全文摘要
本实用新型公开了一种可增压液氮溶浸含瓦斯煤体致裂增透装置，包括保温筒，保温筒顶壁中心处向下连接有内筒，内筒底端与保温筒底壁之间具有间隙；内筒中部水平安装有耐压金属网片，耐压金属网片将内筒上下分隔为煤体腔和进液腔；内筒中部安装隔离阀，隔离阀用于分隔内筒且其阀杆沿水平方向伸出保温筒；内筒顶端的保温筒顶壁螺纹连接有内筒盖，内筒盖上设有螺纹轴体；本实用新型还公开了增透实验方法，本实用新型能进行煤体不同瓦斯吸附压力条件下的液氮溶浸煤体实验，还能较好的掌控液氮溶浸煤体的具体尺寸，适于反复多次在不同的实验条件下对煤体进行增透实验，有利于得出最佳的增透方案，为煤层气的开采利用提供技术支持。
主设计要求
1.可增压液氮溶浸含瓦斯煤体致裂增透装置，其特征在于：包括空心圆柱形的保温筒，保温筒竖向设置，保温筒轴向两端均封闭，保温筒顶壁中心处向下连接有空心圆柱形的内筒，内筒底端与保温筒底壁之间具有间隙；内筒中部水平安装有耐压金属网片，金属网片将内筒上下分隔为煤体腔和进液腔；内筒中部安装隔离阀，隔离阀位于耐压金属网片下方并与耐压金属网片相邻，隔离阀用于分隔内筒且其阀杆沿水平方向伸出保温筒，所述阀杆与保温筒的侧壁密封配合；耐压金属网片的网孔直径为3mm~7mm；内筒顶端的保温筒顶壁螺纹连接有内筒盖，内筒盖上设有用于增加煤体轴向压力的螺纹轴体，螺纹轴体下端安装有压力传感器，内筒盖上还设有除杂气气孔；内筒与保温筒侧壁之间围成液氮腔，液氮腔顶端的保温筒顶壁上设有用于通入液氮的第一阀门。
设计方案
1.可增压液氮溶浸含瓦斯煤体致裂增透装置，其特征在于：包括空心圆柱形的保温筒，保温筒竖向设置，保温筒轴向两端均封闭，保温筒顶壁中心处向下连接有空心圆柱形的内筒，内筒底端与保温筒底壁之间具有间隙；内筒中部水平安装有耐压金属网片，金属网片将内筒上下分隔为煤体腔和进液腔；
内筒中部安装隔离阀，隔离阀位于耐压金属网片下方并与耐压金属网片相邻，隔离阀用于分隔内筒且其阀杆沿水平方向伸出保温筒，所述阀杆与保温筒的侧壁密封配合；耐压金属网片的网孔直径为3mm~7mm；
内筒顶端的保温筒顶壁螺纹连接有内筒盖，内筒盖上设有用于增加煤体轴向压力的螺纹轴体，螺纹轴体下端安装有压力传感器，内筒盖上还设有除杂气气孔；内筒与保温筒侧壁之间围成液氮腔，液氮腔顶端的保温筒顶壁上设有用于通入液氮的第一阀门。
2.根据权利要求1所述的可增压液氮溶浸含瓦斯煤体致裂增透装置，其特征在于：所述保温筒和内筒均由透明材料制成，且内筒侧壁外表面连接有由透明材料制成的刻度立体板，刻度立体板上下均匀间隔设有水平刻度线，上下相邻的两条水平刻度线之间相隔1毫米，0刻度线位于金属网片处，0刻度线向上线隔1厘米于刻度线的末端刻有单位为厘米的用于指示液氮高度的阿拉伯数字；用于增加煤体轴向压力的螺纹轴体下端安装有压力传感器；内筒进液腔顶部两侧设置有气孔。
设计说明书
技术领域
本实用新型涉及煤层气开采领域，具体涉及液氮压裂增透技术。
背景技术
煤层气，是指赋存在煤层中以甲烷为主要成分、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，属非常规天然气，是近一二十年在国际上崛起的洁净、优质能源和化工原料。煤层渗透性低，严重影响抽采效率，水力压裂目前存在返排率低、压裂缝短、污染环境等问题，采用新型压裂技术是改善煤层压裂效果的关键，利用低温流体压裂煤储层，具有增能助排、对煤层伤害小等优点；在预定的温度条件下及煤储层压力下进行液氮溶浸煤体裂缝发育实验为现有技术，但缺乏实验用液氮压裂相关装置，现有的设备不能实现含瓦斯煤液氮冷浸增透实验，不能实现固定或加载条件下的液氮增透实验，亦无法研究压力一定下液氮浸润煤样尺寸对煤样裂缝发育情况的影响。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种可增压液氮溶浸煤体致裂增透装置，含瓦斯煤条件下液氮冷浸实验和轴向固定，能够方便地控制液氮液位，对煤样进行低温裂缝发育实验，并便于改变液位参数和压力参数后重复进行实验。
