CN105241783A - 煤系页岩瓦斯吸附解吸渗流实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种煤系页岩瓦斯吸附解吸渗流实验装置，包括总管路、供气装置、吸附装置和空气加热装置，吸附装置包括三轴加压装置，空气加热装置包括电加热管、保温体和电源；所述保温体设置于所述三轴压力室内侧壁上，所述加热管设置于所述保温体内，所述电源设置于所述三轴压力室的外壁上，所述电热管与所述电源相连。本发明实验装置具有三轴加压功能，可实现对煤系页岩瓦斯的吸附/解吸渗流的功能测试，获得空气加热作用下煤系页岩瓦斯吸附/解吸渗流性能参数；由于空气加热装置将三轴压力室中的空气加热后，经过热传递，将热量传递到待测介质中，有较高的热效率，并且免去在三轴加压装置外加水浴加温装置，装置结构简单。

Description

煤系页岩瓦斯吸附解吸渗流实验装置

技术领域

本发明涉及页岩气吸附/解吸渗流实验装置，尤其涉及一种煤系页岩瓦斯吸附解吸渗流实验装置。

背景技术

煤系页岩瓦斯是重要的新兴能源，在煤矿开采过程中，煤系页岩与瓦斯之间存在着十分复杂的互动关系，瓦斯在煤系页岩中的运移受瓦斯吸附/解吸、瓦斯压力、地应力状态、地下水、地温、煤系页岩结构等诸多因素的制约。我国是煤系页岩瓦斯储能大国，对煤系页岩瓦斯的开发利用研究不但能够增大煤矿生产安全系数，提高经济效益，还能极大的缓解我国能源紧张状况，但我国大部分地区煤系页岩层属于低渗透页岩层，煤系页岩瓦斯的抽采效率极低，无法进行常规工业化开采。

热力开采法是针对低渗透页岩层进行煤系页岩瓦斯开采的方法，利用热能注入提高煤系页岩瓦斯的解吸渗流速度，从而达到大幅度提高煤系页岩瓦斯产量的目的。热力开采法虽然在理论上能够实现提高煤系页岩瓦斯产量的目的，但是针对注热开采时煤系页岩瓦斯的解吸渗流过程的研究还远没有达到机理清晰、规律明确的程度，还无法投入工业生产中去。现有的煤系页岩解吸渗流实验装置主要集中在电加热和蒸汽注热方式上，此种方式需要在解吸罐外增加保温装置，一般采用水浴加热方式，造成了整体仪器体积大，且液体的存在不易运载。

发明内容

本发明提供了一种煤系页岩瓦斯吸附/解吸渗流实验装置，以解决上述技术问题。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种煤系页岩瓦斯吸附/解吸渗流实验装置，包括：总管路；供气装置，包括高压瓦斯瓶和高压氦气瓶，高压瓦斯瓶和高压氦气瓶的出口均设有减压阀；吸附装置，包括三轴加压装置，三轴加压装置包括三轴压力室、位于三轴压力室两端的上压盖和下压盖，下压盖设有贯穿下压盖的下通孔，下压盖内部设有贯穿下压盖的下压头，在下压头内部设有上下贯穿的出气孔；上压盖设有贯穿上压盖的上通孔，上压盖内部设有贯穿上压盖的上压头，上压头内部设有上下贯穿的进气孔；上压头和下压头之间设有页岩；在页岩、上压头和下压头的外部设有热缩管；吸附装置与供气装置连接于总管路；真空装置，与总管路相连接，真空装置与总管之间设有截止阀；空气加热装置，包括电加热管、保温体和电源；保温体设置于三轴压力室内侧壁上，电加热管设置于保温体内，电源设置于三轴压力室的外壁上，电加热管与电源相连。

上述技术特征中，真空装置包括真空泵、真空计、进气管和分支连接管，分支连接管的一端通过四通阀与真空泵、真空计和进气管相连接，分支连接管的另一端通过另一个四通阀与总管路相连接，真空泵、真空计、进气管和分支连接管上分别设有截止阀。

上述技术特征中，上压头下部设有上多孔板，下压头上部设有下多孔板。

上述技术特征中，进气孔与上多孔板相连通，出气孔与下多孔板相连通。

上述技术特征中，在下压头内部设有上下贯穿的贯通孔，贯通孔与页岩内部相连通，在贯通孔内设有温度传感器。

上述技术特征中，下压盖内部设有挡板，下压头贯穿挡板，挡板位于三轴压力室内。

上述技术特征中，挡板上方设有一个支架，支架位于三轴压力室的内侧壁上，保温体固定于支架上。

上述技术特征中，下压盖内侧壁上设置有凸起，挡板设置在三轴压力室侧壁底面与凸起上表面之间。

上述技术特征中，三轴加压装置的进气孔连接有入口端气体质量流量计和入口端压力计；入口端压力计与进气孔通过四通管相连，四通管的四个接口分别连接入口端压力计、高压瓦斯瓶的减压阀出口、高压氦气瓶的减压阀出口和真空泵。

