煤样压裂结构、二氧化碳脉动压裂实验系统及实验方法技术方案

本发明专利技术公开了一种煤样压裂结构、二氧化碳脉动压裂实验系统及实验方法，煤样上预先钻有用于通入脉动压力流的煤样内孔，煤样内孔呈螺旋形并用于减少反射压力流对脉动压力流的压力抵消作用。实验系统包括二氧化碳加注机构、用于为煤样提供真三轴应力加载的真三轴加载装置、气密性检查机构、抽真空机构、用于为真三轴加载装置提供恒温环境的恒温夹套以及计量检测机构；本发明专利技术使脉动压力流所蕴含的能量更多地作用于煤样，大幅减少能量抵消现象，在脉动泵同样的能耗条件下对煤样产生更好的压裂增透效果，对优化超临界二氧化碳压裂技术、提高煤层渗透性、强化瓦斯抽采效果和减少因瓦斯排放引起的“温室效应”、节能降耗等均具有重要意义。意义。意义。

【技术实现步骤摘要】
煤样压裂结构、二氧化碳脉动压裂实验系统及实验方法


[0001]本专利技术涉及煤矿安全开采
，具体涉及一种深部煤岩超临界二氧化碳脉动压裂实验系统及实验方法。

技术介绍

[0002]现阶段，煤炭依旧是我国的主要能源之一。煤层内往往会赋存大量瓦斯，且容易造成巨大危害。若要避免这些瓦斯灾害事故的发生，就需要进行瓦斯抽采。但随着日趋深部化的煤炭开采，煤层渗透性系数越来越低，瓦斯抽采效果也越来越差。
[0003]为了能够提高煤层渗透率和瓦斯抽采效果，水力压裂、超临界二氧化碳压裂等増透技术应运而生。但是水力压裂存在有效抽采时间短、所形成的裂缝单一以及造成煤储层损伤的缺点，而超临界二氧化碳压裂技术既即可以使煤体形成复杂的裂缝网络，也可以避免煤储层损伤，并且在如今的双碳背景下，其可以在提高煤层渗透性的同时，还能够将二氧化碳封存入储层之中，达到地质封存的效果，因此其在煤炭领域越来越受到重视。
[0004]我国深部煤层注入超临界二氧化碳技术仍处于探索阶段，现在依旧面临以下几点问题：（1）尚未开展有关超临界二氧化碳脉动压裂深部煤岩的实验研究；（2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.煤样压裂结构，煤样上预先钻有用于通入脉动压力流的煤样内孔，其特征在于：还包括有致裂用注入管，致裂用注入管上游端用于与脉动泵相连接，致裂用注入管的下游端与煤样内孔相连接；脉动压力流冲击在煤样内孔的孔壁上形成反射压力流；煤样内孔呈螺旋形并用于减少反射压力流对脉动压力流的压力抵消作用。2.二氧化碳脉动压裂实验系统，使用权利要求1所述的煤样压裂结构，包括二氧化碳加注机构、用于为煤样提供真三轴应力加载的真三轴加载装置、气密性检查机构、抽真空机构、用于为真三轴加载装置提供恒温环境并将液态二氧化碳转变为超临界态的恒温夹套以及计量检测机构；二氧化碳加注机构用于向煤样提供超临界二氧化碳；抽真空机构用于在测试煤样渗透率前对系统抽真空；计量检测机构用于检测排放的气体成分、排放的气体量以及排放的液体重量；真三轴加载装置用于对煤样产生围压以模拟深部煤岩的压力环境；其特征在于：真三轴加载装置包括加载容器，加载容器内设有煤样夹持器，煤样夹持器用于盛装所述煤样压裂结构中的煤样；加载容器的上下两端分别连接有竖向加载液压活塞，加载容器的左右两端分别连接有左右向加载液压活塞，加载容器的前后两端分别连接有前后向加载液压活塞；将竖向加载液压活塞、左右向加载液压活塞和前后向加载液压活塞统一称为加载液压活塞，各加载液压活塞上均设有加载注入口，加载容器上端的竖向加载液压活塞连接有煤样进气口和加载容器出气口；各加载液压活塞的加载注入口均通过加载管路与增压水泵的出口相连接，增压水泵连接有增压水泵控制器；以流体的流动方向为下游方向；煤样进气口的上游端与二氧化碳加注机构的下游端以及气密性检查机构的下游端相连接；煤样进气口的下游端连接所述煤样压裂结构的致裂用注入管；加载容器出气口的上游端用于与加载容器相通，加载容器出气口的下游端与计量检测机构的上游端相连接。