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原文传递一种自平衡式煤岩三轴加载渗流与驱替试验仪器及方法

专利名称：	一种自平衡式煤岩三轴加载渗流与驱替试验仪器及方法
摘要：	本公开提供了一种自平衡式煤岩三轴加载渗透与驱替试验仪器及方法，包括提供煤岩试样三轴加载的密闭空间和渗流试验空间的三轴试验模块，用于试样轴向和环向压力加载与控制压力加载模块，用于气/水体的加压以及向试验空间内注入的流体注入模块，与试样轴向和环向变形，气体压力，质量流量以及组分浓度等试验数据的获取的数据采集模块；可测量准静态或动态载荷下煤岩试样渗透率以及驱替效果，操作方便，数据获取准确。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	山东;37
申请人：	山东大学
发明人：	王汉鹏;侯伟涛;袁亮;刘众众;薛阳;马正卫;章冲
专利状态：	有效
申请日期：	2019-08-08T00:00:00+0800
发布日期：	2019-10-18T00:00:00+0800
申请号：	CN201910729553.3
公开号：	CN110346261A
代理机构：	济南圣达知识产权代理有限公司
代理人：	李琳
分类号：	G01N15/08(2006.01);G;G01;G01N;G01N15
申请人地址：	250061 山东省济南市历下区经十路17923号
主权项：	1.一种自平衡式煤岩三轴加载渗流与驱替试验仪器，其特征是：包括三轴试验模块、压力加载模块、流体注入模块与数据采集模块，其中：所述三轴试验模块包括轴向上下设置的自平衡室和三轴加载室，所述自平衡室包括缸盖，缸筒和自平衡活塞杆，所述缸盖位于所述缸筒顶部，保持静态密封，所述自平衡活塞杆从所述缸盖和所述缸筒中穿过，保持与所述缸筒的动态密封，活塞上表面面积与活塞杆底部面积相同，所述自平衡活塞杆内部设置有供流体流经的孔道，流体进入缸筒、缸盖与活塞上表面形成的密封空间，作用在活塞上表面的力与作用在活塞杆底部的力大小相等，方向相反，实现轴向自平衡；所述三轴加载室为试样提供放置空间，用于试样的三轴加载；所述压力加载模块能够向三轴加载室内部的放置空间提供轴向和环向压力加载；所述流体注入模块向放置空间提供注入的流体；所述数据采集模块采集三轴加载变形过程围压室内容积变化、气体压力和气体组分浓度检测。 2.如权利要求1所述的一种自平衡式煤岩三轴加载渗流与驱替试验仪器，其特征是：所述缸盖中部开孔，孔内表面设密封槽，孔底外侧设置密封槽；所述缸筒底部中间开孔，孔内表面设密封槽，所述缸筒外侧表面开孔，用于缸内气体自由排出；所述自平衡活塞杆活塞外表面设置密封槽，活塞杆中间有沿轴心方向布设的贯穿孔道作为出气口，活塞上表面设有外切孔道与之连通。 3.如权利要求1所述的一种自平衡式煤岩三轴加载渗流与驱替试验仪器，其特征是：所述缸盖位于所述缸筒顶部，两者通过紧固件连接固定，通过所述缸盖孔底外侧密封槽实现静态密封；所述自平衡活塞杆从所述缸盖和所述缸筒中穿过，通过缸盖及缸筒内孔密封槽实现动态密封；所述自平衡活塞杆通过活塞表面密封槽与所述缸筒实现动态密封。 4.如权利要求1所述的一种自平衡式煤岩三轴加载渗流与驱替试验仪器，其特征是：所述三轴加载室包括三轴室、围压室、加热带、密封套和活塞，所述三轴室内部为试样放置区域，所述围压室开设进、出油口，与所述自平衡室的缸筒通过紧固件连接，所述加热带环绕所述围压室，所述密封套位于三轴室内部，用于试样包裹密封；所述活塞内部开设进气通道，与所述三轴室连通。 5.如权利要求1所述的一种自平衡式煤岩三轴加载渗流与驱替试验仪器，其特征是：所述密封套的顶部设置在所述缸筒与三轴室之间，所述密封套的底部设置在所述三轴室与底部活塞之间，用于试样空间内部高压气体与围压室高压液压油的密封；所述围压室通过进、出油口注入或排出高压液压油，压力通过所述密封套施加到试样表面；所述围压室上下底面设环形槽，以配合所述密封套。 6.如权利要求1所述的一种自平衡式煤岩三轴加载渗流与驱替试验仪器，其特征是：所述压力加载模块包括轴压加载装置，所述轴压加载装置包括万能试验机，所述万能试验机通过所述金属卡扣与所述自平衡活塞杆连接，采用计算机控制压力数值与加载速率，当施加动态载荷时，所述万能试验机通过动载导杆与所述自平衡活塞杆连接，动载导杆上套设有环形砝码，通过以某一高度释放所述环形砝码的方式施加动态载荷；所述电动增压泵可将液压油加压，通过高压油管与所述围压室进油口接通。 7.如权利要求1所述的一种自平衡式煤岩三轴加载渗流与驱替试验仪器，其特征是：所述压力加载模块包括围压加载装置，所述围压加载装置包括电动增压泵和高压油管，所述电动增压泵通过高压油管与所述围压室进油口接通。 8.如权利要求1所述的一种自平衡式煤岩三轴加载渗流与驱替试验仪器，其特征是：所述流体注入模块包括真空泵、流体增压泵、减压阀、气源和液体源，所述真空泵用于试样放置区域抽真空，所述流体增压泵用于向流体增压，所述减压阀用于注入气体的压力调节，所述气源提供高压气体，所述水源提供实验用流体。 9.如权利要求1所述的一种自平衡式煤岩三轴加载渗流与驱替试验仪器，其特征是：所述数据采集模块包括液体流量计、压力传感器、气体流量计和气相色谱仪，所述液体流量计用于试样变形时排出油量的统计；所述压力传感器用于监测所示底部活塞进气通道和所述自平衡活塞杆出气口的气体压力数值；所述气体流量计用于测量所述自平衡活塞杆出气口气体流量；所述气相色谱仪用于检测所述自平衡活塞杆出气口气体组分浓度。 10.基于权利要求1-9中任一项所述的仪器的工作方法，其特征是：包括以下步骤：组装仪器，并进行气密性检测，检测合格后，进行真空脱气处理；进行加压，将围压加到预定数值，从活塞进气通道注入一定压力的高压气体，其压力应小于围压压力；稳压一定时间，待自平衡活塞杆出气口气体流量稳定后，采集气体流量数据，计算仅围压加载条件下试样渗透率；设定加载速率后对试样进行轴向持续加载或加载至某一压力值，测量加载过程中出气口流量，计算轴压、围压加载条件下试样渗透率；重复上述步骤，对试样进行加热至一定温度，提供供气和流体增压；将不同气体或水增压后注入底部活塞进气通道，间隔一定时间收集出气口出气体，采用气相色谱仪分析气体组分浓度，得到煤岩流体驱替规律。
所属类别：	发明专利