超聲波加載下煤粉產(chǎn)生、運(yùn)移規(guī)律的實(shí)驗(yàn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及煤粉產(chǎn)生、運(yùn)移實(shí)驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種超聲波加載下煤粉產(chǎn)生、運(yùn)移規(guī)律的實(shí)驗(yàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]我國煤層氣商業(yè)化開發(fā)10多年來，煤層氣單井產(chǎn)量普遍偏低，其中不乏地質(zhì)故障、技術(shù)手段、施工、排采制度等方面的原因。由于我國地質(zhì)條件相對復(fù)雜，構(gòu)造煤發(fā)育，在煤粉堵塞已成為煤層氣排采中主要的地質(zhì)故障之一。煤粉來源不僅存在與構(gòu)造，水力壓力等技術(shù)施工同樣會在煤儲層造縫的同時產(chǎn)生大量煤粉。煤層氣抽采過程中的停泵等任何激蕩都可能引起煤粉沉淀、堵塞儲層孔裂隙，導(dǎo)致連續(xù)氣流中段，煤層氣產(chǎn)量下降，煤層氣井服務(wù)年限降低。
[0003]防治煤粉問題目前有兩種途徑，一種是將煤粉從裂縫通道中及時返排出來，這種方法相對易于實(shí)現(xiàn)，也是目前相對主流的方法，但同樣存在返排不干凈以及有新煤粉產(chǎn)出等問題；一種是將煤粉封堵在煤粉源，防治其在運(yùn)移過程中沉淀堵塞煤儲層孔隙，但這種方法難度相對較大。目前煤粉產(chǎn)出機(jī)制、運(yùn)移規(guī)律也尚不完全清楚，煤粉的運(yùn)移通道上部完全明確。
[0004]超聲波在煤層氣井中的應(yīng)用得到新的認(rèn)識，其能夠促進(jìn)煤層氣解吸和運(yùn)移。而針對超聲波對煤粉產(chǎn)出和運(yùn)移規(guī)律的研宄還未見報道。目前我國針對煤粉的研宄的實(shí)驗(yàn)設(shè)備相對較少，而從超聲波促進(jìn)煤粉產(chǎn)出、運(yùn)移的角度研宄更是缺乏。
[0005]本設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)不同作用方向的超聲波加載條件，可對超聲波機(jī)械振動效應(yīng)和熱效應(yīng)兩種作用形式對煤粉產(chǎn)出、運(yùn)移的影響進(jìn)行分離研宄，可觀察不同超聲波作用下煤粉產(chǎn)出規(guī)律、運(yùn)移規(guī)律。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供一種超聲波加載下煤粉產(chǎn)生、運(yùn)移規(guī)律的實(shí)驗(yàn)裝置，可提供不同方向、頻率、功率的超聲波加載條件，可提供恒溫及三軸應(yīng)力條件，可提供氣水兩相、單相流體的恒速條件，觀察超聲波對煤粉產(chǎn)出的影響，對煤粉運(yùn)移路徑的改變規(guī)律等。
[0007]本發(fā)明是以如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:一種超聲波加載下煤粉產(chǎn)生、運(yùn)移規(guī)律的實(shí)驗(yàn)裝置，包括一巖心夾持器，將所述的巖心夾持器放置在一水浴恒溫箱中，所述的水浴恒溫箱連接恒溫循環(huán)系統(tǒng)，在水浴恒溫箱上安裝有超聲波加載系統(tǒng)；巖心夾持器具有軸壓注入口、圍壓注入口、流體入口以及導(dǎo)出口 ；所述的流體入口連接用于提供恒速的液相、氣相或氣水兩相流體的巖心驅(qū)替系統(tǒng)；所述的軸壓注入口和圍壓注入口對應(yīng)連接用于提供三軸壓力的加壓系統(tǒng)；所述的導(dǎo)出口連接用于將巖心夾持器導(dǎo)出的氣體、液體和煤粉進(jìn)行分離并分別記錄排出量和排出速度的氣液固分離及計(jì)量系統(tǒng)；氣液固分離及計(jì)量系統(tǒng)連接一抽真空系統(tǒng)；所述的巖心夾持器連接用于監(jiān)測夾持器內(nèi)的機(jī)械振動信號和煤粉運(yùn)移規(guī)律的影像及波動檢測系統(tǒng)。
[0008]進(jìn)一步是:所述的巖心夾持器有一透明缸體；透明缸體的一端安裝一軸壓壓力腔，穿過軸壓壓力腔安裝一沿透明缸體軸向滑動的活動柱塞，位于軸壓壓力腔內(nèi)的活動柱塞上設(shè)有擋翅，擋翅將軸壓壓力腔分成左右兩個室；透明缸體另一端留有觀察口，觀察口內(nèi)設(shè)有凸透鏡；透明缸體另一端內(nèi)依次安裝有墊片、型煤巖心和原煤巖心，原煤巖心靠近觀察口 ；型煤巖心和原煤巖心包裹在膠筒內(nèi)，膠筒與透明缸體之間圍限的空間為環(huán)形圍壓腔；透明缸體上設(shè)有與環(huán)形圍壓腔相通的圍壓注入口 ；軸壓壓力腔上設(shè)有軸壓注入口，軸壓注入口與外側(cè)腔室連通；活動柱塞的中心開有流體入口，觀察口那端缸體中心開有導(dǎo)出口；活動柱塞上設(shè)有應(yīng)變片線路，應(yīng)變片線路由壓片錯位固定密封在活動柱塞內(nèi)；軸壓壓力腔與環(huán)形圍壓腔之間的透明缸體內(nèi)設(shè)有用于限定活動柱塞、墊片和膠筒在徑向方向移動的活動擋翅；在巖心的一側(cè)豎向開有貫穿巖心的裂縫，裂縫與巖心軸向平行。
[0009]所述的恒溫循環(huán)系統(tǒng)包括封閉恒溫箱和循環(huán)管；所述的封閉恒溫箱通過循環(huán)管與水浴恒溫箱連通。
[0010]所述的超聲波加載系統(tǒng)包括多個設(shè)置在水浴恒溫箱上的超聲波轉(zhuǎn)換器；所述的超聲波轉(zhuǎn)換器與超聲波發(fā)生器連接巖心夾持器。
[0011]更進(jìn)一步:多個超聲波轉(zhuǎn)換器均勻安裝在水浴恒溫箱的底面、前面和后面。
[0012]所述的巖心驅(qū)替系統(tǒng)包括液相管路與氣相管路，液相管路與氣相管路入口并聯(lián)連接交匯后與平流泵相連，液相管路與氣相管路出口匯合連接至流體入口 ；氣相管路上依次安裝有閥門1、活塞容器、壓力傳感器II和單向閥；液相管路上依次安裝有閥門II和壓力傳感器I。
[0013]所述的加壓系統(tǒng)包括手搖泵，手搖泵輸出管路上安裝有壓力傳感器，輸出管路通過兩條管路對應(yīng)連接軸壓注入口、圍壓注入口，每一條管路上分別安裝有閥門和放空閥門。
[0014]所述的影像及波動檢測系統(tǒng)包括示波器和高速攝像機(jī)；示波器與活動柱塞上的應(yīng)變片線路相連，應(yīng)變片粘貼在與墊片相對的活動柱塞端面上；高速攝像機(jī)放置在水浴恒溫箱外側(cè)，對準(zhǔn)巖心夾持器的觀察口。
[0015]所述的氣液固分離及計(jì)量系統(tǒng)包括氣液固分離裝置，氣液固分離裝置的混合入口與巖心夾持器導(dǎo)出口相連；在重料出口端連有容器，容器放置在稱重設(shè)備上；氣體出口通過管路連接氣體流量計(jì)；液體出口通過管路連接液體流量計(jì)；氣體出口、重料出口以及液體出口的管路上均安裝一閥門。
[0016]所述的抽真空系統(tǒng)包括真空泵，真空泵連接緩沖容器的一個端口，緩沖容器的另一端口通過管路連接氣液固分離裝置的第一出口，該管路上安裝有閥門和放空閥；緩沖容器上安裝有負(fù)壓表。
