[发明专利]模拟煤体水力压裂用复电阻测量系统及方法

权利要求书

1.模拟煤体水力压裂用复电阻测量系统，其特征在于：所述系统包括甲烷罐、压力表、瓦斯阀门、调压阀、真空泵、参考缸、水泵、水箱、夹持器、围压泵、轴压泵、复电阻测量仪、计算机、水收集箱、气体收集箱以及恒温水浴箱，夹持器设置在恒温水浴箱中；

夹持器包括筒体，筒体内设煤样筒，筒体上设向煤样筒内施加围压的围压接口以及向煤样筒内施加轴压的轴压接口；

煤样筒上连通有气体入口和气体出口；同时，煤样筒的两端分别设置左电极板和右电极板；

煤样筒上连通有压裂管，压裂管的末端设置有位于煤样筒内的压裂管头；

水箱通过水泵连接压裂管；

甲烷罐通过通气管道连接所述夹持器的气体入口，通气管道上设置压力表、调压阀和瓦斯阀门；

参考缸连接于通气管道上；

气体收集箱和水收集箱均通过管道连接到所述夹持器的气体出口；

复电阻测量仪的两极分别通过导线与夹持器的左、右电极板连接，复电阻测量仪的信号输出端与计算机通信连接；

围压泵与夹持器的围压接口连通；

轴压泵与夹持器的轴压接口连通。

2.如权利要求1所述的模拟煤体水力压裂用复电阻测量系统，其特征在于：筒体两端分别设置左、右螺帽；筒体内设置有橡胶密封套；所述左螺帽外通过螺纹连接安装盖、所述安装盖中密封设置有左压头，所述左压头和左螺帽之间设置有左安装座；所述右螺帽外通过螺纹连接活塞缸，所述活塞缸外通过螺丝固定油缸盖，所述活塞缸中设置中空活塞，所述中空活塞穿过油缸盖并与油缸盖滑动密封配合，所述中空活塞与右螺帽之间设置有右安装座。

3.如权利要求2所述的模拟煤体水力压裂用复电阻测量系统，其特征在于：所述橡胶密封套左右两端分别套设在所述左安装座和右安装座上，所述橡胶密封套内、位于左压头和中空活塞之间从左到右依次设置有左堵头、左电极板、煤样筒、右电极板、右堵头和右压头，所述左压头、左堵头、左电极板、右电极板、右堵头和右压头轴向中心设置有中央通气孔，其中，气体入口设置于左压头通孔处，气体出口设置于右压头通孔处；左压头、左堵头上对应设置有左布线槽，右堵头、右压头上对应设置有右布线槽，左、右布线槽中分别设置有与导线连接的左电极板和右电极板。

4.如权利要求3所述的模拟煤体水力压裂用复电阻测量系统，其特征在于：围压接口设置在左螺帽上，围压接口连通左螺帽、筒体、右螺帽、右安装座、橡胶密封套和左安装座之间围成的围压腔体；轴压接口连通活塞缸、油缸盖和中空活塞之间围成的轴压腔体。

5.如权利要求4所述的模拟煤体水力压裂用复电阻测量系统，其特征在于：左安装座、右安装座为楔形结构，所述左安装座与左螺帽的接触面上和右安装座与右螺帽接触面上分别设置有“○”型密封圈。

6.如权利要求5所述的模拟煤体水力压裂用复电阻测量系统，其特征在于：左堵头、右堵头为绝缘材料，所述左电极板固定安装在左堵头上，所述右电极板固定安装在右堵头上。

7.如权利要求1至6任意一项所述的模拟煤体水力压裂用复电阻测量系统，其特征在于：筒体和煤样筒的材质为PPEK绝缘材料；左电极板、右电极板为铜金属板；煤样筒为内径5cm，长度10cm的筒体。

8.利用权利要求1所述的系统进行的模拟煤体水力压裂用复电阻测量方法，其特征在于：所述方法依次包括如下步骤：

（1）连接实验装置，检验气密性，确认系统气密性良好；

（2）将采集的煤样制成长100mm，直径50mm的煤柱，将煤柱放在夹持器中；

（3）开启真空泵以及真空泵与夹持器之间的瓦斯阀门，启动真空泵，对系统进行抽真空处理，当系统内部压力为10Pa时关闭真空泵以及真空泵与夹持器之间的瓦斯阀门；

（4）将恒温水浴箱温度设置为恒定温度30℃，直至实验结束；

（5）打开轴压泵和围压泵，进行轴压和围压设置，用来模拟地应力，轴压和围压的设置范围均为6-10Mpa；

（6）打开甲烷罐向夹持器充入瓦斯气体，当压力表显示到预设瓦斯压力时，其中，预设压力为1Mpa，关闭充气系统，放置12-24h，煤体吸附瓦斯稳定后，打开气体吸收装置的阀门，随后再等12-24h， 使气体在夹持器中充分吸附达到平衡，关闭气体吸收装置阀门；

（7）打开水泵阀门，水箱内的水通过加压后进入压裂管，通过压裂管头作用到煤体上，煤体形成了内部充满水的裂隙，流出的水通过出口管道流入液体收集装置；此时启动IM3533-01LCR复电阻测量仪，选定测量的复电阻参数，读取数据，数据保存在电脑中；

（8）依照步骤（1）～（7）分别测量：水压5Mp，压裂管头20mm；水压5Mp，压裂管头40mm；水压8Mp，压裂管头20mm；水压8Mp，压裂管头40mm四种压裂情况的煤体复电阻参数，测量结束后，整理设备。