一种出口压力可调的煤岩渗流实验系统及方法技术方案

一种出口压力可调的煤岩渗流实验系统，包括甲烷气罐、围压加载泵、轴压加载泵、第一三通阀、第二三通阀、第三三通阀、煤样夹持器、显示器、压力跟踪仪和计算机；甲烷气罐通过第一气管与第一三通阀的进口连接，第一三通阀的其中一个出口通过第二气管与煤样夹持器的进气口连接，煤样夹持器的出气口通过第三气管与压力跟踪仪的进气口连接；第一三通阀的另一个出口处密封连接有第一压力传感器；第一气管上设有减压阀，第三气管上设有质量流量计；本发明专利技术过程简单，操作方便，利用该方法在进行较高压力渗流实验时可减少进气端和出气端压差，降低模型误差；该方法均利用电子技术采集实验参数，获取的实验参数精度高，观测误差大大减小。

Coal and rock seepage experiment system and method with adjustable outlet pressure

Coal rock seepage experiment system for outlet pressure adjustable, including methane tank, confining pressure, axial pressure loading pump pump, three-way valve, the first two or three valves, the 33 valves, the coal sample holder, display, pressure tracker and methane tank connected by computer; the first and the first three-way trachea inlet, which connect an outlet through second trachea and coal sample holder first inlet of the three-way valve, clamp outlet connected by third pressure inlet pipe and the tracker coal sample holder; another outlet of the first three-way valve hermetically connected with a first pressure sensor; the valve is provided with a first trachea, trachea third a mass flow meter; the invention has simple process, convenient operation, using this method in high pressure seepage experiment can be reduced when the gas inlet and gas outlet pressure drop The method has the advantages of high precision and low observation error, which can be used to collect the experimental parameters by electronic technology.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种出口压力可调的煤岩渗流实验系统及方法。
技术介绍
在煤层气、天然气等领域，煤岩渗透率是极其重要的技术参数，关系到煤储层开采价值以及产量估计，但由于煤岩渗透率受多种因素的影响，如应力、瓦斯的吸附、温度、抽采工程的扰动等，使煤岩渗透率的测量十分困难，如何准确测量煤岩的渗透率具有重大的意义。目前，实验室测试煤样渗透率的方法主要是在被夹持煤岩试样一端即进气端充入一定压力气体，在煤岩试样的另一端即出气端采集渗透量，通过达西定律计算渗透率；之前专家采用这种方法取得了大量的研究成果，并对工程实践进行了一定的指导，但存在以下两个缺陷：（1）以往对煤岩气体渗透率的测量出口端为大气压，但在进行煤层气以及天然气的抽采过程中，抽采端处于负压环境，及渗流出口端为负压状态，传统的出口端为大气压，不能很好地模拟抽采时的负压环境，与实际情况不一致；（2）煤岩对瓦斯的吸附作用是影响渗透率的主要因素之一，在进行渗透实验时，由于煤岩试样处于一定的压力梯度下，吸附压力往往用平均吸附压力代替：，式中，p为吸附压力，为出气端压力即大气压，为进气端压力，改变吸附压力是通过调节进气端为进气端压力来实现，但进气端和出气端的压差越大，用平均吸附压力来代替吸附压力所产生的误差也就越大，且当两端压差较大时，渗透流量增加，采集气体流量的误差也会增大，由此测得渗透率存在较大误差；（3）加载的气体压力以及轴压、围压现阶段均是通过压力表的示数人为读取，获得的压力参数误差较大。