本發(fā)明屬于煤礦安全技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種煤層氣井排采過程煤粉產(chǎn)出模擬測試裝置及其測試方法。

背景技術(shù)：

地面煤層氣井主要是通過排水-降壓使煤層氣解吸產(chǎn)出的。排采階段不同，煤粉產(chǎn)出的主控因素有所差異。單相水流排采階段，煤層主要受到水流的沖刷作用，若排采強(qiáng)度過大，產(chǎn)水量過多，可能導(dǎo)致煤粉沿著煤層裂隙向井筒運(yùn)移。煤粉產(chǎn)出一方面可能使煤層裂隙寬度增加；另一方面由于缺少了煤粉的支撐，煤層在圍巖重力及水平應(yīng)力作用下可能導(dǎo)致裂隙寬度減小。在雙重作用下，變形程度差異導(dǎo)致排水階段煤粉產(chǎn)出量與滲透率關(guān)系變得復(fù)雜。進(jìn)入產(chǎn)氣階段，游離氣體的壓力和沖力作用可能使煤層中的煤粉進(jìn)一步產(chǎn)出，煤儲層滲透率的大小既與煤粉產(chǎn)出量有關(guān)，同時(shí)又與氣體解吸、有效應(yīng)力有關(guān)，使得煤粉產(chǎn)出與滲透率關(guān)系更加復(fù)雜。煤粉產(chǎn)出量不僅與產(chǎn)水量、產(chǎn)氣量等有關(guān)，還與煤層本身裂隙的寬度、長度、密度、形態(tài)等有關(guān)，煤層本身裂隙發(fā)育程度的差異，對產(chǎn)水量、產(chǎn)氣量也會(huì)有重要影響。

為了查明煤層氣井不同排采階段煤粉產(chǎn)出量與壓差、水量、氣量等關(guān)系，國內(nèi)外研究者通過鉆取煤柱，放置在三軸夾持器里，設(shè)置不同的圍壓和軸壓來模擬煤層所受應(yīng)力環(huán)境，測試不同壓差下煤粉產(chǎn)出量。由于受所選煤樣限制，所選煤樣裂隙發(fā)育程度不明確，導(dǎo)致煤粉產(chǎn)出量的研究更多基于宏觀方面，其與流量、壓差、裂隙發(fā)育程度等精細(xì)描述方面顯得不足，針對什么樣的煤儲層，不同排采階段需要采取怎么樣的排采工作制度無法給出較明確的回答。一些研究者采用制作煤板，在其中夾持支撐劑、煤粉等來測試一定壓差、流量下支撐劑、煤粉產(chǎn)出量，通過構(gòu)建相應(yīng)數(shù)學(xué)模型來得出其關(guān)系，由于模擬條件與實(shí)際存在一定差異，數(shù)學(xué)模擬的準(zhǔn)確性的驗(yàn)證存在一定困難。為了更好地得出煤層氣井不同排采階段產(chǎn)水量、煤層裂隙發(fā)育程度、產(chǎn)氣量、氣/水混合等不同條件下煤粉產(chǎn)出量，以便為現(xiàn)場不同儲層條件下煤層氣井排采提供指導(dǎo)，因此亟需一種設(shè)備，既能模擬不同裂縫形態(tài)，又能模擬煤層所受應(yīng)力狀態(tài)，測試不同排采階段煤粉產(chǎn)出量，更科學(xué)有效的指導(dǎo)煤層氣井排采制度的制定。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對目前不同煤儲層裂隙下壓差、產(chǎn)水量、產(chǎn)氣量與煤粉產(chǎn)出量關(guān)系不明，無法真正指導(dǎo)現(xiàn)場煤層氣排采生產(chǎn)的現(xiàn)實(shí)，設(shè)計(jì)了一種能模擬不同煤層裂隙發(fā)育狀況的裝置，通過模擬現(xiàn)場煤儲層條件及所受外界環(huán)境條件，得出不同條件下各種關(guān)鍵參數(shù)對煤粉產(chǎn)出量的影響，為現(xiàn)場排采工作制度提供更可靠的理論依據(jù)和借鑒。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：煤層氣井排采過程煤粉產(chǎn)出模擬測試裝置，包括排采階段模擬系統(tǒng)、圍壓控制系統(tǒng)、煤粉測試系統(tǒng)和關(guān)鍵參數(shù)控制系統(tǒng)，排采階段模擬系統(tǒng)的出口與煤粉測試系統(tǒng)的入口通過管路連接，圍壓控制系統(tǒng)的出液端與煤粉測試系統(tǒng)的進(jìn)液端通過管路連接，關(guān)鍵參數(shù)控制系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)線分別與排采階段模擬系統(tǒng)、圍壓控制系統(tǒng)和煤粉測試系統(tǒng)連接。

排采階段模擬系統(tǒng)包括氣相模擬裝置、液相模擬裝置和氣液混合裝置，

氣相模擬裝置包括高壓氣瓶組和第一氣體增壓組，

高壓氣瓶組包括若干高壓氣瓶，各高壓氣瓶經(jīng)第一高壓氣管并聯(lián)后與第一增壓進(jìn)氣管的進(jìn)氣端連接，各第一高壓氣管上分別設(shè)有鄰近高壓氣瓶的減壓閥；