为实现上述目的，本实用新型的可增压液氮溶浸含瓦斯煤体致裂增透装置包括空心圆柱形的保温筒，保温筒竖向设置，保温筒轴向两端均封闭，保温筒顶壁中心处向下连接有空心圆柱形的内筒，内筒底端与保温筒底壁之间具有间隙；内筒中部水平安装有耐压金属网片，金属网片将内筒上下分隔为煤体腔和进液腔；
内筒中部安装隔离阀，隔离阀位于耐压金属网片下方并与耐压金属网片相邻，隔离阀用于分隔内筒且其阀杆沿水平方向伸出保温筒，所述阀杆与保温筒的侧壁密封配合；耐压金属网片的网孔直径为3mm~7mm；
内筒顶端的保温筒顶壁螺纹连接有内筒盖，内筒盖上设有用于增加煤体轴向压力的螺纹轴体（通过转动转轴向煤体施压），螺纹轴体下端安装有压力传感器，内筒盖上还设有除杂气气孔；内筒与保温筒侧壁之间围成液氮腔，液氮腔顶端的保温筒顶壁上设有用于通入液氮的第一阀门。
所述保温筒和内筒均由透明材料制成，且内筒侧壁外表面连接有由透明材料制成的刻度立体板，刻度立体板上下均匀间隔设有水平刻度线，上下相邻的两条水平刻度线之间相隔1毫米，0刻度线位于金属网片处，0刻度线向上线隔1厘米于刻度线的末端刻有单位为厘米的用于指示液氮高度的阿拉伯数字；用于增加煤体轴向压力的螺纹轴体下端安装有压力传感器；内筒进液腔顶部两侧设置有气孔（保证加入液氮后液氮腔内气体方便外排）。
本实用新型具有如下的优点：
本实用新型不仅可以研究液氮溶浸煤体条件下的低温裂缝发育，而且还可以研究液氮溶浸含瓦斯煤体条件下的低温裂缝发育，还可以研究液氮溶浸含瓦斯煤体并轴向施压条件下的煤体裂缝发育。
本实用新型结构简单，使用方便，便于实验人员直观地观察并控制液氮的液位高度以及瓦斯的压力值。
保温筒和内筒以及刻度立体板均由透明材料制成，保证了本实用新型的可视性，实验人员能够直观而准确地观察到液氮的液位。通过观察压力传感器能有效的控制瓦斯压力。
本实用新型配套的增透实验方法能够非常方便地控制实验压力和液氮的液位高度，并便于提供不同的实验压力条件和不同的液氮的液位高度条件，为低温裂缝发育实验（增透实验）提供基础。
本实用新型配套的增透实验方法步骤简便，安排合理，如第四步骤，通过观察装置的两个压力传感器的压力值来判断瓦斯是否吸附平衡。
总之，本发明能较好的控制瓦斯及液氮压力并掌控液氮浸润煤体的具体尺寸，适于反复多次在不同的实验条件下对煤体进行增透实验，有利于得出最佳的增透方案，为煤层气的开采利用提供技术支持。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的实验用可增压液氮溶浸含瓦斯煤体致裂增透装置包括呈空心圆柱形的保温筒1，保温筒1竖向设置，保温筒1轴向两端均封闭，保温筒1顶壁中心处向下连接有空心圆柱形的内筒2，内筒2底端与保温筒1底壁之间具有间隙；内筒2中部水平安装有耐压金属网片3，耐压金属网片3将内筒2上下分隔为煤体腔4和进液腔5；
内筒2中部安装隔离阀6，隔离阀6位于耐压金属网片3下方并与耐压金属网片3相邻，隔离阀6用于分隔内筒2且其阀杆沿水平方向伸出保温筒1，所述阀杆与保温筒1的侧壁密封配合；耐压金属网片3的网孔直径为3mm~7mm；
内筒2顶端的保温筒1顶壁螺纹连接有内筒盖7，内筒盖7上设有用于给煤样施加轴向压力的螺纹轴体8，螺纹轴体8的底端安装有压力传感器13，除杂气气孔16，与煤样腔相连的真空表14及真空泵15；内筒2与保温筒1侧壁之间围成液氮腔9，液氮腔9顶端的保温筒1顶壁上设有用于通入液氮的第一阀门10。
所述保温筒1和内筒2均由透明材料制成（如由耐低温的玻璃或塑料制成），且内筒2侧壁外表面连接有由透明材料制成的刻度立体板（与保温桶内壁密封相连）11，刻度立体板11上下均匀间隔设有水平刻度线12，上下相邻的两条水平刻度线12之间相隔1毫米，0刻度线12位于耐压金属网片3处，0刻度线12向上线隔1厘米于刻度线12的末端刻有单位为厘米的用于指示液氮高度的阿拉伯数字；所述煤体腔4侧壁安装有压力传感器17。图1为示意图，图中刻度线的数量不代表实际数量，根据实验的需要，本发明的实验用可增压液氮半溶浸致裂增透装置可以制成不同的尺寸型号，刻度线的数量也相应增减。
