一种多煤层煤层气合采物理模拟实验装置

本发明属于煤层气排采模拟设备技术领域，具体是一种多煤层煤层气合采物理模拟实验装置。

背景技术：

我国煤层气资源较为丰富，煤层在沉积过程中会经历较为复杂的构造运动，煤阶较高时，煤层的渗透率偏低，同时开采过程中受储层压敏作用等的影响，选择恰当的排采技术、确立适宜的排采制度受到了广泛关注。目前，多数情况下一般会采用实验室模拟方式来还原煤层气井排采的装置，而实验室中，由于在实验前没有对煤样进行压裂处理，使得煤样不能很接近煤储层(温度、压力及含水状况)的状态，导致实验结果具有较大的误差；且，尤其针对不同深度的煤层还原实验，在实际地表内，处于不同煤层气排采高位，受煤岩层内部紧实度效果影响，使得甲烷气体的吸附解吸所呈速率各不相同，而由于现有技术中的实验装置不能真正还原煤岩层地质环境，导致合采实验中数据缺乏科学依据，不具备说服权威性。因此，本领域技术人员提供了一种多煤层煤层气合采物理模拟实验装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

技术实现要素：

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种多煤层煤层气合采物理模拟实验装置，其包括：模拟台座、实验模拟箱件、外设抽采装置、冲压抚平组件、主承接柱以及供气装置，其中，所述模拟台座的上端面中部安装由实验模拟箱件，所述实验模拟箱件的上端面设有用于存取煤岩样品的端口，所述实验模拟箱件内通过上方端口填设有煤岩样品，并由煤岩样品模拟深部或浅部静态煤岩层；所述模拟台座的上端面一侧竖直安装有主承接柱，所述主承接柱上通过横梁水平架设有连接端盖；

所述连接端盖与所述实验模拟箱件相滑动配合衔接；

所述连接端盖的上端面中部竖直贯穿设置有外设抽采装置，所述外设抽采装置对实验模拟箱件内煤岩样品中的煤层气进行抽采模拟工作；

且，所述连接端盖的内部下侧可相对转动的同轴设置有冲压抚平组件，所述冲压抚平组件在所述连接端盖与实验模拟箱件密封衔接后对其内部煤岩样品进行局部冲压，使得煤岩样品呈不同排布紧实度进行合采模拟实验；

所述实验模拟箱件内位于煤岩样品中部还设置有供气装置，所述供气装置用于对煤岩样品均匀注射煤层气，使得煤岩样品中的煤层气浓度达到实验采排值。

进一步，作为优选，所述主承接柱为横截面呈两段式可收缩的柱体结构，且，所述主承接柱内同轴设置有液压伸缩缸，并由所述液压伸缩缸的伸缩作用进行竖向升降调节；

且，所述连接端盖上远离所述主承接柱的一侧倾斜安装有排气管，所述排气管的一端密封贯穿在所述连接端盖上，所述排气管的另一端与外设泵件相连通，用于将实验模拟箱件内煤岩样品中溢出的煤层气体进行吸收外排。

进一步，作为优选，所述实验模拟箱件的内部下侧通过轴承可相对转动横向安装有双向螺件，所述双向螺件由安装在所述实验模拟箱件外的微型电机驱动旋转，所述双向螺件上通过螺纹啮合传动作用可相对滑动的对称设置有导向件，各所述导向件上均铰设有顶位支板；

且，所述实验模拟箱件的内壁两侧位置对称铰设有侧支件一，所述顶位支板上位于所述侧支件一的对应位置铰设有侧支件二，所述侧支件一的一端与所述侧支件二相铰接；

所述实验模拟箱件的内壁位于所述侧支件一的下方转动连接有可调伸缩杆，所述可调伸缩杆的输出端与所述侧支件一以及侧支件二的铰轴相连接；使得当所述导向件沿双向螺件进行滑移调整时，所述可调伸缩杆进行对应伸缩调控，以便于所述顶位支板在实验模拟箱件内呈多种斜面撑架姿态。