第一氣體增壓組包括若干個(gè)氣體增壓裝置和若干個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置，驅(qū)動(dòng)裝置與氣體增壓裝置配套，各氣體增壓裝置之間通過增壓連接管連接，各氣體增壓裝置的結(jié)構(gòu)相同，第一氣體增壓裝置包括第一氣體增壓室和第一高壓儲氣室，第一氣體增壓室通過第一增壓進(jìn)氣管和第一高壓氣管與高壓氣瓶連接，第一增壓進(jìn)氣管上設(shè)有鄰近第一氣體增壓室的第一單向閥，第一氣體增壓室通過第二高壓氣管與高壓儲氣室連接，第二高壓氣管上分別設(shè)有鄰近第一氣體增壓室的第二單向閥和鄰近第一高壓儲氣室的第三單向閥，第一氣體增壓室內(nèi)滑動(dòng)連接有氣體增壓活塞，氣體增壓活塞上固定連接有活塞桿；增壓連接管上設(shè)有鄰近第一高壓儲氣室的氣體增壓自動(dòng)控制閥；

驅(qū)動(dòng)裝置包括第一電機(jī)、轉(zhuǎn)盤和轉(zhuǎn)動(dòng)桿，第一電機(jī)的動(dòng)力輸出軸與轉(zhuǎn)盤傳動(dòng)連接，轉(zhuǎn)盤的邊沿固定連接有鉸接塊，轉(zhuǎn)動(dòng)桿的一端與鉸接塊通過銷軸鉸接，轉(zhuǎn)動(dòng)桿的另一端與活塞桿通過銷軸鉸接；

第一氣體增壓組中的第二高壓儲氣室通過第一增壓出氣管與氣液混合裝置連接，第一增壓出氣管上設(shè)有鄰近第二高壓儲氣室的第一自動(dòng)控制閥；

液相模擬裝置包括第二氣體增壓組和液體增壓組，第二氣體增壓組和第一氣體增壓組的結(jié)構(gòu)相同，第二氣體增壓組中的氣體增壓室通過第二增壓進(jìn)氣管與大氣連通，第二氣體增壓組中的高壓儲氣室通過第二增壓出氣管與液體增壓組的第一輸氣管連接，第一輸氣管上設(shè)有第一壓力表，液體增壓組包括若干個(gè)水壓缸，水壓缸內(nèi)滑動(dòng)連接有液體增壓活塞，液體增壓活塞將水壓缸內(nèi)部分隔為氣體腔和液體腔，各水壓缸的氣體腔一端經(jīng)第二輸氣管并聯(lián)后與第一輸氣管連接，各第二輸氣管上分別設(shè)有鄰近水壓缸的第二自動(dòng)控制閥，各水壓缸的液體腔一端經(jīng)第一高壓水管并聯(lián)后與第二高壓水管連接，各第一高壓水管上分別設(shè)有鄰近水壓缸的第三自動(dòng)控制閥；

水壓缸通過第一高壓水管和第二高壓水管與氣液混合裝置連接；

氣液混合裝置包括儲集缸，儲集缸的內(nèi)壁上安裝有第二壓力表，

氣相模擬裝置中的第一增壓出氣管與儲集缸連接，第一增壓出氣管上設(shè)有鄰近儲集缸的第四自動(dòng)控制閥和鄰近儲集缸的第三壓力表；

液相模擬裝置中的第二高壓水管與儲集缸連接，第二高壓水管上設(shè)有鄰近儲集缸的第五自動(dòng)控制閥和鄰近儲集缸的水壓表；

儲集缸通過氣液兩相管路與煤粉測試系統(tǒng)連接，氣液兩相管路上設(shè)有鄰近儲集缸的第六自動(dòng)控制閥和鄰近儲集缸的第四壓力表。

圍壓控制系統(tǒng)包括結(jié)構(gòu)相同的第一增壓泵、第二增壓泵和第三增壓泵，第一增壓泵、第二增壓泵和第三增壓泵均分別配套設(shè)置有第二電機(jī)，

第一增壓泵、第二增壓泵和第三增壓泵均包括泵體、增壓器底板、圍壓增壓活塞、導(dǎo)軌、手動(dòng)轉(zhuǎn)盤、從動(dòng)輪、主動(dòng)軸、從動(dòng)軸、螺套、擋板、激光測距器和液壓管，泵體外形為圓筒形，圍壓增壓活塞滑動(dòng)連接在泵體內(nèi)，圍壓增壓活塞將泵體內(nèi)部分隔為壓裂液腔和驅(qū)動(dòng)腔，增壓器底板固定連接在泵體的壓裂液腔一端，泵體的兩側(cè)設(shè)置有所述導(dǎo)軌，導(dǎo)軌的一端與增壓器底板固定連接，導(dǎo)軌與泵體的軸線位于同一平面內(nèi)，手動(dòng)轉(zhuǎn)盤設(shè)置在泵體的驅(qū)動(dòng)腔一端外側(cè)，手動(dòng)轉(zhuǎn)盤與主動(dòng)軸傳動(dòng)連接，從動(dòng)輪位于手動(dòng)轉(zhuǎn)盤內(nèi)側(cè)并傳動(dòng)連接在主動(dòng)軸上，主動(dòng)軸與螺套通過設(shè)置在主動(dòng)軸上的螺旋凸起和設(shè)置在螺套內(nèi)的螺旋槽傳動(dòng)連接，擋板設(shè)置在泵體與螺套之間，擋板的兩端插設(shè)在導(dǎo)軌內(nèi)并與導(dǎo)軌滑動(dòng)連接，螺套的一端固定連接在擋板上，主動(dòng)軸由外向內(nèi)依次穿過擋板和泵體并伸入驅(qū)動(dòng)腔內(nèi)，從動(dòng)軸為空心結(jié)構(gòu)，主動(dòng)軸外套設(shè)所述從動(dòng)軸，從動(dòng)軸的一端由外向內(nèi)穿過泵體并與圍壓增壓活塞固定連接，從動(dòng)軸的另一端與擋板固定連接；

