一种用于测试分析原位储层岩芯解吸气压力的试验系统

本发明涉及一种试验系统，具体的是涉及一种用于测试分析原位储层岩芯解吸气压力的试验系统。

背景技术：

1、随着世界经济的迅速发展，资源开发逐渐走向地球深部，目前原位储层开采例如煤矿开采深度已达1500米，有色金属矿开采深度超过4350米，油气资源开采深度达7500米，深部开采将成为资源开发中的常态。探索和发展深部原位岩石力学理论与测试技术是实现向深部开采的重要基础。以煤矿开采为例，一般是建立试验系统模拟煤矿开采过程中将原位煤层中的煤样放入取芯器内这一过程，通过实验的方法对煤样进行吸附解吸实验，以测定出煤样的解吸量，再对测定出的解吸量数据进行分析并基于原位储层瓦斯压力计算方法，从而可测定出原位煤层瓦斯压力。通过对原位煤层瓦斯压力的测定，从而能够有效地对瓦斯事故的预防和治理，进而能够确保煤矿开采过程中的安全性。

2、现有的试验系统，一般包括吸附解吸装置、注气装置、抽真空装置和解吸测量装置，其中吸附解吸装置一般包括煤样罐，该煤样罐内的体积一般是恒定不可改变的，并未考虑实际在取芯过程中将煤样放入取芯器内时煤样所处的空间体积变大这一过程，忽略了煤样所处空间体积扩大会导致煤样瓦斯压力发生变化，进而对煤样瓦斯解吸带来的影响，从而导致得到的吸附量、解吸量不能够还原真实的瓦斯解吸情况，进而影响了原位煤层瓦斯压力的准确测定。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的不足，本发明提供一种用于测试分析原位储层岩芯解吸气压力的试验系统，可模拟在取芯过程中将煤样放入取芯器内时煤样所处的空间扩大这一过程，保证了原位储层瓦斯压力测定的准确性。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

3、一种用于测试分析原位储层岩芯解吸气压力的试验系统，包括吸附解吸装置、注气装置、抽真空装置和解吸测量装置，所述吸附解吸装置包括煤样罐，所述吸附解吸装置还包括可变体积扩散单元，所述可变体积扩散单元包括扩散罐、中空的扶正筒和设置在所述扶正筒底端的驱动机构，所述扩散罐内设有扩散腔，所述扩散腔与所述扶正筒的内部连通，所述扶正筒内设有柱塞，所述柱塞的顶端伸入到所述扩散腔内，所述驱动机构用于驱动所述柱塞在所述扶正筒内和扩散腔内上下移动；所述扩散罐连接有第一连接管路、第二连接管路和第三连接管路，所述第一连接管路、第二连接管路和第三连接管路均与所述扩散腔连通，所述第一连接管路与所述注气装置连接，所述第二连接管路与所述抽真空装置连接，所述第三连接管路与所述煤样罐连接，所述煤样罐连接有第四连接管路，所述第三连接管路和第四连接管路均与所述煤样罐的内部连通，所述第四连接管路用于与所述解吸测量装置连接，所述第一连接管路上沿靠近所述扩散罐的方向依次设有第一开关阀、第一压力传感器，所述第二连接管路上设有第二开关阀，所述第三连接管路上沿靠近所述煤样罐的方向依次设有第三开关阀和第二压力传感器。

4、作为优选的技术方案，所述驱动机构包括驱动电机、减速机和连接座，所述连接座设置在所述扶正筒的底端，所述减速机设置在所述连接座的底端，所述驱动电机设置在所述减速机的底端，所述驱动电机的输出轴与所述减速机的输入端连接，所述连接座内设有连接轴，所述连接轴的底端与所述减速机的输出端连接，所述柱塞内设有收容腔，所述柱塞的底端设有与所述收容腔连通的柱塞开口，所述扶正筒内设有丝杆，所述丝杆的底端与所述连接轴的顶端连接，所述丝杆的顶端穿过所述柱塞开口并伸入到所述收容腔内，所述丝杆螺纹配合有螺母，所述螺母位于所述连接座和柱塞之间，且螺母的顶端设置在所述柱塞开口内。

5、作为优选的技术方案，所述扩散罐的外部依次套设有第一水夹套和第一保温套，所述第一水夹套的内壁与所述扩散罐之间形成第一保温腔，所述第一水夹套的外壁设有第一进水接头和第一出水接头，所述第一进水接头和第一出水接头均与所述第一保温腔连通，所述第一保温套的外壁设有用于避让所述第一进水接头的第一避让孔以及用于避让所述第一出水接头的第二避让孔，所述第一进水接头和第一出水接头分别用于与恒温水浴系统连接。

