多场耦合作用下测量低渗透煤岩渗透率的实验装置及方法制造方法及图纸

一种多场耦合作用下测量低渗透煤岩渗透率的实验装置及方法，属于渗流力学实验装置技术领域。所述多场耦合作用下测量低渗透煤岩渗透率的实验装置，包括三轴压力室、轴压加载系统、围压加载系统、渗透压加载系统、温度控制系统和数据测量与收集系统，多场耦合作用下测量低渗透煤岩渗透率的实验方法包括实验准备、对煤岩试件施加围压、对煤岩试件施加轴压、对煤岩试件加温、对煤岩试件施加渗透压差、采集数据、重复实验和实验结束。所述多场耦合作用下测量低渗透煤岩渗透率的实验装置及方法，利用脉冲法测量煤岩渗透率，通过控制不同的变量来研究低渗透岩石渗透率的变化，能够有效测量低渗透煤岩渗透率。

Experimental device and method for measuring permeability of low permeability coal and rock under multi-field coupling

【技术实现步骤摘要】
多场耦合作用下测量低渗透煤岩渗透率的实验装置及方法
本专利技术涉及渗流力学实验装置
，特别涉及一种多场耦合作用下测量低渗透煤岩渗透率的实验装置及方法。
技术介绍
随着开采深度的增加，煤岩“三高一扰”特性凸显。深部开采工程在复杂应力和高温、渗流条件下的稳定性问题是开采过程中必须面对和要迫切解决的问题。煤岩的渗透率评定以及渗透率随温度、应力状态的变化规律分析是评价工程长期稳定的前提，特别是低渗透煤岩体尤为重要。目前精确测量复杂应力、高温条件下低渗透煤岩的渗透率依然是国内外专家学者攻克的难题。由于深部岩石低渗透的特性，岩石渗透率极难测定，在这种背景下发展一种多场耦合作用下利用脉冲法测量煤岩渗透率的实验装置及其使用方法。
技术实现思路
为了解决现有技术存在的技术问题，本专利技术提供了一种多场耦合作用下测量低渗透煤岩渗透率的实验装置及方法，利用脉冲法测量煤岩渗透率，通过控制不同的变量来研究低渗透岩石渗透率的变化，能够有效测量低渗透煤岩渗透率。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种多场耦合作用下测量低渗透煤岩渗透率的实验装置，包括三轴压力室、轴压加载系统、围压加载系统、渗透压加载系统、温度控制系统和数据测量与收集系统；所述三轴压力室包括缸体、缸盖和带孔底座，所述带孔底座的顶部与煤岩试件接触；所述轴压加载系统包括液压注入泵、轴压压力室、真空泵、自平衡活塞和轴压传感器，所述液压注入泵与轴压压力室连通，其连通管路上依次设置有第七截止阀、第二压力传感器和第二稳压阀，所述轴压压力室与所述缸盖连接，所述轴压压力室内部下方从上至下依次设置有自平衡活塞、轴压传感器和多孔垫片，所述多孔垫片与煤岩试件接触；所述围压加载系统包括高压氮气瓶、第十截止阀、第四压力传感器、第四稳压阀和第五截止阀，所述高压氮气瓶与所述三轴压力室连通，其连通管路上依次设置有第十截止阀、第四压力传感器和第四稳压阀；所述渗透压加载系统包括高压氮气瓶、第三截止阀、第一压力传感器、上游储气瓶、第四截止阀、第一稳压阀、第二截止阀、第三压力传感器、下游储气瓶、第九截止阀和第三稳压阀，所述高压氮气瓶分别与带孔底座和多孔垫片连通，所述高压氮气瓶与带孔底座连通管路上依次设置有第三截止阀、第一压力传感器、上游储气瓶、第四截止阀和第一稳压阀，所述高压氮气瓶与多孔垫片连通管路上依次设置有第二截止阀、第三压力传感器、下游储气瓶、第九截止阀、第三稳压阀和第十一截止阀；所述温度控制系统包括加热带和温度传感器，所述加热带设置在所述缸体的内壁，所述温度传感器设置在三轴压力室内部，所述加热带和温度传感器均与温度控制装置相连；所述数据测量与收集系统包括计算机，所述计算机分别与第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、第四压力传感器和轴压传感器相连。所述三轴压力室通过管路与外部连通，其连通管路设置有第五截止阀，用于卸载围压。所述高压氮气瓶与带孔底座连通管路上还设置有第六截止阀，用于卸载渗透压加载系统上游的渗透压，所述高压氮气瓶与多孔垫片连通管路上还设置有第十一截止阀，用于卸载渗透压加载系统下游的渗透压。所述轴压压力室与真空泵连接，用于加油压之前排净轴压压力室的空气，所述轴压压力室与量杯连通，其连通管路设置有第八截止阀，用于卸载轴压。所述高压氮气瓶的出口设置有第一截止阀，所述第一截止阀远离高压氮气瓶的一端分别与所述第十截止阀、第三截止阀和第二截止阀连接。所述加热带设置有若干条，若干条加热带串联并等间距贴于缸体内壁。