一种微波激励作用下多相介质渗流试验装置及试验方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种微波激励作用下多相介质渗流试验装置及试验方法，其中装置由三轴压力室及液压控制系统、微波激励系统、温度控制装置、注气系统、注水系统五部分组成，可实现在不同地压、地温、地下水环境中微波激励非常规天然气储层的模拟，利用该试验装置可模拟不同物理场(地压、地温、地下水、微波)作用下非常规天然气(煤层瓦斯或页岩气等)在煤岩中的解吸扩散动力学规律和煤岩试样渗流规律的研究，为非常规天然气开采微波激励技术提供理论研究与实践支撑。

An experimental device and method for multiphase media seepage under microwave excitation

【技术实现步骤摘要】
一种微波激励作用下多相介质渗流试验装置及试验方法
本专利技术涉及一种微波激励作用下多相介质渗流试验装置及试验方法，尤其涉及一种含水环境下三轴压力荷载、温度场和微波场等多物理场耦合作用下气体渗流的模拟装置，属于渗流试验技术。
技术介绍
随着我国能源消费需求的日益增长和对环境要求的提高，非常规天然气作为清洁能源逐渐得到重视。我国非常规天然气储量大、分布广，但在开采过程中，非常规天然气因其赋存条件和状态的影响，大多数情况下采收率(抽采率)较低。以煤层瓦斯抽采为例，我国大多数煤层具有低透气性、低瓦斯压力和低含气饱和度的特点，使得煤层瓦斯抽采率普遍较低。针对上述问题，科技工作者提出了一系列提高非常规天然气储层渗透率的方法与技术，如预裂爆破技术、推进剂压裂技术、水力压裂与切缝技术、气体驱替技术、细菌降解技术、化学增透技术、物理场激发技术等。近年来，以声震、微波辐射等为代表的通过促进煤层瓦斯解吸与增大煤体渗透性来提高煤层瓦斯抽采率的物理场激励法得到了广泛关注，尤其是微波辐射法已成为低渗透煤层瓦斯强化抽采的新技术途径之一。但是微波激励增渗理论尚处于初期阶段，相关研究相对较少。因此，迫切需要一种模拟试验装置用于探索和认识地应力、地温、地下水、微波场等多物理场条件下非常规天然气的渗流与扩散规律。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种微波激励作用下多相介质渗流试验装置及试验方法，是一种多物理场(微波、应力、地温、地下水)耦合作用下气体渗流规律的模拟装置；利用该试验装置在试验室内模拟天然煤岩层所处的复杂地质力学条件，如不同埋深的地压、地温和含水条件，可以研究不同特性的煤岩试样在此环境和微波场耦合作用下气体在煤岩试样中的渗流规律，为非常规天然气微波激励新技术的实际应用提供理论研究与支撑。技术方案：为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种微波激励作用下多相介质渗流试验装置，包括三轴压力室、液压控制系统、微波激励系统、温度控制系统、注气系统和注水系统；所述三轴压力室包括三轴压力室基座和三轴压力室箱体，三轴压力室箱体盖在三轴压力室基座上方，形成密闭的三轴压力腔；在三轴压力室箱体的顶部设置有活塞孔，活塞杆通过活塞孔伸入到三轴压力腔内，在三轴压力室基座上设置有置物台；活塞杆的底面通过试样垫块Ⅰ连接煤岩试样顶面，置物台的顶面通过试样垫块Ⅱ连接煤岩试样底面；所述液压控制系统包括储液箱、进回油管路和进回油通道，所述进回油通道为贯穿三轴压力室基座和置物台的密封液体通道，进回油通道