一种外加流体影响下煤体渗透性原位测试方法及系统

1.本发明涉及煤矿瓦斯抽采技术领域，更具体的说是涉及一种外加流体影响下煤体渗透性原位测试方法及系统。


背景技术：

2.煤矿进入深部开采以后，煤层普遍存在“高储-低渗”的特性，为提高煤层瓦斯场抽采效率，水力压裂、水力割缝、注水驱替等水力化强化瓦斯抽采技术被广泛应用，但采用水力化措施时，势必会有水分进入煤体中，并对煤体的渗透率产生较大影响，如何真实模拟现场的实际应力环境、以及注水过程，并同步进行渗透率的测试，是目前急需解决的问题。
3.为此提供一种外加流体影响下煤体渗透性原位测试方法及系统，以解决上述问题，是本领域技术人员亟需解决的问题。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明提供了一种外加流体影响下煤体渗透性原位测试方法及系统，以实现外加流体影响下不同埋藏深度煤层渗透率的测定。
5.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
6.一种外加流体影响下煤体渗透性原位测试方法，具体步骤包括：
7.s1将试样固定安装在应力加载装置中；其中，应力加载装置安装于测试罐；
8.s2采用应力加载模块给试样施加预设应力；其中，预设应力为待测环境中煤层的实际地应力；
9.s3采用注气模块向测试罐内注入预设量的甲烷；
10.s4采用注水模块向测试罐内注入预设量的水分；
11.s5采用瞬态法进行渗透率的测试，获取对应水分条件下的煤体渗透率；
12.s6改变预设应力、甲烷预设量、水分预设量，重复s1-s5，得到不同埋藏深度的煤层在不同含水率条件下的渗透率。
13.可选的，s2还包括：
14.获取待测环境中煤层实际的地应力；
15.根据煤层实际的地应力，通过应力数据对应力加载装置施加的应力进行自适应调整，将试样所受的应力调整至与煤层实际的地应力相等的应力。
16.可选的，s3具体包括：
17.获取待测环境中煤层的实际瓦斯压力；
18.根据实际瓦斯压力在测试罐内注入相等含量的甲烷；
19.等待试样吸附48小时，使试样吸附完全达到平衡。
20.与上述方法所对应的，本发明还公开了一种外加流体影响下煤体渗透性原位测试系统，包括：试样、应力加载模块、测试罐、注水模块、注气模块、径向位移传感器、轴向位移传感器、计算机；
21.试样用于模拟待测煤层；
22.应力加载模块，与试样固定连接，用于向试样施加预设应力；
23.径向位移传感器，与试样径向的多个点固定连接，用于测量试样的径向位移数据；
24.轴向位移传感器，与试样轴向的多个点固定连接，用于测量试样的轴向位移数据；
25.计算机，分别于应力加载模块、径向位移传感器、轴向位移传感器连接，用于采集径向位移数据和轴向位移数据，并根据径向位移数据和轴向位移数据得到试样的实际受应力数据，同时根据实际受应力数据对应力加载模块进行自适应调整回归为预设应力；
26.测试罐的腔内固定连接应力加载模块，用于模拟煤层环境；
27.注气模块，与测试罐气路连接，用于向测试罐内注入预设量的甲烷；
28.注水模块，与测试罐气路连接，用于向测试罐内注入预设量的水分。
29.可选的，测试罐包括上压头、下压头、罐体；
30.上压头与下压头分别密闭连接于罐体两端，且内部形成测试罐的内腔。
31.可选的，上压头嵌设有上压头注气通道；下压头嵌设有下压头注气通道；
32.上压头注气通道用于将测试罐的内腔、注气模块气路连接；下压头注气通道用于将测试罐的内腔、注气模块气路连接。
33.可选的，注气模块包括第一气罐、第二气罐；
34.第一气罐与上压头注气通道气路连接；第二气罐与下压头注气通道气路连接。
35.可选的，还包括：压差传感器；
36.压差传感器，分别与第一气罐、第二气罐气路连接，用于测量第一气罐与第二气罐之间的压力差。