6、作为优选的技术方案，所述注气装置包括：二氧化碳气瓶，所述二氧化碳气瓶连接有第一注气管路，所述第一注气管路与所述第一连接管路连接，所述第一注气管路上沿靠近所述扩散罐的方向依次设有第四开关阀、第一减压阀、第一压力表、第五开关阀、第一流量控制器、第一单向阀和第六开关阀；甲烷气瓶，所述甲烷气瓶连接有第二注气管路，所述第二注气管路与所述第一连接管路连接，所述第二注气管路上沿靠近所述扩散罐的方向依次设有第七开关阀、第二减压阀、第二压力表、第八开关阀、第二流量控制器、第二单向阀和第九开关阀；氮气气瓶，所述氮气气瓶连接有第三注气管路，所述第三注气管路与所述第一连接管路连接，所述第三注气管路上沿靠近所述扩散罐的方向依次设有第十开关阀、第三减压阀、第三压力表、第十一开关阀、第三流量控制器、第三单向阀和第十二开关阀；氦气气瓶，所述氦气气瓶连接有第四注气管路，所述第四注气管路与第一连接管路连接，所述第四注气管路上设有第十三开关阀。

7、作为优选的技术方案，所述抽真空装置包括真空泵和真空罐，所述真空泵连接有第一真空管路，所述第一真空管路与所述真空罐连接，所述真空罐连接有第二真空管路，所述第二真空管路与所述第二连接管路连接。

8、作为优选的技术方案，所述试验系统还包括气排水测量装置、注水装置和增压装置，所述第四连接管路用于与所述气排水测量装置连接，所述煤样罐连接有第一进水管路，所述第一进水管路与所述煤样罐的内部连通，所述第一进水管路与所述注水装置连接，所述增压装置与所述第一连接管路连接。

9、作为优选的技术方案，所述煤样罐包括罐体、呈t状的密封上盖和呈t状的密封下盖，所述罐体的顶端、底端分别设有第一开口和第二开口，所述第一开口和第二开口均与所述罐体的内部连通，所述密封上盖的横部可拆卸设置在所述罐体的顶端，所述密封上盖的竖部插接在所述第一开口内，所述第三连接管路与所述密封上盖的横部连接，所述密封上盖的横部、竖部内设有第一流道，所述第一流道分别与所述第三连接管路、所述罐体的内部连通，所述密封上盖的横部连接有所述第四连接管路，所述密封上盖的横部、竖部内设有第二流道，所述第二流道分别与所述第四连接管路、罐体的内部连通，所述密封下盖的横部可拆卸设置在所述罐体的底端，所述密封下盖的竖部插接在所述第二开口内，所述密封下盖的横部连接有所述第一进水管路，所述密封下盖的横部、竖部内设有第三流道，所述第三流道分别与所述第一进水管路、罐体的内部连通。

10、作为优选的技术方案，所述罐体的外部依次套设有第二水夹套和第二保温套，所述第二水夹套的内壁与所述罐体之间形成第二保温腔，所述第二水夹套的外壁设有第二进水接头和第二出水接头，所述第二进水接头和第二出水接头均与所述第二保温腔连通，所述第二保温套的外壁设有用于避让所述第二进水接头的第一通孔以及用于避让所述第二出水接头的第二通孔，所述第一进水接头和第一出水接头分别用于与恒温水浴系统连接。

11、作为优选的技术方案，所述解吸测量装置包括气相色谱仪、至少三个采集袋和分流器，所述分流器连接有第五连接管路，所述第四连接管路连接有第一转换接头，所述第五连接管路连接有第二转换接头，所述第一转换接头用于与第二转换接头连接，所述采集袋分别连接有第六连接管路和第七连接管路，所述第六连接管路与所述分流器连接，所述第七连接管路与所述气相色谱仪连接，所述第四连接管路上设有背压阀，所述第五连接管路上沿靠近所述分流器的方向依次设有调节阀、定容器和第十四开关阀；所述气排水测量装置包括第一容器、第二容器和称重器，所述第一容器顶端的开口处插接有密封头，排气管路的一端连接有第三转换接头，所述第一转换接头用于与所述第三转换接头连接，所述排气管路的另一端穿过所述密封头的第一过孔并伸入到所述第一容器内，排水管路的一端穿过所述密封头的第二过孔并伸入到所述第一容器内，所述排水管路的另一端用于插入到所述第二容器内，所述第二容器置于所述称重器上。

12、作为优选的技术方案，所述注水装置包括第一恒速恒压泵，所述第一恒速恒压泵连接有第二进水管路，所述第二进水管路与所述第一进水管路连接，所述第二进水管路上设有进水阀；所述增压装置包括第二恒速恒压泵，所述第二恒速恒压泵通过连通管路与所述第一连接管路连接，所述连通管路位于所述注气装置和第一开关阀之间，所述连通管路上设有第十五开关阀。

13、本发明的有益效果是：本发明通过设置的可变体积扩散单元，通过可变体积扩散单元的驱动机构驱动柱塞在扩散腔内和扶正筒内向下移动至不同位置，从而可实现对扩散腔的体积进行扩大，从而可实现模拟在取芯过程中将原煤样放入取芯器时煤样所处的空间扩大这一过程，进一步还原现场取芯过程中煤样对瓦斯吸附解吸的真实情况，保证得到的吸附量、解吸量的准确性，从而保证了原位储层瓦斯压力测定的准确性。并且对测定出的原位储层瓦斯压力数据进行分析，从而可实现探究原位储层瓦斯压力变化规律。