的一端通过进回油管路连通，另一端与三轴压力腔连通；所述微波激励系统包括波导管和石英玻璃，在三轴压力室箱体的侧壁上设置有波导管接口，波导管接口与煤岩试样安装位置对应，石英玻璃安装在三轴压力腔内并覆盖住波导管接口，波导管伸入到波导管接口内并与石英玻璃连接；所述温度控制系统包括柔性加热套和温度监测装置，柔性加热套包覆在三轴压力室外壁，温度监测装置用于监测煤岩试样的温度；柔性加热套用于加热三轴压力室，并对三轴压力室起到密封作用；所述注气系统包括气瓶、进气管、进气通道、集气瓶、回气管和回气通道；所述进气通道为贯穿活塞杆和试样垫块Ⅰ的密封气体通道，进气通道的一端通过进气管与气瓶连通，另一端贴合煤岩试样顶面；所述回气通道为贯穿三轴压力室基座、置物台和试样垫块Ⅱ的密封气体通道，回气通道的一端通过回气管与集气瓶连通，另一端贴合煤岩试样底面；注气系统为试样提供试验中所需的渗流气体；所述注水系统包括液体箱、进液管、进液通道、储液罐、回液管和回液通道；所述进液通道为贯穿三轴压力室基座、置物台和试样垫块Ⅱ的密封液体通道，进液通道的一端通过进液管与液体箱连通，另一端贴合煤岩试样底面；所述回液通道为贯穿活塞杆和试样垫块Ⅰ的密封液体通道，回液通道的一端通过回液管与储液罐连通，另一端贴合煤岩试样顶面。三轴压力室是本专利技术整个装置的关键要素，可实现三轴压力、微波激励、地温及水多场耦合作用下煤岩试样的气液渗流研究。具体的，还包括应变监测装置，应变监测装置用于监测煤岩试样的应变。具体的，在进回油管路上设置有电磁阀、循环泵、安全阀Ⅰ、流量计和油压表。具体的，所述微波激励系统还包括微波电源、微波控制器、电压转化器和微波发生器。微波激励系统与三轴压力室通过波导管接口处连接；微波发生器产生并发射微波；波导管传输微波至石英波导玻璃，由石英玻璃馈入三轴压力室；微波控制器可实现对微波功率的无极大范围调节；电压转化器调节输入微波发声器的电压。微波激励系统为煤岩试样提供微波辐射，并可实现将不同参量的微波导入煤岩试样中，开展微波参量对煤样试样中瓦斯渗流规律的影响研究。具体的，在进气管上设置有注气阀门、气体泵、减压阀和气体压力表；在回气管上设置有气体流量计和气体回流阀门。注气瓶为试验提供渗流气体；减压阀调节输出气体压力，可实现对不同煤岩层非常规气体压力的模拟；集气罐收集流经煤岩试样后的气体。具体的，在进液管上设置有液体流量计、液体泵、液体压力表和安全阀Ⅱ；在回液管上设置有回液阀门和流量计。注液箱为试验提供渗流液体；液体流量计监测液体流量；液体泵为注液系统提供动力；液体压力表监测注液过程中液体压力；安全阀Ⅱ为液体压力超过额定压力时卸压；储液罐用于储存回流液体。一种使用微波激励作用下多相介质渗流试验装置的试验方法，包括如下步骤：(a)制备煤岩试样，确保煤岩试样的两个端面平行且无人为裂隙产生；(b)将煤岩试样置于试样垫块Ⅰ和试样垫块Ⅱ之间，套上热缩管，使得热缩管完全包覆住煤岩试样，并且包覆住试样垫块Ⅰ的下部和试样垫块Ⅱ的上部；使用吹风机散出热风使热缩套管收缩紧密包裹煤岩试样、试样垫块Ⅰ的下部和试样垫块Ⅱ的上部，密封煤岩试样；(c)将组装好的煤岩试样安装于置物台上，在煤岩试样上安装应变监测装置和温度监测装置，盖上三轴压力室箱体；通过定位销定位，确保进回油通道、进液通道、回液通道、进气通道和回气通道通畅，使用紧固螺丝将三轴压力室箱体和三轴压力室基座紧固；(d)将进回油管路和非极性围压油进出口相接，连通进回油通道；将进液管和进液口、回液管和回液口相接，连通进液通道和回液通道；将进气管和进气口、回气管和回气