37.可选的，还包括数据采集模块；
38.数据采集模块，分别于与压差传感器、轴向位移传感器、径向位移传感器、计算机通讯连接，用于采集压差传感器、轴向位移传感器、径向位移传感器的数据并传输至计算机。
39.可选的，上压头包括上压头注水通道；下压头包括下压头注水通道；
40.上压头注水通道用于将测试罐的内腔、注水模块连接；下压头注水通道将测试罐的内腔、注水模块连接。
41.经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种外加流体影响下煤体渗透性原位测试方法及系统，从而可以得到以下有益效果：
42.通过采集的试样受应力数据对应力加载模块进行自适应调节，在对试样的测试过程中实时对试样所施加的应力进行自适应调节，提高了模拟数据的真实性。
附图说明
43.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
44.图1为本发明一种外加流体影响下煤体渗透性原位测试方法流程图；
45.图2为本发明一种外加流体影响下煤体渗透性原位测试系统的结构示意图；
46.图中：1-试样，2-测试罐，21-上压头，211-上压头注气通道，212-上压头注水通道，22-下压头，221-下压头注气通道，222-下压头注水通道，3-注水模块，4-注气模块，41-第一气罐，42-第二气罐，5-压差传感器，6-径向位移传感器，7-轴向位移传感器连接，8-数据采集模块，9-计算机。
具体实施方式
47.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
48.参见图1所示，本发明实施例公开了一种外加流体影响下煤体渗透性原位测试方法，具体步骤包括：
49.s1将试样1固定安装在应力加载装置中；其中，应力加载装置安装于测试罐2；
50.s2采用应力加载模块给试样1施加预设应力；其中，预设应力为待测环境中煤层的实际地应力；
51.s3采用注气模块4向测试罐2内注入预设量的甲烷；
52.s4采用注水模块3向测试罐2内注入预设量的水分；
53.s5采用瞬态法进行渗透率的测试，获取对应水分条件下的煤体渗透率；
54.s6改变预设应力、甲烷预设量、水分预设量，重复s1-s5，得到不同埋藏深度的煤层在不同含水率条件下的渗透率。
55.进一步的，采用注水模块3向测试罐2内注入预设量的水分；实现模拟试样1内不同的含水率，其中式样为待测煤体。
56.进一步的，s2还包括：
57.获取待测环境中煤层实际的地应力；
58.根据煤层实际的地应力，通过应力数据对应力加载装置施加的应力进行自适应调整，将试样所受的应力调整至与煤层实际的地应力相等的应力。
59.通过控制注气模块4中的第一气罐41、第二气罐42的压差调节试样1所受的轴向应力。
60.进一步的，s3具体包括：
61.获取待测环境中煤层的实际瓦斯压力；
62.根据实际瓦斯压力在测试罐2内注入相等含量的甲烷；
63.等待试样1吸附48小时，使试样1吸附完全达到平衡。
64.进一步的，根据实际瓦斯压力在测试罐2内注入相等含量的甲烷，模拟煤层的实际瓦斯赋存环境。
65.参见图2所示，与上述方法所对应的，本发明还公开了一种外加流体影响下煤体渗透性原位测试系统，包括：试样1、应力加载模块、测试罐2、注水模块3、注气模块4、径向位移传感器6、轴向位移传感器、计算机9；
66.试样1用于模拟待测煤层；
67.应力加载模块，与试样1固定连接，用于向试样1施加预设应力；
68.径向位移传感器6，与试样1径向的多个点固定连接，用于测量试样1的径向位移数据；
69.轴向位移传感器，与试样1轴向的多个点固定连接，用于测量试样1的轴向位移数据；
70.计算机9，分别于应力加载模块、径向位移传感器6、轴向位移传感器连接7，用于采集径向位移数据和轴向位移数据，并根据径向位移数据和轴向位移数据得到试样1的实际受应力数据，同时根据实际受应力数据对应力加载模块进行自适应调整回归为预设应力；
