一种煤储层压敏模拟装置

本发明属于煤层气排采模拟设备，具体为一种煤储层压敏模拟装置。

背景技术：

1、煤是地质历史时期形成的一种由有机质和无机矿物组成的化石能源，在其形成过程中，煤层气作为一种伴生能源生成并储存在煤层中，但受地质条件影响，我国煤层渗透率偏低，影响煤层气资源开发，从而选择恰当的排采技术、并制定适宜的排采制度受到了泛关注；目前，多数情况下会采用实验室模拟的方式来获得煤储层渗透率的压敏数据，分析并完善排采技术来提高煤层气采收率，现有技术中主要采用的是甲烷、氮气等模拟渗透特征。专利号为cn202110685539.5 的专利一种多煤层煤层气合采物理模拟实验装置采用了覆压的方式来检测压力对煤层渗透率的影响，但该方法不能表示渗透率压力敏感性特征，且所检测的实验数据不够精准，忽视了不同方向的内应力对煤层的影响，因此，本发明设计了一种煤储层压敏模拟装置来实现煤储层渗透率压敏模拟功能。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种煤储层压敏模拟装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种煤储层压敏模拟装置，包括模拟箱，所述模拟箱的内腔填充有规则煤岩样品，所述模拟箱的顶部安装有液压缸和抽气装置，所述液压缸的伸缩端固定连接有压板，所述抽气装置的底端通过波纹管与压板连接，所述模拟箱的内壁转动安装有两组转轴，所述转轴的外表面活动安装有密封套，所述密封套的外表面固定连接有转板，所述转轴和密封套的外表面均开设有通气孔，所述转轴的前端固定安装有齿轮，所述压板的顶部固定安装有传动机构；

3、所述传动机构包括连接柱，所述连接柱的底端固定连接有位于模拟箱前方的连接板，所述连接板内壁的底部固定安装有横杆，所述横杆的外表面滑动安装有两组滑块，所述连接板与滑块之间铰接有弹性啮合组件，所述滑块底部的左右两侧分别固定安装有齿条一（69）和齿条二，所述齿条一、齿条二均与齿轮相啮合。

4、作为本发明的一种优选方案，所述转轴的内部中空，所述转轴的后端密封连接有连通管，所述模拟箱的背面安装有甲烷储气罐，所述甲烷储气罐与连通管连通，所述转轴和连通管之间呈密封套设。

5、作为本发明的一种优选方案，所述弹性啮合组件包括套筒，所述套筒的一端活动铰接于连接板内壁的顶部，所述套筒的内部活动套设有伸缩柱和弹簧，所述伸缩柱的一端与滑块活动铰接，所述伸缩柱通过弹簧弹性支撑于套筒中，所述伸缩柱的轴线呈倾斜设置。

6、作为本发明的一种优选方案，所述齿轮设置为左右对称的两组，位于左侧所述齿条二与位于左侧的齿轮相啮合，位于右侧所述齿条一与位于左侧的齿轮相啮合。

7、作为本发明的一种优选方案，所述横杆的外表面固定连接有卡条，所述滑块的中部开设有贯穿式的卡槽，所述卡条适配卡合于卡槽中，使滑块只能沿着横杆的轴线滑动而无法旋转。

8、作为本发明的一种优选方案，所述压板的底部胶粘有橡胶层，所述橡胶层和压板的表面均开设有与抽气装置连通的开口，使模拟箱的内腔与抽气装置连通。

9、作为本发明的一种优选方案，所述转板的数量为四个，且等角度分布于密封套的外表面，并与通气孔呈等角度交错分布，所述转轴和密封套之间呈过盈配合。

10、作为本发明的一种优选方案，所述抽气装置由风机和连接管组成，所述连接柱的形状为“u”形。

11、本发明的有益效果如下：

12、1、本装置经过重新设计，加入了对规则煤岩样品真实模拟状态下的内应力影响因素，并由传动机构实现该功能，通过液压缸启动向下的压力，带动压板和橡胶层对位于模拟箱内腔中的规则煤岩样品进行挤压，同时，通过连接柱、连接板和横杆带动齿条一和齿条二与齿轮相啮合，并带动齿轮旋转，将来自液压缸的直线运动转化为转轴、密封套和转板的圆周运动，通过转板对规则煤岩样品进行转动挤压，从而在规则煤岩样品受到覆压时在其内部产生应力模拟真实的内应力运动对规则煤岩样品的影响，从而提高了规则煤岩样品在实验条件下的真实模拟程度。

13、2、然后，通过设置有滑块，其底部分别固定连接有齿牙相对的齿条一和齿条二，在弹性啮合组件的配合下，实现齿条一、齿条二分别带动两组齿轮同向、逆向转动的切换功能，通过设置有套筒与连接板活动铰接，伸缩柱与滑块活动铰接，然后伸缩柱适配套接在套筒的内部，通过位于套筒内部弹簧施压弹力，使滑块底部的齿条一或齿条二能够始终与齿轮相啮合，在横杆的滑动限位下，使套筒带动伸缩柱通过转动，使齿条一和齿条二能够在自由切换下与齿轮进行选择式的啮合，从而改变齿轮的旋转方向，使两组转板可以自由组合成不同的转向组合，模拟规则煤岩样品内部产生的不同方向的内应力，为装置提供更多影响煤层气渗透率的相关变量因素。

