專利名稱：用于氣體試驗(yàn)的裝置及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于氣體壓力和流量測(cè)試領(lǐng)域，特別涉及一種用于煤巖瓦斯壓力下的滲透模擬測(cè)試和天然氣儲(chǔ)氣庫內(nèi)壓力變化模擬測(cè)試的裝置。
背景技術(shù)：
地下埋藏的煤炭中通 常含有瓦斯氣體，并具有一定壓力，在煤炭開采過程中對(duì)煤巖體的擾動(dòng)，會(huì)造成煤巖體內(nèi)部出現(xiàn)裂紋及發(fā)生破壞，當(dāng)煤炭中的瓦斯氣體沿煤巖體裂隙通道在一定空間內(nèi)聚集的壓力和濃度達(dá)到一定量值時(shí)，則會(huì)導(dǎo)致瓦斯突出及瓦斯爆炸等災(zāi)害事故。因此，如何通過試驗(yàn)掌握在煤炭地下開采過程中高瓦斯壓力對(duì)煤巖體的力學(xué)行為影響，以及開采擾動(dòng)造成的煤巖體破壞對(duì)瓦斯在煤巖體中滲透性的影響，不僅對(duì)于如何有效預(yù)防災(zāi)害事故的發(fā)生研究尤為重要，也更是當(dāng)今試驗(yàn)測(cè)試中需解決的難題。此外，地下天然氣儲(chǔ)氣庫的運(yùn)營(yíng)過程中，溶腔內(nèi)壓呈周期性的高壓和低壓循環(huán)，會(huì)導(dǎo)致溶腔圍巖出現(xiàn)疲勞損傷，如何通過試驗(yàn)對(duì)溶腔在內(nèi)壓周期性變化過程中的疲勞特性進(jìn)行模擬試驗(yàn)，以及在實(shí)驗(yàn)室對(duì)天然氣開采過程中裂紋形成過程和分布特征進(jìn)行模擬和研究，目前也還缺乏可以進(jìn)行有效測(cè)試的相關(guān)設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于氣體試驗(yàn)的裝置，所述裝置可在瓦斯?jié)B透模擬試驗(yàn)和溶腔內(nèi)壓模擬試驗(yàn)中應(yīng)用。本發(fā)明所述用于氣體試驗(yàn)的裝置，包括氣源、真空泵、第一流量計(jì)、第二流量計(jì)、第一壓力表、第二壓力表、第一氣體儲(chǔ)存器、第二氣體儲(chǔ)存器、數(shù)據(jù)處理器、第一氣體輸出管和第二氣體輸出管；所述所述第一壓力表通過管件分別與第一流量計(jì)和三軸壓力試驗(yàn)機(jī)中的三軸壓力室的第二管路連接，所述第二壓力表通過管件分別與三軸壓力試驗(yàn)機(jī)中的三軸壓力室的第一管路和第二流量計(jì)連接，第二流量計(jì)還與總排氣管連接，在總排氣管上設(shè)置有第三減壓閥；第一流量計(jì)與第一壓力表之間的管件上設(shè)置有第一截止閥，第一壓力表與三軸壓力室之間的管件上設(shè)置有第二截止閥，三軸壓力室與第二壓力表之間的管件上設(shè)置有第三截止閥，第二壓力表與第二流量計(jì)之間的管件上設(shè)置有第四截止閥，第二截止閥與三軸壓力室之間的管件上連接有第一檢驗(yàn)管，所述第一檢驗(yàn)管上設(shè)置有第五截止閥，三軸壓力室與第三截止閥之間的管件上連接有第二檢驗(yàn)管，所述第二檢驗(yàn)管上設(shè)置有第六截止閥；所述氣源通過第一氣體輸出管分別與真空泵和第一流量計(jì)連接，真空泵與第一氣體輸出管的連接位點(diǎn)在第一流量計(jì)與第一氣體輸出管的連接位點(diǎn)之下，在第一氣體輸出管的靠近氣源端設(shè)置有第一減壓閥；所述氣源通過第二氣體輸出管與總排氣管連接，連接位點(diǎn)在第二流量計(jì)和第三減壓閥之間，在第二氣體輸出管的靠近氣源端設(shè)置有第二減壓閥；所述第一氣體儲(chǔ)存器通過管件與第一氣體輸出管連接，連接位點(diǎn)在第一減壓閥和第一流量計(jì)與第一氣體輸出管的連接位點(diǎn)之間，在連接第一氣體儲(chǔ)存器的管件上設(shè)置有第七截止閥；所述第二氣體儲(chǔ)存器通過管件與第二氣體輸出管連接，連接位點(diǎn)在第二減壓閥的氣體輸出端一側(cè)，在連接第二氣體儲(chǔ)存器的管件上設(shè)置有第八截止閥；所述數(shù)據(jù)處理器的接口分別與第一流量計(jì)、第二流量計(jì)、第一壓力表、第二壓力表連接，將接收到的氣體流量和氣體壓力電信號(hào)進(jìn)行處理后予以顯示和儲(chǔ)存。