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原文传递一种多场耦合压裂-驱替协同强化瓦斯抽采试验装置

专利名称：	一种多场耦合压裂-驱替协同强化瓦斯抽采试验装置
摘要：	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。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	江苏;32
申请人：	中国矿业大学
发明人：	张超林;王恩元;刘晓斐;沈荣喜;赵恩来
专利状态：	有效
申请日期：	2019-07-02T00:00:00+0800
发布日期：	2019-10-08T00:00:00+0800
申请号：	CN201910589989.7
公开号：	CN110308259A
代理机构：	南京瑞弘专利商标事务所(普通合伙)
代理人：	李悦声
分类号：	G01N33/22(2006.01);G;G01;G01N;G01N33
申请人地址：	221116 江苏省徐州市大学路1号中国矿业大学科研院
主权项：	1.一种多场耦合压裂-驱替协同强化瓦斯抽采试验装置，其特征在于：它包括利用透明材料制成的可视化箱体(1)，可视化箱体(1)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(1)为长方体结构，可视化箱体(1)包括箱体腔体(3)和设置在顶部的箱体盖板(2)，箱体腔体(3)和箱体盖板(2)之间设有密封圈(4)并利用密封螺栓(5)固定，箱体腔体(3)后侧壁均匀开有多个用于安装多种类型传感器安装孔(10)和多功能钻孔安装孔(11)，安装的传感器包括气压传感器(16)、温度传感器(22)、应力传感器(23)，多功能钻孔安装孔(11)内设有多功能钻孔(25)，箱体腔体(3)内的底部设有与可视化箱体(1)底部等大的多功能金属板(6)，多功能金属板(6)材料为透气性较好的泡沫金属构成，多功能金属板(6)底部设有与箱体腔体外侧连通的充气口(8)，充气口(8)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(1)的顶部箱体盖板内、箱体腔体(3)的左侧壁内和前侧壁内设有多个透明加载板(12)，每个透明加载板(12)上设有加载活塞(13)，加载活塞(13)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(1)内的多功能金属板(3)上的充气口(8)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(6)表面的热电阻丝(7)，热电阻丝(7)通过多功能金属板(6)上设置的接线口(9)与温度调节装置线路连接，用于对设置在可视化箱体(1)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(1)一侧的高速摄像机(14)，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(1)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(1)的多功能钻孔(25)以及相互连接的压裂泵、流量计、柱塞泵和气相色谱仪。 2.根据权利要求1所述的一种多场耦合压裂-驱替协同强化瓦斯抽采试验装置，其特征在于：所述可视化箱体(1)的材料为聚碳酸酯板构成，箱体腔体尺寸为1.50.50.5m。 3.根据权利要求1所述的一种多场耦合压裂-驱替协同强化瓦斯抽采试验装置，其特征在于：所述气压传感器(16)利用密封垫a(15)从可视化箱体(1)外侧的传感器安装孔(10)中插入，气压传感器(16)尾端通过数据线(20)和数据采集与控制系统连接，传感器安装孔(10)内侧设有一根延伸设置在煤样内部的PU管(18)，通过调整PU管(18)开口端的位置以测试不同位置瓦斯压力，其中PU管(18)与可视化箱体(1)箱体壁之间设有PU气动接头(17)。 4.根据权利要求1所述的一种多场耦合压裂-驱替协同强化瓦斯抽采试验装置，其特征在于：所述温度传感器(22)和应力传感器(23)安装结构相同，温度传感器(22)和应力传感器(23)尾部连接的数据线(20)通过转换接头(21)和密封垫a(15)固定在可视化箱体(1)的传感器安装孔(10)中，将温度传感器(22)和应力传感器(23)头部的数据线(20)埋设在煤样中需要检测温度或应力的位置。 5.根据权利要求1所述的一种多场耦合压裂-驱替协同强化瓦斯抽采试验装置，其特征在于：在多功能钻孔安装孔(11)中设置多功能钻孔(25)，所述多功能钻孔(25)尾部在可视化箱体(1)上设有外接接头(24)，外接接头(24)与可视化箱体(1)的箱体壁之间设有密封垫a(15)，可视化箱体(1)的箱体壁内侧与多功能钻孔(25)之间设有密封垫b(19)，多功能钻孔(25)伸入煤样中的部分包括封孔段(27)和压裂段(26)，多功能钻孔(25)全长0.5m，封孔段(27)长0.15m，压裂段(26)长0.35m，压裂段(26)管壁周向和径向方向分布有多个透气小孔(28)，透气小孔(28)孔径2mm，间距5mm布置，具有压裂、驱替、抽采的功能。 6.根据权利要求1或5所述的一种多场耦合压裂-驱替协同强化瓦斯抽采试验装置，其特征在于：所述压-驱-抽系统当模拟抽采时，包括高压气瓶(29)、真空泵(30)、流量计Ⅰ(31)顺序连接，流量计Ⅰ(31)的输出端通过管路与多功能金属板(6)的充气口(8)相连接，根据实验需要选择可视化箱体(1)上的多功能钻孔(25)，并通过多功能钻孔(25)的外接接头(24)与流量计Ⅱ(32)管路连接；当模拟压裂时，包括顺序连接的高压气瓶(29)、真空泵(30)、流量计Ⅰ(31)，流量计Ⅰ(31)的输出端通过管路与多功能金属板(6)的充气口(8)相连接，根据实验需要选择可视化箱体(1)上的多功能钻孔(25)，并通过多功能钻孔(25)的外接接头(24)与流量计Ⅱ(32)管路连接，流量计Ⅲ(33)的出气口管路与压裂泵(36)相连接；当模拟驱替瓦斯时，高压气瓶(29)的出口分别与真空泵(30)和柱塞泵(37)管路连接，真空泵(30)管路连接流量计Ⅰ(31)，流量计Ⅰ(31)的出口与多功能金属板(6)的充气口(8)相连接，将可视化箱体(1)上最靠近充气口(8)的多功能钻孔(25)依次排序定义6个钻孔分别为A1-A6，柱塞泵(37)的出口管路通过流量计Ⅳ(34)与A1号多功能钻孔(25)通过外接接头(24)连接，A1号多功能钻孔(25)作为注气驱替钻孔，A2号多功能钻孔(25)通过外接接头(24)与流量计Ⅴ(35)的进气口端连接，A2号多功能钻孔(25)作为注气生产钻孔，流量计Ⅴ(35)的出气口端连接与气相色谱仪(38)连接。当模拟压裂-驱替协同强化抽采时，在当模拟驱替瓦斯时的系统连接后在可视化箱体(1)上的与流量计Ⅴ(35)连接的A2号多功能钻孔(25)上还通过管路连接有流量计Ⅲ(33)，流量计Ⅲ(33)的出口通过管路连接有压裂泵(36)。
所属类别：	发明专利