專利名稱：用于真三維滲透率測定的煤樣制備裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種測試煤樣的制備裝置，尤其涉及一種用于真三維滲透率測定的煤樣制備裝置。
背景技術(shù)：
煤儲層滲透率是制約煤層氣進(jìn)行商業(yè)開發(fā)的關(guān)鍵因素之一，滲透率的變化直接影響著煤層氣井的產(chǎn)能。同時(shí)，煤層滲透率對煤礦井下瓦斯突出及煤儲層瓦斯抽放也有著重要影響。在礦井生產(chǎn)或煤層氣排采過程中，由于工程的影響，破壞了原巖應(yīng)力場和原始儲層壓力的平衡，形成了作業(yè)空間周圍的應(yīng)力重新分布和瓦斯(煤層氣)流動狀態(tài)的改變，從而導(dǎo)致瓦斯(煤層氣)在煤巖孔隙裂隙中滲流特征的改變。在影響瓦斯(煤層氣)滲流特征的基本參數(shù)中，地應(yīng)力對煤層的滲透性起著決定性的作用。所以，為了降低瓦斯突出所帶來的危害及對煤層氣井可采性和產(chǎn)能進(jìn)行預(yù)測，通過模擬地下應(yīng)力場及在其作用下流體滲流特征來測定滲透率成為業(yè)界普遍采用的一種方法。目前普遍采用的滲透率測定方法有兩種，第一種是一維滲透率測定，這種方法是通過制備好的圓柱體煤樣，在其圓柱側(cè)面上加載圍壓(模擬地應(yīng)力)，孔隙流體從一個(gè)底面流入，從另一個(gè)底面流出，這種方法可測定垂直于端面方向的滲透率。第二種滲透率測定方法是擬三維(實(shí)際為二維)模式，其不同之處在于，圓柱體兩個(gè)底面方向也加載了一個(gè)壓力，可以模擬兩個(gè)方向的地應(yīng)力狀態(tài)。第一種方法的缺點(diǎn)是只實(shí)現(xiàn)了一個(gè)方向的應(yīng)力加載，只能測定垂直于底面的一個(gè)方向的滲透率。第二種測定方法優(yōu)于一維滲透率測定方法， 即可模擬兩個(gè)方向的應(yīng)力狀態(tài)，但實(shí)際的地應(yīng)力是由一個(gè)垂向應(yīng)力和兩個(gè)相互垂直的水平應(yīng)力所組成，第二種測定方法依然不能真實(shí)再現(xiàn)實(shí)際地應(yīng)力狀態(tài)，實(shí)驗(yàn)所測得的滲透率值與真實(shí)值之間存在一定的偏差。因此，有必要開展真三維滲透率測定實(shí)驗(yàn)。現(xiàn)有制備圓柱體煤樣時(shí)，根據(jù)煤體結(jié)構(gòu)類型不同主要有兩種不同的方法。對于軟煤，即受構(gòu)造影響較大，層理紊亂、煤質(zhì)松軟、強(qiáng)度低的煤體，采用將煤體研磨成一定粒徑的煤粉，通過模具壓制進(jìn)行制樣。對于硬煤，其基本保持了煤體的原始強(qiáng)度，強(qiáng)度較高，沿用常規(guī)石油天然氣行業(yè)的制樣方法，即通過鉆孔法、剖切機(jī)切割相結(jié)合的機(jī)械方法對外形特征較好的煤塊進(jìn)行切割制樣。由于煤巖機(jī)械強(qiáng)度低、割理發(fā)育、比重小、楊氏模量低、易受壓縮等特點(diǎn)，在制備煤樣時(shí)普遍存在煤樣破碎率高、成型率低等問題。進(jìn)行真三維滲透率測定實(shí)驗(yàn)時(shí)，需要制備立方體煤樣，如果采用機(jī)械切割方法，要對煤體的六個(gè)面分別進(jìn)行切割，這比制備圓柱體煤樣更加困難，制樣過程中煤體更容易破碎，所以，常規(guī)機(jī)械切割的方法是不可行的，目前還沒有制備立方體煤樣的有效方法。水射流切割技術(shù)目前已廣泛應(yīng)用于航空航天、有色冶煉、鋼鐵、電力、船舶、石油、 化工、交通、機(jī)械、建筑、軍工等部門。在切割方面，水射流切割是唯一一種高能束冷切割技術(shù)，具有切縫窄、不產(chǎn)生熱應(yīng)力、無粉塵、易實(shí)現(xiàn)異形切割、幾乎可切割任何材料等優(yōu)點(diǎn)。但水射流切割中普遍使用的點(diǎn)狀聚能水射流技術(shù)對于機(jī)械強(qiáng)度低、易碎的煤巖等則難以應(yīng)用。因此，目前水射流切割方法并未應(yīng)用于煤巖等軟質(zhì)、易碎材料的切割。