本發(fā)明所述用于氣體試驗(yàn)的裝置，其數(shù)據(jù)處理器為計(jì)算機(jī)或單片機(jī)。本發(fā)明所述用于氣體試驗(yàn)的裝置，可在瓦斯?jié)B透模擬試驗(yàn)和溶腔內(nèi)壓模擬試驗(yàn)中應(yīng)用，在進(jìn)行瓦斯?jié)B透模擬試驗(yàn)和溶腔內(nèi)壓模擬試驗(yàn)時(shí)，需要三軸壓力試驗(yàn)機(jī)配合。本發(fā)明所述用于氣體試驗(yàn)的裝置可在瓦斯?jié)B透模擬試驗(yàn)中應(yīng)用，也可在溶腔內(nèi)壓模擬試驗(yàn)中應(yīng)用。本發(fā)明所述用于氣體試驗(yàn)的裝置中涉及的第一氣體儲(chǔ)存器、第二氣體儲(chǔ)存器、第一流量計(jì)、第二流量計(jì)、第一壓力表、第二壓力表均有市售商品，可通過市場(chǎng)購(gòu)買。本發(fā)明具有以下有益效果 I、本發(fā)明為瓦斯壓力模擬測(cè)試和天然氣儲(chǔ)氣庫內(nèi)壓力變化模擬測(cè)試提供了一種新的測(cè)試裝置。2、本發(fā)明所述裝置既可用于瓦斯壓力模擬測(cè)試，又可用于天然氣儲(chǔ)氣庫內(nèi)壓力變化模擬測(cè)試，且操作方便。3、由于本發(fā)明所述裝置設(shè)置有第一檢驗(yàn)管和第二檢驗(yàn)管，因而便于發(fā)現(xiàn)模擬測(cè)試中施加圍壓壓力造成的試件保護(hù)膜局部失效問題，有利于流量計(jì)的保護(hù)。4、本發(fā)明所述裝置還可以拓展應(yīng)用到巖石在高壓、低下氣體循環(huán)變化下致使巖石中形成裂隙網(wǎng)絡(luò)的壓裂模擬研究。


圖I是本發(fā)明所述用于氣體試驗(yàn)的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是三軸壓力試驗(yàn)機(jī)中的三軸壓力室的結(jié)構(gòu)示意圖及試件安裝和管路布置示意圖；圖3是溶腔內(nèi)壓模擬試驗(yàn)所用試件的示意圖。圖中，I一氣源、2—真空栗、3—第一流量計(jì)、4一第一壓力表、5—第二壓力表、6—第二流量計(jì)、7—數(shù)據(jù)處理器、8—第一氣體儲(chǔ)存器、9 一第二氣體儲(chǔ)存器、10—三軸壓力室、11—第二減壓閥、12—第一減壓閥、13—第七截止閥、14 一第八截止閥、15—第一截止閥、16—第二截止閥、17—第五截止閥、18—第六截止閥、19—第二截止閥、20—第四截止閥、21一第三減壓閥、22—第二氣體輸出管、23—第一氣體輸出管、24—總排氣管、25—第一檢驗(yàn)管、26—第二檢驗(yàn)管、27—加載立柱、28—三軸壓力室外殼、29—上部加載壓頭、30—保護(hù)膠膜、31—瓦斯?jié)B透模擬試件、32—下部加載壓頭、33—圍壓管路、34—三軸壓力室底座、35—第一管路、36—第二管路、37—溶腔內(nèi)壓模擬試件、38—腔內(nèi)壓模擬試件中心孔。
具體實(shí)施例方式下面通過實(shí)施例并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明所述用于氣體試驗(yàn)的裝置的結(jié)構(gòu)和使用作進(jìn)一步說明。實(shí)施例I本實(shí)施例中，用于氣體試驗(yàn)的裝置的結(jié)構(gòu)如圖I所示，包括氣源I、真空泵2、第一流量計(jì)3、第二流量計(jì)6、第一壓力表4、第二壓力表5、第一氣體儲(chǔ)存器8、第二氣體儲(chǔ)存器9、數(shù)據(jù)處理器7、第一氣體輸出管23、第二氣體輸出管22、第一減壓閥、第二減壓閥11、第三減壓閥21、第一截止閥15、第二截止閥16、第三截止閥19、第四截止閥20、第五截止閥17、第六截止閥18、第七截止閥13、第八截止閥14、第一檢驗(yàn)管25、第二檢驗(yàn)管26和總排氣管24;上述各器件、管件、減壓閥、截止閥以及數(shù)據(jù)處理器、真空泵的安裝方式和連接關(guān)系如圖I所示。所述氣源3為供氣瓶，其初始?jí)毫?2MPa ;所述數(shù)據(jù)處理器7為計(jì)算機(jī)，安裝有將接收到的氣體流量和氣體壓力電信號(hào)進(jìn)行處理后予以顯示和儲(chǔ)存的軟件。本實(shí)施例所述用于氣體試驗(yàn)的裝置，其配套使用的三軸壓力試驗(yàn)機(jī)型號(hào)為MTS815(美國(guó)MTS公司生產(chǎn))。
實(shí)施例2本實(shí)施例使用實(shí)施例I所述用于氣體試驗(yàn)的裝置與型號(hào)為MTS815的三軸壓力試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行瓦斯?jié)B透模擬試驗(yàn)，操作如下I、準(zhǔn)備階段的操作①將包裹有保護(hù)膠膜30的瓦斯?jié)B透模擬試件31安裝在三軸壓力試驗(yàn)機(jī)的三軸壓力室10的試樣臺(tái)上(如圖2所示)，將三軸壓力試驗(yàn)機(jī)中的三軸壓力室的第二管路36通過管件與實(shí)施例I所述裝置的第一壓力表4連接，將三軸壓力試驗(yàn)機(jī)中的三軸壓力室的第一管路35通過管件與實(shí)施例I所述裝置的第二壓力表5連接(如圖I、圖2所示)，然后對(duì)瓦斯?jié)B透模擬試件31施加圍壓壓力；②在對(duì)瓦斯?jié)B透模擬試件31施加圍壓壓力的過程中，使第一截止閥15、第四截止閥20、第五截止閥17、第六截止閥18處于關(guān)閉狀態(tài)，第二截止閥16、第三截止閥19處于開啟狀態(tài)，觀察第一壓力表4和第二壓力表5是否壓力增加，若壓力增加，則表明被測(cè)試件保護(hù)膠膜可能破損，此時(shí)需打開第五截止閥17、第六截止閥18，看是否有圍壓液體排出，若無圍壓液體排出，則表明被測(cè)試件保護(hù)膠膜完好，若有圍壓液體排出，則表明被測(cè)試件保護(hù)膠膜破損，若被測(cè)試件保護(hù)膠膜破損，需更換被測(cè)試件；③待三軸壓力試驗(yàn)機(jī)的三軸壓力室10中的圍壓壓力加載至目標(biāo)圍壓后，使實(shí)施例I所述裝置中的氣源I、第三減壓閥21、第五截止閥17、第六截止閥18處于關(guān)閉狀態(tài)，其它所有截止閥和減壓閥均處于開啟狀態(tài)，然后啟動(dòng)真空泵2對(duì)管路、各氣體儲(chǔ)存器和被測(cè)試件抽真空，使壓力降至O. 08、. I MPa，抽真空完成后關(guān)閉真空泵2和所有已開啟的截止閥與減壓閥；2、瓦斯?jié)B透模擬試驗(yàn)階段的操作①當(dāng)采用穩(wěn)態(tài)法測(cè)試時(shí)，保持第七截止閥13、第八截止閥14、第五截止閥17、第六截止閥18、第二減壓閥11、第三減壓閥21處于關(guān)閉狀態(tài)，使第一截止閥15、第二截止閥16、第三截止閥19、第四截止閥20處于開啟狀態(tài)，將第一減壓閥12的壓力調(diào)整至5MPa后開啟，再開啟第三減壓閥21，并打開氣源I的開關(guān)，開始進(jìn)行試驗(yàn)，啟動(dòng)數(shù)據(jù)處理器7接收、處理和記錄數(shù)據(jù)。②當(dāng)采用瞬態(tài)法測(cè)試時(shí)，保持第五截止閥17、第六截止閥18、第三減壓閥21處于關(guān)閉狀態(tài)，使第七截止閥13、第八截止閥14、第一截止閥15第四截止閥20處于開啟狀態(tài)，將第一減壓閥12的壓力調(diào)整至6MPa、第二減壓閥11的壓力調(diào)整至3MPa后并開啟，然后打開氣源1，使第一氣體儲(chǔ)存器8、第二氣體儲(chǔ)存器9中分別儲(chǔ)存滿6MPa和3MPa壓力的氣體，繼后關(guān)閉第一減壓閥12、第二減壓閥11，同時(shí)打開第二截止閥16、第三截止閥19，開始進(jìn)行試驗(yàn)，啟動(dòng)數(shù)據(jù)處理器7接收、處理和記錄數(shù)據(jù)。實(shí)施例3本實(shí)施例使用實(shí)施例I所述用于氣體試驗(yàn)的裝置與型號(hào)為MTS815的三軸壓力試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行溶腔內(nèi)壓模擬試驗(yàn)，的操作如下I、準(zhǔn)備階段的操作將包裹有保護(hù)膠膜30的溶腔內(nèi)壓模擬試件37安裝在三軸壓力試驗(yàn)機(jī)的三軸壓力室10的試樣臺(tái)上，其它操作與實(shí)施例2準(zhǔn)備階段的操作相同。
2、溶腔內(nèi)壓模擬試驗(yàn)階段的操作保持第二減壓閥11、第七截止閥13、第八截止閥14、第五截止閥17、第六截止閥18處于關(guān)閉狀態(tài)，使第一截止閥15、第二截止閥16、第三截止閥19、第四截止閥20處于開啟狀態(tài)，將第一減壓閥12的壓力調(diào)整至SMPa后開啟該閥，使三軸壓力室10中被測(cè)試件37的氣壓保持至預(yù)定時(shí)間30min，然后關(guān)閉第一減壓閥12，將第三減壓閥21壓力調(diào)整至3MPa并開啟，釋放被測(cè)試件37內(nèi)的壓力到3MPa ;重復(fù)上述操作30次；或保持第一減壓閥12、第七截止閥13、第八截止閥14、第二截止閥16、第五截止閥17、第六截止閥18處于關(guān)閉狀態(tài)，將第三截止閥19、第四截止閥20處于開啟狀態(tài)，將第二減壓閥11的壓力調(diào)整至SMPa后開啟該閥，使三軸壓力室10中被測(cè)試件37的氣壓保持至預(yù)定時(shí)間30min，然后關(guān)閉第二減壓閥11，將第三減壓閥21壓力調(diào)整至3MPa并開啟，釋放被測(cè)試件37內(nèi)的壓力到3MPa ;重復(fù)上述操作30次；測(cè)試過程中，啟動(dòng)數(shù)據(jù)處理器7接收、處理和記錄數(shù)據(jù)。將瓦斯?jié)B透模擬試驗(yàn)中數(shù)據(jù)處理器所記錄的瓦斯氣體的流量與壓力數(shù)據(jù)代入相應(yīng)瓦斯?jié)B透率計(jì)算理論公式，可計(jì)算得到被測(cè)試件在測(cè)試狀態(tài)下的瓦斯?jié)B透率，結(jié)合三軸壓力試驗(yàn)機(jī)記錄的被測(cè)試件的變形數(shù)據(jù)和應(yīng)力數(shù)據(jù)，可得到被測(cè)試件不同變形狀態(tài)所對(duì)應(yīng)的瓦斯?jié)B透率。溶腔內(nèi)壓模擬試驗(yàn)中數(shù)據(jù)處理器所記錄的被測(cè)試件所承受的氣體流量與壓力數(shù)據(jù)結(jié)合三軸壓力試驗(yàn)機(jī)記錄的被測(cè)試件的變形數(shù)據(jù)和應(yīng)力數(shù)據(jù)，可得到被測(cè)試件所承受的壓力變化次數(shù)、累計(jì)時(shí)間與被測(cè)試件變形的關(guān)系，并可把被測(cè)試件用工業(yè)CT機(jī)對(duì)其測(cè)試前后的內(nèi)部損傷分布進(jìn)行掃描，從而可得到被測(cè)試件內(nèi)部在進(jìn)行天然氣儲(chǔ)氣庫溶腔內(nèi)壓模擬測(cè)試前后的損傷分布特征。上述數(shù)據(jù)對(duì)于研究煤炭開采的安全性及地下天然氣儲(chǔ)氣庫的安全運(yùn)營(yíng)具有重要的指導(dǎo)作用。
權(quán)利要求