71.测试罐2的腔内固定连接应力加载模块，用于模拟煤层环境；
72.注气模块4，与测试罐2气路连接，用于向测试罐2内注入预设量的甲烷；
73.注水模块3，与测试罐2气路连接，用于向测试罐2内注入预设量的水分。
74.进一步的，试样1径向的多个点为大于1的整数个，试样1轴向的多个点为大于1的整数个。计算机9根据径向位移数据计算得到试样1受的实际径向应力，计算机9根据轴向位移数据计算得到试样1受的实际轴向应力。
75.进一步的，测试罐2包括上压头21、下压头22、罐体；
76.上压头21与下压头22分别密闭连接于罐体两端，且内部形成测试罐2的内腔。
77.进一步的，上压头21嵌设有上压头注气通道211；下压头22嵌设有下压头注气通道221；
78.上压头注气通道211用于将测试罐2的内腔、注气模块4气路连接；下压头注气通道221用于将测试罐2的内腔、注气模块4气路连接。
79.进一步的，注气模块4包括第一气罐41、第二气罐42；
80.第一气罐41与上压头注气通道211气路连接；第二气罐42与下压头注气通道221气路连接。
81.更进一步的，通过控制注气模块4中的第一气罐41、第二气罐42的压差调节试样1所受的轴向应力。第一气罐41与上压头注气通道211的连接气路为第一气路；第一气路设置有第一气路开关阀门、第一气路泄气阀门。第二气罐42与下压头注气通道221的连接气路为第二气路；第二气路设置有第二气路开关阀门、第二气路泄气阀门。
82.进一步的，还包括：压差传感器5；
83.压差传感器5，分别与第一气罐41、第二气罐42气路连接，用于测量第一气罐41与第二气罐42之间的压力差。
84.更进一步的，通过模拟煤层压降后地层变形对煤渗透率影响，得到测定限定体积条件对应的环向压力以及气压值；在实际工程中，可以通过控制产气井底压力控制地层变形降低对煤渗透率影响，从而推动高效开发煤层气资源。
85.进一步的，还包括数据采集模块8；
86.数据采集模块8，分别于与压差传感器5、轴向位移传感器、径向位移传感器6、计算机9通讯连接，用于采集压差传感器5、轴向位移传感器、径向位移传感器6的数据并传输至计算机9。
87.进一步的，上压头21包括上压头注水通道212；下压头22包括下压头注水通道222；
88.上压头注水通道212用于将测试罐2的内腔、注水模块3连接；下压头注水通道222将测试罐2的内腔、注水模块3连接。
89.更进一步的，注水模块3与上压头注水通道212、下压头注水通道222的连接气路为第一水路，第一气路包括第一子水路、第二子水路、第三子水路，第一子水路、第二子水路、第三子水路之间t接，第一子水路与注水模块3连接，第二子水路与上压头注水通道212连接，第三子水路与下压头注水通道222连接。第一子水路设有第一阀门、第二阀门、水压表、泄水阀门，第一阀门用于开关注水模块3、第二阀门用于开关水压表，泄水阀门用于泄水。
90.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
91.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：