上述技术特征中，三轴加压装置的出气孔连接有出口端气体质量流量计，中间设置有放气阀门。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明实验装置具有三轴压功能，可实现对煤系页岩瓦斯的吸附/解吸渗流的功能测试，获得空气加热作用下煤系页岩瓦斯吸附/解吸渗流性能参数，本发明实验装置结构简单、便于运载；由于由于空气加热装置将三轴压力室中的空气加热后，经过热传递，将热量传递到待测介质中，有较高的热效率，并且免去在三轴加压装置外加水浴加温装置，装置结构简单；数据采集***采用灵敏度及精确度更高的传感器以及气体质量流量计和压力计等，保证了数据采集的可靠性；采用气体质量流量计测量煤系页岩吸附瓦斯气体量，不但精简了实验装置，而且试验流程也大大简化，后期数据处理及计算工作量相对较少。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的结构示意图；

图2为本发明实施例吸附装置及空气加热装置的结构示意图；

图3为本发明实施例真空装置的结构示意图。

具体实施方式的附图标号：

1-高压瓦斯瓶；2-高压氦气瓶；3-减压阀；4-三轴加压装置；

40-贯通孔；41-三轴压力室；42-上压盖；43-下压盖；

44-上压头；45-下压头；46-进气孔；47-出气孔；48-上通孔；

49-下通孔；5-挡板；6-温度传感器；7-支架；71-凹槽；

8-空气加热装置；81-电加热管；82-电源；

83-保温体；9-真空装置；91-真空泵；92-真空计；

93-进气管；94-分支连接管；95-截止阀；10-热缩管；

11-入口端气体质量流量计；12-入口端压力计；

13-出口端气体质量流量计；14-放气阀门；15-上多孔板；

16-下多孔板；A-页岩；B-吸附装置。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。

如图1和图3所示，本发明涉及一种煤系页岩瓦斯吸附/解吸渗流实验装置，包括：总管路以及连接于总管上的供气装置、真空装置9、吸附装置B和空气加热装置8；供气装置包括高压瓦斯瓶1和高压氦气瓶2，高压瓦斯瓶1和高压氦气瓶2的出口均设有减压阀3；真空装置9包括真空泵91、真空计92、进气管93和分支连接管94，分支连接管94的一端通过四通阀与真空泵91、真空计92和进气管93相连接，分支连接管94的另一端通过另一个四通阀与总管路相连接，真空装置9的真空泵91、真空计92、进气管93和分支连接管94上分别设有截止阀95；吸附装置B包括三轴加压装置4，三轴加压装置4的入口端设有进气孔46，进气孔46连接有入口端气体质量流量计11和入口端压力计12；入口端压力计12与进气孔46通过四通管相连，四通管的四个接口分别连接入口端压力计12、高压瓦斯瓶1的减压阀3出口、高压氦气瓶2的减压阀3出口和真空泵91，三轴加压装置4出口端设有出气孔47，出气孔47连接有出口端气体质量流量计13，中间设置有放气阀门14；空气加热装置8设置于三轴加压装置4内。

如图2所示，三轴加压装置4包括三轴压力室41、位于三轴压力室41两端的上压盖42和下压盖43，下压盖43设有贯穿下压盖43的下通孔49，下压盖43内部设有贯穿下压盖43的下压头45，在下压头45内部设有上下贯穿的出气孔47；上压盖42设有贯穿上压盖42的上通孔48上压盖42内部设有贯穿上压盖42的上压头44，上压头44内部设有上下贯穿的进气孔46；上压头44下部设有上多孔板15与进气孔46相连通，下压头45上部设有下多孔板16与出气孔47相连通；上压头44和下压头45之间设有页岩A；在页岩A、上压头44和下压头45的外部设有热缩管10，热缩管10的两端分别固定在上压头44和下压头45上，对页岩A进行密封；在下压头45内部设有上下贯穿的贯通孔40，贯通孔40与页岩A内部相连通，在贯通孔40内设有杆状温度传感器5，精确测定页岩A内的温度；下压盖43内部设有挡板6，下压头45贯穿挡板6，挡板6位于三轴压力室41内，下压盖43内侧壁上设置有凸起，挡板6设置在三轴压力室41侧壁底面与凸起上表面之间；三轴加压装置4连接伺服控制***(未图示)，伺服控制***包括一台Z轴自动加压泵(未图示)、一台X轴自动加压泵(未图示)和一台Y轴自动加压泵(未图示)，实现对三轴压力室41的围压加载和轴压加载。