1.一種用于氣體試驗(yàn)的裝置，其特征在于包括氣源(I)、真空泵(2)、第一流量計(jì)(3)、第二流量計(jì)(6)、第一壓力表(4)、第二壓力表(5)、第一氣體儲(chǔ)存器(8)、第二氣體儲(chǔ)存器(9)、數(shù)據(jù)處理器(7)、第一氣體輸出管(23)和第二氣體輸出管(22); 所述第一壓力表(4)通過管件分別與第一流量計(jì)(3)和三軸壓力試驗(yàn)機(jī)中的三軸壓力室(10)的第二管路(36)連接，所述第二壓力表(5)通過管件分別與三軸壓力試驗(yàn)機(jī)中的三軸壓力室(10)的第一管路(35)和第二流量計(jì)(6)連接，第二流量計(jì)(6)還與總排氣管(24)連接，在總排氣管(24)上設(shè)置有第三減壓閥(21)； 第一流量計(jì)(3)與第一壓力表(4)之間的管件上設(shè)置有第一截止閥(15)，第一壓力表(4)與三軸壓力室(10)之間的管件上設(shè)置有第二截止閥(16)，三軸壓力室(10)與第二壓力表(5)之間的管件上設(shè)置有第三截止閥(19)，第二壓力表(5)與第二流量計(jì)(6)之間的管 件上設(shè)置有第四截止閥(20)，第二截止閥(16)與三軸壓力室(10)之間的管件上連接有第一檢驗(yàn)管(25)，所述第一檢驗(yàn)管上設(shè)置有第五截止閥(17)，三軸壓力室(10)與第三截止閥(19)之間的管件上連接有第二檢驗(yàn)管(26)，所述第二檢驗(yàn)管上設(shè)置有第六截止閥(18); 所述氣源(I)通過第一氣體輸出管(23)分別與真空泵(2)和第一流量計(jì)(3)連接，真空泵(2)與第一氣體輸出管(23)的連接位點(diǎn)在第一流量計(jì)(3)與第一氣體輸出管(23)的連接位點(diǎn)之下，在第一氣體輸出管(23)的靠近氣源端設(shè)置有第一減壓閥(12)； 所述氣源(I)通過第二氣體輸出管(22)與總排氣管(24)連接，連接位點(diǎn)在第二流量計(jì)(6)和第三減壓閥(21)之間，在第二氣體輸出管(22)的靠近氣源端設(shè)置有第二減壓閥(11)； 所述第一氣體儲(chǔ)存器(8)通過管件與第一氣體輸出管(23)連接，連接位點(diǎn)在第一減壓閥(12)和第一流量計(jì)(3與第一氣體輸出管(23)的連接位點(diǎn)之間，在連接第一氣體儲(chǔ)存器(8)的管件上設(shè)置有第七截止閥(13)； 所述第二氣體儲(chǔ)存器(9)通過管件與第二氣體輸出管(22)連接，連接位點(diǎn)在第二減壓閥(11)的氣體輸出端一側(cè)，在連接第二氣體儲(chǔ)存器(9)的管件上設(shè)置有第八截止閥(14)； 所述數(shù)據(jù)處理器(7)的接口分別與第一流量計(jì)(3)、第二流量計(jì)(6)、第一壓力表(4)、第二壓力表(5)連接，將接收到的氣體流量和氣體壓力電信號(hào)進(jìn)行處理后予以顯示和儲(chǔ)存。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述用于氣體試驗(yàn)的裝置，其特征在于所述數(shù)據(jù)處理器(7)為計(jì)算機(jī)或單片機(jī)。
3.權(quán)利要求I或2所述用于氣體試驗(yàn)的裝置在瓦斯?jié)B透模擬試驗(yàn)中的應(yīng)用。
4.權(quán)利要求I或2所述用于氣體試驗(yàn)的裝置在溶腔內(nèi)壓模擬試驗(yàn)中的應(yīng)用。
全文摘要
一種用于氣體試驗(yàn)的裝置，包括氣源、真空泵、第一流量計(jì)、第二流量計(jì)、第一壓力表、第二壓力表、第一氣體儲(chǔ)存器、第二氣體儲(chǔ)存器、數(shù)據(jù)處理器、第一氣體輸出管和第二氣體輸出管。上述用于氣體試驗(yàn)的裝置可在瓦斯?jié)B透模擬試驗(yàn)中應(yīng)用，也可在溶腔內(nèi)壓模擬試驗(yàn)中應(yīng)用。
文檔編號(hào)G01N15/08GK102967544SQ201210514830
公開日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2012年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月4日
發(fā)明者陳亮, 王駒, 蘇銳, 王春萍, 滿柯, 宗自華, 王錫勇, 田霄 申請(qǐng)人:核工業(yè)北京地質(zhì)研究院