本发明还公开了使用上述实验用可增压液氮溶浸预定含瓦斯煤体致裂增透装置进行的增透实验方法，其特征在于按以下步骤进行：
第一步骤是密封性检测；
第二步骤是加入煤样；
第三步骤是排除杂质气体，即对煤体腔进行抽真空。
第四步骤是瓦斯吸附；
第五步骤是加入液氮；
第六步骤是煤体加压；
第七步骤是在预定的压力条件和液氮液位条件下进行煤样的裂缝发育实验，并作好实验记录；
第二至第七步骤为一个实验循环；实验计划中包含N组预定的液氮的液位高度值及煤样腔4压力值，N为大于等于1的自然数；
每组预定的液氮的液位高度值及煤体压力值条件对应一个实验循环，重复进行第二至第六步骤，每个实验循环中采用一组预定的液氮的液位高度值及煤体压力值，直到实验计划中的N组预定的液氮的液位高度值及煤体压力值对应的实验循环均进行完毕后，结束全部实验。
所述第一步骤具体操作是：将第一阀门10与外置的高压氮气气瓶的气管相连接，外置的高压氮气气瓶的气管与外置的高压氮气气瓶相连接；打开第一阀门10和隔离阀6，通过高压氮气气管和第一阀门10向煤体腔4中注入氮气，氮气通过内筒2底端与保温筒1底壁之间的间隙进入进液腔5；当压力表17显示煤体腔4及进液腔5中的压力达到预定值时，关闭第一阀门10；如果保压12小时后压力降低值小于等于0.01MPa，则继续进行第二步骤；如果保压12小时后压力降低值大于0.01MPa，则需要对可增压液氮半溶浸致裂增透装置进行密封性维护后，重新进行第一步骤；
所述第二步骤具体操作是：打开内筒盖7，将煤体放入煤体腔4，然后将排除杂质气体的气孔16与外置的真空泵相连接。
所述第三步骤具体操作是：关闭第一阀门10和和隔离阀6，通过与除杂气气孔16连接的真空泵15抽取煤体腔内的杂气，直到看到真空表14显示煤体腔内真空度保持三分钟内稳定；
所述第四步骤具体操作是：将除杂质气体的气孔16与外置的高压瓦斯气瓶的气管连接，外置的高压瓦斯气瓶的气管与压力传感器连接，压力传感器通过气管与减压阀相连接，减压阀通过气管与高压瓦斯气瓶连接，关闭隔离阀6，打开高压瓦斯气瓶，通过控制减压阀向煤样腔4注入瓦斯气体，通过煤体腔的压力传感器17控制瓦斯气体压力，使得煤体更好吸附瓦斯，当煤体腔内的压力传感器17与高压瓦斯气瓶连接的压力传感器数值相等时则煤体吸附瓦斯平衡。
所述第五步骤具体操作是：打开第一阀门10和隔离阀6，将第一阀门10与外置的液氮管路相连，外置的液氮管路与外置的液氮源（如液氮罐）相连接，通过液氮管路和第一阀门10向液氮腔9内加入液氮，液氮通过内筒2与保温筒1底壁之间的间隙由下向上进入内筒2，通过进液腔5和耐压金属网片3的网孔后进入煤体腔4；
工作人员通过透明的保温筒1和内筒2观察煤体腔4中的液氮，根据刻度刻度板11上的刻度和数字得到液氮的准确液位；当液氮的液位将要达到实验预定的高度时，关闭第一阀门10和隔离阀6，停止第五步骤；
所述第六步骤具体操作是：通过转动内筒盖7上的螺纹轴体8向内筒中的煤体施加轴向压力，通过螺纹轴体8连接的压力传感器13来控制所给煤体施加的压力预定值。
以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201920063892.8
申请日:2019-01-15
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:41(河南)
授权编号:CN209556993U
授权时间:20191029
主分类号:E21B 43/28
专利分类号:E21B43/28;E21B43/26;E21B49/00;E21B47/00;E21B47/06
范畴分类:22A;
申请人:河南理工大学
第一申请人:河南理工大学
申请人地址:454150 河南省焦作市高新区世纪大道2001号
发明人:王泽祺;刘小鹏;吕小权;唐耀财;贾旭丹
第一发明人:王泽祺
当前权利人:河南理工大学
代理人:王金
代理机构:41131
代理机构编号:郑州豫开专利代理事务所(普通合伙)
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计