3
由此，本發(fā)明人憑借多年從事相關(guān)行業(yè)的經(jīng)驗(yàn)與實(shí)踐，提出一種用于真三維滲透率測定的煤樣制備裝置，以克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于真三維滲透率測定的煤樣制備裝置，利用前混合磨料平面水射流切割方式對煤巖進(jìn)行切割，以避免煤樣破碎，提高煤樣成型率。本發(fā)明的另一目的在于提供一種用于真三維滲透率測定的煤樣制備裝置，可提高水射流切割速度，使切割面更平整、切割效果更好。本發(fā)明的又一目的在于提供一種用于真三維滲透率測定的煤樣制備裝置，該裝置結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，使用成本低。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種用于真三維滲透率測定的煤樣制備裝置，該制備裝置包括一固定支架，所述固定支架上設(shè)有一樣品裝載臺，該樣品裝載臺是由載物平面和設(shè)置在該載物平面上的樣品夾持器構(gòu)成；在樣品裝載臺上方設(shè)有一滑動導(dǎo)軌，在所述滑動導(dǎo)軌上滑動地設(shè)置一滑動塊，所述滑動塊上設(shè)有豎直向下的射流噴嘴，所述射流噴嘴為扁縫噴嘴，所述扁縫噴嘴的扁縫與滑動導(dǎo)軌縱向平行設(shè)置。在本發(fā)明的一較佳實(shí)施方式中，所述射流噴嘴通過磨料水通道與一前混合磨料水容器連通。在本發(fā)明的一較佳實(shí)施方式中，所述滑動塊上沿滑動導(dǎo)軌縱向間隔設(shè)置多個(gè)噴射速度可調(diào)的射流噴嘴。在本發(fā)明的一較佳實(shí)施方式中，所述滑動導(dǎo)軌與載物平面呈平行設(shè)置。在本發(fā)明的一較佳實(shí)施方式中，所述滑動導(dǎo)軌上開設(shè)有T形槽，所述滑動塊上連接有一導(dǎo)向塊，該導(dǎo)向塊滑設(shè)于T形槽內(nèi)。在本發(fā)明的一較佳實(shí)施方式中，所述滑動導(dǎo)軌上開設(shè)有T形槽，所述滑動塊上連接有一滾輪，該滾輪滾動地設(shè)置在T形槽內(nèi)。由上所述，本發(fā)明用于真三維滲透率測定的煤樣制備裝置中采用了扁縫噴嘴，其噴射出的射流形成平面式射流，可最大限度減小由于煤體本身內(nèi)部結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性強(qiáng)而造成的應(yīng)力集中問題，降低了煤樣破碎的風(fēng)險(xiǎn)，提高了煤樣成型率；同時(shí)，采用平面式射流方式進(jìn)行煤樣切割，可提高水射流切割速度，使切割面更平整、切割效果更好。


以下附圖僅旨在于對本發(fā)明做示意性說明和解釋，并不限定本發(fā)明的范圍。其中圖1 為本發(fā)明用于真三維滲透率測定的煤樣制備裝置的結(jié)構(gòu)示意圖一。圖2A 為本發(fā)明用于真三維滲透率測定的煤樣制備裝置中的射流噴嘴結(jié)構(gòu)示意圖。圖2B:為圖2A的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖。圖3 為本發(fā)明用于真三維滲透率測定的煤樣制備裝置的結(jié)構(gòu)示意圖二。
具體實(shí)施方式
為了對本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對照