一种多场耦合作用下测量低渗透煤岩渗透率的实验方法，采用上述多场耦合作用下测量低渗透煤岩渗透率的实验装置，包括如下步骤：步骤一、实验准备，制备煤岩试件，在煤岩试件的外部包裹耐高温橡胶套，并通过上卡箍和下卡箍固定，煤岩试件的上端与多孔垫片接触，煤岩试件的下端与带孔底座接触，连接好所有管路，并检查气密性，使所有截止阀均处于关闭状态；步骤二、对煤岩试件施加围压，打开第一截止阀和第十截止阀，使高压氮气瓶内的高压氮气进入三轴压力室对煤岩试件施加围压，围压达到设定值时，关闭第十截止阀；步骤三、对煤岩试件施加轴压，待围压稳定后，打开真空泵抽掉轴压压力室内空气，打开第七截止阀，通过液压注入泵向轴压压力室注入液压油，轴压达到设定值时，关闭第七截止阀；步骤四、对煤岩试件加温，通过温度控制装置对加热带进行加热至设定温度；步骤五、对煤岩试件施加渗透压差，待围压、轴压和温度稳定后，打开第二截止阀、第九截止阀、第三截止阀和第四截止阀，高压氮气传导至煤岩试件的两端，使得煤岩试件两端的气体压力大小相同，关闭第二截止阀和第三截止阀，静置使煤岩试件内高压氮气饱和，关闭第四截止阀，打开第三截止阀，增大通过第三截止阀的气体压力到设定压力，关闭第三截止阀，打开第四截止阀，煤岩试件两端形成设定好的渗透压差，实现脉冲加压；步骤六、采集数据，计算机采集第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、第四压力传感器和轴压传感器的实验数据；步骤七、重复步骤二～步骤六，采集煤岩试件在不同温度、应力水平下的实验数据；步骤八、实验结束，试验完成后先关闭温度控制系统，然后依次卸载轴压、围压和渗透压，待三轴压力室温度降低以后，取出煤岩试件。与现有技术相比，本专利技术的有益效果：1)所述三轴压力室包括缸体、缸盖和带孔底座，所述带孔底座的顶部与煤岩试件接触，为进行渗透实验提供环境；2)采用轴压加载系统、围压加载系统、渗透压加载系统、数据测量与收集系统和温度控制系统，通过控制不同的变量来研究低渗透岩石渗透率的变化，其中，轴压加载通过油压来实现，围压和渗透压的加载通过高压氮气来实现，试验过程中轴压、围压均可实现循环加卸载，温度控制系统通过温度传感器传导出的示数，控制加热带给煤岩试件加热到实验所需温度并保持该温度，实现了改变轴压、围压、温度等变量来研究低渗透岩石的渗透率，突破了从单一影响因素到多因素共同作用的难题；3)数据测量与收集系统包括计算机，计算机分别与第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、第四压力传感器和轴压传感器相连，计算机收集和处理所有压力传感器传导的数据，自动计算试验过程中的渗透率变化，节约时间，提高效率；4)实现了模拟深部岩体中“三高”赋存环境，采用脉冲法测得的渗透率更接近于深部低渗透煤岩的渗透率，更具有说服性，通过高轴压、高围压、高温度控制，实现了深部岩体赋存环境还原，为深部岩体低渗透特性研究提供便利。附图说明图1是本专利技术提供的多场耦合作用下测量低渗透煤岩渗透率的实验装置的结构示意图。图中：1、高压氮气瓶；2、第一截止阀；3、第二截止阀；4、第三截止阀；5、第一压力传感器；6、上游储气瓶；7、第四截止阀；8、第一稳压阀；9、带孔底座；10、下卡箍；11、橡胶套；12、上卡箍；13、煤岩试件；14、缸体；15、加热带；16、温度传感器；17、温度控制装置；18、第五截止阀；19、第六截止阀；20、轴压传感器；21、自平衡活塞；22、第二稳压阀；23、第七截止阀；24、液压注入泵；25、第二压力传感器；26、轴压压力室；27、真空泵；28、第八截止阀；29、量杯；30、第三压力传感器；31、下游储气瓶；32、第九截止阀；33、第三稳压阀；34、第十截止阀；35、第四压力传感器；36、第四稳压阀；37、高强度六角形螺栓；38、多本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多场耦合作用下测量低渗透煤岩渗透率的实验装置，其特征在于，包括三轴压力室、轴压加载系统、围压加载系统、渗透压加载系统、温度控制系统和数据测量与收集系统；所述三轴压力室包括缸体、缸盖和带孔底座，所述带孔底座的顶部与煤岩试件接触；所述轴压加载系统包括液压注入泵、轴压压力室、真空泵、自平衡活塞和轴压传感器，所述液压注入泵与轴压压力室连通，其连通管路上依次设置有第七截止阀、第二压力传感器和第二稳压阀，所述轴压压力室与所述缸盖连接，所述轴压压力室内部下方从上至下依次设置有自平衡活塞、轴压传感器和多孔垫片，所述多孔垫片与煤岩试件接触；所述围压加载系统包括高压氮气瓶、第十截止阀、第四压力传感器、第四稳压阀和第五截止阀，所述高压氮气瓶与所述三轴压力室连通，其连通管路上依次设置有第十截止阀、第四压力传感器和第四稳压阀；所述渗透压加载系统包括高压氮气瓶、第三截止阀、第一压力传感器、上游储气瓶、第四截止阀、第一稳压阀、第二截止阀、第三压力传感器、下游储气瓶、第九截止阀和第三稳压阀，所述高压氮气瓶分别与带孔底座和多孔垫片连通，所述高压氮气瓶与带孔底座连通管路上依次设置有第三截止阀、第一压力传感器、上游储气瓶、第四截止阀和第一稳压阀，所述高压氮气瓶与多孔垫片连通管路上依次设置有第二截止阀、第三压力传感器、下游储气瓶、第九截止阀、第三稳压阀和第十一截止阀；所述温度控制系统包括加热带和温度传感器，所述加热带设置在所述缸体的内壁，所述温度传感器设置在三轴压力室内部，所述加热带和温度传感器均与温度控制装置相连；所述数据测量与收集系统包括计算机，所述计算机分别与第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、第四压力传感器和轴压传感器相连。...

【技术特征摘要】
1.一种多场耦合作用下测量低渗透煤岩渗透率的实验装置，其特征在于，包括三轴压力室、轴压加载系统、围压加载系统、渗透压加载系统、温度控制系统和数据测量与收集系统；所述三轴压力室包括缸体、缸盖和带孔底座，所述带孔底座的顶部与煤岩试件接触；所述轴压加载系统包括液压注入泵、轴压压力室、真空泵、自平衡活塞和轴压传感器，所述液压注入泵与轴压压力室连通，其连通管路上依次设置有第七截止阀、第二压力传感器和第二稳压阀，所述轴压压力室与所述缸盖连接，所述轴压压力室内部下方从上至下依次设置有自平衡活塞、轴压传感器和多孔垫片，所述多孔垫片与煤岩试件接触；所述围压加载系统包括高压氮气瓶、第十截止阀、第四压力传感器、第四稳压阀和第五截止阀，所述高压氮气瓶与所述三轴压力室连通，其连通管路上依次设置有第十截止阀、第四压力传感器和第四稳压阀；所述渗透压加载系统包括高压氮气瓶、第三截止阀、第一压力传感器、上游储气瓶、第四截止阀、第一稳压阀、第二截止阀、第三压力传感器、下游储气瓶、第九截止阀和第三稳压阀，所述高压氮气瓶分别与带孔底座和多孔垫片连通，所述高压氮气瓶与带孔底座连通管路上依次设置有第三截止阀、第一压力传感器、上游储气瓶、第四截止阀和第一稳压阀，所述高压氮气瓶与多孔垫片连通管路上依次设置有第二截止阀、第三压力传感器、下游储气瓶、第九截止阀、第三稳压阀和第十一截止阀；所述温度控制系统包括加热带和温度传感器，所述加热带设置在所述缸体的内壁，所述温度传感器设置在三轴压力室内部，所述加热带和温度传感器均与温度控制装置相连；所述数据测量与收集系统包括计算机，所述计算机分别与第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、第四压力传感器和轴压传感器相连。2.根据权利要求1所述的多场耦合作用下测量低渗透煤岩渗透率的实验装置，其特征在于，所述三轴压力室通过管路与外部连通，其连通管路设置有第五截止阀，用于卸载围压。3.根据权利要求1所述的多场耦合作用下测量低渗透煤岩渗透率的实验装置，其特征在于，所述高压氮气瓶与带孔底座连通管路上还设置有第六截止阀，用于卸载渗透压加载系统上游的渗透压，所述高压氮气瓶与多孔垫片连通管路上还设置有第十一截止阀，用于卸载渗透压加载系统下游的渗透压。4.根据权利要求1所述的多场耦合作用下测量低渗透煤岩渗透率的实验装...

【专利技术属性】
技术研发人员：王俊光，孙清林，金峤，余庆熔，梁冰，刘嗣哲，单常艳，
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