激光測距器安裝在增壓器底板上并與第一集線器通過數(shù)據(jù)線連接；第二電機(jī)與第一集線器通過數(shù)據(jù)線連接，第二電機(jī)的動(dòng)力輸出軸上傳動(dòng)連接有主動(dòng)輪，主動(dòng)輪通過皮帶與從動(dòng)輪傳動(dòng)連接，第一集線器與關(guān)鍵參數(shù)控制系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)線連接；泵體于壓裂液腔一端的內(nèi)壁上開設(shè)有充液口，充液口上螺接有密封塞，泵體的壓裂液腔通過液壓管與煤粉測試系統(tǒng)連接，液壓管上設(shè)有第五壓力表，第五壓力表與第一集線器通過數(shù)據(jù)線連接。

煤粉測試系統(tǒng)包括夾持支架、夾持外殼、第一巖心墊塊、第二巖心墊塊、膠套、排粉管道、激光粒度器和煤粉篩，

夾持外殼為圓筒狀結(jié)構(gòu)，夾持外殼內(nèi)設(shè)置有巖心試樣，夾持外殼沿軸向水平固定在夾持支架上，第一巖心墊塊的外輪廓為圓柱形，第一巖心墊塊分為氣液兩相進(jìn)口部和氣液兩相出口部，氣液兩相進(jìn)口部為實(shí)心且軸心處沿軸向設(shè)有進(jìn)氣長孔，氣液兩相出口部包括若干個(gè)同心圓環(huán)，相鄰兩個(gè)同心圓環(huán)之間圍成擴(kuò)散腔，各擴(kuò)散腔與進(jìn)氣長孔連通，夾持外殼的進(jìn)口端開設(shè)有第一墊塊安裝孔，夾持外殼的出口端開設(shè)有第二墊塊安裝孔，第二墊塊安裝孔于夾持外殼的出口端端面上沿徑向開設(shè)有兩個(gè)對稱的墊塊安裝槽，夾持外殼內(nèi)于靠近進(jìn)口端的一側(cè)沿軸向固定連接有第一環(huán)形支撐座，夾持外殼內(nèi)于靠近出口端的一側(cè)沿周向固定連接有第二環(huán)形支撐座，第一環(huán)形支撐座和第二環(huán)形支撐座之間為巖樣放置腔，膠套為內(nèi)徑與巖心試樣直徑匹配的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，膠套的長度大于巖心試樣的長度，裝有巖心試樣的膠套沿軸向安裝在第一環(huán)形支撐座和第二環(huán)形支撐座上，

第一巖心墊塊由外向內(nèi)依次穿過第一墊塊安裝孔和第一環(huán)形支撐座后與巖心的一端抵接，第一巖心墊塊外套設(shè)有環(huán)形活塞，環(huán)形活塞沿軸向滑動(dòng)連接在夾持外殼內(nèi)，夾持外殼的進(jìn)口端內(nèi)壁與環(huán)形活塞之間為軸向增壓腔室，環(huán)形活塞與第一環(huán)形支撐座之間為軸向降壓腔室，膠套與巖樣放置腔的內(nèi)壁之間為圍壓增壓腔室，

第二巖心墊塊包括圓柱狀主體和兩個(gè)沿徑向?qū)ΨQ設(shè)置在圓柱狀主體上的安裝耳，安裝耳與墊塊安裝槽的大小相匹配，圓柱狀主體沿軸向均布有若干貫通圓柱狀主體的篩孔，第二巖心墊塊由外向內(nèi)依次穿過第二墊塊安裝孔和第二環(huán)形支撐座后與巖心的另一端抵接，第二巖心墊塊的安裝耳卡接在夾持外殼的出口端內(nèi)壁上，

煤粉篩設(shè)置在夾持外殼的出口側(cè)，第二巖心墊塊的出口端與煤粉篩通過排粉管道連通，排粉管道上設(shè)有激光粒度器，激光粒度器與關(guān)鍵參數(shù)控制系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)線連接，儲集缸通過氣液兩相管路與進(jìn)氣長孔連接，氣液兩相管路上設(shè)有流量計(jì)，流量計(jì)與關(guān)鍵參數(shù)控制系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)線連接，軸向增壓腔室與第一增壓泵的液壓管連通，軸向降壓腔室與第二增壓泵的液壓管連通，圍壓增壓腔室和第三增壓泵的液壓管連通。

關(guān)鍵參數(shù)控制系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)和工作臺，計(jì)算機(jī)安裝在工作臺上，計(jì)算機(jī)通過數(shù)據(jù)線分別與排采階段模擬系統(tǒng)、圍壓控制系統(tǒng)和煤粉測試系統(tǒng)中的第一電機(jī)、氣體增壓自動(dòng)控制閥、第一自動(dòng)控制閥、第二自動(dòng)控制閥、第三自動(dòng)控制閥、第四自動(dòng)控制閥、第五自動(dòng)控制閥、第六自動(dòng)控制閥、第一壓力表、第二壓力表、第三壓力表、第四壓力表、水壓表、第一集線器、激光粒度器和流量計(jì)通過數(shù)據(jù)線連接。