如图2所示，空气加热装置8包括保温体83、电加热管81和电源82；挡板6上方设有支架7，支架7固定于三轴压力室41的内侧壁上，在支架7内侧壁上设置有凹槽71，保温体83设置在凹槽71内；电加热管81和电源82相连，电源82提供电加热管81工作所需电源，通过调整电源82的输出电流改变电加热管81的输出功率，在支架7及三轴压力室41的侧壁上均设置有通槽，电加热管81通过通槽设置在三轴压力室41内。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种煤系页岩瓦斯吸附/解吸渗流实验装置，其特征在于，包括：

总管路；

供气装置，包括高压瓦斯瓶和高压氦气瓶，所述高压瓦斯瓶和所述高压氦气瓶的出口均设有减压阀；

吸附装置，包括三轴加压装置，所述三轴加压装置包括三轴压力室、位于所述三轴压力室两端的上压盖和下压盖，所述下压盖设有贯穿所述下压盖的下通孔，所述下压盖内部设有贯穿所述下压盖的下压头，在所述下压头内部设有上下贯穿的出气孔；所述上压盖设有贯穿所述上压盖的上通孔，所述上压盖内部设有贯穿所述上压盖的上压头，所述上压头内部设有上下贯穿的进气孔；所述上压头和所述下压头之间设有页岩；在所述页岩、所述上压头和所述下压头的外部设有热缩管；所述吸附装置与所述供气装置连接于所述总管路；

真空装置，与所述总管路相连接，所述真空装置与所述总管之间设有截止阀；

空气加热装置，包括电加热管、保温体和电源；所述保温体设置于所述三轴压力室内侧壁上，所述电加热管设置于所述保温体内，所述电源设置于所述三轴压力室的外壁上，所述电加热管与所述电源相连。

2.如权利要求1所述的煤系页岩瓦斯吸附/解吸渗流实验装置，其特征在于：所述真空装置包括真空泵、真空计、进气管和分支连接管，所述分支连接管的一端通过四通阀与所述真空泵、所述真空计和所述进气管相连接，所述分支连接管的另一端通过另一个四通阀与所述总管路相连接，所述真空泵、所述真空计、所述进气管和所述分支连接管上分别设有截止阀。

3.如权利要求1所述的煤系页岩瓦斯吸附/解吸渗流实验装置，其特征在于：所述上压头下部设有上多孔板，所述下压头上部设有下多孔板。

4.如权利要求3所述的煤系页岩瓦斯吸附/解吸渗流实验装置，其特征在于：所述进气孔与所述上多孔板相连通，所述出气孔与所述下多孔板相连通。

5.如权利要求1所述的煤系页岩瓦斯吸附/解吸渗流实验装置，其特征在于：在所述下压头内部设有上下贯穿的贯通孔，所述贯通孔与所述页岩内部相连通，在所述贯通孔内设有温度传感器。

6.如权利要求1所述的煤系页岩瓦斯吸附/解吸渗流实验装置，其特征在于：所述下压盖内部设有挡板，所述下压头贯穿所述挡板，所述挡板位于所述三轴压力室内。

7.如权利要求6所述的煤系页岩瓦斯吸附/解吸渗流实验装置，其特征在于：所述挡板上方设有一个支架，所述支架位于所述三轴压力室的内侧壁上，所述保温体固定于所述支架上。

8.如权利要求6所述的煤系页岩瓦斯吸附/解吸渗流实验装置，其特征在于：所述下压盖内侧壁上设置有凸起，所述挡板设置在所述三轴压力室侧壁底面与凸起上表面之间。

9.如权利要求1所述的煤系页岩瓦斯吸附/解吸渗流实验装置，其特征在于：所述三轴加压装置的进气孔连接有入口端气体质量流量计和入口端压力计；所述入口端压力计与所述进气孔通过四通管相连，所述四通管的四个接口分别连接所述入口端压力计、高压瓦斯瓶的减压阀出口、高压氦气瓶的减压阀出口和真空泵。

10.如权利要求1所述的煤系页岩瓦斯吸附/解吸渗流实验装置，其特征在于：所述三轴加压装置的出气孔连接有出口端气体质量流量计，中间设置有放气阀门。