进一步，作为优选，所述顶位支板的横截面呈多段式可伸缩结构。

进一步，作为优选，所述冲压抚平组件包括外导向环件、旋转盘体、安装支架、滑动丝杠以及下抚平装置，其中，所述连接端盖的内部同轴固定有外导向环件，所述外导向环件内通过内置转子可相对转动的设置有旋转盘体，所述旋转盘体由安装在连接端盖上的外设电机旋转驱动；

所述旋转盘体上横向固定有安装支架，所述安装支架内设置有滑动丝杠，所述滑动丝杠上滑动连接有下抚平装置；

所述下抚平装置在旋转盘体的旋转作用下绕连接端盖轴心进行圆周旋转运动，并能够沿滑动丝杠进行横向滑移以调整抚平工作面外径。

进一步，作为优选，所述下抚平装置还包括主旋转轮、滑动导件、固定套件、驱动导座以及内滚轴；其中，所述固定套件的内部上侧可相对转动的限位设置有主旋转轮，所述主旋转轮上铰设有传动轴，且，所述固定套件上滑动贯穿设置有滑动导件，所述滑动导件的一端与所述传动轴相铰接，并由所述主旋转轮的旋转作用驱动所述滑动导件进行垂直面滑移；

所述滑动导件的下端连设有驱动导座，所述驱动导座上通过外支架对称转动设置有内滚轴，所述内滚轴与所述驱动导座之间套接有传接带。

进一步，作为优选，所述滑动导件与所述驱动导座之间还连设有多组连接弹簧。

进一步，作为优选，所述供气装置包括安装主管、分流导件、外包躯件、内分流盘以及注射喷头；所述安装主管竖直贯穿设置在所述实验模拟箱件的中部下侧，所述安装主管的一端与外设供气泵件相连通，所述安装主管的另一端左右对称连通有分流导件；

且，各所述分流导件的端口出均套接有外包躯件，所述外包躯件内同轴固定有内分流盘，所述内分流盘上圆周设置有多个排气凹位，各所述排气凹位内均设置有注射喷头；

所述外包躯件上圆周阵列设有多个通气孔位。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明中，通过实验模拟箱件对煤岩样品进行承载，由煤岩样品模拟深部或浅部静态煤岩层，通过外设抽采装置进行合采实验工作；为提高实验模拟煤岩地质环境还原效果，可根据实际煤岩地表内的煤层气含量浓度以及煤岩层内部紧实度对实验模拟箱件中的煤岩样品进行压实或注气，其分别设置冲压抚平组件与供气装置，以达到上述两种模拟还原效果；此中，在实验模拟箱件内还对称设置有顶位支板，通过顶位支板的调节作用能有效改变煤岩样品静态截面形状(如所呈三角形、梯形、矩形等)，以便控制煤岩样品所呈静态煤岩层中不同高位的紧实性以及煤层气含量，从而达到模拟多煤层合采实验的目的。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中主承接柱的结构示意图；

图3为本发明中实验模拟箱件的结构示意图；

图4为本发明中冲压抚平组件的结构示意图；

图5为本发明中下抚平装置的结构示意图；

图6为本发明中供气装置的结构示意图；

图中：1模拟台座、2实验模拟箱件、201顶位支板、202双向螺件、203微型电机、204侧支件一、205可调伸缩杆、3主承接柱、301液压伸缩缸、4连接端盖、401排气管、5外设抽采装置、6冲压抚平组件、601外导向环件、602旋转盘体、603滑动丝杠、7供气装置、701安装主管、702分流导件、703外包躯件、704内分流盘、705注射喷头、8下抚平装置、801固定套件、802主旋转轮、803滑动导件、804驱动导座、805外支架、806内滚轴、807连接弹簧。