本發(fā)明還包括用于制作巖心試樣的煤裂隙發(fā)育制作模型，煤裂隙發(fā)育制作模型包括柱狀外殼和鋼制裂縫模板，柱狀外殼為兩個(gè)半圓弧板圍成的圓筒狀結(jié)構(gòu)，柱狀外殼外套設(shè)有緊固圓環(huán)，鋼制裂縫模板包括手柄和裂縫模板，裂縫模板的長度和柱狀外殼的長度相匹配，鋼制裂縫模板采用鋼板制成。

裂縫模板的裂縫寬度分為1mm與10mm兩種，裂縫模板的裂縫形態(tài)包括直縫型、波浪縫型、網(wǎng)狀縫型、樹叉縫型和魚骨縫型，直縫型裂縫模板由沿柱狀外殼的軸向設(shè)置的直線條狀板沿柱狀外殼的徑向均勻間隔排列而成，波浪縫型裂縫模板由沿柱狀外殼的軸向設(shè)置的波浪條狀板沿柱狀外殼的徑向均勻間隔排列而成，網(wǎng)狀縫型裂縫模板由呈斜十字交叉的網(wǎng)狀板組成，樹叉縫型裂縫模板由沿軸向設(shè)置的樹叉分支組成，魚骨縫型裂縫模板由若干個(gè)沿柱狀外殼的徑向設(shè)置的魚骨形分支沿柱狀外殼的軸向均勻間隔排列而成。

使用本發(fā)明所述的煤層氣井排采過程煤粉產(chǎn)出模擬測試裝置的測試方法，包括以下步驟：

（1）、實(shí)驗(yàn)樣品制作：

根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求選取不同區(qū)塊不同煤階煤樣，破碎煤樣，篩選不同粒徑煤粉；根據(jù)不同粒徑比例與相似材料進(jìn)行配比，通過使用煤裂隙發(fā)育制作模型制作巖心試樣，進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，打磨試樣；

（2）、巖心力學(xué)性質(zhì)測試：

將制作的不同柱狀巖心試樣，按照裂隙類型進(jìn)行分類，每組選取若干進(jìn)行力學(xué)性質(zhì)測試；通過電子萬能壓力實(shí)驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行煤樣巖石力學(xué)性質(zhì)測試，得出煤樣的單軸抗壓強(qiáng)度、彈性模量、松泊比等巖石力學(xué)性質(zhì)參數(shù)，分析巖心試樣是否滿足實(shí)驗(yàn)要求；

（3）、組裝實(shí)驗(yàn)裝置和氣密性檢測

連接所有的實(shí)驗(yàn)裝置以及管道，并密封管道，同時(shí)檢查煤粉測試系統(tǒng)的聯(lián)通情況，通過向?qū)嶒?yàn)裝置中注水，檢測實(shí)驗(yàn)裝置的氣密性，并準(zhǔn)備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；

（4）、實(shí)驗(yàn)分組與測試

對制作的巖心試樣根據(jù)不同裂縫類型和碎煤采集區(qū)進(jìn)行分組編號，測試時(shí)將不同巖心試樣放入夾持外殼中實(shí)驗(yàn)并收集產(chǎn)出的煤粉，進(jìn)行烘干并進(jìn)行煤粉粒徑、質(zhì)量含量測試，分析巖心試樣中裂縫在不同尺度和形態(tài)下的煤粉產(chǎn)出特征；結(jié)合實(shí)驗(yàn)中兩相流中氣液比例和流體壓力等參數(shù)，對不同流體條件、氣液比例、裂縫形態(tài)及尺寸條件下的煤粉粒徑與煤粉量進(jìn)行記錄，分析；

（5）、綜合研究

通過關(guān)鍵參數(shù)控制系統(tǒng)設(shè)定不同氣液比例，不同壓力，制作裂縫分布巖心模型，模擬排采過程井底流壓變化結(jié)合實(shí)驗(yàn)分組，測試出不同排采階段以及不同圍壓作用下裂縫尺寸及形態(tài)變化時(shí)煤粉產(chǎn)出量和產(chǎn)出粒徑，及煤粉中礦物含量，并結(jié)合壓力參數(shù)，分析裂縫形態(tài)及尺寸對排采過程的影響，研究針對不同排采階段不同裂縫形態(tài)下煤粉產(chǎn)出規(guī)律。

步驟（1）中實(shí)驗(yàn)樣品制作的具體步驟為：煤儲層相似材料骨料采用石膏和粒徑0.18~0.85mm的碎煤，膠結(jié)劑采用硅酸鹽水泥，輔料采用活性炭、水和粒徑0.45-0.85mm的沙子，低圍壓模擬時(shí)直接采用碎煤膠結(jié)壓制成型，高圍壓時(shí)以不同水泥比例為依據(jù)設(shè)計(jì)不同質(zhì)量配比，巖心制作時(shí)，首先調(diào)制原料，依次加入碎煤、石膏、水泥、水，將糊狀材料放置柱狀外殼中，在柱狀外殼的中心位置分別放置直縫型裂縫模板、波浪縫型裂縫模板、網(wǎng)狀縫型裂縫模板、樹叉縫型裂縫模板和魚骨縫型裂縫模板，進(jìn)行膠結(jié)成型，成型后在壓制機(jī)上進(jìn)行壓制分別得到直縫型巖心試樣、波浪縫型巖心試樣、網(wǎng)狀縫型巖心試樣、樹叉縫型巖心試樣和魚骨縫型巖心試樣，隔天進(jìn)行養(yǎng)護(hù)后取出鋼制裂縫模板。

