一种用于煤层气负压抽采模拟装置

1.本发明涉及一种煤层气开采实验设备技术领域，具体是一种用于煤层气负压抽采模拟装置。


背景技术：

2.煤层气是与煤伴生、共生的气体资源，指储存在煤层中的烃类气体，以甲烷为主要成分，属于非常规天然气。煤层气以吸附在煤基质颗粒表面为主、部分游离于煤孔隙中或溶解于煤层水中的烃类气体，是煤的伴生矿产资源，是近一二十年在国际上崛起的洁净、优质能源和化工原料。煤层气能够通过在地面钻孔并连接抽采设备进行负压抽采，但由于不同的煤层的煤孔隙、煤层气含量、煤层边界条件等物理性质不同，在抽采前需要通过模拟实验研究分析抽采的经济效益。现有的煤层气抽采模拟实验装置利用密闭容器对煤体样品模拟抽采，进行多组实验时需要反复装配拆卸，不仅耗时长，还容易造成气体泄露危害安全，并且不能模拟煤体样品的围压和边界条件，实验的准确性低，并且难以研究其的变化造成的影响。
3.因此，有必要提供一种用于煤层气负压抽采模拟装置，以解决上述背景技术中提出的问题。


技术实现要素：

4.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于煤层气负压抽采模拟装置，包括支架，其中，所述支架上架设有多个实验箱组件，所述实验箱组件内能够放置煤体样品，其下方为进气口，每个所述进气口通过进气管道连接到外部的供气瓶中，所述实验箱组件上为抽采口，所述抽采口中连接有能够插入煤体样品中的抽采管道，所述抽采管道连接到抽采分析设备中，所述抽采分析设备能够在抽采管道中提供负压，所述实验箱组件的一面设有能够转移煤体样品的进料门；
5.所述实验箱组件上方还开设有排气口，所述排气口通过排气管道连接到排气设备中。
6.进一步的，作为优选，所述进气口、抽采口、排气口中均设有风门，能够控制其开闭。
7.进一步的，作为优选，所述实验箱组件包括外壳，所述外壳与支架固定连接，所述外壳底部与中部分别为互相密闭的配气腔和压力腔，所述配气腔下为进气口，所述压力腔上为抽采口，所述压力腔与排气口贯通，所述进料门开设在压力腔的侧壁；
8.所述配气腔与压力腔间设有气流阻尼组件。
9.进一步的，作为优选，所述压力腔底部、气流阻尼组件上方的位置固定有垂直于进料门的导轨，所述导轨中可滑动地设有滑座，所述滑座上设有压力桶，所述压力桶能够在导轨中滑动到进料门外，以在其内转移煤体样品，所述抽采管道能够贯通到压力桶内的煤体样品中；
10.且，所述压力桶侧壁和滑座底部为透气的多孔板。
11.进一步的，作为优选，所述压力桶包括两片半圆筒壁，所述半圆筒壁与滑座可滑动地连接，所述半圆筒壁的两个接口间通过连接气囊连接，所述连接气囊还连接到外部的气泵中进行气压调节。
12.进一步的，作为优选，每片所述半圆筒壁在与抽采口同心的位置时对应的压力腔两侧内壁各设有液压缸，所述液压缸的活塞杆末端固定有能够与半圆筒壁外壁贴合的贴合块。
13.进一步的，作为优选，所述半圆筒壁内壁分布有压力传感贴片。
14.进一步的，作为优选，所述气流阻尼组件包括阻力叶片，所述阻力叶片圆周分布在压力腔底部的圆形凹槽，且以该圆周的径向为转轴与压力腔底部可转动地连接，每片所述阻力叶片转动到水平时相互密闭。
15.进一步的，作为优选，所述阻力叶片远离圆心的一端贯穿压力腔底部的圆形凹槽到侧壁到配气腔内，且该端固定有转动连杆，每根所述转动连杆的另一端共同连接到位于配气腔内的调整环中；
16.所述调整环中沿周向开设有多道滑槽，所述转动连杆的一端可滑动地连接到滑槽中。
17.进一步的，作为优选，所述调整环两侧对称地固定有连接轴，所述连接轴贯穿配气腔到外壳外，且所述外壳开设有能够供其上下滑动地通过软性材料密闭的通槽；
18.所述连接轴在外壳外的一端连接到阻尼传感装置中，所述阻尼传感装置与外壳可拆卸地连接，所述阻尼传感装置能够给调整环的上下移动提供阻尼并能够感应其产生的压力。
