一种电磁波激励非常规天然气渗流实验装置的制作方法

本发明属于非常规天然气(煤层气和页岩气等)渗流实验技术领域，特别是涉及一种电磁波激励非常规天然气渗流实验装置。

背景技术：

非常规天然气主要包括煤层气和页岩气，主要成分为甲烷，是重要的新兴清洁能源。我国的煤层气和页岩气储量均非常丰富，页岩气可探储量位居世界首位。对非常规天然气进行开发利用不但能够极大的缓解我国能源紧张状况，而且可以降低煤、石油等常规能源对大气环境的污染，煤层气的开采还有助于增大煤矿生产安全系数，提高经济效益。但我国大部分地区的非常规天然气储层均属于低渗透储层，抽采率极低，无法进行常规工业化开采。

目前，常用的开采方法为水力压裂和水平钻井结合，需要耗费大量的水资源，且可能带来一些附加问题。电磁波是针对低渗透储层进行非常规天然气开采的新方法，最早是基于电磁波产生的热效应，利用热能提高非常规天然气解吸渗流速度，从而达到大幅度提高产量的目的。研究发现：电磁波作用于煤岩体，利用介电传导可同时实现热膨胀、热破裂和辐射致裂，同时可通过热辐射在煤岩体内部形成内热源，进一步利用温度差激励煤层气和页岩气从储层中产出。因此，电磁波激励开采低渗透非常规天然气相对于现有水力压裂、注气驱替和常规注热或加热开采等方式比较，抽采效率更高，致裂渗流效果更好；因此，利用电磁波对低渗透非常规天然气进行激励开采是一种非常有潜力的新型开采方法。

目前，现有技术中尚没有电磁波激励非常规天然气渗流实验装置，无法获得电磁波激励作用下非常规天然气的渗流规律，不能为非常规天然气资源的合理抽放和综合利用提供可靠的数据。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种电磁波激励非常规天然气渗流实验装置，该实验装置具有三轴加载功能，可实现对非常规天然气渗流特性的功能测试，获得电磁波激励作用下非常规天然气渗流特性规律，为非常规天然气资源，特别是低渗透资源的合理抽放和综合利用提供可靠的数据。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种电磁波激励非常规天然气渗流实验装置，包括三轴加压装置、电磁波激励装置及集成控制系统；

所述三轴加压装置由压力机和三轴仪组成，所述压力机包括上顶板、下底板、刚性柱、液压机及液压机工作台，所述三轴仪包括上压帽、下压帽、缸体、上压座、活塞、上压头、下压头及压垫；所述上顶板设置在下底板的上方，两者通过刚性柱相连接，在下底板的顶部中心位置设置有液压机，在液压机的上方设置有液压机工作台；在液压机工作台的上方设置有缸体，在缸体的上部设置有具有中心通孔的上压帽，所述上压帽与缸体通过螺纹相连接；在缸体的下部设置有具有中心通孔的下压帽，所述下压帽与缸体通过螺纹相连接，在缸体内的上部设置有上压座，上压座顶部的凸起设置在上压帽的中心通孔内；在下压帽的内部设置有活塞，活塞底部的凸起穿过下压帽的中心通孔后，与液压机工作台的上表面相接触，所述活塞与缸体相配合；在缸体内分别设置有上压头和下压头，在上压头的顶部设置有上压头第一凸起，所述上压头第一凸起嵌入在上压座的底部，在下压头的底部设置有下压头第一凸起，所述下压头第一凸起嵌入在活塞的顶部，所述上压头与下压头相对设置；在下压头及活塞的内部设置有贯通下压头和活塞的解吸气体出气孔，在上压座的内部分别设置有贯通上压座的围压进气孔和数据输出通道，在上压座及上压头的内部设置有贯通上压座和上压头的孔隙压进气孔和电磁波接收孔；

