一种出口压力可调的煤岩渗流实验系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种出口压力可调的煤岩渗流实验系统及方法。
【背景技术】
[0002] 在煤层气、天然气等领域，煤岩渗透率是极其重要的技术参数，关系到煤储层开采 价值W及产量估计，但由于煤岩渗透率受多种因素的影响，如应力、瓦斯的吸附、溫度、抽采 工程的扰动等，使煤岩渗透率的测量十分困难，如何准确测量煤岩的渗透率具有重大的意 义。
[0003] 目前，实验室测试煤样渗透率的方法主要是在被夹持煤岩试样一端即进气端充入 一定压力气体，在煤岩试样的另一端即出气端采集渗透量，通过达西定律计算渗透率;之前 专家采用运种方法取得了大量的研究成果，并对工程实践进行了一定的指导，但存在W下 两个缺陷： (1) W往对煤岩气体渗透率的测量出口端为大气压，但在进行煤层气W及天然气的抽 采过程中，抽采端处于负压环境，及渗流出口端为负压状态，传统的出口端为大气压，不能 很好地模拟抽采时的负压环境，与实际情况不一致； (2) 煤岩对瓦斯的吸附作用是影响渗透率的主要因素之一，在进行渗透实验时，由于煤 岩试样处于一定的压力梯度下，吸附压力往往用平均吸附压力代替：驭=《娶9:饰^送，式 中，P为吸附压力，歩;;为出气端压力即大气压，齡为进气端压力，改变吸附压力是通过调节 进气端哲;为进气端压力来实现，但进气端和出气端的压差越大，用平均吸附压力来代替吸 附压力所产生的误差也就越大，且当两端压差较大时，渗透流量增加，采集气体流量的误差 也会增大，由此测得渗透率存在较大误差； (3) 加载的气体压力W及轴压、围压现阶段均是通过压力表的示数人为读取，获得的压 力参数误差较大。
【发明内容】
[0004] 本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种结构简单、操作方便、通过对出 口压力的调节实现负压或正压、不同吸附压力等情况下的渗流实验的一种出口压力可调的 煤岩渗流实验系统及方法。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种出口压力可调的煤岩渗流 实验系统，包括甲烧气罐、围压加载累、轴压加载累、第一=通阀、第二=通阀、第==通阀、 煤样夹持器、显示器、压力跟踪仪和计算机；甲烧气罐通过第一气管与第一=通阀的进口连 接，第一=通阀的其中一个出口通过第二气管与煤样夹持器的的进气口连接，煤样夹持器 的出气口通过第=气管与压力跟踪仪的进气口连接;第一=通阀的另一个出口处密封连接 有第一压力传感器;第一气管上设有减压阀，第=气管上设有质量流量计； 煤样夹持器上设有围压加载接口和轴压加载接口，煤样夹持器的围压加载接口通过第 四气管与第二=通阀的其中一个出口连接，第二=通阀的进口通过围压加压管与围压加载 累的出口连接，第二=通阀的另一个出口处密封连接有第二压力传感器;煤样夹持器的轴 压加载接口通过第五气管与第==通阀的其中一个出口连接，第==通阀的进口通过轴压 加压管与轴压加载累的出口连接，第==通阀的另一个出口处密封连接有第=压力传感 器； 显示器内置有显示控制器，显示控制器分别通过数据线与第一压力传感器、第二压力 传感器和第=压力传感器连接;计算机分别通过数据线与质量流量计和压力跟踪仪连接。
[0006] 压力跟踪仪包括化C控制器、伸缩油缸、密封调压室和操作箱，密封调压室固定在 操作箱顶部，密封调压室的底部敞口且与操作箱内腔连通，密封调压室顶部设有调压进气 口和调压出气口，调压进气口通过第=气管与煤样夹持器的出气口连接，调压出气口通过 第六气管与外界连通，第六气管上设有气动阀，密封调压室顶壁设有第四压力传感器;伸缩 油缸的缸体端部固定在操作箱内的底部，伸缩油缸的活塞杆垂直向上固定有连接杆，连接 杆顶端设有活塞，活塞位于密封调压室内且活塞外缘与密封调压室内侧壁滑动密封连接； PLC控制器设置在操作箱内，操作箱顶部右侧设有操作面板，PLC控制器分别通过数据线与 伸缩油缸、第四压力传感器、操作面板和计算机连接。