口相接，连通进气通道和回气通道；将微波波导管伸入波导管接口与石英玻璃连接；(e)向三轴压力腔内注入一定压力气体，关闭所有阀门，确定三轴压力腔气密性完好；(f)通过活塞杆对煤岩试样进行轴压加载，待轴向压力达到预期值时，停止轴向压力加载；打开安全阀Ⅰ，启动循环泵和电磁阀，向三轴压力腔注入非极性围压油为煤岩试样提供围压，观察油压表，待油压稳定至预期值时，关闭循环泵和电磁阀，关闭安全阀Ⅰ；(g)打开热源开关，由加热电源通过柔性加热套加热三轴压力室，根据温度监测装置监测煤岩试样的温度，通过热源开关调节温度大小；(h)打开液体泵、安全阀Ⅱ和回液阀门，向煤岩试样中注入渗流液体，观察流量计和液体流量计，待渗流液体流量稳定后，关闭液体泵、安全阀Ⅱ和回液阀门；(i本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微波激励作用下多相介质渗流试验装置，其特征在于：包括三轴压力室、液压控制系统、微波激励系统、温度控制系统、注气系统和注水系统；/n所述三轴压力室包括三轴压力室基座(33)和三轴压力室箱体(50)，三轴压力室箱体(50)盖在三轴压力室基座(33)上方，形成密闭的三轴压力腔(56)；在三轴压力室箱体(50)的顶部设置有活塞孔，活塞杆(14)通过活塞孔伸入到三轴压力腔(56)内，在三轴压力室基座(33)上设置有置物台(54)；活塞杆(14)的底面通过试样垫块Ⅰ(16)连接煤岩试样(47)顶面，置物台(54)的顶面通过试样垫块Ⅱ(55)连接煤岩试样(47)底面；/n所述液压控制系统包括储液箱(41)、进回油管路(40)和进回油通道(57)，所述进回油通道(57)为贯穿三轴压力室基座(33)和置物台(54)的密封液体通道，进回油通道(57)的一端通过进回油管路(40)连通，另一端与三轴压力腔(56)连通；/n所述微波激励系统包括波导管(24)和石英玻璃(18)，在三轴压力室箱体(50)的侧壁上设置有波导管接口(19)，波导管接口(19)与煤岩试样(47)安装位置对应，石英玻璃(18)安装在三轴压力腔(56)内并覆盖住波导管接口(19)，波导管(24)伸入到波导管接口(19)内并与石英玻璃(18)连接；/n所述温度控制系统包括柔性加热套(15)和温度监测装置(48)，柔性加热套(15)包覆在三轴压力室外壁，温度监测装置(48)用于监测煤岩试样(47)的温度；/n所述注气系统包括气瓶(1)、进气管(6)、进气通道(58)、集气瓶(39)、回气管(37)和回气通道(59)；所述进气通道(58)为贯穿活塞杆(14)和试样垫块Ⅰ(16)的密封气体通道，进气通道(58)的一端通过进气管(6)与气瓶(1)连通，另一端贴合煤岩试样(47)顶面；所述回气通道(59)为贯穿三轴压力室基座(33)、置物台(54)和试样垫块Ⅱ(55)的密封气体通道，回气通道(59)的一端通过回气管(37)与集气瓶(39)连通，另一端贴合煤岩试样(47)底面；/n所述注水系统包括液体箱(25)、进液管(30)、进液通道(60)、储液罐(13)、回液管(10)和回液通道(61)；所述进液通道为贯穿三轴压力室基座(33)、置物台(54)和试样垫块Ⅱ(55)的密封液体通道，进液通道(60)的一端通过进液管(30)与液体箱(25)连通，另一端贴合煤岩试样(47)底面；所述回液通道(61)为贯穿活塞杆(14)和试样垫块Ⅰ(16)的密封液体通道，回液通道(61)的一端通过回液管(10)与储液罐(13)连通，另一端贴合煤岩试样(47)顶面。/n...