14、3、最后，利用弹簧被压缩至套筒内腔产生的弹力，对伸缩柱始终产生向外的弹力，带动滑块朝伸缩柱旋转一侧的水平方向移动，直至与齿条一或齿条二与一侧齿轮相啮合，此时，滑块被限位不再移动，但齿条一或齿条二将与齿轮抵接，在无法啮合的情况下，通过弹簧带动滑块产生的侧向推力保持抵接状态，并在液压缸带动传动机构进行纵向移动的过程中，使齿轮与齿条一或齿条二自动啮合。

15、综上，本发明致力于全新优化的煤储层压敏模拟实验装置，并利用传动机构改变了规则煤岩样品内部所受的内应力方向，使装置的模拟效果更加接近真实环境。

技术特征：

1.一种煤储层压敏模拟装置，包括模拟箱（1），所述模拟箱（1）的内腔填充有规则煤岩样品（12），所述模拟箱（1）的顶部安装有液压缸（2）和抽气装置（5），其特征在于：所述液压缸（2）的伸缩端固定连接有压板（3），所述抽气装置（5）的底端通过波纹管与压板（3）连接，所述模拟箱（1）的内壁转动安装有两组转轴（7），所述转轴（7）的外表面活动安装有密封套（8），所述密封套（8）的外表面固定连接有转板（9），所述转轴（7）和密封套（8）的外表面均开设有通气孔（10），所述转轴（7）的前端固定安装有齿轮（11），所述压板（3）的顶部固定安装有传动机构（6）；

2.根据权利要求1所述的一种煤储层压敏模拟装置，其特征在于：所述转轴（7）的内部中空，所述转轴（7）的后端密封连接有连通管（14），所述模拟箱（1）的背面安装有甲烷储气罐（13），所述甲烷储气罐（13）与连通管（14）连通，所述转轴（7）和连通管（14）之间呈密封套设。

3.根据权利要求2所述的一种煤储层压敏模拟装置，其特征在于：所述弹性啮合组件包括套筒（63），所述套筒（63）的一端活动铰接于连接板（62）内壁的顶部，所述套筒（63）的内部活动套设有伸缩柱（64）和弹簧（65），所述伸缩柱（64）的一端与滑块（68）活动铰接，所述伸缩柱（64）通过弹簧（65）弹性支撑于套筒（63）中，所述伸缩柱（64）的轴线呈倾斜设置。

4.根据权利要求3所述的一种煤储层压敏模拟装置，其特征在于：所述齿轮（11）设置为左右对称的两组，位于左侧所述齿条二（610）与位于左侧的齿轮（11）相啮合，位于右侧所述齿条一（69）与位于左侧的齿轮（11）相啮合。

5.根据权利要求4所述的一种煤储层压敏模拟装置，其特征在于：所述横杆（66）的外表面固定连接有卡条（611），所述滑块（68）的中部开设有贯穿式的卡槽（67），所述卡条（611）适配卡合于卡槽（67）中，使滑块（68）只能沿着横杆（66）的轴线滑动而无法旋转。

6.根据权利要求5所述的一种煤储层压敏模拟装置，其特征在于：所述压板（3）的底部胶粘有橡胶层（4），所述橡胶层（4）和压板（3）的表面均开设有与抽气装置（5）连通的开口，使模拟箱（1）的内腔与抽气装置（5）连通。

7.根据权利要求6所述的一种煤储层压敏模拟装置，其特征在于：所述转板（9）的数量为四个，且等角度分布于密封套（8）的外表面，并与通气孔（10）呈等角度交错分布，所述转轴（7）和密封套（8）之间呈过盈配合。

8.根据权利要求7所述的一种煤储层压敏模拟装置，其特征在于：所述抽气装置（5）由风机和连接管组成，所述连接柱（61）的形状为“u”形。

技术总结
本发明属于煤层气排采模拟设备技术领域，且公开了一种煤储层压敏模拟装置，包括模拟箱，所述模拟箱的内腔填充有规则煤岩样品，所述模拟箱的顶部安装有液压缸和抽气装置，所述液压缸的伸缩端固定连接有压板，所述抽气装置的底端通过波纹管与压板连接。本装置经过重新设计，加入了对煤块样真实模拟状态下的内应力影响因素，并由传动机构实现该功能，通过液压缸启动向下的压力，带动压板和橡胶层对位于模拟箱内腔中的规则煤岩样品进行挤压，从而在煤样受到覆压时在其内部产生应力模拟真实的内应力运动对煤样的影响，从而提高了煤样在实验条件下的真实模拟程度。

技术研发人员：陈润,涂广龙,窦天政,陈瑞,侯清琳
受保护的技术使用者：中国矿业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/7/4