[发明专利]超声波加载下煤粉产生、运移规律的实验装置

说明书

技术领域

本发明涉及煤粉产生、运移实验技术领域，具体是一种超声波加载下煤粉产生、运移规律的实验装置。

背景技术

我国煤层气商业化开发10多年来，煤层气单井产量普遍偏低，其中不乏地质故障、技术手段、施工、排采制度等方面的原因。由于我国地质条件相对复杂，构造煤发育，在煤粉堵塞已成为煤层气排采中主要的地质故障之一。煤粉来源不仅存在与构造，水力压力等技术施工同样会在煤储层造缝的同时产生大量煤粉。煤层气抽采过程中的停泵等任何激荡都可能引起煤粉沉淀、堵塞储层孔裂隙，导致连续气流中段，煤层气产量下降，煤层气井服务年限降低。

防治煤粉问题目前有两种途径，一种是将煤粉从裂缝通道中及时返排出来，这种方法相对易于实现，也是目前相对主流的方法，但同样存在返排不干净以及有新煤粉产出等问题；一种是将煤粉封堵在煤粉源，防治其在运移过程中沉淀堵塞煤储层孔隙，但这种方法难度相对较大。目前煤粉产出机制、运移规律也尚不完全清楚，煤粉的运移通道上部完全明确。

超声波在煤层气井中的应用得到新的认识，其能够促进煤层气解吸和运移。而针对超声波对煤粉产出和运移规律的研究还未见报道。目前我国针对煤粉的研究的实验设备相对较少，而从超声波促进煤粉产出、运移的角度研究更是缺乏。

本设备可以实现不同作用方向的超声波加载条件，可对超声波机械振动效应和热效应两种作用形式对煤粉产出、运移的影响进行分离研究，可观察不同超声波作用下煤粉产出规律、运移规律。

发明内容

本发明提供一种超声波加载下煤粉产生、运移规律的实验装置，可提供不同方向、频率、功率的超声波加载条件，可提供恒温及三轴应力条件，可提供气水两相、单相流体的恒速条件，观察超声波对煤粉产出的影响，对煤粉运移路径的改变规律等。

本发明是以如下技术方案实现的：一种超声波加载下煤粉产生、运移规律的实验装置，包括一岩心夹持器，将所述的岩心夹持器放置在一水浴恒温箱中，所述的水浴恒温箱连接恒温循环系统，在水浴恒温箱上安装有超声波加载系统；岩心夹持器具有轴压注入口、围压注入口、流体入口以及导出口；所述的流体入口连接用于提供恒速的液相、气相或气水两相流体的岩心驱替系统；所述的轴压注入口和围压注入口对应连接用于提供三轴压力的加压系统；所述的导出口连接用于将岩心夹持器导出的气体、液体和煤粉进行分离并分别记录排出量和排出速度的气液固分离及计量系统；气液固分离及计量系统连接一抽真空系统；所述的岩心夹持器连接用于监测夹持器内的机械振动信号和煤粉运移规律的影像及波动检测系统。

进一步是：所述的岩心夹持器有一透明缸体；透明缸体的一端安装一轴压压力腔，穿过轴压压力腔安装一沿透明缸体轴向滑动的活动柱塞，位于轴压压力腔内的活动柱塞上设有挡翅，挡翅将轴压压力腔分成左右两个室；透明缸体另一端留有观察口，观察口内设有凸透镜；透明缸体另一端内依次安装有垫片、型煤岩心和原煤岩心，原煤岩心靠近观察口；型煤岩心和原煤岩心包裹在胶筒内，胶筒与透明缸体之间围限的空间为环形围压腔；透明缸体上设有与环形围压腔相通的围压注入口；轴压压力腔上设有轴压注入口，轴压注入口与外侧腔室连通；活动柱塞的中心开有流体入口，观察口那端缸体中心开有导出口；活动柱塞上设有应变片线路，应变片线路由压片错位固定密封在活动柱塞内；轴压压力腔与环形围压腔之间的透明缸体内设有用于限定活动柱塞、垫片和胶筒在径向方向移动的活动挡翅；在原煤岩心的一侧竖向开有贯穿原煤岩心的裂缝，裂缝与原煤岩心轴向平行。

所述的恒温循环系统包括封闭恒温箱和循环管；所述的封闭恒温箱通过循环管与水浴恒温箱连通。

所述的超声波加载系统包括多个设置在水浴恒温箱上的超声波转换器；所述的超声波转换器与超声波发生器连接岩心夹持器。

更进一步：多个超声波转换器均匀安装在水浴恒温箱的底面、前面和后面。

所述的岩心驱替系统包括液相管路与气相管路，液相管路与气相管路入口并联连接交汇后与平流泵相连，液相管路与气相管路出口汇合连接至流体入口；气相管路上依次安装有阀门Ⅰ、活塞容器、压力传感器Ⅱ和单向阀；液相管路上依次安装有阀门Ⅱ和压力传感器Ⅰ。

所述的加压系统包括手摇泵，手摇泵输出管路上安装有压力传感器，输出管路通过两条管路对应连接轴压注入口、围压注入口，每一条管路上分别安装有阀门和放空阀门。

所述的影像及波动检测系统包括示波器和高速摄像机；示波器与活动柱塞上的应变片线路相连，应变片粘贴在与垫片相对的活动柱塞端面上；高速摄像机放置在水浴恒温箱外侧，对准岩心夹持器的观察口。