[发明专利]超声波促进气体渗流的实验装置

说明书

技术领域

本发明涉及煤层气勘探与开发技术领域，尤其涉及一种超声波促进气体渗流的实验装置。

背景技术

目前传统的煤层气开发技术主要为水力压裂技术，但由于我国复杂的地质条件导致煤层气单井产量不高，煤层气开发技术与煤储层地质条件不相适应。同时，压裂液等注入煤层对煤储层造成永久性伤害，也是煤层气单井产量较低的重要原因。因此，发展新型开发技术手段成为突破煤层气开发“瓶颈”的又一发展方向。我国煤储层渗透率低，煤层气运移产出过程相对困难，煤粉、地应力等问题甚至导致煤孔裂隙堵塞，阻碍了气体渗流。

煤层气渗流方面的研究已相对成熟，尤其对于克氏渗透率等的测试更为普遍。渗透率是提高煤层气产量的关键因素，工程上提高渗透率的手段包括人工造缝、表面活性剂、多元气体驱替等，这些技术手段都可能对煤储层造成一定的伤害，或对煤矿开采带来一定的安全隐患。

超声波技术振动频率高，不向煤储层注入任何物质，具有成本低、无污染、操作简单的特点。超声波技术在油井中已经得到了探索性应用，利用其机械振动效应、热效应等可以提高储层渗透率，进而达到提高产量的目的。在煤层气领域，超声波技术也已经展开了探索性试验，认为超声波对煤层气具有解吸、增渗的效果。但目前没有较为完善的实验装置可以深入分析超声波技术改善煤储层条件的机理，制约了超声波技术在煤层气井中的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种超声波促进气体渗流的实验装置，其可以模拟原始地层三轴应力场、温度等条件，能改变超声波作用方向、分离超声波机械振动和热效应等作用形式，旨在模拟原始地层条件下不同方向、作用形式的超声波对煤层气渗流的促进效果，以深化其作用机理。

本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：一种超声波促进气体渗流的实验装置，包括用于放置岩心的岩心夹持器、为岩心夹持器提供恒温条件的恒温调控模块、为岩心夹持器中岩心提供轴压和围压的轴压、围压模块；所述岩心夹持器中岩心一端连接有提供气体渗流的集气与增压模块，岩心另一端连接有抽真空模块；在岩心夹持器周围布置有超声波加载模块，岩心夹持器连接有振动检测模块；所述实验装置还包括采集岩心轴压、围压和气体入口压力与速度的计量与数据采集模块。

其进一步是：所述岩心是柱状岩心；所述岩心夹持器包括缸体和位于缸体内用于放置柱状岩心的胶筒，胶筒周围和缸体之间是围压压力腔；所述缸体一端固定有止动柱塞，止动柱塞一端配合插入胶筒一端；所述缸体另一端固定有轴压压力腔和穿过轴压压力腔的活动柱塞，活动柱塞一端配合插入胶筒的另一端，活动柱塞上设有将轴压压力腔分割成两部分的挡翅。

所述轴压、围压模块包括手摇泵Ⅰ；所述手摇泵Ⅰ出气口连接有阀门a和阀门b，阀门a连接至轴压压力腔，阀门b连接至围压压力腔；在所述阀门a至轴压压力腔之间安装有放空阀a，在所述阀门b至围压压力腔之间安装有放空阀b。

所述集气与增压模块包括集气瓶，集气瓶通过减压阀连接有增压容器，增压容器连接至活动柱塞，活动柱塞上开有连通增压容器至岩心端部的气体通道；所述增压容器至活动柱塞之间安装有放空阀d；所述增压容器连接有手摇泵Ⅱ。

所述抽真空模块包括真空泵，真空泵连接有缓冲罐、负压表，然后通过放空阀c和阀门c连接至止动柱塞，止动柱塞上开有连通阀门c至岩心端部的气体通道。

所述恒温调控模块包括封闭恒温箱、水浴恒温箱和连接封闭恒温箱和水浴恒温箱的循环导管；所述水浴恒温箱内放置岩心夹持器。

所述超声波加载模块包括超声波发生器、多个超声波换能器和连接在超声波发生器和超声波换能器之间的线路开关；所述多个超声波换能器等距布置在水浴恒温箱底部、左侧面、右侧面的外表面。

所述振动检测模块包括示波器及贴在岩心周面的应变片，所述止动柱塞内安装有连接示波器和贴在岩心周面的应变片的导线。

所述计量与数据采集模块包括分别检测集气与增压模块的气体入口压力、气体渗流速度的压力传感器a、流量计；还包括检测轴压、围压模块流体（气相或液相）的压力传感器b。

本发明提供的超声波促进气体渗流的实验装置具有如下优点：

模拟原始地层压力、温度条件；通过围压、轴压模块模拟一系列煤岩三轴应力状态的渗流特征以及超声波对其的影响规律；通过恒温循环系统模拟响应的地层温度。