【技术特征摘要】
1.一种微波激励作用下多相介质渗流试验装置，其特征在于：包括三轴压力室、液压控制系统、微波激励系统、温度控制系统、注气系统和注水系统；
所述三轴压力室包括三轴压力室基座(33)和三轴压力室箱体(50)，三轴压力室箱体(50)盖在三轴压力室基座(33)上方，形成密闭的三轴压力腔(56)；在三轴压力室箱体(50)的顶部设置有活塞孔，活塞杆(14)通过活塞孔伸入到三轴压力腔(56)内，在三轴压力室基座(33)上设置有置物台(54)；活塞杆(14)的底面通过试样垫块Ⅰ(16)连接煤岩试样(47)顶面，置物台(54)的顶面通过试样垫块Ⅱ(55)连接煤岩试样(47)底面；
所述液压控制系统包括储液箱(41)、进回油管路(40)和进回油通道(57)，所述进回油通道(57)为贯穿三轴压力室基座(33)和置物台(54)的密封液体通道，进回油通道(57)的一端通过进回油管路(40)连通，另一端与三轴压力腔(56)连通；
所述微波激励系统包括波导管(24)和石英玻璃(18)，在三轴压力室箱体(50)的侧壁上设置有波导管接口(19)，波导管接口(19)与煤岩试样(47)安装位置对应，石英玻璃(18)安装在三轴压力腔(56)内并覆盖住波导管接口(19)，波导管(24)伸入到波导管接口(19)内并与石英玻璃(18)连接；
所述温度控制系统包括柔性加热套(15)和温度监测装置(48)，柔性加热套(15)包覆在三轴压力室外壁，温度监测装置(48)用于监测煤岩试样(47)的温度；
所述注气系统包括气瓶(1)、进气管(6)、进气通道(58)、集气瓶(39)、回气管(37)和回气通道(59)；所述进气通道(58)为贯穿活塞杆(14)和试样垫块Ⅰ(16)的密封气体通道，进气通道(58)的一端通过进气管(6)与气瓶(1)连通，另一端贴合煤岩试样(47)顶面；所述回气通道(59)为贯穿三轴压力室基座(33)、置物台(54)和试样垫块Ⅱ(55)的密封气体通道，回气通道(59)的一端通过回气管(37)与集气瓶(39)连通，另一端贴合煤岩试样(47)底面；
所述注水系统包括液体箱(25)、进液管(30)、进液通道(60)、储液罐(13)、回液管(10)和回液通道(61)；所述进液通道为贯穿三轴压力室基座(33)、置物台(54)和试样垫块Ⅱ(55)的密封液体通道，进液通道(60)的一端通过进液管(30)与液体箱(25)连通，另一端贴合煤岩试样(47)底面；所述回液通道(61)为贯穿活塞杆(14)和试样垫块Ⅰ(16)的密封液体通道，回液通道(61)的一端通过回液管(10)与储液罐(13)连通，另一端贴合煤岩试样(47)顶面。


2.根据权利要求1所述的微波激励作用下多相介质渗流试验装置，其特征在于：还包括应变监测装置(17)，应变监测装置(17)用于监测煤岩试样(47)的应变。


3.根据权利要求1所述的微波激励作用下多相介质渗流试验装置，其特征在于：在进回油管路(40)上设置有电磁阀(42)、循环泵(43)、安全阀Ⅰ(44)、流量计(45)和油压表(46)。


4.根据权利要求1所述的微波激励作用下多相介质渗流试验装置，其特征在于：所述微波激励系统还包括微波电源(20)、微波控制器(21)、电压转化器(22)和微波发生器(23)。


5.根据权利要求1所述的微波激励作用下多相介质渗流试验装置，其特征在于：在进气管(6)上设置有注气阀门(2)、气体泵(3)、减压阀(4)和气体压力表(5)；在回气管(37)上设置有气体流量计(38)和气体回流阀门(51)。


6...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡国忠，何文瑞，朱健，杨南，李康，秦伟，贾丽明，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32