本發(fā)明屬于非常規(guī)天然氣(煤層氣和頁巖氣等)滲流實驗技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種電磁波激勵非常規(guī)天然氣滲流實驗裝置。

背景技術(shù)：

非常規(guī)天然氣主要包括煤層氣和頁巖氣，主要成分為甲烷，是重要的新興清潔能源。我國的煤層氣和頁巖氣儲量均非常豐富，頁巖氣可探儲量位居世界首位。對非常規(guī)天然氣進行開發(fā)利用不但能夠極大的緩解我國能源緊張狀況，而且可以降低煤、石油等常規(guī)能源對大氣環(huán)境的污染，煤層氣的開采還有助于增大煤礦生產(chǎn)安全系數(shù)，提高經(jīng)濟效益。但我國大部分地區(qū)的非常規(guī)天然氣儲層均屬于低滲透儲層，抽采率極低，無法進行常規(guī)工業(yè)化開采。

目前，常用的開采方法為水力壓裂和水平鉆井結(jié)合，需要耗費大量的水資源，且可能帶來一些附加問題。電磁波是針對低滲透儲層進行非常規(guī)天然氣開采的新方法，最早是基于電磁波產(chǎn)生的熱效應，利用熱能提高非常規(guī)天然氣解吸滲流速度，從而達到大幅度提高產(chǎn)量的目的。研究發(fā)現(xiàn)：電磁波作用于煤巖體，利用介電傳導可同時實現(xiàn)熱膨脹、熱破裂和輻射致裂，同時可通過熱輻射在煤巖體內(nèi)部形成內(nèi)熱源，進一步利用溫度差激勵煤層氣和頁巖氣從儲層中產(chǎn)出。因此，電磁波激勵開采低滲透非常規(guī)天然氣相對于現(xiàn)有水力壓裂、注氣驅(qū)替和常規(guī)注熱或加熱開采等方式比較，抽采效率更高，致裂滲流效果更好；因此，利用電磁波對低滲透非常規(guī)天然氣進行激勵開采是一種非常有潛力的新型開采方法。

目前，現(xiàn)有技術(shù)中尚沒有電磁波激勵非常規(guī)天然氣滲流實驗裝置，無法獲得電磁波激勵作用下非常規(guī)天然氣的滲流規(guī)律，不能為非常規(guī)天然氣資源的合理抽放和綜合利用提供可靠的數(shù)據(jù)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種電磁波激勵非常規(guī)天然氣滲流實驗裝置，該實驗裝置具有三軸加載功能，可實現(xiàn)對非常規(guī)天然氣滲流特性的功能測試，獲得電磁波激勵作用下非常規(guī)天然氣滲流特性規(guī)律，為非常規(guī)天然氣資源，特別是低滲透資源的合理抽放和綜合利用提供可靠的數(shù)據(jù)。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種電磁波激勵非常規(guī)天然氣滲流實驗裝置，包括三軸加壓裝置、電磁波激勵裝置及集成控制系統(tǒng)；

所述三軸加壓裝置由壓力機和三軸儀組成，所述壓力機包括上頂板、下底板、剛性柱、液壓機及液壓機工作臺，所述三軸儀包括上壓帽、下壓帽、缸體、上壓座、活塞、上壓頭、下壓頭及壓墊；所述上頂板設(shè)置在下底板的上方，兩者通過剛性柱相連接，在下底板的頂部中心位置設(shè)置有液壓機，在液壓機的上方設(shè)置有液壓機工作臺；在液壓機工作臺的上方設(shè)置有缸體，在缸體的上部設(shè)置有具有中心通孔的上壓帽，所述上壓帽與缸體通過螺紋相連接；在缸體的下部設(shè)置有具有中心通孔的下壓帽，所述下壓帽與缸體通過螺紋相連接，在缸體內(nèi)的上部設(shè)置有上壓座，上壓座頂部的凸起設(shè)置在上壓帽的中心通孔內(nèi)；在下壓帽的內(nèi)部設(shè)置有活塞，活塞底部的凸起穿過下壓帽的中心通孔后，與液壓機工作臺的上表面相接觸，所述活塞與缸體相配合；在缸體內(nèi)分別設(shè)置有上壓頭和下壓頭，在上壓頭的頂部設(shè)置有上壓頭第一凸起，所述上壓頭第一凸起嵌入在上壓座的底部，在下壓頭的底部設(shè)置有下壓頭第一凸起，所述下壓頭第一凸起嵌入在活塞的頂部，所述上壓頭與下壓頭相對設(shè)置；在下壓頭及活塞的內(nèi)部設(shè)置有貫通下壓頭和活塞的解吸氣體出氣孔，在上壓座的內(nèi)部分別設(shè)置有貫通上壓座的圍壓進氣孔和數(shù)據(jù)輸出通道，在上壓座及上壓頭的內(nèi)部設(shè)置有貫通上壓座和上壓頭的孔隙壓進氣孔和電磁波接收孔；

所述電磁波激勵裝置包括電磁波發(fā)生器，電磁波發(fā)生器的輸出端與三軸加壓裝置的電磁波接收孔相連接；

所述集成控制系統(tǒng)包括主機、溫度傳感器、溫度接受器、應變片、應變接收器、控制氣體開關(guān)、穩(wěn)壓器控制開關(guān)、壓力表及調(diào)壓閥；氣瓶分別與三軸加壓裝置的圍壓進氣孔、孔隙壓進氣孔及液壓機相連接，在氣瓶與圍壓進氣孔之間的管路上設(shè)置有第一控制氣體開關(guān)、第一壓力表、第一調(diào)壓閥及第一穩(wěn)壓器，在氣瓶與孔隙壓進氣孔之間的管路上設(shè)置有第二控制氣體開關(guān)、第二壓力表、第二調(diào)壓閥及第二穩(wěn)壓器，在氣瓶與液壓機之間的管路上設(shè)置有第三控制氣體開關(guān)、第三壓力表、第三調(diào)壓閥及第三穩(wěn)壓器；所述溫度傳感器和應變片均設(shè)置在試樣表面，應變片的數(shù)據(jù)線穿過上壓座的數(shù)據(jù)輸出通道后通過應變接收器與主機相連接，溫度傳感器的數(shù)據(jù)線穿過上壓座的數(shù)據(jù)輸出通道后通過溫度接收器與主機相連接。

在所述活塞的上部與下壓帽之間設(shè)置有擋板。

在所述上、下壓頭上設(shè)置有錐形面，并配有壓墊，所述壓墊與上、下壓頭通過螺紋相連接。

所述應變接收器采用動態(tài)應變儀。

所述溫度接收器采用多路數(shù)據(jù)采集儀。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明的實驗裝置具有三軸加載功能，可實現(xiàn)對非常規(guī)天然氣滲流特性的功能測試，獲得電磁波激勵作用下非常規(guī)天然氣滲流特性規(guī)律，為非常規(guī)天然氣資源，特別是低滲透資源的合理抽放和綜合利用提供可靠的數(shù)據(jù)。本發(fā)明的實驗裝置結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、操作方便、節(jié)約成本。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的三軸加壓裝置及與其相連的應變片和溫度傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的控制器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中：1—應變接收器，2—溫度接收器，3—主機，4—穩(wěn)壓器控制開關(guān)，5—電磁波發(fā)生器，6—電磁波輸出口，7—控制氣體開關(guān)，8—壓力表，9—調(diào)壓閥，10—上壓座，11—上壓頭，12—試樣，13—下壓頭，14—擋板，15—下壓帽，16—液壓機，17—圍壓進氣孔，18—電磁波接收入口，19—孔隙壓進氣孔，20—數(shù)據(jù)輸出通道，21—上頂板，22—上壓帽，23—缸體，24—應變片，25—溫度傳感器，26—壓墊，27—剛性柱，28—活塞，29—解吸氣體出氣口，30—液壓機工作臺，31—下底板，32—控制器殼體。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步的詳細說明。