3.根据权利要求2所述的煤样压裂结构，其特征在于：二氧化碳加注机构包括二氧化碳气瓶和液态二氧化碳储罐；二氧化碳气瓶连接有第六压力表，液态二氧化碳储罐连接有第七压力表；二氧化碳气瓶的气瓶出气口通过第一管路连接有气体增压泵，第一管路上串联设有第一减压阀和第一阀门，第一管路连接有第一压力表，第一压力表用于实时显示气体增压泵进气端的压力；气体增压泵连接有第一控制器；气体增压泵的出气端连接有第二管路，第二管路的下游端连接液态二氧化碳储罐的进口；第二管路上串联设有第二阀门和冷凝器；液态二氧化碳储罐的出口通过第三管路连接超临界二氧化碳储罐的进口，超临界二氧化碳储罐的出口通过第四管路连接煤样进气口；超临界二氧化碳储罐连接有第五压力表，
第四管路的下游端作为所述二氧化碳加注机构的下游端；第三管路上串联有第三阀门，第四管路上由上游向下游方向依次串联有脉动泵、第一旋启止回阀以及第四阀门，脉动泵连接有脉动泵控制器。4.根据权利要求3所述的二氧化碳脉动压裂实验系统，其特征在于：恒温夹套连接有温控器；所述超临界二氧化碳储罐、脉动泵、第一旋启止回阀、第四阀门、第四管路以及真三轴加载装置的加载容器均位于恒温夹套内。5.根据权利要求2－4中任一项所述的二氧化碳脉动压裂实验系统，其特征在于：气密性检查机构包括氦气罐，氦气罐的出口通过第五管路连接煤样进气口，第五管路上设有第二减压阀、第二压力表和第五阀门，氦气罐连接有第三压力表。6.根据权利要求5所述的二氧化碳脉动压裂实验系统，其特征在于：抽真空机构包括真空泵，真空泵的进口通过第六管路连接出气总管，真空泵的出口与大气相通；出气总管的上游端与加载容器出气口相通；第六管路上设有第六阀门；出气总管上设有第四压力表。7.根据权利要求6所述的二氧化碳脉动压裂实验系统，其特征在于：计量检测机构包括计量总管，计量总管的上游端与出气总管的下游端相通，计量总管的下游端连接有分析管路和流量管路；计量总管上由上游向下游的方向依次串联设有第七阀门、第二旋启止回阀和气液分离器；气液分离器的下方设有称重器，称重器上设有称重用容器，气液分离器的底端通过称重管路通入称重用容器；分析管路上由上游向下游方向依次串联有第八阀门和气相色谱仪，气相色谱仪的出口与大气相通；流量管路上由上游向下游方向依次串联有第九阀门、干燥器和气体流量计。8.使用权利要求7中所述二氧化碳脉动压裂实验系统的实验方法，其特征在于按以下步骤进行：第一步骤是制作煤样；由被模拟的深部煤层中切割出实验所需的形状大小的样品；利用螺旋钻机在样品上钻取螺旋形的煤样内孔，如果钻孔成功则制得实验所需煤样，完成煤样制作；如...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘佳佳，聂子硕，杨迪，杨明，张学博，张云龙，李元隆，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
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