气化腔侧壁煤岩试样渗透性的实验模拟测试装置的制作方法

本技术涉及煤炭地下气化领域，且尤其涉及一种气化腔侧壁煤岩试样渗透性的实验模拟测试装置。

背景技术：

1、煤炭地下气化的主要反应场所是气化腔。煤炭地下气化过程中气化腔侧壁的渗透性影响着煤层中的水或水蒸气进入气化腔的速度和流量，同时也影响到气化腔中的氧气进入到煤层与煤生成一氧化碳或二氧化碳的反应速度和反应程度，是煤炭地下气化中气化剂中的水和氧调节的重要基础数据，是氧气与侧壁煤层反应的核心部分。如果侧壁煤层的渗透率高，则氧气进入煤层的速度快，煤与氧气生成一氧化碳和二氧化碳的速度加快，同时，煤层中的水或水蒸气进入气化腔的速度加快，水与炭的反应速度加快。

2、目前，国内外煤炭地下气化实验装置主要是用于模拟气化产物、气化剂配比以及反应工艺条件的，尚缺乏气化腔侧壁渗透测试的实验测试装置。

3、因此，需要一种能够有效且准确地模拟流体渗透过程的气化腔侧壁煤岩试样渗透性的实验模拟测试装置。

技术实现思路

1、以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制本技术的保护范围。

2、在一个方面，本技术提供了一种气化腔侧壁煤岩试样渗透性的实验模拟测试装置，包括：

3、密封壳，其容纳待测量的煤岩试样，所述密封壳在第一方向上的尺寸大于所述密封壳在第二方向上的尺寸，所述第一方向与所述第二方向是垂直的；

4、试样容纳腔，其被设置在所述密封壳内且配置成容纳待测量的煤岩试样，

5、第一匀化处理器，其被设置在所述密封壳内且设置在所述煤岩试样的一侧与所述煤岩试样流体相通，所述第一匀化处理器具有第一流体入口；

6、第二匀化处理器，其被设置在所述密封壳内且设置在所述煤岩试样的另一侧与所述煤岩试样流体相通，所述第二匀化处理器具有第一流体出口；

7、多列出口通道，其沿着所述第一方向等间隔地设置，所述多列出口通道与所述密封壳内的所述煤岩试样流体相通且包括第1列出口通道至第n列出口通道，n为2-10的整数，其中每一列出口通道包括一个上部出口通道和一个下部出口通道，所述上部出口通道设置在所述密封壳上并向上延伸远离所述密封壳，所述下部出口通道设置在所述密封壳上并向下延伸远离所述密封壳；

8、流动管路，其具有多个控制阀，每一列出口通道经由所述控制阀与所述流动管路流体相通；

9、流体供给设备，其设置在所述密封壳外且被配置成将流体经由所述第一流体入口供给到所述第一匀化处理器中；

10、第一压力控制器，其设置在所述密封壳外且被配置成经由所述第一流体出口向所述密封壳内施加压力；

11、第一流量计，其设置在所述密封壳外且在所述流体供给设备与所述第一流体入口之间；

12、第二流量计，其设置在所述第一压力控制器远离所述密封壳的一侧；

13、第二压力控制器，其设置在所述密封壳外且与所述密封壳相连。

14、在本技术中，术语“流体”包括水或氮气、空气等气体。可选地，流体是水。

15、在本技术中，密封壳是由气密性或水密性材料，如特种钢材、不锈钢等制成的壳体。例如，由不锈钢材料制成的密封壳能够承受高达1200℃的温度，较好地解决了装置的承温承压问题。

16、在本技术中，第一方向通常指的是密封壳的长度方向，第二方向通常指的是密封壳的宽度方向，密封壳在第一方向上的尺寸通常指的是长度，密封壳在第二方向上的尺寸通常指的是宽度。通常，长度尺寸大于或远大于宽度尺寸。