本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。如圖1所示，本發(fā)明提出一種用于真三維滲透率測定的煤樣制備裝置100，該制備裝置100包括一固定支架1，所述固定支架1上設(shè)有一樣品裝載臺2，該樣品裝載臺2是由載物平面21和設(shè)置在該載物平面21上的樣品夾持器22構(gòu)成的；在樣品裝載臺2上方設(shè)有一滑動導(dǎo)軌3，所述滑動導(dǎo)軌3與載物平面21呈平行設(shè)置；在所述滑動導(dǎo)軌3上滑動地設(shè)置一滑動塊4，在本實(shí)施方式中，所述滑動導(dǎo)軌3上開設(shè)有T形槽31，所述滑動塊4上連接有一導(dǎo)向塊(圖中未示出)，該導(dǎo)向塊滑設(shè)于T形槽31內(nèi)；作為本實(shí)施方式中的另一實(shí)施例，所述導(dǎo)向塊也可由一滾輪替代；所述滑動塊4上設(shè)有豎直向下的射流噴嘴5，所述射流噴嘴5為一扁縫噴嘴51，如圖2A、圖2B所示，所述扁縫噴嘴51為噴口呈窄縫狀，其噴射出的射流形成平面式射流；所述扁縫噴嘴51的扁縫與滑動導(dǎo)軌3的縱向平行設(shè)置；所述射流噴嘴5通過磨料水通道6與一前混合磨料水容器(圖中未示出)連通。本發(fā)明的煤樣制備裝置在使用時(shí)，將樣品7的待切割面做好標(biāo)記后置于載物平面 21上，由樣品夾持器22將其固定。調(diào)整滑動塊4的位置，將扁縫噴嘴51與待切割面的一端對齊；啟動前混合磨料水容器，混合磨料水經(jīng)由磨料水通道6從扁縫噴嘴51噴出作用于待切割面上；手動或由其它傳動機(jī)構(gòu)驅(qū)動滑動塊4沿著滑動導(dǎo)軌3移動，扁縫噴嘴51隨滑動塊4 一起做往復(fù)運(yùn)動的同時(shí)，使煤塊7待切割面的不同部分與高壓射流束充分接觸，完成待切割面的切割。由于本實(shí)施方式中采用了扁縫噴嘴，其噴射出的射流形成平面式射流，可最大限度減小由于煤體本身內(nèi)部結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性強(qiáng)而造成的應(yīng)力集中問題，降低了煤樣破碎的風(fēng)險(xiǎn)，提高了煤樣成型率；同時(shí)，采用平面式射流方式進(jìn)行煤樣切割，可提高水射流切割速度，使切割面更平整、切割效果更好。進(jìn)一步，在本實(shí)施方式中，可由幾個(gè)平行排列的噴嘴組成一個(gè)面切割系統(tǒng)，對煤樣進(jìn)行切割。如圖3所示，所述滑動塊4上沿滑動導(dǎo)軌3縱向可間隔設(shè)置多個(gè)噴射速度可調(diào)的射流噴嘴5 ；其中，由于各個(gè)射流噴嘴5的噴射速度可調(diào)，對于結(jié)構(gòu)不規(guī)則或內(nèi)部含有夾矸或雜質(zhì)的煤體進(jìn)行切割時(shí)，可以通過調(diào)整噴射速度的方法來降低薄弱面易碎的風(fēng)險(xiǎn)。進(jìn)一步，本實(shí)施方式中，采用前混合磨料射流方式，磨料和切割高壓水充分混合后經(jīng)由磨料水通道從噴嘴噴出，完成對煤樣表面的切割。該方式與后混合方式相比，切割材料時(shí)的壓力大大降低，而且前混合方式磨料與水的混合效率高、切割均勻且切割能力強(qiáng)、速度快、切割面平整，更適宜于切割煤樣。制備樣品時(shí)，通過滑動塊的往復(fù)運(yùn)動對待切面進(jìn)行逐層切割。由于采用面切割的方式，切割過程對煤塊的機(jī)械振動大大減小，切割更平穩(wěn)，效率更高。本發(fā)明用于真三維滲透率測定的煤樣制備裝置，其制備的立方體煤樣成型率高， 切割面平整，切割速度快，可以很好地應(yīng)用于真三維滲透率測定實(shí)驗(yàn)。而且，該裝置結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，使用成本低；也可以應(yīng)用于砂巖等其他巖石的立方體巖樣的制備，為煤層氣、 煤炭、常規(guī)油氣行業(yè)室內(nèi)滲透率測定樣品制備提供了新的方法，進(jìn)而可為產(chǎn)能評價(jià)及瓦斯突出預(yù)測提供更可靠的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。以上所述僅為本發(fā)明示意性的具體實(shí)施方式
，并非用以限定本發(fā)明的范圍。任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的構(gòu)思和原則的前提下所作出的等同變化與修改，均應(yīng)屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于真三維滲透率測定的煤樣制備裝置，其特征在于該制備裝置包括一固定支架，所述固定支架上設(shè)有一樣品裝載臺，該樣品裝載臺是由載物平面和設(shè)置在該載物平面上的樣品夾持器構(gòu)成；在樣品裝載臺上方設(shè)有一滑動導(dǎo)軌，在所述滑動導(dǎo)軌上滑動地設(shè)置一滑動塊，所述滑動塊上設(shè)有豎直向下的射流噴嘴，所述射流噴嘴為扁縫噴嘴，所述扁縫噴嘴的扁縫與滑動導(dǎo)軌縱向平行設(shè)置。
2.如權(quán)利要求1所述的用于真三維滲透率測定的煤樣制備裝置，其特征在于所述射流噴嘴通過磨料水通道與一前混合磨料水容器連通。
3.如權(quán)利要求1所述的用于真三維滲透率測定的煤樣制備裝置，其特征在于所述滑動塊上沿滑動導(dǎo)軌縱向間隔設(shè)置多個(gè)噴射速度可調(diào)的射流噴嘴。
4.如權(quán)利要求1所述的用于真三維滲透率測定的煤樣制備裝置，其特征在于所述滑動導(dǎo)軌與載物平面呈平行設(shè)置。
5.如權(quán)利要求1所述的用于真三維滲透率測定的煤樣制備裝置，其特征在于所述滑動導(dǎo)軌上開設(shè)有T形槽，所述滑動塊上連接有一導(dǎo)向塊，該導(dǎo)向塊滑設(shè)于T形槽內(nèi)。
6.如權(quán)利要求1所述的用于真三維滲透率測定的煤樣制備裝置，其特征在于所述滑動導(dǎo)軌上開設(shè)有T形槽，所述滑動塊上連接有一滾輪，該滾輪滾動地設(shè)置在T形槽內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明為一種用于真三維滲透率測定的煤樣制備裝置，該制備裝置包括一固定支架，固定支架上設(shè)有一樣品裝載臺，樣品裝載臺是由載物平面和設(shè)置在該載物平面上的樣品夾持器構(gòu)成；在樣品裝載臺上方設(shè)有一滑動導(dǎo)軌，在滑動導(dǎo)軌上滑動地設(shè)置一滑動塊，滑動塊上設(shè)有豎直向下的射流噴嘴，射流噴嘴為扁縫噴嘴，扁縫噴嘴的扁縫與滑動導(dǎo)軌縱向平行設(shè)置。該用于真三維滲透率測定的煤樣制備裝置采用了扁縫噴嘴，其噴射出的射流形成平面式射流，可最大限度減小由于煤體本身內(nèi)部結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性強(qiáng)而造成的應(yīng)力集中問題，降低煤樣破碎的風(fēng)險(xiǎn)，提高煤樣成型率；同時(shí)，采用平面式射流方式進(jìn)行煤樣切割，可提高水射流切割速度，使切割面更平整、切割效果更好。
文檔編號G01N1/28GK102519769SQ201110432389
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月21日
發(fā)明者葉建平, 吳見, 張守仁, 張遂安, 李丹瓊, 楊立源, 霍鵬飛 申請人:中國石油大學(xué)(北京), 中聯(lián)煤層氣有限責(zé)任公司