一种煤岩热流固耦合作用下三轴压裂渗流装置和试验方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于属于岩石力学与工程技术领域，具体涉及一种煤岩热流固耦合作用下三轴压裂渗流装置和试验方法。目的是解决现有的试验装置不能满足多条件下的三轴压裂渗流试验的技术问题，技术方案为：在现有的三轴压裂渗流试验平台上设置智能温度加载及保温控制系统、试件密封系统并外接外循环冷却系统，本发明专利技术可以根据矿物地质赋存条件下的地应力和温度场条件，模拟深部岩层高温压裂时的岩体特征以及压裂后岩体的渗流特性，最高加热温度为600℃，且能够满足在试验室内对地下深部及高温矿物煤岩高温高压进行三轴压裂及压裂后渗流特性检测的智能、高效、直观、可靠和安全的试验装置与试验方法。试验方法。试验方法。

【技术实现步骤摘要】
一种煤岩热流固耦合作用下三轴压裂渗流装置和试验方法


[0001]本专利技术属于属于岩石力学与工程
，具体涉及一种煤岩热流固耦合作用下三轴压裂渗流装置和试验方法。

技术介绍

[0002]随着煤层气开采技术的发展，压裂渗透装置与方法近年来取得了多项成果，涉及真三轴压裂和渗透的方法与装置的中国专利技术专利主要有：太原理工大学的“一种静水压力条件下单裂隙岩石试件直剪
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渗流实验CN107782628A；重庆大学的“一种新型柱剪渗透测试装置及其测试方法”CN109187312A；太原理工的“高温高压煤岩超临界二氧化碳压裂
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蠕变
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渗流实验装置”CN10057739A；重庆大学的“真三轴受力条件下页岩水力压裂损伤演化装置与实验方法”CN103592186A；太原理工大学的“多维度数据来源的块煤渗透率分析方法、测量装置及方法”CN111398130A；河海大学的“考虑温度作用的接触面大变形旋转剪切渗流试验装置及方法”CN111896447A等。
[0003]现有的三轴压裂模拟试验装置及方法均是针对单一的煤岩压裂、高温和渗流试验，只能满足常规条件下的室内热流固耦合作用下三轴压裂渗流试验，不能满足多条件下的三轴压裂渗流试验。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是根据矿物地质赋存条件下的地应力和温度场条件，解决现有的试验装置不能满足多条件下的三轴压裂渗流试验的技术问题，提供一种煤岩热流固耦合作用下三轴压裂渗流装置及试验方法。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：
[0006]一种煤岩热流固耦合作用下三轴压裂渗流试验装置，包括三轴伺服实时加载控制系统、三轴压裂渗流试验平台、氮气渗透系统、渗透检测系统、化学成分测试系统、液压系统和数据采集控制系统，它还包括外循环冷却系统，所述外循环冷却系统与三轴压裂渗流试验平台的反应釜相连，在所述三轴压裂渗流试验平台的三轴压裂装置上设置智能温度加载及保温控制系统和试件密封系统，所述试件密封系统设置在三轴压裂装置的反应釜内，所述智能温度加载及保温控制系统设置在反应釜的外部，所述智能温度加载及保温控制系统和外循环冷却系统均与数据采集控制系统相连。
[0007]进一步的，所述外循环冷却系统包括第一冷却水槽、第二冷水槽、循环水泵和循环冷却配套组件，所述第一冷却水槽与第二冷水槽连接，所述第二冷水槽与循环水泵连接，所述循环水泵与三轴压裂渗流试验平台的反应釜一端连接，所述反应釜的另一端与第一冷却水槽连接。
[0008]进一步的，所述试件密封系统包括试件、铝箔纸、若干个石墨层和若干个盘根，所述试件设置在三轴压裂渗流试验平台的中心轴之间，所述铝箔纸包裹在试件的外表面，所述若干个石墨层和若干个盘根呈环状交替套设在铝箔纸的外壁上。
[0009]进一步的，所述试件是尺寸为Φ50
×
100mm的圆柱体。
[0010]进一步的，所述盘根采用耐高温材质中的任意一种制成，所述盘根是直径为250
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300mm、环宽为25mm、厚度为25mm的环形板状结构，所述单个石墨层的厚度为1.5
‑
2cm。
[0011]进一步的，所述智能温度加载及保温控制系统包括保温箱、若干个热电偶、若干个温度传感器，所述保温箱设置在反应釜的外部，所述若干个热电偶设置在保温箱内的反应釜上，所述若干个温度传感器均匀设置在保温箱的内侧壁各处，所述若干个热电偶和若干个温度传感器均与数据采集控制系统电性连接。
[0012]进一步的，所述数据采集控制系统采用单片机进行控制，且在单片机中加入卷积神经网络算法。
[0013]进一步的，所述一种煤岩热流固耦合作用下三轴压裂渗流试验装置模拟矿物的埋藏深度范围为0
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800m、模拟温度范围为0
‑
600℃。
[0014]一种使用煤岩热流固耦合三轴压裂渗流试验装置进行三轴压裂渗流试验的方法，包括如下步骤：
[0015]1)制作试件密封系统：首先以盘根为底，环状压入反应釜中，在盘根上表面均匀铺洒1L的石墨粉，在石墨粉上压入一层盘根并加压1MPa、时间5小时，形成石墨层，然后重复上述操作若干次，最终形成试件密封系统，然后对所述试件密封系统加压8MPa、时间为48小时；
[0016]2)开启三轴压裂渗流试验平台上的压力
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变形测试系统及数据数据采集控制系统全程监测采集应力、应变、化学成分和扩展演化的各项参数；
[0017]3)开启三轴压裂渗流试验平台上的轴压系统和围压系统进行压裂试验；