19.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
20.本发明中，通过液压缸对其两片半圆筒壁施加压力，并通过调节连接气囊的气压对其间隙进行填充，能够模拟其内煤体样品的边界围压。
21.本发明中，在每个实验箱组件的压力桶中放入不同的打抽采孔后的煤体样品，依次打开其中一个实验箱组件对应的进气口、抽采口风门，能够一次安装后进行多次模拟实验，避免多组对照实验中反复拆卸安装，提高了模拟实验的效率和安全性，还能够并联实验以分析变化煤层矿场多井口并联煤层气抽采的抽采效率。
22.本发明中，由于压力桶为多孔透气结构，压力腔模拟煤层边界，也会产生负压，使得压力腔与配气腔间产生压差，由于该压差的存在使阻力叶片产生旋转的扭矩，当阻力叶片转动时通过调整环的移动由阻尼传感装置提供阻尼，该阻尼能够由传感器记录，且通过更换阻尼传感装置能够提供不同的阻尼以模拟不同的边界条件；通过阻尼传感装置记录的阻尼、抽采分析设备在不同压力下抽取煤层气的工况，能够分析出煤体样品在相应的边界条件下的抽采效率，以对煤层气抽采工作的经济效益提供指导。
附图说明
23.图1为一种用于煤层气负压抽采模拟装置的结构示意图；
24.图2为实验箱组件的结构示意图；
25.图3为压力桶的结构示意图；
26.图4为气流阻尼组件的结构示意图；
27.图中：1、支架；2、实验箱组件；3、进气口；4、进气管道；5、抽采口；6、抽采管道；7、抽采分析设备；8、排气口；9、排气管道；10、进料门；21、外壳；22、配气腔；23、压力腔；24、导轨；25、滑座；26、压力桶；27、气流阻尼组件；28、液压缸；281、贴合块；29、阻尼传感装置；261、半圆筒壁；262、连接气囊；271、阻力叶片；272、转动连杆；273、调整环；274、滑槽；275、连接轴。
具体实施方式
28.请参阅图1，本发明实施例中，一种用于煤层气负压抽采模拟装置，包括支架1，所述支架1上架设有多个实验箱组件2，所述实验箱组件2内能够放置煤体样品，其下方为进气口3，每个所述进气口3通过进气管道4连接到外部的供气瓶中，所述实验箱组件2上为抽采口5，所述抽采口5中连接有能够插入煤体样品中的抽采管道6，所述抽采管道6连接到抽采分析设备7中，所述抽采分析设备7能够在抽采管道6中提供负压，所述实验箱组件2的一面设有能够转移煤体样品的进料门10；
29.所述实验箱组件2上方还开设有排气口8，所述排气口8通过排气管道9连接到排气设备中；
30.本实施例中，所述进气口3、抽采口5、排气口8中均设有风门，能够控制其开闭。
31.请参阅图2，本实施例中，所述实验箱组件2包括外壳21，所述外壳21与支架1固定连接，所述外壳21底部与中部分别为互相密闭的配气腔22和压力腔23，所述配气腔22下为进气口3，所述压力腔23上为抽采口5，所述压力腔23与排气口8贯通，所述进料门10开设在压力腔23的侧壁；
32.所述配气腔22与压力腔23间设有气流阻尼组件27。
33.本实施例中，所述压力腔23底部、气流阻尼组件27上方的位置固定有垂直于进料门10的导轨24，所述导轨24中可滑动地设有滑座25，所述滑座25上设有压力桶26，所述压力桶26能够在导轨24中滑动到进料门10外，以在其内转移煤体样品，所述抽采管道6能够贯通到压力桶26内的煤体样品中；
34.且，所述压力桶26侧壁和滑座25底部为透气的多孔板；
35.也就是说，当抽采管道6对压力桶26内的煤体样品进行负压抽采时，其能够透过煤体样品和压力桶26在压力腔23内产生负压，由于不同的煤体样品对气流的渗透能力不同而在压力腔23内产生不同大小的负压，以分析煤体样品的物理性质。