步驟（4）中將巖心試樣放入夾持外殼中實(shí)驗(yàn)并收集產(chǎn)出的煤粉的具體步驟為：

a）、將巖心試樣套入膠套后通過第二墊塊安裝孔裝入夾持外殼內(nèi)，并沿軸向安裝在第一環(huán)形支撐座和第二環(huán)形支撐座上，將第二巖心墊塊從第二墊塊安裝孔裝入夾持外殼內(nèi)，再旋轉(zhuǎn)90度，保證第二巖心墊塊的安裝耳卡在夾持外殼的出口端內(nèi)壁上，巖心試樣的兩個(gè)端部分別與第一巖心墊塊和第二巖心墊塊抵接；

b）、通過計(jì)算機(jī)控制排采階段模擬系統(tǒng)開始工作，氣相模擬裝置工作時(shí)，高壓氣瓶通過減壓閥將氣體通入第一高壓氣管和第一增壓進(jìn)氣管中，經(jīng)第一單向閥進(jìn)入氣體增壓室中，第一電機(jī)通過轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)桿運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)桿帶動(dòng)氣體增壓活塞在氣體增壓室內(nèi)往復(fù)移動(dòng)，第一單向閥關(guān)閉，第二單向閥和第三單向閥打開，高壓氣體進(jìn)入高壓儲氣室中，氣體增壓自動(dòng)控制閥處于關(guān)閉狀態(tài)，多次操作使高壓儲氣室達(dá)到一定壓力后，計(jì)算機(jī)控制氣體增壓自動(dòng)控制閥打開使高壓氣體進(jìn)入第二氣體增壓室中，并再次通過氣體增壓活塞加壓進(jìn)入第二高壓儲氣室中，實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，高壓氣體通過第一增壓出氣管進(jìn)入儲集缸中提供氣源；液相模擬裝置工作時(shí)，通過第二氣體增壓組對液體增壓組增壓，保持一定壓力，通過第一壓力表控制動(dòng)力壓力，計(jì)算機(jī)控制第二自動(dòng)控制閥打開，高壓氣體通過第一輸氣管和第二輸氣管后進(jìn)入水壓缸的氣體腔，推動(dòng)液體增壓活塞對液體腔中的液體進(jìn)行增壓，通過第一壓力表反饋給計(jì)算機(jī)記錄壓力值，壓力達(dá)到實(shí)驗(yàn)壓力時(shí)，計(jì)算機(jī)控制第三自動(dòng)控制閥開啟，高壓水通過第一高壓水管和第二高壓水管進(jìn)入儲集缸中提供水源；氣液混合裝置工作時(shí)，氣源從第一增壓出氣管經(jīng)第四自動(dòng)控制閥進(jìn)入儲集缸中，水源通過第二高壓水管經(jīng)第五自動(dòng)控制閥進(jìn)入儲集缸中，通過第四自動(dòng)控制和第五自動(dòng)控制閥對氣液比例及壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)，模擬單向流、氣水兩相流實(shí)驗(yàn)條件；

c）、同時(shí)，通過計(jì)算機(jī)控制圍壓模擬系統(tǒng)開始工作，計(jì)算機(jī)控制第一增壓泵和第三增壓泵的第二電機(jī)啟動(dòng)，帶動(dòng)主動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，通過螺套傳遞至從動(dòng)軸，推動(dòng)擋板沿導(dǎo)軌移動(dòng)，推動(dòng)圍壓增壓活塞移動(dòng)將壓裂液壓入液壓管中進(jìn)行增壓，當(dāng)壓力達(dá)到設(shè)定壓力時(shí)，第五壓力表反饋至計(jì)算機(jī)停止增壓；第一增壓泵通過液壓管向軸向增壓腔室注入高壓液，進(jìn)行軸向增壓，同時(shí)第三增壓泵通過液壓管向圍壓增壓腔室增加圍壓，模擬地層壓力條件，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；

d）、巖心試樣被第一巖心墊塊和第二巖心墊塊卡住，儲集缸中的流體通過氣液兩相管路進(jìn)入煤粉測試系統(tǒng)中的第一巖心墊塊，對巖心試樣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，形成的煤粉從第二巖心墊塊的篩孔中流出，經(jīng)過煤粉通道，激光粒度測試器對煤粉粒徑進(jìn)行測試，通過煤粉篩過濾煤粉并進(jìn)行稱量確定煤粉質(zhì)量，計(jì)算機(jī)通過收集激光粒度器中粒度分布數(shù)據(jù)對煤粉粒度進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；

e）、實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，計(jì)算機(jī)控制第二增壓泵的第二電機(jī)啟動(dòng)，第二增壓泵向軸向降壓腔室增壓，同時(shí)計(jì)算機(jī)控制第一增壓泵和第三增壓泵的第二電機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)行壓力卸載。

