[发明专利]一种多场耦合压裂-驱替协同强化瓦斯抽采试验装置

说明书

一种多场耦合压裂‑驱替协同强化瓦斯抽采试验装置，适用于实验室中模拟多场耦合压裂‑驱替协同强化瓦斯抽采试验使用。包括利用透明材料制成的可视化箱体，可视化箱体上设有加载系统、气源系统、温控系统、摄像系统和压‑驱‑抽系统，加载系统、气源系统、温控系统、摄像系统和压‑驱‑抽系统分别与数据采集与控制系统相连接。其结构简单，使用方便，实现了箱体煤层渗流场、温度场、表面裂隙场可视化，为研究低渗透煤层瓦斯高效抽采及煤与瓦斯突出防治奠定基础。

技术领域

本发明涉及一种瓦斯抽采试验装置，尤其适用于实验室中对于煤矿井下模拟使用的多场耦合压裂-驱替协同强化瓦斯抽采试验装置。

背景技术

我国煤层瓦斯储存条件普遍具有“三低一高”(低饱和度、低渗透性、低储层压力，高变质程度)的特点，全国大部分矿区煤层渗透率在10^-4～10^-3mD，比美国等低3～4个数量级，此类条件下的煤层瓦斯抽采是世界性难题，与此同时，多种强化瓦斯抽采措施也相继被提出和实施，如水力压裂技术、煤层注气驱替技术等。

为了在室内开展强化瓦斯抽采物理模拟试验，一系列试验装置被相继被研发出来。针对一些低渗煤层，单一的瓦斯增产技术效果比较有限，可能需要不同增产技术协同作用，然而现在的试验装置主要侧重某一种增产技术，功能较为单一。因此，在调研相关试验装置的优缺点的基础上，提出以下需求：(1)可以模拟采动应力场、渗流场、温度场三场耦合条件下的瓦斯抽采过程，更加接近现场真实复杂地质条件；(2)可以开展单一增产技术以及不同增产技术组合条件下的强化瓦斯抽采过程；(3)可以对抽采过程中煤层内部储层参数、压裂过程中煤层表面裂隙演化过程以及抽采流量进行实时监测。

发明内容

针对上述技术比对不足之处，提供一种结构简单，使用效果好，能够模拟不同真三轴应力、瓦斯压力、煤层温度多场耦合条件下压裂-驱替协同强化瓦斯抽采试验装置。

为实现上述技术目的，本发明的多场耦合压裂-驱替协同强化瓦斯抽采试验装置，包括利用透明材料制成的可视化箱体，可视化箱体上设有加载系统、气源系统、温控系统、摄像系统和压-驱-抽系统，加载系统、气源系统、温控系统、摄像系统和压-驱-抽系统分别与数据采集与控制系统相连接；

所述可视化箱体为长方体结构，可视化箱体包括箱体腔体和设置在顶部的箱体盖板，箱体腔体和箱体盖板之间设有密封圈并利用密封螺栓固定，箱体腔体后侧壁均匀开有多个用于安装多种类型传感器安装孔和多功能钻孔安装孔，安装的传感器包括气压传感器、温度传感器、应力传感器，多功能钻孔安装孔内设有多功能钻孔，箱体腔体内的底部设有与可视化箱体底部等大的多功能金属板，多功能金属板材料为透气性较好的泡沫金属构成，多功能金属板底部设有与箱体腔体外侧连通的充气口，充气口通过管路与气源系统相连接；

所述加载系统包括设置在可视化箱体的顶部箱体盖板内、箱体腔体的左侧壁内和前侧壁内设有多个透明加载板，每个透明加载板上设有加载活塞，加载活塞穿过箱体壁连通加压油缸；

所述气源系统包括高压甲烷气瓶和二氧化碳气瓶，气体压力不低于6MPa，高压气瓶通过真空泵利用气管管路与可视化箱体内的多功能金属板上的充气口连接，气管管路上设有流量计；

所述温控系统包括设置在多功能金属板表面的热电阻丝，热电阻丝通过多功能金属板上设置的接线口与温度调节装置线路连接，用于对设置在可视化箱体内的煤样进行加热处理；

所述摄像系统包括设置在可视化箱体一侧的高速摄像机，用于实时捕捉箱体内部煤层表面裂纹发育、演化特征；

所述数据采集与控制系统包括相互连接的高速数据采集板和计算机，分别采集或控制可视化箱体煤体内部瓦斯压力、温度、煤体表面裂纹形态以及抽采瓦斯流量；

所述压-驱-抽系统包括设置在可视化箱体的多功能钻孔以及相互连接的压裂泵、流量计、柱塞泵和气相色谱仪。