[发明专利]一种声场作用下含水煤体热效应传播规律实验装置及实验方法

说明书

本发明属于煤层气高效开采技术领域，涉及一种声场作用下含水煤体热效应传播规律实验装置及实验方法，包括：箱体，用于放置煤体并提供实验发生位置；实验条件调节模块，实验数据采集模块以及控制系统，本发明中的实验方法能够用于实验室研究可控超声波热效应、空化效应作用下煤体热效应的传播规律；本发明中的换能器频率有25kHz、28kHz、40kHz三种可调，单台发生器功率在0～3kw可调，六台发生器可同时运行，从而能够用于实验室研究不同频率、不同功率超声波作用下不同含水率煤体热效应传播规律；本发明中温度和压力传感器连接显示器，实现了实时、自动采集煤体温度和压力的变化曲线。

技术领域

本发明属于煤层气高效开采技术领域，涉及一种声场作用下含水煤体热效应传播规律实验装置及实验方法。

背景技术

煤层气属于非常规天然气，是含煤岩系中有机质在成煤过程中生成的以甲烷为主的混有一些有害毒物的多组分气体。甲烷含量大于95％的煤层气，其发热量可达到每立方米8000千卡以上。我国煤层气在埋深2000米以浅，储量约36.8万亿立方米，全球排名第三，与我国陆上常规天然气资源量相当，它是一笔可支配的较洁净的能矿资源和化工原料，

为了进一步提高煤层气抽采率，当前国内外主要采用水力压裂、水力割缝、水平井技术、松动爆破、注气等方法，但由于我国煤矿地质条件极其复杂，这些方法就显得十分局限。上世纪五、六十年代，美国、前苏联就开始了利用声波处理油层，取得了很好的效果，能提高岩体的渗透率、降粘、解堵等，从而提高石油的采收率。近几年我国也将声波技术应用到采油工程中，先后在大庆、玉门、胜利油田进行过现场实验，提高原油产量15～50％，采收率提高10～15％，对石油的抽采取得了明显的效果。

实验研究证实，超声波对提高煤层气解吸、扩散、渗流有很好的效果，且有着安全、高效、环保、经济等优势，但目前对超声波作用提高煤层气抽采的机理研究不够深入，其实验室研究装置开发得也很少，未见可控超声波作用下煤体热效应传播规律实验装置的报道。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种声场作用下含水煤体热效应传播规律实验装置及实验方法，能够用于实验室研究不同功率、不同频率的超声波作用下不同含水率煤体热效应传播规律，并进一步分析超声波振动效应、热效应、空化效应作用下煤体孔隙结构及渗透率的变化规律。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种声场作用下含水煤体热效应传播规律实验装置，包括：箱体，用于放置煤体并提供实验发生位置；实验条件调节模块，包括用于产生超声波的发生器、以及用于将超声波的能量转换成内能的换能器，所述发生器和换能器电性连接，所述换能器设置在箱体外部；实验数据采集模块，包括温度传感器，设有若干个，沿远离换能器的方向线性布置在箱体底部以及箱体远离换能器的一侧上，所有温度传感器均设置在箱体外部；控制系统，用于调节发生器的功率、记录温度传感器采集的温度值、并记录在实验条件调节模块中发生器的功率产生变化后，温度传感器采集的温度值随实验进行时间发生变化的规律，该控制系统与实验条件调节模块以及实验数据采集模块均为电性连接。

可选地，还包括用于压实煤体的承压板及加载装置，所述承压板设置在箱体内部且与箱体的内轮廓形状、大小相匹配；所述加载装置设置在所述承压板远离所述箱体的一侧上，用于向承压板上加载压力压实煤样。

可选地，所述加载装置为千斤顶。

可选地，所述温度传感器呈长条状，沿箱体高度设置在箱体内，在箱体底部的所述温度传感器的投影呈m*n式阵列设置，m、n为正整数。

可选地，所述实验数据采集模块还包括压力传感器，用于采集所述箱体内声场空化效应产生的大量水泡破灭瞬间产生的压力，所述控制系统还用于记录压力传感器采集的压力值、并记录在实验条件调节模块中发生器的功率产生变化后，压力传感器采集的压力值随实验进行时间发生变化的规律。