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有技术中的不足之处，提供一种结构简单、操作方便、通过对出口压力的调节实现负压或正压、不同吸附压力等情况下的渗流实验的一种出口压力可调的煤岩渗流实验系统及方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：一种出口压力可调的煤岩渗流实验系统，包括甲烷气罐、围压加载泵、轴压加载泵、第一三通阀、第二三通阀、第三三通阀、煤样夹持器、显示器、压力跟踪仪和计算机；甲烷气罐通过第一气管与第一三通阀的进口连接，第一三通阀的其中一个出口通过第二气管与煤样夹持器的的进气口连接，煤样夹持器的出气口通过第三气管与压力跟踪仪的进气口连接；第一三通阀的另一个出口处密封连接有第一压力传感器；第一气管上设有减压阀，第三气管上设有质量流量计；煤样夹持器上设有围压加载接口和轴压加载接口，煤样夹持器的围压加载接口通过第四气管与第二三通阀的其中一个出口连接，第二三通阀的进口通过围压加压管与围压加载泵的出口连接，第二三通阀的另一个出口处密封连接有第二压力传感器；煤样夹持器的轴压加载接口通过第五气管与第三三通阀的其中一个出口连接，第三三通阀的进口通过轴压加压管与轴压加载泵的出口连接，第三三通阀的另一个出口处密封连接有第三压力传感器；显示器内置有显示控制器，显示控制器分别通过数据线与第一压力传感器、第二压力传感器和第三压力传感器连接；计算机分别通过数据线与质量流量计和压力跟踪仪连接。压力跟踪仪包括PLC控制器、伸缩油缸、密封调压室和操作箱，密封调压室固定在操作箱顶部，密封调压室的底部敞口且与操作箱内腔连通，密封调压室顶部设有调压进气口和调压出气口，调压进气口通过第三气管与煤样夹持器的出气口连接，调压出气口通过第六气管与外界连通，第六气管上设有气动阀，密封调压室顶壁设有第四压力传感器；伸缩油缸的缸体端部固定在操作箱内的底部，伸缩油缸的活塞杆垂直向上固定有连接杆，连接杆顶端设有活塞，活塞位于密封调压室内且活塞外缘与密封调压室内侧壁滑动密封连接；PLC控制器设置在操作箱内，操作箱顶部右侧设有操作面板，PLC控制器分别通过数据线与伸缩油缸、第四压力传感器、操作面板和计算机连接。一种出口压力可调的煤岩渗流实验系统的实验方法，包括以下步骤：（1）将横截面积为a的煤样装填在煤样夹持器内，接着打开第一三通阀、第二三通阀和第三三通阀上的所有阀门以及气动阀，通过轴压加载泵对煤样加载轴压，并且通过围压加载泵对煤样加载围压；（2）打开气动阀，在操作面板上输入设定目标压力，若目标压力为负压，通过操作操作面板向PLC控制器发出指令，PLC控制器接收到指令后启动伸缩油缸，伸缩油缸的活塞杆向上推动连接杆，直至连接杆另一端的活塞达到密封调压室的顶部，关闭气动阀，然后通过操作面板和PLC控制器控制伸缩油缸，伸缩油缸向下拉动连接杆，当PLC控制器通过第四压力传感器监测到压力达到设定的目标压力后，向伸缩油缸发出停止动作的指令；若目标压力为正压，通过操作操作面板向PLC控制器发出指令，PLC控制器接收到指令后启动伸缩油缸，伸缩油缸的活塞杆向下拉动连接杆，直至连接杆另一端的活塞达到密封调压室的底部，关闭气动阀，然后通过操作面板和PLC控制器控制伸缩油缸，伸缩油缸向上推动连接杆，当PLC控制器通过第四压力传感器监测到压力达到设定的目标压力后，向伸缩油缸发出停止动作的指令；（3）打开甲烷气罐和减压阀，甲烷气罐内的气体沿着第一气管和第二气管进入煤样夹持器内，渗流后的气体紧接着从煤样夹持器的出气口进入第三气管内，然后气体进入到密封调压室内，同时计算机上开始记录质量流量计的流量；（4）待质量流量计的流量稳定后，在显示器上读取第一压力传感器上的压力值，然后在计算机上得出稳定后质量流量计的平均流量Q；（5）计算煤样的渗透率。