[发明专利]一种液氮结合远红外热辐射冻融循环的实验装置及实验方法

说明书

一种液氮结合远红外冻融循环的实验装置及实验方法，涉及非常规天然气开采技术领域，包括三轴加压系统、液氮供给系统、远红外热辐射集成控制系统、声发射检测系统和煤样；三轴加压系统包括三轴仪、轴压控制系统和围压控制系统；三轴仪包括上压盖、缸体、下压盖和下压头，下压盖上设有轴压外接口，轴压外接口与轴压控制系统连通；缸体的侧壁上设有围压外接口，围压外接口与围压控制系统连通；远红外热辐射集成控制系统包括远红外热辐射发生端、远红外热辐射控制端、温度传感器和温控表；液氮供给系统位于缸体外部，液氮供给系统包括液氮罐、液氮注入泵和液氮注入管；声发射检测系统位于缸体外部。

技术领域

本发明涉及非常规天然气开采技术领域，特别涉及一种液氮结合远红外热辐射冻融循环的实验装置及实验方法。

背景技术

煤层气，属非常规天然气，是近一二十年在国际上崛起的洁净、优质能源和化工原料，俗称瓦斯，主要成分为甲烷，是重要的清洁能源，我国现已探明的煤层气储量非常丰富，但是由于我国特殊的地质条件，决定了我国大部分煤层气储层为高储量、低渗透的特征，导致大部分煤层气抽采困难，严重影响煤层气产量。

为实现煤层气的工业化生产，国内外研究学者提出了高压注水、水力割缝、水力压裂、预裂爆破、注气趋替法等瓦斯增产方法，还有许多新兴技术如电化学法、溶剂萃取法等也相继被提出，但是上述方法都存在一定的局限性。近年来，利用液氮作用煤层冻融循环致裂的增透技术逐渐发展，但是也存在一定的局限性，由于液氮作用下煤层气储层温度大幅度降低，严重影响煤层气的活性，导致气体由吸附态转变为游离态困难，同时，在自然状态下解冻过程速度缓慢，煤中残存的水分还会产生水锁效应，严重影响开采效率。远红外热辐射应用于煤层气增产也是新兴的研究领域，将液氮与远红外结合恰好的相互辅助，实现煤层气的增产目的，因此需要一种实验装置，为实验室研究提供实验平台，进而为应用于现场开采提供理论支撑。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种液氮结合远红外热辐射冻融循环的实验装置，为验证以液氮和远红外结合的方式实现煤层气增产的开采技术的可行性，为应用于现场开采提供理论支撑。

本发明设计提供了一种液氮结合远红外热辐射冻融循环的实验装置，包括三轴加压系统、液氮供给系统、远红外热辐射集成控制系统、声发射检测系统和煤样；

三轴加压系统包括三轴仪、轴压控制系统和围压控制系统；三轴仪包括上压盖、缸体、下压盖和下压头，上压盖与缸体的顶端部固定连接，下压盖与缸体的底端部固定连接，下压头位于缸体内，且下压头的底端与下压盖贴合，煤样位于缸体内，且煤样的一端与下压头的顶端贴合，煤样的另一端与上压盖内表面贴合；下压盖上设有轴压外接口，轴压外接口与轴压控制系统连通，轴压控制系统位于缸体的外部；缸体的侧壁上设有围压外接口，围压外接口与围压控制系统连通，围压控制系统位于缸体的外部；

远红外热辐射集成控制系统包括远红外热辐射发生端、远红外热辐射控制端、温度传感器和温控表；上压盖的顶部设有远红外热辐射外接口，远红外热辐射发生端位于煤样内，远红外热辐射控制端通过穿过远红外热辐射外接口的线路与远红外热辐射发生端相连，温度传感器位于煤样内靠近远红外热辐射发生端处，温控表位于缸体的外部靠近远红外热辐射控制端的位置，温度传感器发出的信号能够传送至温控表；

液氮供给系统位于缸体外部，液氮供给系统包括液氮罐、液氮注入泵和液氮注入管，上压盖的顶部设有液氮注入外接口，液氮注入外接口与远红外热辐射外接口相邻；液氮注入管位于煤样内，且与远红外热辐射发生端并行放置；液氮注入泵与液氮罐通过管路连接，液氮注入泵与液氮注入管通过穿过液氮注入外接口的管路连接；

声发射检测系统位于缸体外部。

所述缸体为圆管形。

所述下压盖顶端设有方形凹槽，所述下压头为方形，且所述下压头位于方形凹槽内；所述下压头的底部设有圆柱底座，所述圆柱底座与方形凹槽形成的空间为液压腔，所述轴压外接口与液压腔连通。