本发明专利技术涉及煤层瓦斯灾害治理技术领域，具体公开了一种真三轴条件下水力压裂驱替瓦斯定量测试装置及方法，装置包括真三轴围压组件、压裂组件、甲烷储气瓶、参比罐、真空泵、背压阀和气水分离器；待测试样固定于真三轴围压组件的样品仓内，通过真三轴围压组件对待测试样施加围压；甲烷储气瓶与参比罐的进气口连接，参比罐出气口、真空泵抽气口、背压阀进气口均通过管路与样品仓内部的待测试样连通，背压阀出气口与气水分离器的进气口连接，气水分离器的出气口连接有流量采集元件；参比罐上连接有用于监测参比罐内部压力的第一压力采集元件，压裂组件上连接有第二压力采集元件。其能够满足水力压裂驱替煤层瓦斯定量研究的要求。足水力压裂驱替煤层瓦斯定量研究的要求。足水力压裂驱替煤层瓦斯定量研究的要求。
【技术实现步骤摘要】
一种真三轴条件下水力压裂驱替瓦斯定量测试装置及方法
[0001]本专利技术涉及煤层瓦斯灾害治理
，具体涉及一种真三轴条件下水力压裂驱替瓦斯定量测试装置及方法。
技术介绍
[0002]煤炭资源在我国的能源结构中占据主体地位，而随着浅部资源的枯竭，煤炭开采深度逐年增加，由此带来了严重的煤与瓦斯突出事故。水力压裂技术作为一种高效的瓦斯治理手段，正越来越多的应用于深部矿井。实践证明，在煤层采面进风巷进行顺层水力压裂的过程中，采面回风巷存在瓦斯浓度升高的现象，从而佐证了水力压裂对于煤层瓦斯的驱替作用。
[0003]然而，水力压裂驱替煤层瓦斯机制尚不明确，因此一直未展开大规模工业应用，目前仅停留在实验室相似实验阶段。现有的水力压裂瓦斯驱替研究存在以下不足：1、不能对煤样施加三轴应力；2、无法将瓦斯驱替量与瓦斯自然放散量区分；3、所用煤样尺寸较小，压裂试验难以正常开展；这些原因都导致了水力压裂驱替煤层瓦斯效率无法进行定量研究。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的真三轴条件下水力压裂驱替瓦斯定量测试装置及方法，能够满足水力压裂驱替煤层瓦斯定量研究的要求。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0006]第一方面，本专利技术提供了真三轴条件下水力压裂驱替瓦斯定量测试装置，包括真三轴围压组件、压裂组件、甲烷储气瓶、参比罐、真空泵、背压阀和气水分离器；待测试样固定于真三轴围压组件的样品仓内，通过真三轴围压组件对待测试样施加围压；所述压裂组件包括布置于待测试样内的压裂管以及与所述压裂管连通的压裂泵；所述甲烷储气瓶与参比罐的进气口连接，所述参比罐出气口、真空泵抽气口、背压阀进气口均通过管路与样品仓内部的待测试样连通，背压阀出气口与气水分离器的进气口连接，气水分离器的出气口连接有流量采集元件；所述参比罐上连接有用于监测参比罐内部压力的第一压力采集元件，所述压裂泵与压裂管之间的管路上连接有用于监测压裂泵出液口压力的第二压力采集元件。
[0007]进一步，所述参比罐出气口与三通阀的第一入口连通，所述真空泵抽气口与三通阀的第二入口连通，所述三通阀的出口通过管路与样品仓内部的待测试样连通。
[0008]进一步，所述参比罐出气口与三通阀的第一入口之间的管路上连接有第一截止阀；所述真空泵抽气口与三通阀的第二入口之间的管路上连接有第二截止阀和真空计，所述真空计位于第二截止阀和真空泵之间。
[0009]进一步，所述压裂泵与压裂管之间的管路上连接有第三截止阀；所述背压阀进气口连接有第四截止阀。
[0010]进一步，所述真三轴围压组件包括试验釜、盖体、围压泵、底座和加载轴，所述盖体
和试验釜上部开口连接且两者之间合围形成围压腔，所述底座布置于围压腔底部，所述样品仓布置于底座上，所述围压泵出液口通过管路与围压腔连通，所述加载轴穿过试验釜作用于样品仓。
[0011]进一步，所述样品仓包括用于包覆待测试样的密封胶套，所述密封胶套底部设有与压裂管对应配合的第一接口以及与参比罐出气口、真空泵抽气口连接的第二接口，所述密封胶套侧部和顶部设有与背压阀进气口连接的第三接口。
[0012]进一步，所述密封胶套的四周与加载板贴合，所述加载板上设有用于避让第三接口的过孔。
[0013]进一步，所述密封胶套上部开口与堵盖密封连接。
[0014]进一步，所述第一压力采集元件、第二压力采集元件和流量采集元件与数据采集仪连接。
[0015]第二方面，本专利技术提供了一种真三轴条件下水力压裂驱替瓦斯定量测试方法，采用本专利技术所述的真三轴条件下水力压裂驱替瓦斯定量测试装置对待测试样进行测试，其包括如下步骤：
[0016]S1，将待测试样固定于真三轴围压组件的样品仓内；
[0017]S2，启动真空泵，对待测试样进行抽真空；
[0018]S3，通过真三轴围压组件对待测试样施加围压；
[0019]S4，连通甲烷储气瓶和参比罐，将甲烷储气瓶的甲烷气体充入参比罐，利用第一压力采集元件获取充入甲烷气体后参比罐的初始压力P1；
[0020]S5，连通参比罐和样品仓，向待测试样中通入甲烷气体，当第一压力采集元件的压力曲线不再下降，表明待测试样达到吸附平衡状态，利用第一压力采集元件获取此时参比罐内的平衡压力P2；
[0021]S6，将背压阀的允许通过压力设置为平衡压力P2，保证待测试样中处于平衡状态的甲烷气体无法通过背压阀；
[0022]S7，启动压裂组件，以恒定流量向待测试样内注入压裂液，观测第二压力采集元件的数据曲线，当待测试样被压裂后关闭压裂组件；