采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

通過改變排采過程中水、氣和水/氣相態(tài)，來模擬不同的排采階段，最大限度對排采過程中儲層流體變化進(jìn)行表征。圍壓模擬系統(tǒng)通過同時(shí)對巖心軸向和徑向控制實(shí)現(xiàn)自動(dòng)增壓，模擬煤儲層壓力條件。煤裂縫發(fā)育制作模型通過模具采用不同比例相似材料壓制成型，模擬煤儲層的裂縫形態(tài)分布，制作巖心試樣，裝入夾持器中以備測試。煤粉測試系統(tǒng)通過針對不同裂縫形態(tài)巖心模擬，測試不同條件下煤粉運(yùn)移產(chǎn)出情況，對煤粉粒徑，產(chǎn)出量進(jìn)行測試。關(guān)鍵參數(shù)控制系統(tǒng)通過軟件計(jì)算反饋至相應(yīng)控制設(shè)備，進(jìn)行相應(yīng)參數(shù)調(diào)控。

本發(fā)明通過煤裂隙發(fā)育模型能最大限度的模擬現(xiàn)場不同煤層裂隙發(fā)育程度，為明確煤層氣井排采過程產(chǎn)氣量、產(chǎn)水量、壓差等參數(shù)與不同粒徑煤粉量之間關(guān)系提供了重要保障；本發(fā)明能通過排采階段模擬系統(tǒng)模擬現(xiàn)場排采過程中煤儲層中流體變化狀態(tài)，對不同裂縫形態(tài)下產(chǎn)出煤粉量進(jìn)行測試，分析，為不同排采階段排采工作制度制定提供理論指導(dǎo)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明中排采階段模擬系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明中圍壓模擬系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明中煤粉測試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是圖4中第一巖心墊塊的外側(cè)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是圖4中第一巖心墊塊的內(nèi)側(cè)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是圖4中第二巖心墊塊的外側(cè)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8是圖4中夾持外殼的出口端端面示意圖；

圖9是本發(fā)明中煤裂隙發(fā)育制作模型中的柱狀外殼的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10是圖9的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖11是直縫型裂縫模板的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖12是波浪縫型裂縫模板的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖13是網(wǎng)狀縫型裂縫模板的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖14是樹叉縫型裂縫模板的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖15是魚骨縫型裂縫模板的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖16是制作而成的直縫型巖心試樣的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖17是制作而成的波浪縫型巖心試樣的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖18是制作而成的網(wǎng)狀縫型巖心試樣的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖19是制作而成的樹叉縫型巖心試樣的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖20是制作而成的魚骨縫型巖心試樣的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

如圖1至圖20所示，本發(fā)明的煤層氣井排采過程煤粉產(chǎn)出模擬測試裝置，包括排采階段模擬系統(tǒng)ⅰ、圍壓模擬系統(tǒng)ⅱ、煤粉測試系統(tǒng)ⅳ和關(guān)鍵參數(shù)控制系統(tǒng)ⅴ，排采階段模擬系統(tǒng)ⅰ的出口與煤粉測試系統(tǒng)ⅳ的入口通過管路連接，圍壓模擬系統(tǒng)ⅱ的出液端與煤粉測試系統(tǒng)ⅳ的進(jìn)液端通過管路連接，關(guān)鍵參數(shù)控制系統(tǒng)ⅴ通過數(shù)據(jù)線分別與排采階段模擬系統(tǒng)ⅰ、圍壓模擬系統(tǒng)ⅱ和煤粉測試系統(tǒng)ⅳ連接。

排采階段模擬系統(tǒng)ⅰ包括氣相模擬裝置100、液相模擬裝置200和氣液混合裝置300，

氣相模擬裝置100包括高壓氣瓶組和第一氣體增壓組，

高壓氣瓶組包括若干高壓氣瓶1，各高壓氣瓶1經(jīng)第一高壓氣管101并聯(lián)后與第一增壓進(jìn)氣管401的進(jìn)氣端連接，各第一高壓氣管101上分別設(shè)有鄰近高壓氣瓶1的減壓閥2；

第一氣體增壓組包括若干個(gè)氣體增壓裝置和若干個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置，驅(qū)動(dòng)裝置與氣體增壓裝置配套，各氣體增壓裝置之間通過增壓連接管131連接，各氣體增壓裝置的結(jié)構(gòu)相同，第一氣體增壓裝置包括第一氣體增壓室4和第一高壓儲氣室12，第一氣體增壓室4通過第一增壓進(jìn)氣管401和第一高壓氣管101與高壓氣瓶1連接，第一增壓進(jìn)氣管401上設(shè)有鄰近第一氣體增壓室4的第一單向閥3，第一氣體增壓室4通過第二高壓氣管10與第一高壓儲氣室12連接，第二高壓氣管10上分別設(shè)有鄰近第一氣體增壓室4的第二單向閥9和鄰近第一高壓儲氣室12的第三單向閥11，第一氣體增壓室4內(nèi)滑動(dòng)連接有氣體增壓活塞5，氣體增壓活塞5上固定連接有活塞桿501；增壓連接管131上設(shè)有鄰近第一高壓儲氣室12的氣體增壓自動(dòng)控制閥13；