36.请参阅图3，本实施例中，所述压力桶26包括两片半圆筒壁261，所述半圆筒壁261与滑座25可滑动地连接，所述半圆筒壁261的两个接口间通过连接气囊262连接，所述连接气囊262还连接到外部的气泵中进行气压调节。
37.本实施例中，每片所述半圆筒壁261在与抽采口5同心的位置时对应的压力腔23两侧内壁各设有液压缸28，所述液压缸28的活塞杆末端固定有能够与半圆筒壁261外壁贴合的贴合块281；
38.也就是说，当压力桶26移动到与抽采口5同心的位置时，能够通过液压缸28对其两片半圆筒壁261施加压力，并通过调节连接气囊262的气压对其间隙进行填充，以模拟其内煤体样品的边界围压。
39.本实施例中，所述半圆筒壁261内壁分布有压力传感贴片。
40.本实施例中，所述气流阻尼组件27包括阻力叶片271，所述阻力叶片271圆周分布在压力腔23底部的圆形凹槽，且以该圆周的径向为转轴与压力腔23底部可转动地连接，每片所述阻力叶片271转动到水平时相互密闭。
41.本实施例中，所述阻力叶片271远离圆心的一端贯穿压力腔23底部的圆形凹槽到侧壁到配气腔22内，且该端固定有转动连杆272，每根所述转动连杆272的另一端共同连接到位于配气腔22内的调整环273中；
42.所述调整环273中沿周向开设有多道滑槽274，所述转动连杆272的一端可滑动地连接到滑槽274中；
43.也就是说，配气腔22和压力腔23产生压力差时，阻力叶片271发生转动时，并且带动调整环273移动。
44.本实施例中，所述调整环273两侧对称地固定有连接轴275，所述连接轴275贯穿配气腔22到外壳21外，且所述外壳21开设有能够供其上下滑动地通过软性材料密闭的通槽；
45.所述连接轴275在外壳21外的一端连接到阻尼传感装置29中，所述阻尼传感装置29与外壳21可拆卸地连接，所述阻尼传感装置29能够给调整环273的上下移动提供阻尼并能够感应其产生的压力；
46.也就是说，所述阻力叶片271转动通过调整环273的移动由阻尼传感装置29提供阻尼，且该阻尼能够由传感器记录。
47.具体实施时，通过进料门10在每个实验箱组件2的压力桶26中放入不同的打抽采孔后的煤体样品，并将其在导轨24中移动到与抽采口5同心的位置，将抽采管道6装入煤体样品的抽采孔中；
48.通过液压缸28对其两片半圆筒壁261施加压力，并通过调节连接气囊262的气压对其间隙进行填充，以模拟其内煤体样品的边界围压；
49.依次打开其中一个实验箱组件2对应的进气口3、抽采口5风门，而其他的实验箱组件2闭合，由抽采分析设备7给抽采管道6提供负压对相应的煤体样品进行煤层气抽采，并由进气管道4提供的外部气源模拟边界煤层气；
50.在抽采过程中，由于压力桶26为多孔透气结构，压力腔23模拟煤层边界，也会产生负压，使得压力腔23与配气腔22间产生压差，由于该压差的存在使阻力叶片271产生旋转的扭矩，当阻力叶片271转动时通过调整环273的移动由阻尼传感装置29提供阻尼，该阻尼能够由传感器记录，且通过更换阻尼传感装置29能够提供不同的阻尼以模拟不同的边界条件；
51.通过阻尼传感装置29记录的阻尼、抽采分析设备7在不同压力下抽取煤层气的工况，能够分析出煤体样品在相应的边界条件下的抽采效率，以对煤层气抽采工作的经济效益提供指导；
52.所有抽采模拟实验完成后，将进气管道4与供气瓶断开，连接到空气中，打开排气口8的风门和排气设备，排出配气腔21和压力腔23内的残留气体后，打开进料门10取出煤体样品。
53.在另一个实施例中，同时打开多个实验箱组件2对应的进气口3、抽采口5风门，进行抽采模拟，能够分析变化煤层矿场多井口并联煤层气抽采的抽采效率。
54.以上所述的，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。