emisense Technologies, Llc | Agglomeration and charge loss sensor for measuring particulate matter |
| CN104655495A (zh) * | 2015-02-13 | 2015-05-27 | 太原理工大学 | 一种煤岩高温高压真三轴压裂渗流试验装置与试验方法 |
| CN205015322U (zh) * | 2015-09-23 | 2016-02-03 | 中国石油大学(华东) | 一种多孔介质中气水合物模拟实验用反应釜 |
| CN107462472A (zh) * | 2017-07-26 | 2017-12-12 | 太原理工大学 | 一种温压脉冲复合致裂煤体的实验模拟装置及模拟方法 |
| US20200263511A1 (en) * | 2018-04-28 | 2020-08-20 | China University Of Mining And Technology | Simulation test method for gas extraction from tectonically-deformed coal seam in-situ by depressurizing horizontal well cavity |
| CN108693315A (zh) * | 2018-05-30 | 2018-10-23 | 中国矿业大学 | 原位多功能高温高压驱替与排采模拟试验系统和试验方法 |
| CN109374510A (zh) * | 2018-12-18 | 2019-02-22 | 重庆大学 | 一种高功率脉冲波致裂含瓦斯煤体的伺服渗流装置 |
| CN112268813A (zh) * | 2020-11-11 | 2021-01-26 | 太原理工大学 | Thmc耦合煤岩体三轴流变试验多参数测量装置及方法 |
| CN113567257A (zh) * | 2021-07-14 | 2021-10-29 | 太原理工大学 | 一种真三轴围压下高压电脉冲破岩致裂装置及方法 |
| CN113504125A (zh) * | 2021-07-27 | 2021-10-15 | 辽宁工程技术大学 | 一种真三轴物理化学联合煤岩增透试验装置及方法 |
| CN114965077A (zh) * | 2022-05-23 | 2022-08-30 | 中国矿业大学 | 一种自动化高精度岩石膨胀试验装置及其使用方法 |
| CN116558975A (zh) * | 2023-05-06 | 2023-08-08 | 中南大学 | 高压电脉冲复合水压致裂干热岩真三轴实验装置及方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| BEICHEN YU: "Experimental study on deformation and fracture characteristics of coal under different true triaxial hydraulic fracture schemes", 《JOURNAL OF PETROLEUM SCIENCE AND ENGINEERING 》, vol. 216, pages 110839 * |
| 许江: "基于热-流-固体系参数演变的煤与瓦斯突出能量演化", 《煤炭学报》, vol. 45, pages 213 - 222 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117890282A (zh) * | 2024-03-14 | 2024-04-16 | 清华大学 | 用于储层注酸改性的变形-渗流测试装置和方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN117054250B (zh) | 2023-12-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN117054250B (zh) | 一种电脉冲注液致裂煤岩电热流固耦合试验系统及方法 | |
| CN107939364B (zh) | 一种电脉冲致裂增透与瓦斯渗流一体化装置与方法 | |
| CN110487697B (zh) | 注超临界二氧化碳煤岩力学特性测试及压裂实验装置 | |
| CN113504125B (zh) | 一种真三轴物理化学联合煤岩增透试验装置及方法 | |
| CN103234891B (zh) | 低渗透煤体高压气体循环脉冲致裂增透实验方法 | |
| CN105181728B (zh) | 核磁共振在线检测页岩气的方法 | |
| CN102031955B (zh) | 一种超声波辅助储层化学解堵实验装置及实验方法 | |
| CN105510142A (zh) | 一种煤岩多相不同流体三轴压裂试验装置与试验方法 | |
| CN104458918A (zh) | 超临界二氧化碳压裂页岩损伤定位监测装置及方法 | |
| CN109611085B (zh) | 水力压裂煤系储层裂缝延伸形态模拟装置及其模拟方法 | |
| CN104914229A (zh) | 多参数高温高压大直径岩心夹持器 | |
| CN112304842B (zh) | 一种页岩油co2/n2交替驱替注入量模拟分析方法 | |
| CN106525687A (zh) | 一种超临界二氧化碳浸泡页岩实验装置 | |
| CN111088968A (zh) | 一种超声波稠油降粘动态模拟实验装置及方法 | |
| CN108956836B (zh) | 包裹体中烃类气体的释放和提取装置及方法 | |
| CN114645698A (zh) | 一种低渗透油藏压驱注水物理模拟测试系统和方法 | |
| CN110529107A (zh) | 煤层应变、渗流、驱替及射流综合试验装置及方法 | |
| CN109696324A (zh) | 一种岩土钻孔中岩土体的原位围压实验装置 | |
| CN113982572A (zh) | 一种压裂蓄能一体化实验方法及实验装置 | |
| KR20200034254A (ko) | 암석의 투과도 증진을 위한 가스파쇄 장치 및 이를 이용한 암석 투과도 증진 평가 방법 | |
| CN108518213B (zh) | 一种岩石高温高压过热蒸汽控制压裂试验装置 | |
| CN103645299B (zh) | 模拟盐穴储库地质环境的损伤岩盐自愈合试验装置 | |
| CN116793782B (zh) | 一种多种类深地矿藏原位改质机理模拟装置及方法 | |
| CN109899040B (zh) | 一种油气井模拟射孔孔道压力动态检测装置及方法 | |
| CN110926954A (zh) | 一种真三轴条件下分段水力压裂试验装置和试验方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |