一种水力压裂和瓦斯突出综合模拟试验装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种水力压裂和瓦斯突出综合模拟试验装置，包括试样加载装置、高压水发生装置和高压瓦斯发生装置，所述高压瓦斯发生装置包括瓦斯气瓶和高压瓦斯加压装置。本发明专利技术通过围压加载和轴压加载模拟煤岩在井下的应力环境，且围压、轴压、水压力、瓦斯压力均可进行调控，利用高压瓦斯发生装置以及高压水发生装置获得突发性高压瓦斯或突发性高压水，可以实现水压力以及瓦斯压力突然增大、缓慢增大；本发明专利技术采用可拆卸的圆锥漏斗形试样夹持头来夹持试样，密封性好，解决了水以及瓦斯的气密性难以保证的问题。本发明专利技术结构简单，一体两用，实现了对水力压裂、煤与瓦斯突出灾害发生过程的真实模拟，为水力压裂以及煤与瓦斯突出机理研究和预防提供手段。

A comprehensive simulation test device for hydraulic fracturing and gas outburst

The invention provides a comprehensive simulation test device for hydraulic fracturing and gas outburst, which comprises a sample loading device, a high-pressure water generating device and a high-pressure gas generating device, wherein the high-pressure gas generating device comprises a gas cylinder and a high-pressure gas pressurizing device. The present invention by confining pressure simulation of coal rock in the underground stress environment and pressure loading shaft, pressure, axial pressure, water pressure, gas pressure can be regulated and Wai, high-pressure gas generator, using high-pressure water generating device for high pressure gas or sudden sudden water pressure, water pressure and gas pressure can be achieved the sudden increase, increasing slowly; the invention adopts a conical funnel shaped specimen detachable clamping head to clamp the specimen, good sealing performance, air tightness and water to solve the problem of gas is difficult to guarantee. The invention is simple in structure and dual in use. It realizes the real simulation for the process of hydraulic fracturing, coal and gas outburst, and provides a means for hydraulic fracturing and the research and prevention of coal and gas outburst mechanism.

【技术实现步骤摘要】
一种水力压裂和瓦斯突出综合模拟试验装置
：本专利技术涉及一种用于开展水力压裂和瓦斯突出机理研究的水力压裂和瓦斯突出综合模拟试验装置。
技术介绍
：煤与瓦斯突出是煤矿五大灾害之一，在煤矿灾害占有比例中仅次于顶板事故，为此，国内外学者在其机理及预防方研究方面做了大量的工作，但随着开采深度的增加，一部分浅部开采的规律已不适用于深部煤与瓦斯突出事故分析与预防，需要考虑深部开采特征进行新的研究；水力压裂法是开采页岩气时一种重要的增产措施，同时水力压裂也是煤矿中提高煤层透气性的一种重要矿井增透手段，因而，实验室水力压裂试验不仅可以研究页岩储层水力裂纹、裂缝的起裂和扩展，还可以研究煤储层钻孔卸压和增透技术效果。因而，研究水力压裂以及瓦斯突出综合试验装置具有重要的实用价值与研究意义。现有的设备往往针对性较强，一套设备只能对一种灾害进行研究，且存在体积庞大、结构复杂，利用率相对较低、试验过程中瓦斯流速与水压不可调控以及水以及瓦斯的气密性问题难以保证等问题。
技术实现思路
：针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种结构简单、一体两用、装置气密性较高，可调控围压、水压以及孔隙压力的水力压裂和瓦斯突出综合模拟试验装置。本专利技术采用以下技术方案：提供一种水力压裂和瓦斯突出综合模拟试验装置，包括：试样加载装置、高压水发生装置和高压瓦斯发生装置，所述试样加载装置包括圆筒，设于圆筒内与所述圆筒同轴心的用于装载试样的腔体，所述圆筒上设有围压入口，且其左端设有左端盖与圆筒密封连接，一环形支架，所述环形支架的左端通过左端盖与所述圆筒的左端密封连接，其右端套接于所述腔体的左端，所述环形支架的右端设有环形挡板，所述环形挡板与试样之间设有脆性有机玻璃板，所述左端盖上设有开孔，使得所述有机玻璃板通过环形挡板和开孔与外界连通；所述圆筒的右端设有右端盖与所述圆筒密封连接，所述右端盖上设有轴压入口，一轴压活塞可沿圆筒内壁滑动，所述轴压活塞的轴心设有输入管道，所述轴压活塞的左端设有可拆卸的套装在所述输入管道一端的圆锥漏斗形试样夹持头，所述圆锥漏斗形试样夹持头设于所述腔体内壁用于固定试样，所述轴压活塞的右端从所述右端盖伸出，所述输入管道的另一端通过喷头连接所述高压水发生装置和所述高压瓦斯发生装置；所述高压瓦斯发生装置包括瓦斯气瓶和高压瓦斯加压装置，所述喷头包括冲击头、连接管和四通连接座，所述冲击头的一端与所述输入管道连接，另一端与所述连接管连接，所述四通连接座的第一管口连接所述连接管，第二管口连接所述瓦斯气瓶，第三管口连接所述高压瓦斯加压装置，第四管口连接所述高压水发生装置。当进行水力压裂试验时，所述圆锥漏斗形试样夹持头向外凸出的端部用于固定带有中空圆孔的试样，所述向外凸出的端部顶在所述试样的中空圆孔内，高压水由所述高压水发生装置经过所述喷头进入所述输入通道中；当进行瓦斯突出试验时，所述圆锥漏斗形试样夹持头向内凹陷的端部用于固定试样，瓦斯气体由所述高压瓦斯发生装置经过所述喷头进入所述输入通道中。所述冲击头通过剪切阀和剪切阀密封垫与所述连接管螺纹连接。所述第一管口通过四通连接座密封垫与所述连接管螺纹连接。所述第二管口由管路通过瓦斯压力表、瓦斯阀门与所述瓦斯气瓶连接。所述高压瓦斯加压装置包括瓦斯加压水箱和压力缸，所述压力缸中设有水气隔离活塞可沿压力缸内壁滑动，所述瓦斯加压水箱由管路通过水阀门和水压力表与所述压力缸的一端连接，所述压力缸的另一端与所述第三管口连接。所述高压水发生装置包括高压水箱，所述第四管口通过高压水压力表和高压水阀门与所述高压水箱连接。本专利技术与现有技术相比具有的有益效果：1、本专利技术围压、轴压、水压力、瓦斯压力均可进行调控，通过围压加载和轴压加载可以模拟井下的真实应力环境，然后利用高压瓦斯发生装置以及高压水发生装置获得突发性高压瓦斯和突发性高压水，可以实现水压力以及瓦斯压力突然增大、缓慢增大，对水力压裂以及煤与瓦斯突出灾害发生过程的模拟真实可靠；2、本专利技术由脆性有机玻璃充当突水的出口，可实现突出口快速打开，避免人为打开突出口对突出过程的影响；3、本专利技术可以使用不同壁厚、不同中心孔尺寸的试样进行试验，真实模拟井下导水通道所处位置状态；可以使用不同含水率的试样进行试验，综合考虑了煤岩在井下所处状态；4、本专利技术采用可拆卸的套装在所述输入管道一端的圆锥漏斗形试样夹持头来夹持试样，密封性好，解决了水以及瓦斯的气密性难以保证的问题；5、本专利技术结构简单，一体两用，使用操作简便。附图说明：图1为本专利技术提供的水力压裂和瓦斯突出综合模拟试验装置的整体结构剖视图；图2为本专利技术在进行瓦斯突出试验时，所述圆锥漏斗形试样夹持头的设置方式示意图；图3为图1中喷头的放大图；图4为本专利技术进行水力压裂试验时，采用的试样结构示意图。具体实施方式：下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。如图1所示，本专利技术提供的一种水力压裂和瓦斯突出综合模拟试验装置，包括试样加载装置、高压水发生装置和高压瓦斯发生装置。所述试样加载装置包括一圆筒2，圆筒2上设有模拟试验时与高压气体相接的围压入口21，所述圆筒2的左、右两端分别有与圆筒2螺纹密封连接的左端盖1和右端盖10，其中所述左端盖1为中间开孔的开放式结构(以模拟巷道空间)，所述右端盖10设有模拟试验时与高压水相接的轴压入口11，在所述圆筒2中设置与圆筒2同轴心的腔体6，所述腔体6可以为薄橡胶筒，所述腔体6包裹由煤柱构成的试样；在所述圆筒2的右端安装有一可沿圆筒2内壁滑动的轴压活塞8，所述轴压活塞8的轴心设有输入管道9，所述轴压活塞8的左端设有可拆卸的套装在所述输入管道9一端的圆锥漏斗形试样夹持头30，所述圆锥漏斗形试样夹持头30设于所述腔体6内壁用于固定试样，所述圆锥漏斗形试样夹持头30与所述腔体6内壁通过密封圈固定，所述轴压活塞8的右端从所述右端盖10中伸出，所述轴压活塞8与圆筒2的内壁和右端盖10之间均设有密封圈；所述输入管道9的另一端通过一喷头12连接所述高压水发生装置和所述高压瓦斯发生装置。将所述腔体6的左端与一环形支架3的右端套接，所诉环形支架3的左端与所述圆筒2的左端通过所述左端盖1密封连接，所述环形支架3的右端有内沿，在内沿靠近试样的一边放置中间开孔的环形挡板4，在环形挡板4与试样之间放置有脆性有机玻璃板5。所述高压瓦斯发生装置包括瓦斯气瓶15和高压瓦斯加压装置，所述喷头12如图3所示，包括冲击头121、连接管124和四通连接座126，所述冲击头121的一端与所述输入管道9连接，通过剪切阀122和剪切阀密封垫123与所述连接管124的一端螺纹连接，所述四通连接座126的第一管口1261通过四通连接座密封垫125与所述连接管124连接，第二管口1262由管路通过瓦斯压力表13、瓦斯阀门14与所述瓦斯气瓶15连接，第三管口1263连接所述高压瓦斯加压装置，第四管口1264连接所述高压水发生装置。所述高压瓦斯加压装置包括瓦斯加压水箱22和压力缸16，所述压力缸16中设有水气隔离活塞17可沿压力缸16内壁滑动，所述水气隔离活塞17与压力缸16内壁之间有密封圈，所述瓦斯加压水箱22由管路通过水阀门19和水压力表18与所述压力缸16的一端连接，所述压力缸16的另一端与本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水力压裂和瓦斯突出综合模拟试验装置，其特征在于，包括：试样加载装置、高压水发生装置和高压瓦斯发生装置，所述试样加载装置包括圆筒，设于圆筒内与所述圆筒同轴心的用于装载试样的腔体，所述圆筒上设有围压入口，且其左端设有左端盖与圆筒密封连接，一环形支架，所述环形支架的左端通过左端盖与所述圆筒的左端密封连接，其右端套接于所述腔体的左端，所述环形支架的右端设有环形挡板，所述环形挡板与试样之间设有脆性有机玻璃板，所述左端盖上设有开孔，使得所述有机玻璃板通过环形挡板和开孔与外界连通；所述圆筒的右端设有右端盖与所述圆筒密封连接，所述右端盖上设有轴压入口，一轴压活塞可沿圆筒内壁滑动，所述轴压活塞的轴心设有输入管道，所述轴压活塞的左端设有可拆卸的套装在所述输入管道一端的圆锥漏斗形试样夹持头，所述圆锥漏斗形试样夹持头设于所述腔体内壁用于固定试样，所述轴压活塞的右端从所述右端盖伸出，所述输入管道的另一端通过喷头连接所述高压水发生装置和所述高压瓦斯发生装置；所述高压瓦斯发生装置包括瓦斯气瓶和高压瓦斯加压装置，所述喷头包括冲击头、连接管和四通连接座，所述冲击头的一端与所述输入管道连接，另一端与所述连接管连接，所述四通连接座的第一管口连接所述连接管，第二管口连接所述瓦斯气瓶，第三管口连接所述高压瓦斯加压装置，第四管口连接所述高压水发生装置。...

【技术特征摘要】
1.一种水力压裂和瓦斯突出综合模拟试验装置，其特征在于，包括：试样加载装置、高压水发生装置和高压瓦斯发生装置，所述试样加载装置包括圆筒，设于圆筒内与所述圆筒同轴心的用于装载试样的腔体，所述圆筒上设有围压入口，且其左端设有左端盖与圆筒密封连接，一环形支架，所述环形支架的左端通过左端盖与所述圆筒的左端密封连接，其右端套接于所述腔体的左端，所述环形支架的右端设有环形挡板，所述环形挡板与试样之间设有脆性有机玻璃板，所述左端盖上设有开孔，使得所述有机玻璃板通过环形挡板和开孔与外界连通；所述圆筒的右端设有右端盖与所述圆筒密封连接，所述右端盖上设有轴压入口，一轴压活塞可沿圆筒内壁滑动，所述轴压活塞的轴心设有输入管道，所述轴压活塞的左端设有可拆卸的套装在所述输入管道一端的圆锥漏斗形试样夹持头，所述圆锥漏斗形试样夹持头设于所述腔体内壁用于固定试样，所述轴压活塞的右端从所述右端盖伸出，所述输入管道的另一端通过喷头连接所述高压水发生装置和所述高压瓦斯发生装置；所述高压瓦斯发生装置包括瓦斯气瓶和高压瓦斯加压装置，所述喷头包括冲击头、连接管和四通连接座，所述冲击头的一端与所述输入管道连接，另一端与所述连接管连接，所述四通连接座的第一管口连接所述连接管，第二管口连接所述瓦斯气瓶，第三管口连接所述高压瓦斯加压装置，第四管口连接所述高压水发生装置。2.根据权利要求1所述的水力压裂和瓦斯突出...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑文红，潘一山，罗浩，邱兆云，唐治，肖永惠，
申请(专利权)人：辽宁工程技术大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21