所述电磁波激励装置包括电磁波发生器，电磁波发生器的输出端与三轴加压装置的电磁波接收孔相连接；

所述集成控制系统包括主机、温度传感器、温度接受器、应变片、应变接收器、控制气体开关、稳压器控制开关、压力表及调压阀；气瓶分别与三轴加压装置的围压进气孔、孔隙压进气孔及液压机相连接，在气瓶与围压进气孔之间的管路上设置有第一控制气体开关、第一压力表、第一调压阀及第一稳压器，在气瓶与孔隙压进气孔之间的管路上设置有第二控制气体开关、第二压力表、第二调压阀及第二稳压器，在气瓶与液压机之间的管路上设置有第三控制气体开关、第三压力表、第三调压阀及第三稳压器；所述温度传感器和应变片均设置在试样表面，应变片的数据线穿过上压座的数据输出通道后通过应变接收器与主机相连接，温度传感器的数据线穿过上压座的数据输出通道后通过温度接收器与主机相连接。

在所述活塞的上部与下压帽之间设置有挡板。

在所述上、下压头上设置有锥形面，并配有压垫，所述压垫与上、下压头通过螺纹相连接。

所述应变接收器采用动态应变仪。

所述温度接收器采用多路数据采集仪。

本发明的有益效果：

本发明的实验装置具有三轴加载功能，可实现对非常规天然气渗流特性的功能测试，获得电磁波激励作用下非常规天然气渗流特性规律，为非常规天然气资源，特别是低渗透资源的合理抽放和综合利用提供可靠的数据。本发明的实验装置结构简单、性能可靠、操作方便、节约成本。

附图说明

图1是本发明的三轴加压装置及与其相连的应变片和温度传感器的结构示意图；

图2是本发明的控制器的结构示意图；

图中：1—应变接收器，2—温度接收器，3—主机，4—稳压器控制开关，5—电磁波发生器，6—电磁波输出口，7—控制气体开关，8—压力表，9—调压阀，10—上压座，11—上压头，12—试样，13—下压头，14—挡板，15—下压帽，16—液压机，17—围压进气孔，18—电磁波接收入口，19—孔隙压进气孔，20—数据输出通道，21—上顶板，22—上压帽，23—缸体，24—应变片，25—温度传感器，26—压垫，27—刚性柱，28—活塞，29—解吸气体出气口，30—液压机工作台，31—下底板，32—控制器壳体。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图1、图2所示，一种电磁波激励非常规天然气渗流实验装置，包括三轴加压装置、电磁波激励装置及集成控制系统。

所述三轴加压装置由压力机和三轴仪组成，所述压力机包括上顶板21、下底板31、刚性柱27、液压机16及液压机工作台30，所述三轴仪包括上压帽22、下压帽15、缸体23、上压座10、活塞28、上压头11、下压头13及压垫26；所述上顶板21设置在下底板31的上方，两者通过刚性柱27相连接，在下底板31的顶部中心位置设置有液压机16，在液压机16的上方设置有液压机工作台30；在液压机工作台30的上方设置有缸体23，在缸体23上部的外部设置有具有中心通孔的上压帽22，所述上压帽22与缸体23通过螺纹相连接；在缸体23下部的外部设置有具有中心通孔的下压帽15，所述下压帽15与缸体23通过螺纹相连接，在缸体23内的上部设置有上压座10，上压座10顶部的凸起穿过上压帽22的中心通孔后，与压力机的上顶板21相接触；在下压帽15的内部设置有活塞28，活塞28底部的凸起穿过下压帽15的中心通孔后，与液压机工作台30的上表面相接触，所述活塞28与缸体23相配合；在缸体23内分别设置有上压头11和下压头13，在上压头11的顶部设置有上压头第一凸起，所述上压头第一凸起嵌入在上压座10的底部，在下压头13的底部设置有下压头第一凸起，所述下压头第一凸起嵌入在活塞28的顶部，所述上压头11与下压头13相对设置；在下压头13及活塞28的内部设置有贯通下压头13和活塞28的解吸气体出气孔，所述解吸气体出气孔与解析气体出气口29相连通，在上压座10的内部分别设置有贯通上压座10的围压进气孔17和数据输出通道20，在上压座10及上压头11的内部设置有贯通上压座10和上压头11的孔隙压进气孔19和电磁波接收孔，所述电磁波接收孔与电磁波接收入口18相连通。