驅(qū)動(dòng)裝置包括第一電機(jī)7、驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤6和轉(zhuǎn)動(dòng)桿8，第一電機(jī)7的動(dòng)力輸出軸與驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤6傳動(dòng)連接，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤6的邊沿固定連接有鉸接塊601，轉(zhuǎn)動(dòng)桿8的一端與鉸接塊601通過銷軸鉸接，轉(zhuǎn)動(dòng)桿8的另一端與活塞桿501通過銷軸鉸接；

第一氣體增壓組中的第二高壓儲氣室15通過第一增壓出氣管23與氣液混合裝置300連接，第一增壓出氣管23上設(shè)有鄰近第二高壓儲氣室15的第一自動(dòng)控制閥16；

液相模擬裝置200包括第二氣體增壓組和液體增壓組，第二氣體增壓組和第一氣體增壓組的結(jié)構(gòu)相同，第二氣體增壓組中的氣體增壓室172通過第二增壓進(jìn)氣管173與大氣連通，第二氣體增壓組中的高壓儲氣室171通過第二增壓出氣管174與液體增壓組的第一輸氣管18連接，第一輸氣管18上設(shè)有第一壓力表17，液體增壓組包括若干個(gè)水壓缸19，水壓缸19內(nèi)滑動(dòng)連接有液體增壓活塞21，液體增壓活塞21將水壓缸19內(nèi)部分隔為氣體腔和液體腔，各水壓缸19的氣體腔一端經(jīng)第二輸氣管181并聯(lián)后與第一輸氣管18連接，各第二輸氣管181上分別設(shè)有鄰近水壓缸19的第二自動(dòng)控制閥20，各水壓缸19的液體腔一端經(jīng)第一高壓水管191并聯(lián)后與第二高壓水管31連接，各第一高壓水管191上分別設(shè)有鄰近水壓缸19的第三自動(dòng)控制閥22；

水壓缸19通過第一高壓水管191和第二高壓水管31與氣液混合裝置300連接；

氣液混合裝置300包括儲集缸27，儲集缸27的內(nèi)壁上安裝有第二壓力表26，

氣相模擬裝置100中的第一增壓出氣管23與儲集缸27連接，第一增壓出氣管23上設(shè)有鄰近儲集缸27的第四自動(dòng)控制閥24和鄰近儲集缸27的第三壓力表25；

液相模擬裝置200中的第二高壓水管31與儲集缸27連接，第二高壓水管31上設(shè)有鄰近儲集缸27的第五自動(dòng)控制閥30和鄰近儲集缸27的水壓表32；

儲集缸27通過氣液兩相管路51與煤粉測試系統(tǒng)ⅳ連接，氣液兩相管路51上設(shè)有鄰近儲集缸27的第六自動(dòng)控制閥28和鄰近儲集缸27的第四壓力表29。

圍壓模擬系統(tǒng)ⅱ包括結(jié)構(gòu)相同的第一增壓泵45、第二增壓泵46和第三增壓泵47，第一增壓泵45、第二增壓泵46和第三增壓泵47均分別配套設(shè)置有第二電機(jī)44，

第一增壓泵45、第二增壓泵46和第三增壓泵47均包括泵體471、增壓器底板35、圍壓增壓活塞38、導(dǎo)軌37、手動(dòng)轉(zhuǎn)盤43、從動(dòng)輪441、主動(dòng)軸39、從動(dòng)軸40、螺套42、擋板41、激光測距器36和液壓管34，泵體471外形為圓筒形，圍壓增壓活塞38滑動(dòng)連接在泵體471內(nèi)，圍壓增壓活塞38將泵體471內(nèi)部分隔為壓裂液腔和驅(qū)動(dòng)腔，增壓器底板35固定連接在泵體471的壓裂液腔一端，泵體471的兩側(cè)設(shè)置有所述導(dǎo)軌37，導(dǎo)軌37的一端與增壓器底板35固定連接，導(dǎo)軌37與泵體471的軸線位于同一平面內(nèi)，手動(dòng)轉(zhuǎn)盤43設(shè)置在泵體471的驅(qū)動(dòng)腔一端外側(cè)，手動(dòng)轉(zhuǎn)盤43與主動(dòng)軸39傳動(dòng)連接，從動(dòng)輪441位于手動(dòng)轉(zhuǎn)盤43內(nèi)側(cè)并傳動(dòng)連接在主動(dòng)軸39上，主動(dòng)軸39與螺套42通過設(shè)置在主動(dòng)軸39上的螺旋凸起和設(shè)置在螺套42內(nèi)的螺旋槽傳動(dòng)連接，擋板41設(shè)置在泵體471與螺套42之間，擋板41的兩端插設(shè)在導(dǎo)軌37內(nèi)并與導(dǎo)軌37滑動(dòng)連接，螺套42的一端固定連接在擋板41上，主動(dòng)軸39由外向內(nèi)依次穿過擋板41和泵體471并伸入驅(qū)動(dòng)腔內(nèi)，從動(dòng)軸40為空心結(jié)構(gòu)，主動(dòng)軸39外套設(shè)所述從動(dòng)軸40，從動(dòng)軸40的一端由外向內(nèi)穿過泵體471并與圍壓增壓活塞38固定連接，從動(dòng)軸40的另一端與擋板41固定連接；