[0007] -种出口压力可调的煤岩渗流实验系统的实验方法，包括W下步骤： (1) 将横截面积为a的煤样装填在煤样夹持器内，接着打开第一=通阀、第二=通阀和 第==通阀上的所有阀口 W及气动阀，通过轴压加载累对煤样加载轴压，并且通过围压加 载累对煤样加载围压； (2) 打开气动阀，在操作面板上输入设定目标压力餐2,若目标压力裂S为负压，通过操作 操作面板向PLC控制器发出指令，PLC控制器接收到指令后启动伸缩油缸，伸缩油缸的活塞 杆向上推动连接杆，直至连接杆另一端的活塞达到密封调压室的顶部，关闭气动阀，然后通 过操作面板和化C控制器控制伸缩油缸，伸缩油缸向下拉动连接杆，当化C控制器通过第四 压力传感器监测到压力达到设定的目标压力&自后，向伸缩油缸发出停止动作的指令； 若目标压力为正压，通过操作操作面板向化C控制器发出指令，PLC控制器接收到指 令后启动伸缩油缸，伸缩油缸的活塞杆向下拉动连接杆，直至连接杆另一端的活塞达到密 封调压室的底部，关闭气动阀，然后通过操作面板和化C控制器控制伸缩油缸，伸缩油缸向 上推动连接杆，当PLC控制器通过第四压力传感器监测到压力达到设定的目标压力P;后，向 伸缩油缸发出停止动作的指令； (3) 打开甲烧气罐和减压阀，甲烧气罐内的气体沿着第一气管和第二气管进入煤样夹 持器内，渗流后的气体紧接着从煤样夹持器的出气口进入第=气管内，然后气体进入到密 封调压室内，同时计算机上开始记录质量流量计的流量； (4) 待质量流量计的流量稳定后，在显示器上读取第一压力传感器上的压力值巧，然后 在计算机上得出稳定后质量流量计的平均流量Q; 巧>计算煤样的渗透率來约媒恥漆a C技苗。
[000引采用上述技术方案，本发明具有W下有益效果:本发明可W在考虑渗透气体的吸 附解析作用下模拟抽采时的负压环境，更接近现场实际情况，同时又可W考虑不同加载状 态、不同应力路径等因素的影响;利用压力跟踪仪产生的负压环境，也可单独进行负压环境 下的煤岩吸附解析特性W及变压解析等相关研究，实验系统能实现多样化研究;尤其是压 力跟踪仪能够使装置内部产生稳定压力的负压环境，运是多数实验系统所不具备的功能。
[0009] 综上所述，本发明过程简单，操作方便，利用该方法在进行较高压力渗流实验时可 减少进气端和出气端压差，降低模型误差;该方法均利用电子技术采集实验参数，获取的实 验参数精度高，观测误差大大减小。
【附图说明】
[0010] 图1是本发明的结构示意图； 图2是图1中压力跟踪仪的结构示意图。
【具体实施方式】
[0011] 如图1-2所示，本发明的一种出口压力可调的煤岩渗流实验系统，包括甲烧气罐1、 围压加载累17、轴压加载累21、第一=通阀2、第二=通阀3、第==通阀4、煤样夹持器5、显 示器6、压力跟踪仪7和计算机8;甲烧气罐1通过第一气管9与第一=通阀2的进气口连接，第 一=通阀2的其中一个出口通过第二气管10与煤样夹持器5的的进气口连接，煤样夹持器5 的出气口通过第=气管11与压力跟踪仪7的进气口连接;第一=通阀2的另一个出口处密封 连接有第一压力传感器12;第一气管9上设有减压阀13,第=气管11上设有质量流量计14; 煤样夹持器5上设有围压加载接口和轴压加载接口，煤样夹持器5的围压加载接口通过 第四气管15与第二=通阀3的其中一个出口连接，第二=通阀3的进口通过围压加压管16与 围压加载累17的出口连接，第二=通阀3的另一个出口处密封连接有第二压力传感器18;煤 样夹持器5的轴压加载接口通过第五气管19与第==通阀4的其中一个出口连接，第==通 阀4的进口通过轴压加压管20与轴压加载累21的出口连接，第==通阀4的另一个出口处密 封连接有第=压力传感器22; 显示器6内置有显示控制器61，显示控制器61分别通过数据线与第一压力传感器12、第 二压力传感器18和第=压力传感器22连接;计算机8分别通过数据线与质量流量计14和压 力跟踪仪7连接。
[001^ 压力跟踪仪7包括PLC控制器23、伸缩油缸24、密封调压室25和操作箱26,密封调压 室25固定在操作箱26顶部，密封调压室25的底部敞口且与操作箱26内腔连通，密封调压