[发明专利]一种可周期扰动的煤岩三轴多相渗流试验装置及试验方法

摘要

一种可周期扰动的煤岩三轴多相渗流试验装置及试验方法，其装置包括三轴压力室；由气体注入装置和液体注入装置组成的流体注入系统；由围压提供装置、轴压提供装置和由变频电机驱动的活塞装置组成的周期扰动压力加载系统；数据测量与收集系统和恒温箱。试验方法包括制备和安装试件；施加轴压和围压；将三轴压力室置于恒温箱中；试验前试件和管路抽真空；向试样注入气液混合流体；开启周期扰动压力加载系统；分别测量由试件渗流出的气体量和液体量。该发明可模拟深部煤岩体在开采过程中多相流体流动的动态变化规律及不同扰动频率及幅值作用下的煤岩渗透率动态响应特征。

主权项

1.一种可周期扰动的煤岩三轴多相渗流试验装置，包括三轴压力室(3)、流体注入系统、周期扰动压力加载系统、数据测量与收集系统和恒温箱；其特征在于：所述三轴压力室(3)包括套筒(309)、由前压头(305)和后压头(304)构成的试件夹持器及轴压施压活塞(313)；所述夹持器的前压头与轴压施压活塞的后端嵌接，轴压施压活塞可在由隔板(314)和与所述套筒前端螺纹连接的前螺帽(311)构成的轴压腔(315)中滑动，前螺帽上有供轴压施压活塞与隔板之间的空气排出的气孔(317)，轴压施压活塞的前端与前螺帽的中心孔密封滑动连接，前螺帽上设有供液压液输入的轴压周期扰动装置接口(312)，夹持器的后压头与后盖(307)嵌接，后盖由与套筒后端螺纹连接的后螺帽(308)固定在套筒的后端，后螺帽上有供液压液输入的透气螺丝(306)，在后盖、前压头、后压头和轴压施压活塞中分别有沿其轴向中心线开设的流体孔道(301)，套筒与前压头、试样(302)和后压头之间形成围压腔(316)，围压腔的下壁有围压周期扰动装置接口(310)；所述三轴压力室(3)置于所述恒温箱中；所述流体注入系统包括气体注入系统和液体注入系统；所述气体注入系统包括气瓶(112)、气体调节器(102)、空气压缩机(101)、1号质量流量计(104)；气瓶连接气体调节器和空气压缩机，气体调节器通过1号截止阀(103)与1号质量流量计连接，空气压缩机通过3号截止阀(106)与1号质量流量计连接，1号质量流量计通过2号截止阀(105)与所述煤岩夹持器后压头中的流体孔道相接；所述液体注入系统包括ISCO泵(113)、内装可动活塞(111)的反应釜(110)和管路过滤器(108)；ISCO泵通过5号截止阀(114)与反应釜相接，反应釜通过管路过滤器(108)与1号三通阀(107)的一端相接，1号三通阀的另外两端中的一端与所述煤岩夹持器后压头中的流体孔道相接，另一端通过4号截止阀(109)与大气相接；煤岩夹持器后压头中的流体孔道还与6号截止阀(115)相接；所述周期扰动压力加载系统包括围压提供装置、轴压提供装置、围压周期扰动装置(201)和轴压周期扰动装置(202)；所述围压提供装置包括与所述三轴压力室后盖上的透气螺丝(306)相接的9号截止阀(219)和7号截止阀(203)，9号截止阀连接1号蓄能器(204)，7号截止阀通过围压伺服阀与液压油缸相接，为三轴压力室提供围压；所述轴压提供装置包括与所述三轴压力室上螺帽上的轴压周期扰动装置接口(312)相接的2号三通阀(221)，以及与2号三通阀相连的10号截止阀(220)和8号截止阀(206)，10号截止阀连接2号蓄能器(205)，8号截止阀通过轴压伺服阀与液压油缸相接，为三轴压力室提供轴压；所述围压周期扰动装置和轴压周期扰动装置结构相同，分别由变频电机(217)驱动的活塞装置构成；所述活塞装置包括安装在固定箱(216)中的活塞壳(212)，固定安装在活塞壳下端、沿轴向中心有扰动液出入孔道(218)的压头(211)，可沿活塞壳内壁(215)往复运动的活塞头(214)，活塞头与2号曲柄(213)的一端转动连接，2号曲柄的另一端与可通过轴向相互间隔设置的多个连接轴调节长度的1号曲柄(209)的一端相接，1号曲柄的另一端通过3号曲柄(210)与变频电机(217)相接；围压周期扰动装置的压头与所述三轴压力室套筒下壁的围压周期扰动装置接口(310)相接，对围压施加扰动；轴压周期扰动装置的压头与所述三轴压力室上螺帽上的轴压周期扰动装置接口(312)相接，对轴压施加扰动；所述数据测量与收集系统包括计算机(406)，计算机通过1号压力传感器(407)与所述气体注入系统的1号质量流量计相接，用于监测压缩气体的压力；通过2号压力传感器(408)与所述煤岩夹持器后压头中的流体孔道相接，用于监测注入试样的液体和气体的压力；通过3号压力传感器(409)与所述1号蓄能器(204)相接，用于监测施加围压的压力；通过4号压力传感器(410)与所述2号蓄能器(206)相接，用于监测施加轴压的压力；计算机还与放置气液分离瓶(401)的数字天平(402)相接，用于测量由气液分离瓶分离出的渗流液体的质量；气液分离瓶通过背压阀(207)与轴压施压活塞中的流体孔道(301)相接，接受试样渗流出的气液混合流体；由气液分离瓶分离出的气体通过2号质量流量计(403)和湿度计(405)排入大气；计算机还通过5号压力传感器(411)与轴压施压活塞中的流体孔道(301)相接，用于测量试样渗流出的气液混合流体的压力；计算机还通过6号压力传感器(404)与2号质量流量计(403)相接，用于测量气液分离瓶分离出的气体的压力。