1.一种外加流体影响下煤体渗透性原位测试方法，其特征在于，具体步骤包括：s1将试样固定安装在应力加载装置中；其中，应力加载装置安装于测试罐；s2采用应力加载模块给试样施加预设应力；其中，预设应力为待测环境中煤层的实际地应力；s3采用注气模块向测试罐内注入预设量的甲烷；s4采用注水模块向测试罐内注入预设量的水分；s5采用瞬态法进行渗透率的测试，获取对应水分条件下的煤体渗透率；s6改变预设应力、甲烷预设量、水分预设量，重复s1-s5，得到不同埋藏深度的煤层在不同含水率条件下的渗透率。2.根据权利要求1所述的一种外加流体影响下煤体渗透性原位测试方法，其特征在于，s2还包括：获取待测环境中煤层实际的地应力；根据煤层实际的地应力，通过应力数据对应力加载装置施加的应力进行自适应调整，将试样所受的应力调整至与煤层实际的地应力相等的应力。3.根据权利要求1所述的一种外加流体影响下煤体渗透性原位测试方法，其特征在于，s3具体包括：获取待测环境中煤层的实际瓦斯压力；根据实际瓦斯压力在测试罐内注入相等含量的甲烷；等待试样吸附48小时，使试样吸附完全达到平衡。4.一种外加流体影响下煤体渗透性原位测试系统，其特征在于，包括：试样、应力加载模块、测试罐、注水模块、注气模块、径向位移传感器、轴向位移传感器、计算机；试样用于模拟待测煤层；应力加载模块，与试样固定连接，用于向试样施加预设应力；径向位移传感器，与试样径向的多个点固定连接，用于测量试样的径向位移数据；轴向位移传感器，与试样轴向的多个点固定连接，用于测量试样的轴向位移数据；计算机，分别于应力加载模块、径向位移传感器、轴向位移传感器连接，用于采集径向位移数据和轴向位移数据，并根据径向位移数据和轴向位移数据得到试样的实际受应力数据，同时根据实际受应力数据对应力加载模块进行自适应调整回归为预设应力；测试罐的腔内固定连接应力加载模块，用于模拟煤层环境；注气模块，与测试罐气路连接，用于向测试罐内注入预设量的甲烷；注水模块，与测试罐气路连接，用于向测试罐内注入预设量的水分。5.根据权利要求4所述的一种外加流体影响下煤体渗透性原位测试系统，其特征在于，测试罐包括上压头、下压头、罐体；上压头与下压头分别密闭连接于罐体两端，且内部形成测试罐的内腔。6.根据权利要求5所述的一种外加流体影响下煤体渗透性原位测试系统，其特征在于，上压头嵌设有上压头注气通道；下压头嵌设有下压头注气通道；上压头注气通道用于将测试罐的内腔、注气模块气路连接；下压头注气通道用于将测试罐的内腔、注气模块气路连接。7.根据权利要求6所述的一种外加流体影响下煤体渗透性原位测试系统，其特征在于，
注气模块包括第一气罐、第二气罐；第一气罐与上压头注气通道气路连接；第二气罐与下压头注气通道气路连接。8.根据权利要求7所述的一种外加流体影响下煤体渗透性原位测试系统，其特征在于，还包括：压差传感器；压差传感器，分别与第一气罐、第二气罐气路连接，用于测量第一气罐与第二气罐之间的压力差。9.根据权利要求8所述的一种外加流体影响下煤体渗透性原位测试系统，其特征在于，还包括数据采集模块；数据采集模块，分别于与压差传感器、轴向位移传感器、径向位移传感器、计算机通讯连接，用于采集压差传感器、轴向位移传感器、径向位移传感器的数据并传输至计算机。10.根据权利要求5所述的一种外加流体影响下煤体渗透性原位测试系统，其特征在于，上压头包括上压头注水通道；下压头包括下压头注水通道；上压头注水通道用于将测试罐的内腔、注水模块连接；下压头注水通道将测试罐的内腔、注水模块连接。

技术总结
本发明公开了一种外加流体影响下煤体渗透性原位测试方法及系统，涉及煤矿瓦斯抽采技术领域。包括：S1将试样固定安装在应力加载装置中；S2采用应力加载模块给试样施加预设应力；S3采用注气模块向测试罐内注入预设量的甲烷；S4采用注水模块向测试罐内注入预设量的水分；S5采用瞬态法进行渗透率的测试，获取对应水分条件下的煤体渗透率；S6改变预设应力、甲烷预设量、水分预设量，重复S1-S5，得到不同埋藏深度的煤层在不同含水率条件下的渗透率。本发明实现了以达到通过采集的试样受应力数据对应力加载模块进行自适应调节的目的。对应力加载模块进行自适应调节的目的。对应力加载模块进行自适应调节的目的。


技术研发人员：刘辉辉 牟俊惠 于斌 李庭芳 王志吉 孟祥斌 张文阳
受保护的技术使用者：重庆大学
技术研发日：2023.04.06
技术公布日：2023/7/21