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              • 论文
              主办单位:煤炭科学研究总院出版传媒集团、中国煤炭学会学术期刊工作委员会

              周福宝团队自主研制煤岩体应力-渗流-温度多过程耦合试验系统

              2021-04-25 免费下载

                为了弥补大多数渗流试验系统存在的不足,矿大周福宝教授团队自主研制了煤岩体应力-渗流-温度多过程耦合试验系统,并于2019年获得了专利(专利名称:一种非常规天然气岩-气-热多过程耦合式试验系统)。 力学-渗流试验系统的管路泄露和煤样密封是世界性难题,该试验系统的力学和渗透性测试结果的准确性分别通过了MTS815岩石力学试验系统和标准渗透率岩心的验证。

                

              多过程耦合试验系统.jpg

                煤岩体应力-渗流-温度多过程耦合试验系统

                

                1 试验系统

                

                1.1 主要功能

                

                煤岩体应力-渗流-温度多过程耦合试验系统可获取可控温度环境下储层煤岩样裂隙与基质、裂隙与孔隙流体、基质与孔隙流体之间耦合作用的特征参数;测试煤岩体加/卸载应力作用下,不同孔隙压力和温度条件下吸附/解吸量随时间的变化过程和煤岩体渗透率的动态演化规律,定量揭示深部力-热耦合环境下煤岩体应力变形-瓦斯解吸/扩散-气体运移-温度传输的多场耦合作用机制。

                

                1.2 主要组成

                

                煤岩体应力-渗流-温度多过程耦合试验系统主要由岩芯夹持子系统、流体控制子系统、温度控制子系统、操作控制及数据分析子系统等组成。

                

                1)岩芯夹持子系统

                夹持器结构.jpg

                夹持器结构

                

                圆柱状试样被包裹在特制橡胶套内,固定在夹持器内腔。夹持器两端和胶套的四周设有液压腔,可借助液体加压泵控制腔内压力,实现对试样两端面和环向方向传递荷载。

                

                夹持器中试样的整体变形通过安装在每个柱塞的位移传感器进行监测,局部变形则通过试样中不同位置的应变片进行测量。橡胶套设计能够有效地隔绝应力加载过程中环压液体与试样间的直接接触,减少试样被加压介质污染的概率。

                

                2)流体控制子系统

                流体控制子系统.jpg

                流体控制子系统示意

                

                气体计量系统由气/液分离器、水容器、气体流量计和电子天平组成.当气体流量相对较高时,气体流量由流量计直接测量;当气体流量较小时,基于排水法测定排出气体体积,或通过计算机自动获取天平的读数来换算气体的流量.高压流体的注入会显著改变煤岩体基质孔隙结构。流体注入系统的泵源采用高精度高压计量泵,能够提供精准的流速和压力控制,避免脉冲或流动异常等情况。当试验气体需要特别高的压力时,启用配备的气体增压和空气静音压缩机系统,提高气体压力。

                

                3)温度控制子系统

                操作控制子系统.jpg

                操作控制子系统界面示意

                

                温度控制子系统包括温度调节器、工作室、风道、保温隔热层、加热元件、控温、热风循环、温度传感器、压缩机、冷凝器、蒸发器和节流阀。整个试验过程中的试验管路和煤样环境温度可调可控。放在恒温箱内的夹持器通过电加热毯进行加热,加热元件产生的温度经风道送往工作室的各个角落。温度传感器及电脑程序用于采集监控箱内和煤样表面的环境温度。

                

                4)操作控制及数据分析子系统

                

                操作控制子系统由计算机、工业控制机、压力传感器、接口电路板及数据采集软件组成。通过压差信号传送器将夹持器内气压变化及其下降时间传输到自动测量系统;借助压力加载信号传送器将柱塞泵的输出压力值实时传输到控制系统,也可以依据试验要求控制泵的输出压力与流量,达到控制试样受力的目的;通过位移传感器将夹持器内试样的轴向整体变形量传输到控制系统;通过电阻式应变片将试样局部应变传输给控制系统;通过温度传感器将恒温箱及夹持器内的温度实时传输给自动控温系统。

                

                基于LabVIEW可视化的图形编程语言和平台开发了系统操作界面,用组态工具展示试验流程,显示流入、流出的方向,在流程图上显示必要的温度、压力数值,注入泵的排量和累计注入量等.操作时,只需通过鼠标或键盘操作软面板,来检验仪器的通信与实现人机交互操作.此外,操作控制子系统还设计有超压、超温自动报警关闭功能,危险气体报警装置,保障设备安全运行及试验人员人身安全。

                

                数据分析子系统能实时采集气体压力、温度、流量、应力-应变、渗透率等参数,生成原始数据报表、分析报表以及曲线图,并自动出具试验报告。此外,计算机采集数据能更新存盘、备份,具有意外停机恢复和续存功能,保障系统长时间可靠运行。


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                责任编辑:宫在芹
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