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专利号: 2018112663687
申请人: 中国矿业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 土层或岩石的钻进;采矿
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种煤层气水平井塌孔造洞穴卸压开采模拟试验系统,其特征在于,包括煤系地层结构重构与相似材料模拟子系统、压力脉动激励卸压模拟子系统、电模拟子系统、产出物分离检测子系统和数据采集控制子系统;

所述的煤系地层结构重构与相似材料模拟子系统包括样品仓(4.1)、气体注入装置、恒温房和围压加载装置及多个阀门,样品仓(4.1)为由六块可移动钢板相连形成的密封的六面体,样品仓(4.1)内放置有煤系地层相似材料,相似材料自上而下为顶层相似材料岩层、相似材料煤层、底层相似材料岩层,相似材料内设有由水平井和直井贯通构成的U型井、水平井水平段位于相似材料煤层内;围压加载装置中的X方向伺服站(4.22)、Y方向伺服站(4.23)和Z方向伺服站(4.21)分别与样品仓(4.1)外部对应的加载活塞液动连接、连接管路上分别对应设有X方向压力传感器(4.32)、Y方向压力传感器(4.33)和Z方向压力传感器(4.31);气体注入装置中的增压泵(1.7)的入口与氦气高压气瓶(1.1)、二氧化碳高压气瓶(1.2)和甲烷高压气瓶(1.3)的出口管路连通、出口管路与样品仓(4.1)内相似材料煤层中水平井连通、动力输入口与空压机(1.6)出口连通,自增压泵(1.7)出口至水平井的连通管路上依次设有减压阀(1.9)、气体质量流量控制器(1.10)和压力传感器一(1.12);相似材料煤层内靠近下端处设有压力传感器、温度传感器、应变测量仪和饱和度探针;

所述的压力脉动激励卸压模拟子系统包括流体注入装置和井下喷射装置,流体注入装置包括液压泵(2.2)、液压缸(2.4)、高模量弹簧(2.5)和冲击压力腔(2.7),所述的液压泵(2.2)出口一条支路通过电磁阀与液压缸(2.4)液动连接、另一条支路通过电磁阀与冲击压力腔(2.7)连通,导杆(2.51)右端与高模量弹簧(2.5)的右安装板固定连接,左端穿过高模量弹簧(2.5)的左安装板并与其滑动连接,液压缸(2.4)的活塞杆与导杆(2.51)同轴设置,在液压缸(2.4)活塞杆端面与导杆(2.51)左端面之间设有离合器;冲击压力腔(2.7)内的冲击活塞(2.71)左端伸出冲击压力腔(2.7)并与高模量弹簧(2.5)的右安装板固定连接;液压泵(2.2)的出口管路上设有压力传感器二(2.31),高模量弹簧(2.5)的右安装板上设有位移传感器一(2.6),液压泵(2.2)的进水口管路置于储液池(2.1)内;井下喷射装置置于相似材料煤层内水平井水平段靠近井口一侧,冲击压力腔(2.7)的出口管路与井下喷射装置连通;

所述的电模拟子系统包括电源(3.1)和测量装置(3.2),所述的电源(3.1)的高电位端与置于相似材料煤层内水平井内的铜带电连接、低电位端与测量装置(3.2)的高电位端电连接,测量装置(3.2)的低电位端与样品仓(4.1)内壁的铜带电连接;

所述的产出物分离检测子系统包括气液固分离器(6.1)、电子天平称重装置一(6.4)、电子天平称重装置二(6.5)和气体收集瓶(6.7),气液固分离器(6.1)的入口与相似材料煤层直井出口连通、气体出口与气体收集瓶(6.7)连通、液体出口及固体出口分别与电子天平称重装置一(6.4)和电子天平称重装置二(6.5)连通,在气液固分离器(6.1)与气体收集瓶(6.7)之间的连通管路上设有气体流量计(6.3);

所述的数据采集控制子系统包括采集硬件和数据处理软件,硬件包括工作站、打印机、采集卡,采集卡由PCI8360,CP-168组成;软件用于对各部件进行参数设置、控制及数据实时显示,并对采集的数据进行处理得到数据报表及曲线图并生成试验数据库。

2.根据权利要求1所述的一种煤层气水平井塌孔造洞穴卸压开采模拟试验系统,其特征是:所述的模拟实验系统还包括真空泵(5),真空泵(5)与相似材料煤层内的直井出口管路连通。

3.根据权利要求1或2所述的一种煤层气水平井塌孔造洞穴卸压开采模拟试验系统,其特征是:所述的压力脉动激励卸压模拟子系统还包括磨料罐(2.11)和混合腔(2.13),磨料罐(2.11)出口、冲击压力腔(2.7)出口与混合腔(2.13)连通,混合腔(2.13)的出口与井下喷射装置连通。

4.根据权利要求3所述的一种煤层气水平井塌孔造洞穴卸压开采模拟试验系统,其特征是:所述的气体注入装置还包括气体储罐(1.8)、单向阀(1.11)和调压阀(1.13),气体储罐(1.8)的入口与增压泵(1.7)的出口连通;单向阀(1.11)设在气体质量流量控制器(1.10)和压力传感器一(1.12)之间,其出口朝向压力传感器一(1.12);调压阀(1.13)设在空压机(1.6)的出口处。

5.根据权利要求4所述的一种煤层气水平井塌孔造洞穴卸压开采模拟试验系统,其特征是:所述的压力脉动激励卸压模拟子系统还包括恒速恒压泵(2.10)和中间容器(2.9),中间容器(2.9)的入口与恒速恒压泵(2.10)连通,中间容器(2.9)的出口与冲击压力腔(2.7)出口管路连通。

6.根据权利要求5所述的一种煤层气水平井塌孔造洞穴卸压开采模拟试验系统,其特征是:所述的产出物分离检测子系统还包括干燥器(6.2),干燥器设在气液固分离器(6.1)和气体流量计(6.3)之间。

7.根据权利要求6所述的一种煤层气水平井塌孔造洞穴卸压开采模拟试验系统,其特征是:在氦气高压气瓶(1.1)、二氧化碳高压气瓶(1.2)和甲烷高压气瓶(1.3)的出口管路分别设有压力表一(1.41)、压力表二(1.42)和压力表三(1.43),在空压机(1.6)和增压泵(1.7)之间连通管路上设有压力表四(1.44),在气体储罐(1.8)的入口管路上设有压力表五(1.45),在气体质量流量控制器(1.10)入口管路处设有压力表六(1.46)。

8.根据权利要求7所述的一种煤层气水平井塌孔造洞穴卸压开采模拟试验系统,其特征是:所述的煤系地层结构重构与相似材料模拟子系统还包括X方向位移传感器(4.42)、Y方向位移传感器(4.43)和Z方向位移传感器(4.41),分别设在对应的加塞活塞上。

9.根据权利要求8所述的一种煤层气水平井塌孔造洞穴卸压开采模拟试验系统,其特征是:所述的应变测量仪为分布式光纤测量仪,沿着相似材料煤层内水平井水平段方向分布。