【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种模拟液氮注入可视化及注入效率量化分析系统及方法，属于煤层液氮增透及液氮注入测定。
技术介绍
1、中国煤层气资源丰富，据统计，中国埋深2km以浅的煤层气总量约为36.81×1012m3，可采煤层气资源量为11.2×1012m3，占世界煤层气资源总量的13.7％，位居世界第三位。然而，受煤层地质条件及增产技术的影响，煤层气的年产量相对较低。随着对煤层气这一洁净能源的高效开采高度重视，加快对煤层气的开发有利于能源消费结构由高碳化石能源向绿色低碳能源转型。然而，目前制约煤层气产业发展的主要瓶颈为：现有大部分煤层气均处于低渗透率煤层中，大部分气体以吸附状态储存在孔隙中，导致抽采效率低下。
2、目前煤层气的开采方式是通过远距离定向长钻孔设备，由地面向地下煤层内钻入几百米甚至上千米的长距离水平井进行开采。通过对煤层进行卸压增透，为煤层瓦斯提供解析和运移通道，是目前公认提高煤层气产率十分有效的方法。开发高效的煤层卸压增透措施，对促进我国能源绿色发展具有重要意义。然而，现有的水力压裂等水力化卸压增透措施用水量大，使用过程中还会对地下水造成污染，尤其是一些缺水地区该技术并不适用。因此，行业内开始对无水化增透措施进行研究，寻求更好的替代技术。考虑到井下高温增透措施会存在瓦斯爆炸的隐患，液氮因成本低、易制取、温度低(常压下的温度为-196℃)、易相变膨胀且无爆炸隐患的优点，被广泛关注。
3、由于煤层气井单井建成成本高达上千万，现场生产过程的高要求导致无法在实际煤层气井开展液氮注入增透试验，因此，在实验室内开展煤
技术实现思路
1、针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提供一种模拟液氮注入可视化及注入效率量化分析系统及方法，通过模拟不同倾角钻孔、不同注入位置的液氮注入情况，并且能获取模拟测试过程中的各种数据且通过能实时观察液氮注入时钻孔内部的情况，从而计算得出注入效率，用于对液氮现场应用时注入参数设置提供指导，有利于液氮增透技术的推广。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种模拟液氮注入可视化及注入效率量化分析系统，包括工作台、支架、可视化装置、煤体试样、转动机构、数据监测装置和液氮注入装置；
3、所述转动机构包括l型固定座、气缸、换向控制开关和充气泵，l型固定座包括垂直固定板和水平固定板，垂直固定板一端与水平固定板一端固定连接，且两者相互垂直，垂直固定板和水平固定板的连接处与支架上端活动连接，使l型固定座能相对支架转动，所述气缸的缸体与支架下部的底座铰接，气缸的伸缩杆与水平固定板另一端铰接，充气泵通过管路与换向控制开关的进气口连接，换向控制开关的两个出气口分别通过进气管和排气管与气缸的两个端口连接，换向控制开关用于切换进气口与任一出气口的连通状态，使充气泵产生的气体输送至气缸对应端口，对伸缩杆的伸缩状态进行控制；在未进行测试时，伸缩杆处于最小伸出距离，此时水平固定板与支架上端平行；进行试验时，根据所需倾斜角度，通过充气泵和换向控制开关，使伸缩杆伸出带动l型固定座转动，直至水平固定板达到所需位置时，保持该状态直至测试结束；
4、所述煤体试样内部设有预制钻孔，煤体试样装在l型固定座内，使其一端与垂直固定板接触，且其部分侧面与水平固定板接触；在l型固定座转动时能带动煤体试样同步转动；
5、所述可视化装置包括内视镜显示屏和内视镜头，内视镜显示屏固定在工作台上，内视镜头伸入至预制钻孔内部，并通过数据线与内视镜显示屏连接，用于拍摄预制钻孔内部的图像并通过内视镜显示屏显示；
6、所述液氮注入装置包括高压液氮罐和液氮注入管，液氮注入管一端伸入预制钻孔内部、另一端与高压液氮罐连接，液氮注入管一端设有注入喷嘴，高压液氮罐用于在测试时通过液氮注入管向预制钻孔内部注入液氮；
7、所述数据监测装置包括横向质量传感器、纵向质量传感器、温度信号采集仪、计算机和多个热电偶，横向质量传感器布设在与煤体试样接触的水平固定板一侧，用于测量煤体试样与水平固定板接触时的质量数据；纵向质量传感器布设在与煤体试样接触的垂直固定板一侧，用于测量煤体试样与垂直固定板接触时的质量数据；横向质量传感器和纵向质量传感器均通过线路与计算机连接；布设横向质量传感器和纵向质量传感器的原因是：在钻孔具有倾角的情况下，煤体试样会对垂直固定板和水平固定板同时施加压力，从而使得两个质量传感器分担煤体试样的重量值，如仅在一个固定板上设置，无法精确获得在测试时煤体试样内部的液氮累积量；多个热电偶布设在预制钻孔内，用于在液氮注入时测量预制钻孔内不同位置的实时温度值，并通过线路反馈给温度信号采集仪，温度信号采集仪将各个热电偶反馈的温度数据传递给计算机；计算机获取温度数据及质量数据进行分析处理后，获得液氮的注入效率情况。