采用上述技术方案，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术可以在考虑渗透气体的吸附解析作用下模拟抽采时的负压环境，更接近现场实际情况，同时又可以考虑不同加载状态、不同应力路径等因素的影响；利用压力跟踪仪产生的负压环境，也可单独进行负压环境下的煤岩吸附解析特性以及变压解析等相关研究，实验系统能实现多样化研究；尤其是压力跟踪仪能够使装置内部产生稳定压力的负压环境，这是多数实验系统所不具备的功能。综上所述，本专利技术过程简单，操作方便，利用该方法在进行较高压力渗流实验时可减少进气端和出气端压差，降低模型误差；该方法均利用电子技术采集实验参数，获取的实验参数精度高，观测误差大大减小。附图说明图1是本专利技术的结构示意图；图2是图1中压力跟踪仪的结构示意图。具体实施方式如图1-2所示，本专利技术的一种出口压力可调的煤岩渗流实验系统，包括甲烷气罐1、围压加载泵17、轴压加载泵21、第一三通阀2、第二三通阀3、第三三通阀4、煤样夹持器5、显示器6、压力跟踪仪7和计算机8；甲烷气罐1通过第一气管9与第一三通阀2的进气口连接，第一三通阀2的其中一个出口通过第二气管10与煤样夹持器5的的进气口连接，煤样夹持器5本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种出口压力可调的煤岩渗流实验系统，其特征在于：包括甲烷气罐、围压加载泵、轴压加载泵、第一三通阀、第二三通阀、第三三通阀、煤样夹持器、显示器、压力跟踪仪和计算机；甲烷气罐通过第一气管与第一三通阀的进口连接，第一三通阀的其中一个出口通过第二气管与煤样夹持器的的进气口连接，煤样夹持器的出气口通过第三气管与压力跟踪仪的进气口连接；第一三通阀的另一个出口处密封连接有第一压力传感器；第一气管上设有减压阀，第三气管上设有质量流量计；煤样夹持器上设有围压加载接口和轴压加载接口，煤样夹持器的围压加载接口通过第四气管与第二三通阀的其中一个出口连接，第二三通阀的进口通过围压加压管与围压加载泵的出口连接，第二三通阀的另一个出口处密封连接有第二压力传感器；煤样夹持器的轴压加载接口通过第五气管与第三三通阀的其中一个出口连接，第三三通阀的进口通过轴压加压管与轴压加载泵的出口连接，第三三通阀的另一个出口处密封连接有第三压力传感器；显示器内置有显示控制器，显示控制器分别通过数据线与第一压力传感器、第二压力传感器和第三压力传感器连接；计算机分别通过数据线与质量流量计和压力跟踪仪连接。

【技术特征摘要】
1.一种出口压力可调的煤岩渗流实验系统，其特征在于：包括甲烷气罐、围压加载泵、
轴压加载泵、第一三通阀、第二三通阀、第三三通阀、煤样夹持器、显示器、压力跟踪仪和计
算机；甲烷气罐通过第一气管与第一三通阀的进口连接，第一三通阀的其中一个出口通过
第二气管与煤样夹持器的的进气口连接，煤样夹持器的出气口通过第三气管与压力跟踪仪
的进气口连接；第一三通阀的另一个出口处密封连接有第一压力传感器；第一气管上设有
减压阀，第三气管上设有质量流量计；
煤样夹持器上设有围压加载接口和轴压加载接口，煤样夹持器的围压加载接口通过第
四气管与第二三通阀的其中一个出口连接，第二三通阀的进口通过围压加压管与围压加载
泵的出口连接，第二三通阀的另一个出口处密封连接有第二压力传感器；煤样夹持器的轴
压加载接口通过第五气管与第三三通阀的其中一个出口连接，第三三通阀的进口通过轴压
加压管与轴压加载泵的出口连接，第三三通阀的另一个出口处密封连接有第三压力传感
器；
显示器内置有显示控制器，显示控制器分别通过数据线与第一压力传感器、第二压力
传感器和第三压力传感器连接；计算机分别通过数据线与质量流量计和压力跟踪仪连接。
2.根据权利要求1所述的一种出口压力可调的煤岩渗流实验系统，其特征在于：压力跟
踪仪包括PLC控制器、伸缩油缸、密封调压室和操作箱，密封调压室固定在操作箱顶部，密封
调压室的底部敞口且与操作箱内腔连通，密封调压室顶部设有调压进气口和调压出气口，
调压进气口通过第三气管与煤样夹持器的出气口连接，调压出气口通过第六气管与外界连
通，第六气管上设有气动阀，密封调压室顶壁设有第四压力传感器；伸缩油缸的缸体端部固
定在操作箱内的底部，伸缩油缸的活塞杆垂直向上固定有连接杆，连接杆顶端设有活塞，活
塞位于密封调压室内且活塞外缘与密封调压室内侧壁滑动密封连接；PLC控...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏建平，李波，王登科，李涛，刘华，张宏图，秦恒洁，贾炳，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：河南;41