[0017]本發(fā)明的有益效果是:可提供恒速的氣相、液相單相或氣水兩相流體；可模擬原始地層三軸壓力和溫度條件；可提供不同功率、不同頻率和不同方向的超聲波加載條件；可對產(chǎn)出的氣體、液體、煤粉進(jìn)行有效分離并實(shí)時記錄產(chǎn)出的量；可通過改變型煤粒徑觀察不同粒徑的煤粉產(chǎn)出、運(yùn)移規(guī)律；可實(shí)時觀察煤粉運(yùn)移規(guī)律，進(jìn)而較為全面、真實(shí)的模擬了超聲波加載下的煤粉產(chǎn)生、運(yùn)移規(guī)律。
【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是巖心夾持器結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是巖心夾持器的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖中:1、平流泵，2、活塞容器，3、閥門I，4、閥門II，5、壓力傳感器I，6、壓力傳感器II，7、單向閥，8、巖心夾持器，9、閥門IV，10、放空閥II，11、超聲波發(fā)生器，12、超聲波轉(zhuǎn)換器，13、水浴恒溫箱，14、氣液固分離裝置，15、閥門V，16、氣體流量計(jì)，17、閥門VI，18、稱重設(shè)備，19、閥門VE，20、液體流量計(jì)，21、閥門VID，22、放空閥III，23、真空泵，24、緩沖容器，25、負(fù)壓表，
26、高速攝像機(jī)，29示波器，30、活動柱塞，31、軸壓壓力腔，32、應(yīng)變片線路，33、軸壓注入口，34、流體入口，35、透明缸體，36、圍壓注入口，37、活動擋翅，38、墊片，39、型煤巖心，40、原煤巖心，41、膠筒，42、環(huán)形圍壓腔，43、導(dǎo)出口，44、觀察，45、裂縫，46、手搖泵，47、閥門III，48、放空閥I，49、壓力傳感器III。
【具體實(shí)施方式】
[0020]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚，對本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)、完整的說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不限定本發(fā)明。
[0021]如圖1所示，超聲波加載下煤粉產(chǎn)生、運(yùn)移規(guī)律的實(shí)驗(yàn)裝置包括巖心夾持器8、巖心驅(qū)替系統(tǒng)、加壓系統(tǒng)、超聲波加載系統(tǒng)、恒溫循環(huán)系統(tǒng)、氣液固分離及計(jì)量系統(tǒng)、抽真空系統(tǒng)以及影像及波動檢測系統(tǒng)。巖心夾持器提供觀察煤粉產(chǎn)出運(yùn)移的場所。巖心驅(qū)替系統(tǒng)主要用于提供恒速的液相、氣相或氣水兩相流。加壓系統(tǒng)主要為巖心夾持巖心提供三軸應(yīng)力條件。超聲波加載系統(tǒng)及恒溫循環(huán)系統(tǒng)主要在模擬地層溫度的條件下加載不同頻率、不同功率、不同方向的超聲波場；氣液固分離及計(jì)量系統(tǒng)主要將從巖心夾持器導(dǎo)出的氣體、液體和煤粉等進(jìn)行分離并分別記錄排出量和排出速度。抽真空系統(tǒng)主要用于實(shí)驗(yàn)前將管路系統(tǒng)抽真空使實(shí)驗(yàn)流體與巖心充分接觸，排除其他氣體的干擾。影像及波動檢測系統(tǒng)主要監(jiān)測巖心夾持器內(nèi)的機(jī)械振動信號和煤粉