所述电磁波激励装置包括电磁波发生器5，电磁波发生器5的输出端与三轴加压装置的电磁波接收孔相连接。

所述集成控制系统包括主机3、温度传感器25、温度接受器2、应变片24、应变接收器1、控制气体开关7、稳压器、压力表8及调压阀9；气瓶分别与三轴加压装置的围压进气孔17、孔隙压进气孔19及液压机16相连接，在气瓶与围压进气孔17之间的管路上设置有第一控制气体开关、第一压力表、第一调压阀及第一稳压器，在气瓶与孔隙压进气孔19之间的管路上设置有第二控制气体开关、第二压力表、第二调压阀及第二稳压器，在气瓶与液压机16之间的管路上设置有第三控制气体开关、第三压力表、第三调压阀及第三稳压器；所述温度传感器25和应变片24均设置在试样12表面，应变片24的数据线穿过上压座10的数据输出通道20后通过应变接收器1与主机3相连接，温度传感器25的数据线穿过上压座10的数据输出通道20后通过温度接收器2与主机3相连接。在本实施例中，所述应变接收器1采用动态应变仪，温度接收器2采用多路数据采集仪。

在本实施例中，所述主机3、温度接受器2、应变接收器1、控制气体开关7、压力表8、调压阀9、电磁波发生器5及稳压器的稳压器控制开关4均设置在控制器壳体32上，电磁波发生器5的输出端与控制器壳体32上的电磁波输出口6相连接。压力表8设置有三个，分别为所述的第一压力表、第二压力表和第三压力表，分别用于测定围压、孔隙压及轴压；调压阀9设置有三个，分别为所述的第一调压阀、第二调压阀和第三调压阀，分别用于调节围压、孔隙压及轴压；控制气体开关7设置有三个，分别为所述的第一控制气体开关、第二控制气体开关和第三控制气体开关；稳压器控制开关设置有三个，分别为所述的第一稳压器的控制开关、第二稳压器的控制开关和第三稳压器的控制开关。

为了定位活塞28，在所述活塞28的上部与下压帽15之间设置有挡板14。在本实施例中，在所述下压帽15的内侧壁上设置有二级台阶，缸体23固定在第一级台阶上，挡板14固定在第二级台阶与缸体23的底面之间。

在所述上压头11和下压头13上设置有锥形面，并配有压垫26，所述压垫26与上压头11和下压头13通过螺纹相连接。

下面结合附图说明本发明的一次使用过程。

如图1、图2所示，实验前，先在煤岩体试样12的上部中心处钻中心预留孔，所述中心预留孔与电磁波接收孔相对应。在密封的空间内，将试样12在上压头11与下压头13之间压紧固定，在试样12表面安装温度传感器25和应变片24；并在试样12、上压头11及下压头13的外部设置热缩管，通过热缩管进行密封，热缩管的两端分别通过压垫26固定在上压头11和下压头13上。

打开第一控制气体开关，加载围压的气体从上压座10的围压进气孔17进入，从围压进气孔17充入的气体直接作用于热缩管包裹的试样12，加载于试样12周围；实验中轴压是通过压力机施加的，打开第三控制气体开关，通过液压机16及液压机工作台30施加压力作用于活塞28，活塞28推动下压头13，给试样12加载轴向压力，实现对试样12的三轴加载。打开第二控制气体开关，气体可先由孔隙压进气孔19导入，待试样12充分吸附后，再通过解析气体出气口29排出，进行渗流量测定。电磁波由电磁波发生器5产生，经由电磁波输出口6传导至电磁波接收入口18导入作用于试样12，在非常规天然气解吸过程中对试样12进行激励；通过试样12表面的温度传感器25和应变片24将得到试样12实验过程中的温度和变形数据，数据由温度接收器2和应变接收器1接收，并传送至主机3。通过解析气体出气口29可以测得气体渗流量，即可得到相应的非常规天然气解吸速度、试样12渗透率等数据，对照电磁波作用过程中的试样12的温度得出电磁波激励于试样12的渗透规律，对合理增产非常规天然气提供依据。