8、进一步，还包括流量计、注入阀、排空阀和三通接头，三通接头其中一端与高压液氮罐连接，注入阀和排空阀分别装在三通接头的另外两端，液氮注入管另一端与注入阀连接，注入阀用于控制高压液氮罐向预制钻孔内注入液氮，流量计装在液氮注入管上，用于监测流经液氮注入管的液氮流量；排空阀用于测试结束后将液氮注气管内的氮气排空。
9、进一步，还包括固定锁扣，煤体试样通过固定锁扣与水平固定板连接。增加该结构保证在l型固定座转动时煤体试样随着同步转动，防止其滑落。
10、进一步，所述多个热电偶均匀分布在整个预制钻孔内壁上，用于获取不同位置的实时温度数据。
11、进一步，所述l型固定座通过旋转固定杆与支架上部活动连接，使底座能以旋转固定杆为轴相对支架上部转动。这种结构便于带动l型固定座旋转，使得测试过程更稳定。
12、进一步，所述内视镜头上装有光源，用于增强环境光辅助拍摄。
13、进一步，所述多个热电偶与温度信号采集仪之间均通过热电偶线连接，横向质量传感器和纵向质量传感器均通过质量传感器线与计算机连接。
14、上述模拟液氮注入可视化及注入效率量化分析系统的工作方法，具体步骤为：
15、a、制作煤体试样及组装系统：根据所需模拟煤层气水平井的煤层物性，选择该煤层的煤体进行加工形成煤体试样；同时加工过程中在煤体试样内部加工形成预制钻孔，用于模拟井筒，并在预制钻孔内预埋多个热电偶，完成煤体试样的制作；接着将煤体试样放置在l型固定座内，并将可视化装置、转动机构、数据监测装置和液氮注入装置依次连接，完成系统组装过程，并在本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种模拟液氮注入可视化及注入效率量化分析系统，其特征在于，包括工作台、支架、可视化装置、煤体试样、转动机构、数据监测装置和液氮注入装置；
2.根据权利要求1所述模拟液氮注入可视化及注入效率量化分析系统，其特征在于，还包括流量计、注入阀、排空阀和三通接头，三通接头其中一端与高压液氮罐连接，注入阀和排空阀分别装在三通接头的另外两端，液氮注入管另一端与注入阀连接，注入阀用于控制高压液氮罐向预制钻孔内注入液氮，流量计装在液氮注入管上，用于监测流经液氮注入管的液氮流量；排空阀用于测试结束后将液氮注气管内的氮气排空。
3.根据权利要求1所述模拟液氮注入可视化及注入效率量化分析系统，其特征在于，还包括固定锁扣，煤体试样通过固定锁扣与水平固定板连接。
4.根据权利要求1所述模拟液氮注入可视化及注入效率量化分析系统，其特征在于，所述多个热电偶均匀分布在整个预制钻孔内壁上，用于获取不同位置的实时温度数据。
5.根据权利要求1所述模拟液氮注入可视化及注入效率量化分析系统，其特征在于，所述L型固定座通过旋转固定杆与支架上部活动连接，使底座能以旋转固定杆
6.根据权利要求1所述模拟液氮注入可视化及注入效率量化分析系统，其特征在于，所述内视镜头上装有光源，用于增强环境光辅助拍摄。
7.根据权利要求1所述模拟液氮注入可视化及注入效率量化分析系统，其特征在于，所述多个热电偶与温度信号采集仪之间均通过热电偶线连接，横向质量传感器和纵向质量传感器均通过质量传感器线与计算机连接。
8.一种根据权利要求1至7任一项所述模拟液氮注入可视化及注入效率量化分析系统的工作方法，其特征在于，具体步骤为：
...【技术特征摘要】
1.一种模拟液氮注入可视化及注入效率量化分析系统，其特征在于，包括工作台、支架、可视化装置、煤体试样、转动机构、数据监测装置和液氮注入装置；
2.根据权利要求1所述模拟液氮注入可视化及注入效率量化分析系统，其特征在于，还包括流量计、注入阀、排空阀和三通接头，三通接头其中一端与高压液氮罐连接，注入阀和排空阀分别装在三通接头的另外两端，液氮注入管另一端与注入阀连接，注入阀用于控制高压液氮罐向预制钻孔内注入液氮，流量计装在液氮注入管上，用于监测流经液氮注入管的液氮流量；排空阀用于测试结束后将液氮注气管内的氮气排空。
3.根据权利要求1所述模拟液氮注入可视化及注入效率量化分析系统，其特征在于，还包括固定锁扣，煤体试样通过固定锁扣与水平固定板连接。
4.根据权利要求1所述模拟液氮注入可视化及注入效率量化分析系...
【专利技术属性】
技术研发人员：丛钰洲，翟成，刘方，余旭，徐吉钊，孙勇，唐伟，郑仰峰，张海宾，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：
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