如圖1、圖2所示，一種電磁波激勵非常規(guī)天然氣滲流實驗裝置，包括三軸加壓裝置、電磁波激勵裝置及集成控制系統(tǒng)。

所述三軸加壓裝置由壓力機和三軸儀組成，所述壓力機包括上頂板21、下底板31、剛性柱27、液壓機16及液壓機工作臺30，所述三軸儀包括上壓帽22、下壓帽15、缸體23、上壓座10、活塞28、上壓頭11、下壓頭13及壓墊26；所述上頂板21設(shè)置在下底板31的上方，兩者通過剛性柱27相連接，在下底板31的頂部中心位置設(shè)置有液壓機16，在液壓機16的上方設(shè)置有液壓機工作臺30；在液壓機工作臺30的上方設(shè)置有缸體23，在缸體23上部的外部設(shè)置有具有中心通孔的上壓帽22，所述上壓帽22與缸體23通過螺紋相連接；在缸體23下部的外部設(shè)置有具有中心通孔的下壓帽15，所述下壓帽15與缸體23通過螺紋相連接，在缸體23內(nèi)的上部設(shè)置有上壓座10，上壓座10頂部的凸起穿過上壓帽22的中心通孔后，與壓力機的上頂板21相接觸；在下壓帽15的內(nèi)部設(shè)置有活塞28，活塞28底部的凸起穿過下壓帽15的中心通孔后，與液壓機工作臺30的上表面相接觸，所述活塞28與缸體23相配合；在缸體23內(nèi)分別設(shè)置有上壓頭11和下壓頭13，在上壓頭11的頂部設(shè)置有上壓頭第一凸起，所述上壓頭第一凸起嵌入在上壓座10的底部，在下壓頭13的底部設(shè)置有下壓頭第一凸起，所述下壓頭第一凸起嵌入在活塞28的頂部，所述上壓頭11與下壓頭13相對設(shè)置；在下壓頭13及活塞28的內(nèi)部設(shè)置有貫通下壓頭13和活塞28的解吸氣體出氣孔，所述解吸氣體出氣孔與解析氣體出氣口29相連通，在上壓座10的內(nèi)部分別設(shè)置有貫通上壓座10的圍壓進氣孔17和數(shù)據(jù)輸出通道20，在上壓座10及上壓頭11的內(nèi)部設(shè)置有貫通上壓座10和上壓頭11的孔隙壓進氣孔19和電磁波接收孔，所述電磁波接收孔與電磁波接收入口18相連通。

所述電磁波激勵裝置包括電磁波發(fā)生器5，電磁波發(fā)生器5的輸出端與三軸加壓裝置的電磁波接收孔相連接。

所述集成控制系統(tǒng)包括主機3、溫度傳感器25、溫度接受器2、應變片24、應變接收器1、控制氣體開關(guān)7、穩(wěn)壓器、壓力表8及調(diào)壓閥9；氣瓶分別與三軸加壓裝置的圍壓進氣孔17、孔隙壓進氣孔19及液壓機16相連接，在氣瓶與圍壓進氣孔17之間的管路上設(shè)置有第一控制氣體開關(guān)、第一壓力表、第一調(diào)壓閥及第一穩(wěn)壓器，在氣瓶與孔隙壓進氣孔19之間的管路上設(shè)置有第二控制氣體開關(guān)、第二壓力表、第二調(diào)壓閥及第二穩(wěn)壓器，在氣瓶與液壓機16之間的管路上設(shè)置有第三控制氣體開關(guān)、第三壓力表、第三調(diào)壓閥及第三穩(wěn)壓器；所述溫度傳感器25和應變片24均設(shè)置在試樣12表面，應變片24的數(shù)據(jù)線穿過上壓座10的數(shù)據(jù)輸出通道20后通過應變接收器1與主機3相連接，溫度傳感器25的數(shù)據(jù)線穿過上壓座10的數(shù)據(jù)輸出通道20后通過溫度接收器2與主機3相連接。在本實施例中，所述應變接收器1采用動態(tài)應變儀，溫度接收器2采用多路數(shù)據(jù)采集儀。

