[发明专利]可增压液氮与氮气耦合致裂增透装置及增透实验方法

说明书

本发明公开了一种可增压液氮与氮气耦合致裂增透装置，包括机架，机架上转动连接有传动轴，传动轴连接有动力机构；传动轴连接有煤样试验装置和液氮罐存放箱，煤样试验装置与液氮罐存放箱分别连接在传动轴的两侧，煤样试验装置与液氮罐存放箱相连通且连通处设有注氮用电磁阀。本发明还公开了使用上述致裂增透装置进行的增透实验方法。本发明能较好的控制液氮倒入液氮腔，而且能利用水循环机构不断给液氮腔体内的液氮加温致使液氮不断气化，从而给实验煤样施加预定的液氮与氮气耦合作用的压力，还能回收液氮，同装置进行三轴应力实验，研究冷浸后煤样的应力‑应变特性，有利于得出最佳的增透方案，为煤层气的开采利用提供技术支持。

技术领域

本发明涉及煤层气开采领域，具体涉及液氮压裂增透技术以及三轴加压技术。

背景技术

煤层气，是指赋存在煤层中以甲烷为主要成分、以吸附在煤基质颗粒表面为主、部分游离于煤孔隙中或溶解于煤层水中的烃类气体，是煤的伴生矿产资源，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。

国内煤层普遍深埋于地下，填有固体颗粒、受到较大的构造地应力等现象导致了煤层的渗透率急剧下降，渗透性一般在（0.1～0.001）×10^-3μm² 。瓦斯抽采过程中由于煤层低渗透性导致其不能顺利进入到气井中，严重影响着其抽采效率，提高煤层渗透性一直是煤层气抽采工程中的关键。水力压裂目前存在返排率低、压裂缝短、污染环境等问题，采用新型压裂技术是改善煤层压裂效果的关键，利用低温流体压裂煤储层，具有增能助排、对煤层伤害小等优点。

在预定的温度条件下及煤样压力下进行煤样的裂缝发育实验为现有技术，但缺乏实验用液氮与氮气耦合压裂实验机构，现有实验设备不能巧妙实现增压效果，不能回收液氮，亦不能同装置施加三轴应力实验，无法方便的研究煤样其它参数一定、不同液氮与氮气耦合作用压力下煤样的裂缝发育情况，亦无法同装置研究不同液氮与氮气压力耦合作用煤样后，煤样的力学特性改变对煤样裂缝发育情况的影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可增压液氮与氮气耦合致裂增透装置，便于进行液氮与氮气耦合致裂增透实验，能够回收未用完的液氮。

为实现上述目的，本发明的可增压液氮与氮气耦合致裂增透装置，包括机架，其特征在于：机架上转动连接有传动轴，传动轴连接有动力机构；传动轴连接有煤样试验装置和液氮罐存放箱，煤样试验装置与液氮罐存放箱分别连接在传动轴的两侧，煤样试验装置与液氮罐存放箱相连通且连通处设有注氮用电磁阀。

所述机架包括底座，底座上左右相对设有左支撑架和右支撑架，左支撑架上设有左滑孔，右支撑架上设有右滑孔，左滑孔转动连接有左转轴；右滑孔转动连接有右转轴；传动轴包括所述的左转轴和右转轴；所述动力机构包括步进电机，步进电机通过齿轮传动机构与传动轴相连接；传动轴在动力机构的带动下具有两个工作角度，传动轴位于第一工作角度时，液氮罐存放箱位于煤样试验装置的正上方，传动轴位于第二工作角度时，液氮罐存放箱位于煤样试验装置的正下方；

煤样试验装置包括煤样容器和水循环机构，煤样容器内设有液氮腔；煤样容器与左转轴和右转轴相连接；以煤样容器与左转轴和右转轴相连接的一端为煤样容器的连接端，煤样容器的连接端的相对端为煤样容器的自由端，煤样容器的自由端螺纹连接有钢盖，钢盖的内表面处设有耐压钢板，耐压钢板粘接有纱布制成的圆柱形煤样袋，煤样袋位于液氮腔内；煤样容器的连接端部设有第一连通孔，第一连通孔一端与液氮腔相连通且另一端与液氮罐存放箱相连通；钢盖一侧设有与液氮腔相通的卸压阀；