[0018]4)开启外循环冷却系统，并启动智能温度加载及保温控制系统，设定加热温度，加温至设定温度进行高温加载试验；
[0019]5)在高温加载试验结束后在设定温度下保温3小时，开启化学成分测试系统，检测试件产生的气体成分；
[0020]6)待化学成分测试完成后，继续在设定温度下保温2小时，并保持开启氮气渗流系统及渗透检测系统，对试件进行渗透性试验，分析评估压裂效果，至此本次高温真三轴压裂渗流试验完成。
[0021]进一步的，所述步骤1)中的试件密封系统的最上层和最下层均为盘根，且盘根的层数为5
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8。
[0022]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0023]1、本专利技术可以根据矿物地质赋存条件下的地应力和温度场条件，模拟深部岩层高温压裂时的岩体特征以及压裂后岩体的渗流特性，最高加热温度为600℃，且能够满足在试验室内对地下深部及高温矿物煤岩高温高压进行三轴压裂及压裂后渗流特性检测的智能、高效、直观、可靠和安全的试验装置与试验方法；
[0024]2、本专利技术设置了试件密封系统，可以有效的保证试验过程中试件的密封性；
[0025]3、本专利技术的外循环冷却系统是一种优于内循环冷却系统冷却效果的冷却系统，其作用在于防止高温通过反应釜传导到油缸防止安全隐患。
附图说明
[0026]图1为本专利技术试验装置的结构示意图；
[0027]图2为本专利技术的试验平台结构示意图；
[0028]图3为本专利技术的三轴压裂装置结构示意图；
[0029]图4为本专利技术的试件密封系统结构示意图；
[0030]图5为本专利技术的外循环冷却流程图；
[0031]图6为本专利技术的温度控制流程图；
[0032]图7为本专利技术的控制功能图；
[0033]图8为本专利技术的试件在轴压10MPa、围压12MPa下的轴向应变随温度变化曲线；
[0034]图9为本专利技术的试件在不同温度和压力的共同作用下的渗透率变化曲线；
[0035]图10为本专利技术的试件在轴压围压交替加载作用下的轴向应变曲线；
[0036]图中：1
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三轴伺服实时加载控制系统、2
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三轴压裂渗流试验平台、3
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氮气渗透系统、4
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外循环冷却系统、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种煤岩热流固耦合作用下三轴压裂渗流试验装置，包括三轴伺服实时加载控制系统(1)、三轴压裂渗流试验平台(2)、氮气渗透系统(3)、渗透检测系统(5)、化学成分测试系统(6)、液压系统(7)和数据采集控制系统(8)，其特征在于，它还包括外循环冷却系统(4)，所述外循环冷却系统(4)与三轴压裂渗流试验平台(2)的反应釜相连，在所述三轴压裂渗流试验平台(2)的三轴压裂装置上设置智能温度加载及保温控制系统(2.4)和试件密封系统(2.5)，所述试件密封系统(2.5)设置在三轴压裂装置的反应釜(2.3)内，所述智能温度加载及保温控制系统(2.4)设置在反应釜(2.3)的外部，所述智能温度加载及保温控制系统(2.4)和外循环冷却系统(4)均与数据采集控制系统(8)相连。2.根据权利要求1所述的一种煤岩热流固耦合作用下三轴压裂渗流试验装置，其特征在于，所述外循环冷却系统(4)包括第一冷却水槽(4.1)、第二冷水槽(4.2)、循环水泵(4.3)和循环冷却配套组件，所述第一冷却水槽(4.1)与第二冷水槽(4.2)连接，所述第二冷水槽(4.2)与循环水泵(4.3)连接，所述循环水泵(4.3)与三轴压裂渗流试验平台(2)的反应釜一端连接，所述反应釜的另一端与第一冷却水槽(4.1)连接。3.根据权利要求1所述的一种煤岩热流固耦合作用下三轴压裂渗流试验装置，其特征在于，所述试件密封系统(2.5)包括试件(2.5.2)、铝箔纸(2.5.3)、若干个石墨层(2.5.4)和若干个盘根(2.5.5)，所述试件(2.5.2)设置在三轴压裂渗流试验平台(2)的中心轴(2.5.1)之间，所述铝箔纸(2.5.3)包裹在试件(2.5.2)的外表面，所述若干个石墨层(2.5.4)和若干个盘根(2.5.5)呈环状交替套设在铝箔纸(2.5.3)的外壁上。4.根据权利要求3所述的一种煤岩热流固耦合作用下三轴压裂渗流试验装置，其特征在于，所述试件(2.5.2)是尺寸为Φ50
×
100mm的圆柱体。5.根据权利要求3所述的一种煤岩热流固耦合作用下三轴压裂渗流试验装置，其特征在于，所述盘根(2.5.5)采用耐高温材质中的任意一种制成，所述盘根(2.5.5)是直径为250
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300mm、环宽为25mm、厚度为25mm的环形板状结构，所述单个石墨层(2.5.4)的厚度为1.5
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2cm。6.根据权利要求1所述的一种煤岩热流固耦合作用下三轴压裂渗流试验装置，其特征在于，所述智能温度加载及保温控制系统(2.4)包括保温箱(2.4.1)、若干个热电偶(2.4.2)、若...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟巧荣，高力，陈涛，李亚军，林峰，王勇，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：