[0023]S8，读取流量计数据，得出压裂过程中的甲烷驱替量，通过P1、P2以及参比罐的体积V，计算得出待测试样的甲烷气体吸附量，基于预设公式计算得出水力压裂对于甲烷气体的驱替效率。
[0024]本专利技术的有益效果：
[0025]1、本专利技术的真三轴条件下水力压裂驱替瓦斯定量测试装置及方法，能够实现大尺度待测试样即含瓦斯煤样水力压裂实验，并且可以利用真三轴围压组件向煤样施加三轴应力，同时解决了由于瓦斯自然放散效应与水驱替瓦斯效应叠加带来的瓦斯驱替量难以测量的难题。
[0026]2、本专利技术在样品仓与气水分离器的进气口之间的管路上设置背压阀，并且在测试时将背压阀的允许通过压力设置为待测试样达到吸附平衡状态时参比罐内的平衡压力，保证待测试样中处于平衡状态的甲烷气体无法通过背压阀，进而避免了甲烷气体在压裂前进入到气水分离器，保证了测试结果准确性。
[0027]3、本专利技术通过在气水分离器的出气口连接有流量采集元件，利用流量采集元件得
出压裂过程中的甲烷驱替量，利用第一压力采集元件、第二压力采集元件和参比罐内部腔室体积计算得到待测试样的甲烷气体吸附量，并基于预设公式计算得出水力压裂对于甲烷气体的驱替效率，实现了水力压裂驱替煤层瓦斯效率的定量测试。
附图说明
[0028]图1是本专利技术所述真三轴条件下水力压裂驱替瓦斯定量测试装置的结构示意图；
[0029]图2是本专利技术所述样品仓的结构示意图。
[0030]图中，1—甲烷储气瓶，2—参比罐，3—第一压力采集元件，4—第一截止阀，5—三通阀，6—第二截止阀，7—真空计，8—真空泵，9—压裂泵，10—第二压力采集元件，11—第三截止阀，12—围压泵，13—压裂管，14—底座，15—试验釜，16—加载轴，17—样品仓，171—密封胶套，172—堵盖，173—第一接口，174—第二接口，175—第三接口，176—加载板，177—金属箍，18—盖体，19—待测试样，20—第四截止阀，21—背压阀，22—气水分离器，23—流量计，24—数据采集仪，25—减压阀。
具体实施方式
[0031]以下将参照附图和优选实施例来说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书中所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种真三轴条件下水力压裂驱替瓦斯定量测试装置，其特征在于：包括真三轴围压组件、压裂组件、甲烷储气瓶（1）、参比罐（2）、真空泵（8）、背压阀（21）和气水分离器（22）；待测试样（19）固定于真三轴围压组件的样品仓（17）内，通过真三轴围压组件对待测试样（19）施加围压；所述压裂组件包括布置于待测试样（19）内的压裂管（13）以及与所述压裂管（13）连通的压裂泵（9）；所述甲烷储气瓶（1）与参比罐（2）的进气口连接，所述参比罐（2）出气口、真空泵（8）抽气口、背压阀（21）进气口均通过管路与样品仓（17）内部的待测试样（19）连通，背压阀（21）出气口与气水分离器（22）的进气口连接，气水分离器（22）的出气口连接有流量采集元件（23）；所述参比罐（2）上连接有用于监测参比罐（2）内部压力的第一压力采集元件（3），所述压裂泵（9）与压裂管（13）之间的管路上连接有用于监测压裂泵出液口压力的第二压力采集元件（10）。2.根据权利要求1所述的真三轴条件下水力压裂驱替瓦斯定量测试装置，其特征在于：所述参比罐（2）出气口与三通阀（5）的第一入口连通，所述真空泵（8）抽气口与三通阀（5）的第二入口连通，所述三通阀（5）的出口通过管路与样品仓（17）内部的待测试样（19）连通。3.根据权利要求2所述的真三轴条件下水力压裂驱替瓦斯定量测试装置，其特征在于：所述参比罐（2）出气口与三通阀（5）的第一入口之间的管路上连接有第一截止阀（4）；所述真空泵（8）抽气口与三通阀（5）的第二入口之间的管路上连接有第二截止阀（6）和真空计（7），所述真空计（7）位于第二截止阀（6）和真空泵（8）之间。4.根据权利要求2所述的真三轴条件下水力压裂驱替瓦斯定量测试装置，其特征在于：所述压裂泵（9）与压裂管（13）之间的管路上连接有第三截止阀（11）；所述背压阀（21）进气口连接有第四截止阀（20）。5.根据权利要求1或2所述的真三轴条件下水力压裂驱替瓦斯定量测试装置，其特征在于：所述真三轴围压组件包括试验釜（15）、盖体（18）、围压泵（12）、底座（14）和加载轴（16），所述盖体（18）和试验釜（15）上部开口连接且两者之间合围形成围压腔，所述底座（14）布置于围压腔底部，所述样品仓（17）布置于底座（14）上，所述围压泵（12）出液口通过管路与围压腔连通，所述加载轴（16）穿过试验釜（15）作用于样品仓（17）。6.根据权利要求1或2所述的...
【专利技术属性】
技术研发人员：张建国，周哲，张国川，葛兆龙，王满，王英伟，路长征，张烁，贾云中，黄志明，
申请(专利权)人：重庆大学中国平煤神马控股集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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