[发明专利]原位多功能高温高压驱替与排采模拟试验系统和试验方法

摘要

本发明公开了一种原位多功能高温高压驱替与排采模拟试验系统和试验方法，包括试验装置和驱替与排采系统，试验装置包括能够对煤岩样品产生轴向压力的上轴压加载单元和下轴压加载单元，还包括能够对煤岩样品产生围压的围压端盖、围压活塞和围压压头，通过对轴压和围压可以模拟地质中的受压环境，在试验时通过电极板组对煤岩样品进行加热以模拟地质中的高温环境，通过注入一定温度、压力的气体或水实现驱替与压裂排采试验，同时通过驱替与排采系统可以对驱替过程中的混合气体进行采集并在线分析与监测。该试验装置可以实现三轴应力作用下的高温驱替与排采试验，试验精确度高，结构合理，安全系数高。

主权项

1.一种原位多功能高温高压驱替与排采模拟试验系统，其特征在于，包括试验装置(100)和驱替与排采系统(200)，所述试验装置(100)包括：平板小车(1A)，平板小车(1A)可移动的设于轨道上，且其上设有上下贯通的第一中心孔(1A11)；壳体(2A)，所述壳体(2A)内部设有容纳腔室，且其下端部与平板小车(1A)相连接；围压端盖(3A)，所述围压端盖(3A)固定于容纳腔室上端部，其上设有上下贯通的第二中心孔(3A1)和进油孔(3A2)；围压活塞(4A)，所述围压活塞(4A)包括与第二中心孔(3A1)相适配的杆部(4A1)和一体形成于杆部(4A1)下端的活塞部(4A2)，所述围压活塞(4A)上设有上下贯通的第三中心孔(4AA)；围压压头(5A)，所述围压压头(5A)固定于活塞部(4A2)的下端，其上设有上下贯通的第四中心孔(5A1)，第四中心孔(5A1)、第三中心孔(4AA)、第二中心孔(3A1)和第一中心孔(1A11)同轴设置；套管组件(6A)，所述套管组件(6A)包括：样品套管(6A1)、石墨管(6A2)、铜管(6A3)和叶蜡石套(6A4)，样品套管(6A1)同轴设于第一中心孔(1A11)的上端，且与所述平板小车(1A)固定连接；石墨管(6A2)沿着所述样品套管(6A1)的内壁设置，铜管(6A3)套设于石墨管(6A2)内部且与石墨管(6A2)之间形成空腔(6AA)，所述围压压头(5A)与空腔(6AA)配合；所述叶蜡石套(6A4)填充于空腔(6AA)内；下轴压加载单元(7A)，下轴压加载单元(7A)包括：底座(7A1)和下压杆(7A2)，所述底座(7A1)与所述平板小车(1A)相连，所述下压杆(7A2)与所述第一中心孔(1A11)相配合，且其一端与底座(7A1)相连接，其另一端与铜管(6A3)相配合，煤岩样品(8A)置于下压杆(7A2)的上端，与所述下压杆(7A2)同轴设置且位于铜管(6A3)下端还设有围压垫块(7A3)，所述围压垫块(7A3)与样品套管(6A1)之间设有绝缘环(10A)；叶蜡石套(6A4)与围压垫块(7A3)之间还设有云母片(11A)，第一中心孔(1A11)与下压杆(7A2)之间还设有绝缘套(20A)；水冷套管(12A)、第一保护套(13A)和第二保护套(14A)由外至内依次套设在所述壳体(2A)与所述样品套管(6A1)之间，水冷套管(12A)、第一保护套(13A)与壳体(2A)连接，第一保护套(13A)内壁的上端内径大于其下端内径，第二保护套(14A)的外壁与第一保护套(13A)相配合；水冷套管(12A)的外壁设有通水槽(12A1)；上轴压加载单元(15A)，所述上轴压单元包括：上压头(15A1)和上压杆(15A2)，上压头(15A1)与所述第三中心孔(4AA)相配合；上压杆(15A2)与所述第四中心孔(5A1)相配合，且其一端连接于所述上压头(15A1)的下端，其另一端与所述铜管(6A3)相配合并与所述煤岩样品(8A)相抵止；采集管组(AA)，采集管组(AA)包括第一采集管(AA1)和第二采集管(AA2)，第一采集管(AA1)依次贯穿所述上压头(15A1)和所述上压杆(15A2)，其一端连接至所述煤岩样品(8A)的上端，其另一端为位于所述上压头(15A1)上的第一采集口(AA11)；第二采集管(AA2)依次贯穿所述底座(7A1)和所述下压杆(7A2)，其一端连接至煤岩样品(8A)的下端，其另一端为位于底座(7A1)上的第二采集口(AA21)；以及电极板组(16A)，所述电极板组(16A)包括与所述上压头(15A1)相连的上电极板(16A1)和与所述底座(7A1)相连的下电极板(16A2)，电源的正极通过上电极板(16A1)依次连通上压头(15A1)、上压杆(15A2)、围压压头(5A)至套管组件(6A)的上端；电源的负极通过下电极板(16A2)依次连通底座(7A1)、下压杆(7A2)、围压垫块(7A3)至套管组件(6A)的下端；所述驱替与排采系统(200)包括：换热组件(1B)，换热组件(1B)包括换热器(1B1)、液体收集器(1B2)和水泵(1B3)，换热器(1B1)包括第一端口(1B11)、第二端口(1B12)、第三端口(1B13)和第四端口(1B14)，所述第一端口(1B11)与所述第二采集口(AA21)相导通，所述第三端口(1B13)与所述水泵(1B3)相连，所述第四端口(1B14)与液体收集器(1B2)相连；第一单向阀(2B)，第一单向阀(2B)连接在第二采集口(AA21)与换热器(1B1)的第一端口(1B11)之间且在所述试验装置(100)朝向所述换热器(1B1)方向上单向导通；储气罐(3B)，储气罐(3B)包括进气口(3B1)和出气口(3B2)，所述进气口(3B1)与所述换热器(1B1)的第二端口(1B12)相连接；真空泵(4B)，真空泵(4B)连接于所述换热器(1B1)的第二端口(1B12)与所述储气罐(3B)的进气口(3B1)之间；气相色谱仪(5B)，气相色谱仪(5B)与出气口(3B2)相连；预加热装置(10B)，所述预加热装置(10B)包括流入端(10B1)和流出端(10B2)，所述流出端(10B2)与所述第一采集口(AA11)相连；第二单向阀(8B)，所述第二单向阀(8B)设于所述第一采集口(AA11)和所述流出端(10B2)之间且在所述预加热装置(10B)朝向所述试验装置(100)方向上单向导通；三通阀(11B)，所述三通阀(11B)包括第一入口端(11B1)、第二入口端(11B2)和出口端(11B3)，所述出口端(11B3)与所述预加热装置(10)的流入端(10B1)相连；气瓶(7B)和水箱(12B)，所述气瓶(7B)至少包括第一气瓶(7B1)和第二气瓶(7B2)，第一气瓶(7B1)内设有甲烷气体，第一气瓶(7B1)、第二气瓶(7B2)和所述水箱(12B)分别设有第一连接端口(7B11)、第二连接端口(7B21)和第三连接端口(12B1)，且所述第一连接端口(7B11)、所述第二连接端口(7B21)均与所述第一入口端(11B1)相连，所述第三连接端口(12B1)与所述第二入口端(11B2)相连；以及通断阀(13B)，所述通断阀(13B)分别设置在所述第一连接端口(7B11)、第二连接端口(7B21)与所述第一入口端(11B1)之间、所述第三连接端口(12B1)与所述第二入口端(11B2)之间。