在本實施例中，所述主機3、溫度接受器2、應變接收器1、控制氣體開關(guān)7、壓力表8、調(diào)壓閥9、電磁波發(fā)生器5及穩(wěn)壓器的穩(wěn)壓器控制開關(guān)4均設(shè)置在控制器殼體32上，電磁波發(fā)生器5的輸出端與控制器殼體32上的電磁波輸出口6相連接。壓力表8設(shè)置有三個，分別為所述的第一壓力表、第二壓力表和第三壓力表，分別用于測定圍壓、孔隙壓及軸壓；調(diào)壓閥9設(shè)置有三個，分別為所述的第一調(diào)壓閥、第二調(diào)壓閥和第三調(diào)壓閥，分別用于調(diào)節(jié)圍壓、孔隙壓及軸壓；控制氣體開關(guān)7設(shè)置有三個，分別為所述的第一控制氣體開關(guān)、第二控制氣體開關(guān)和第三控制氣體開關(guān)；穩(wěn)壓器控制開關(guān)設(shè)置有三個，分別為所述的第一穩(wěn)壓器的控制開關(guān)、第二穩(wěn)壓器的控制開關(guān)和第三穩(wěn)壓器的控制開關(guān)。

為了定位活塞28，在所述活塞28的上部與下壓帽15之間設(shè)置有擋板14。在本實施例中，在所述下壓帽15的內(nèi)側(cè)壁上設(shè)置有二級臺階，缸體23固定在第一級臺階上，擋板14固定在第二級臺階與缸體23的底面之間。

在所述上壓頭11和下壓頭13上設(shè)置有錐形面，并配有壓墊26，所述壓墊26與上壓頭11和下壓頭13通過螺紋相連接。

下面結(jié)合附圖說明本發(fā)明的一次使用過程。

如圖1、圖2所示，實驗前，先在煤巖體試樣12的上部中心處鉆中心預留孔，所述中心預留孔與電磁波接收孔相對應。在密封的空間內(nèi)，將試樣12在上壓頭11與下壓頭13之間壓緊固定，在試樣12表面安裝溫度傳感器25和應變片24；并在試樣12、上壓頭11及下壓頭13的外部設(shè)置熱縮管，通過熱縮管進行密封，熱縮管的兩端分別通過壓墊26固定在上壓頭11和下壓頭13上。

打開第一控制氣體開關(guān)，加載圍壓的氣體從上壓座10的圍壓進氣孔17進入，從圍壓進氣孔17充入的氣體直接作用于熱縮管包裹的試樣12，加載于試樣12周圍；實驗中軸壓是通過壓力機施加的，打開第三控制氣體開關(guān)，通過液壓機16及液壓機工作臺30施加壓力作用于活塞28，活塞28推動下壓頭13，給試樣12加載軸向壓力，實現(xiàn)對試樣12的三軸加載。打開第二控制氣體開關(guān)，氣體可先由孔隙壓進氣孔19導入，待試樣12充分吸附后，再通過解析氣體出氣口29排出，進行滲流量測定。電磁波由電磁波發(fā)生器5產(chǎn)生，經(jīng)由電磁波輸出口6傳導至電磁波接收入口18導入作用于試樣12，在非常規(guī)天然氣解吸過程中對試樣12進行激勵；通過試樣12表面的溫度傳感器25和應變片24將得到試樣12實驗過程中的溫度和變形數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)由溫度接收器2和應變接收器1接收，并傳送至主機3。通過解析氣體出氣口29可以測得氣體滲流量，即可得到相應的非常規(guī)天然氣解吸速度、試樣12滲透率等數(shù)據(jù)，對照電磁波作用過程中的試樣12的溫度得出電磁波激勵于試樣12的滲透規(guī)律，對合理增產(chǎn)非常規(guī)天然氣提供依據(jù)。