17、在本技术中，密封壳可以呈不同的形状，例如呈长条形的形状，包括圆柱体等。可选地，密封壳呈圆柱体的形状，或者密封壳包括两个相连的半圆柱体。此时，密封壳在第一方向上的尺寸通常指的是密封壳圆柱体的轴向长度(即圆柱体的高)，密封壳在第二方向上的尺寸通常指的是密封壳圆柱体的直径尺寸(即圆柱体的底面直径)。

18、在本技术中，试样容纳腔、第一匀化处理器以及第二匀化处理器的形状与密封壳的形状相匹配，例如都可以呈圆柱体的形状。

19、在本技术中，术语“煤岩试样”主要指(1)取自于煤层真实气化腔侧壁的煤样；(2)实验室内烧制的一侧焦化煤样；以及(3)原煤煤样，包括天然原煤煤样和人工制作煤样等。煤岩试样的尺寸和形状通常与试样容纳腔的尺寸和形状相匹配。

20、可选地，沿着密封壳的长度方向，密封壳内依次包括第一匀化处理器、试样容纳腔以及第二匀化处理器。

21、可选地，沿着密封壳的长度方向，如果试样容纳腔的尺寸远小于密封壳的尺寸，则可以在第一匀化处理器与试样容纳腔之间设置第一替代试样和/或在试样容纳腔与第二匀化处理器之间设置第二替代试样，即沿着密封壳的长度方向，密封壳内依次包括第一匀化处理器、第一替代试样、试样容纳腔、第二替代试样以及第二匀化处理器。第一替代试样和第二替代试样均是高渗透率的替代煤岩试样，它们用来调整煤岩试样的位置和岩样长度不足时的位置充填，这可以根据所获得的煤岩试样的不同情况进行调整，但是要保证试样容纳腔前后端各具有1cm-2cm长度的匀化处理器，以及密封壳内的空间被全部充满。

22、在本技术中，第一匀化处理器设置在试样容纳腔的上游，用于保证进入煤岩试样的流体是均匀的，即通过设置第一匀化处理器，使得经由第一流体入口进入的流体通过第一匀化处理器后能够均匀地散布整个试样容纳腔和替代试样，且压力能够均匀地散布整个试样容纳腔和替代试样；第二匀化处理器设置在试样容纳腔的下游，用于保证后端出口阻力是均匀的。可选地，第一匀化处理器和第二匀化处理器可以采用金属透水石或陶瓷透水石。

23、可选地，每一列出口通道中的上部出口通道和所述下部出口通道相对于密封壳的长度方向(即第一方向)是相互对称的，或不对称的。这种位置设置方式主要是为了提高测量间距对测量渗透率的煤岩试样长度的适应性，达到能测量多种长度煤岩试样的目的并精确测量煤岩试样的长度误差，从而降低造成渗透率测量的误差。

24、可选地，密封壳和多个出口通道是一体的，即被一体化制造。

25、可选地，多个出口通道呈圆柱体的形状，可选地，所述上部出口通道和所述下部出口通道各自包括两个相连的半圆柱体。两个半圆柱体的连接方式可以采用本领域的常规方式。

26、可选地，为了进一步增强密封壳和出口通道的隔热保压性能，可以在密封壳的内表面和/或所述多列出口通道的内表面上设置有护套层。可选地，护套层是橡胶护套层。密封壳内的橡胶护套层也相应包裹第一匀化处理器、第一替代试样、试样容纳腔、第二替代试样以及第二匀化处理器。

27、可选地，当密封壳由两个相连的半圆柱体形成时，为了增强密封壳的隔热保压和密封性能，还可以在密封壳沿着所述第一方向的未设置出口通道的两侧各设置有一个密封盖。当两个半圆柱体连接在一起形成密封壳时，环形的密封盖用于紧固两个半圆柱体。可选地，两个半圆柱体两端的外表面设置有外螺纹，其与环形的密封盖内表面设置的内螺纹相匹配，以便使两个半圆柱体紧固在一起。