具体实施方式

请参阅图1，本发明实施例中，一种多煤层煤层气合采物理模拟实验装置，其包括：模拟台座1、实验模拟箱件2、外设抽采装置5、冲压抚平组件6、主承接柱3以及供气装置7，其中，所述模拟台座1的上端面中部安装由实验模拟箱件2，所述实验模拟箱件2的上端面设有用于存取煤岩样品的端口，所述实验模拟箱件2内通过上方端口填设有煤岩样品，并由煤岩样品模拟深部或浅部静态煤岩层；所述模拟台座1的上端面一侧竖直安装有主承接柱3，所述主承接柱3上通过横梁水平架设有连接端盖4；

所述连接端盖4与所述实验模拟箱件2相滑动配合衔接；

所述连接端盖4的上端面中部竖直贯穿设置有外设抽采装置5，所述外设抽采装置5对实验模拟箱件2内煤岩样品中的煤层气进行抽采模拟工作；

且，所述连接端盖4的内部下侧可相对转动的同轴设置有冲压抚平组件6，所述冲压抚平组件6在所述连接端盖4与实验模拟箱件2密封衔接后对其内部煤岩样品进行局部冲压，使得煤岩样品呈不同排布紧实度进行合采模拟实验；

所述实验模拟箱件2内位于煤岩样品中部还设置有供气装置7，所述供气装置7用于对煤岩样品均匀注射煤层气，使得煤岩样品中的煤层气浓度达到实验采排值，此中一般先对煤岩样品进行煤层气含量浓度检测，由供气装置对低含量煤岩样品区域进行注气，使得煤岩样品所呈静态煤岩层能还原真实地表煤层气浓度，再由冲压抚平组件对静态煤岩层进行抚平冲压，使得其内部煤岩紧实度能达到还原煤层气渗透效果，从而实现还原模拟工作，再由外设抽采装置进行合采模拟。

参阅图2，本实施例中，所述主承接柱3为横截面呈两段式可收缩的柱体结构，且，所述主承接柱3内同轴设置有液压伸缩缸301，并由所述液压伸缩缸301的伸缩作用进行竖向升降调节；

且，所述连接端盖4上远离所述主承接柱3的一侧倾斜安装有排气管401，所述排气管401的一端密封贯穿在所述连接端盖4上，所述排气管401的另一端与外设泵件(图中未示出)相连通，用于将实验模拟箱件2内煤岩样品中溢出的煤层气体进行吸收外排，防止煤层气外排影响环境卫生，同时降低实验经济损耗，可对煤层气进行收集利用。

参阅图3，本实施例中，所述实验模拟箱件2的内部下侧通过轴承可相对转动横向安装有双向螺件202，所述双向螺件202由安装在所述实验模拟箱件2外的微型电机203驱动旋转，所述双向螺件202上通过螺纹啮合传动作用可相对滑动的对称设置有导向件，各所述导向件上均铰设有顶位支板201；

且，所述实验模拟箱件2的内壁两侧位置对称铰设有侧支件一204，所述顶位支板201上位于所述侧支件一204的对应位置铰设有侧支件二，所述侧支件一204的一端与所述侧支件二相铰接；

所述实验模拟箱件2的内壁位于所述侧支件一204的下方转动连接有可调伸缩杆205，所述可调伸缩杆205的输出端与所述侧支件一204以及侧支件二的铰轴相连接；使得当所述导向件沿双向螺件202进行滑移调整时，所述可调伸缩杆205进行对应伸缩调控，以便于所述顶位支板201在实验模拟箱件内呈多种斜面撑架姿态；此中，具体而言，当两个顶位支板均平行竖直设置在实验模拟箱件中时，此时静态煤岩层所成截面为矩形，通过冲压抚平组件对其上表面进行冲压，使得不同高位的煤岩层均能呈现相同紧实度效果，而供气装置对内注气能使得煤层气均匀扩散至各面域，以模拟浅部合采实验；当两个顶位支板通过导向件的滑动作用呈对内倾斜时，此时静态煤岩层所成截面为倒三角或倒梯形结构，通过冲压抚平组件对其上表面进行冲压，使得高位的煤岩层相较于低位煤岩层呈疏松状态，而供气装置对内注气能使得煤层气多扩散高位煤岩层中，以模拟中部深度合采实验等。

本实施例中，所述顶位支板201的横截面呈多段式可伸缩结构。

参阅图4，本实施例中，所述冲压抚平组件6包括外导向环件601、旋转盘体602、安装支架、滑动丝杠603以及下抚平装置8，其中，所述连接端盖4的内部同轴固定有外导向环件601，所述外导向环件601内通过内置转子可相对转动的设置有旋转盘体602，所述旋转盘体602由安装在连接端盖4上的外设电机旋转驱动；

所述旋转盘体602上横向固定有安装支架，所述安装支架内设置有滑动丝杠603，所述滑动丝杠603上滑动连接有下抚平装置8；

所述下抚平装置8在旋转盘体602的旋转作用下绕连接端盖4轴心进行圆周旋转运动，并能够沿滑动丝杠603进行横向滑移以调整抚平工作面外径，能有效对煤岩样品进行均匀冲压。

参阅图5，本实施例中，所述下抚平装置8还包括主旋转轮802、滑动导件803、固定套件801、驱动导座804以及内滚轴806；其中，所述固定套件801的内部上侧可相对转动的限位设置有主旋转轮802，所述主旋转轮802上铰设有传动轴，且，所述固定套件上滑动贯穿设置有滑动导件803，所述滑动导件803的一端与所述传动轴相铰接，并由所述主旋转轮802的旋转作用驱动所述滑动导件进803行垂直面滑移；

所述滑动导件803的下端连设有驱动导座804，所述驱动导座804上通过外支架805对称转动设置有内滚轴806，所述内滚轴806与所述驱动导座804之间套接有传接带。

作为较佳的实施例，所述滑动导件803与所述驱动导座804之间还连设有多组连接弹簧807，此中，需要注意的是，该内滚轴上的传接带与煤岩样品表面始终处于抵靠接触状态，由滑动导件的对下往复冲击作用来通过连接弹簧达到弹震效果，以此实现对煤岩样品的内部紧实度调整。

参阅图6，本实施例中，所述供气装置7包括安装主管701、分流导件702、外包躯件703、内分流盘704以及注射喷头705；所述安装主管701竖直贯穿设置在所述实验模拟箱件2的中部下侧，所述安装主管701的一端与外设供气泵件(图中未示出)相连通，所述安装主管701的另一端左右对称连通有分流导件702；

且，各所述分流导件702的端口出均套接有外包躯件703，所述外包躯件703内同轴固定有内分流盘704，所述内分流盘704上圆周设置有多个排气凹位，各所述排气凹位内均设置有注射喷头705；

所述外包躯件703上圆周阵列设有多个通气孔位。

具体地，在进行煤层气合采模拟实验中，先将煤岩样品填设在实验模拟箱件内，通过对顶位支板的斜位调整来改变静态煤岩层所成截面形状，从而使得其能根据实际地表煤岩层深浅度，进行后期调整控制煤岩样品所呈静态煤岩层中不同高位的紧实性以及煤层气含量，由连接端盖对实验模拟箱件进行密封罩接，通过安装主管对各注射喷头进行煤层气供气，使得煤层气分散在煤岩样品中，同时连接端盖上的下抚平装置对煤岩样品表面进行冲击压实，以达到真实地表还原中的煤岩层紧实度，排气管将实验模拟箱件内煤岩样品中溢出的煤层气体进行吸收外排，最后由外设抽采装置进行合采实验工作；期间可通过对对顶位支板的不同斜位调整来改变煤岩样品煤岩样品静态截面形状，以模拟多煤层合采。

上所述的，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。