28、可选地，实验模拟测试装置还包括压力传感器，其设置在所述流体供给设备与所述第一流体入口之间。

29、可选地，流体供给设备可以采用加压泵的形式来输送流体。可选地，加压泵还可以具有加热器，以将具有不同的注入压力和注入温度的流体输送并注入到第一匀化处理器和试样容纳腔中。

30、可选地，第一压力控制器可以采用如背压泵的形式。第一压力控制器可以用于保证注入压力大于背压的条件下流体从第一入水口至第一出水口的流动方向。由背压泵提供的背压通常可以在1-10mpa的范围内。

31、可选地，第二压力控制器可以采用套压泵的形式。第二压力控制器用于对整个密封壳与密封壳内的橡胶护套层之间的空间提供不同的环空套压，并可以调整环空套压的大小，从而模拟不同深度煤层的压力。由套压泵提供的套压通常可以在1-10mpa的范围内。

32、此外，本技术装置通常用于常温下的模拟测试。然而，可选地，也可以在密封壳上增加温度控制器，以便提供不同温度的条件。

33、可选地，实验模拟测试装置还包括数据采集器，所述压力传感器、所述第一流量计以及所述第二流量计均连接至所述数据采集器。第一压力传感器所测得的流体的注入压力数据，第一流量计所测得的注入到第一匀化处理器和试样容纳腔内的流体流量数据以及第二流量计所测得的从第一流体出口排出的流体流量数据均会传输给数据采集器。

34、可选地，数据采集器还可以与计算机数据处理系统连接用于数据的存储和处理。

35、可选地，装置还可以包括用于测量第一压力控制器的压力的第三压力传感器和用于测量第二压力控制器的压力的第四压力传感器。第三压力传感器和第四压力传感器测得的压力数据也可以由数据采集器采集并传输至计算机数据处理系统。

36、可选地，装置还可以包括用于测量每一个出口通道处的压力的多个压力传感器。

37、本技术的装置具有多种技术优势：(1)可以通过调整模拟岩心的长度和位置测定任何长度岩心的渗透率及其分布值；(2)可以通过调整测试岩心的位置将测试段微分成任何不同的分段，进行渗透率的测量，获得任何点或微段上的渗透率；(3)可以通过测得的渗透率判定气化腔内气体进入煤层以及气化腔外水侵入气化腔的情况，得到气化腔外的煤岩变化情况，指导煤炭地下气化的生产过程调整和控制。

38、本技术提供了一种可测量气化腔侧壁煤样渗透率的实验装置，可获取水或水蒸气通过气化腔侧壁进入气化腔的速度和流量，为气化剂中水和水蒸气的注入速度和流量提供数据支撑；(2)通过建立非均匀气化腔侧壁材料水的渗透率的测试方法和计算方法，形成了一种非均匀气化腔侧壁材料水的渗透率的测试方案和确定技术；(3)通过建立非均匀气化腔侧壁材料气体(氧气或空气)渗透率的测试技术和计算方法，形成了一种非均匀气化腔侧壁材料气体(氧气或空气)渗透率的测试技术，可获取气化腔中的氧气进入气化腔侧壁的速度，为实际工程中调节气化剂中氧气的注入速度和流量提供了可靠的实验数据支撑。

39、本技术建立了气化腔侧壁岩样渗透率测试实验装置，为气化腔侧壁岩样渗透率测试提供了实验条件，可以测定实验室内制作的煤炭地下气化过程中的气化腔侧壁岩样以及真实现场煤炭地下气化过程中的气化腔侧壁岩样的渗透特征参数，为现场以及煤炭地下气化开发方案模拟提供坚实的数据支撑。以及可以为气化与燃烧机理、气化过程控制方法、气化运行工作制度提供有效的实验手段。

40、本技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本技术而了解。本技术的其他优点可通过在说明书以及附图中所描述的方案来实现和获得。