激光測距器36安裝在增壓器底板35上并與第一集線器48通過數(shù)據(jù)線連接，激光測距器36用于測量擋板41與增壓器底板35之間的距離，根據(jù)行進(jìn)距離大小控制增壓泵的增壓速率；第二電機(jī)44與第一集線器48通過數(shù)據(jù)線連接，第二電機(jī)44的動(dòng)力輸出軸上傳動(dòng)連接有主動(dòng)輪441，主動(dòng)輪441通過皮帶與從動(dòng)輪441傳動(dòng)連接，第一集線器48與關(guān)鍵參數(shù)控制系統(tǒng)ⅴ通過數(shù)據(jù)線連接；泵體471于壓裂液腔一端的內(nèi)壁上開設(shè)有充液口，充液口上螺接有密封塞49，泵體471的壓裂液腔通過液壓管34與煤粉測試系統(tǒng)ⅳ連接，液壓管34上設(shè)有第五壓力表33，第五壓力表33與第一集線器48通過數(shù)據(jù)線連接。

煤粉測試系統(tǒng)ⅳ包括夾持支架65、夾持外殼54、第一巖心墊塊53、第二巖心墊塊61、膠套59、排粉管道62、激光粒度器63和煤粉篩64，

夾持外殼54為圓筒狀結(jié)構(gòu)，夾持外殼54內(nèi)設(shè)置有巖心試樣60，夾持外殼54沿軸向水平固定在夾持支架65上，第一巖心墊塊53的外輪廓為圓柱形，第一巖心墊塊53分為氣液兩相進(jìn)口部和氣液兩相出口部，氣液兩相進(jìn)口部為實(shí)心且軸心處沿軸向設(shè)有進(jìn)氣長孔531，氣液兩相出口部包括若干個(gè)同心圓環(huán)，相鄰兩個(gè)同心圓環(huán)之間圍成擴(kuò)散腔532，各擴(kuò)散腔532與進(jìn)氣長孔531連通，夾持外殼54的進(jìn)口端開設(shè)有第一墊塊安裝孔541，夾持外殼54的出口端開設(shè)有第二墊塊安裝孔542，第二墊塊安裝孔542于夾持外殼54的出口端端面66上沿徑向開設(shè)有兩個(gè)對稱的墊塊安裝槽661，夾持外殼54內(nèi)于靠近進(jìn)口端的一側(cè)沿軸向固定連接有第一環(huán)形支撐座543，夾持外殼54內(nèi)于靠近出口端的一側(cè)沿周向固定連接有第二環(huán)形支撐座544，第一環(huán)形支撐座543和第二環(huán)形支撐座544之間為巖樣放置腔，膠套59為內(nèi)徑與巖心試樣60直徑匹配的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，膠套59的長度大于巖心試樣60的長度，裝有巖心試樣60的膠套59沿軸向安裝在第一環(huán)形支撐座543和第二環(huán)形支撐座544上，

第一巖心墊塊53由外向內(nèi)依次穿過第一墊塊安裝孔541和第一環(huán)形支撐座543后與巖心試樣60的一端抵接，第一巖心墊塊53外套設(shè)有環(huán)形活塞56，環(huán)形活塞56沿軸向滑動(dòng)連接在夾持外殼54內(nèi)，夾持外殼54的進(jìn)口端內(nèi)壁與環(huán)形活塞56之間為軸向增壓腔室55，環(huán)形活塞56與第一環(huán)形支撐座543之間為軸向降壓腔室57，膠套59與巖樣放置腔的內(nèi)壁之間為圍壓增壓腔室58，

第二巖心墊塊61包括圓柱狀主體和兩個(gè)沿徑向?qū)ΨQ設(shè)置在圓柱狀主體上的安裝耳611，安裝耳611與墊塊安裝槽661的大小相匹配，圓柱狀主體沿軸向均布有若干貫通圓柱狀主體的篩孔612，第二巖心墊塊61由外向內(nèi)依次穿過第二墊塊安裝孔542和第二環(huán)形支撐座544后與巖心試樣60的另一端抵接，第二巖心墊塊61的安裝耳611卡接在夾持外殼54的出口端內(nèi)壁上，第二巖心墊塊61由外向內(nèi)裝入夾持外殼54中后，旋轉(zhuǎn)90度，安裝耳611即可卡在夾持外殼54的出口端內(nèi)壁上，

煤粉篩64設(shè)置在夾持外殼54的出口側(cè)，第二巖心墊塊61的出口端與煤粉篩64通過排粉管道62連通，排粉管道62上設(shè)有激光粒度器63，激光粒度器63與關(guān)鍵參數(shù)控制系統(tǒng)ⅴ通過數(shù)據(jù)線連接，儲集缸27通過氣液兩相管路51與進(jìn)氣長孔531連接，氣液兩相管路51上設(shè)有流量計(jì)52，流量計(jì)52與關(guān)鍵參數(shù)控制系統(tǒng)ⅴ通過數(shù)據(jù)線連接，軸向增壓腔室55與第一增壓泵45的液壓管34連通，軸向降壓腔室57與第二增壓泵46的液壓管34連通，圍壓增壓腔室58和第三增壓泵47的液壓管34連通。

關(guān)鍵參數(shù)控制系統(tǒng)ⅴ包括計(jì)算機(jī)67和工作臺68，計(jì)算機(jī)67安裝在工作臺68上，計(jì)算機(jī)67通過數(shù)據(jù)線分別與排采階段模擬系統(tǒng)ⅰ、圍壓模擬系統(tǒng)ⅱ和煤粉測試系統(tǒng)ⅳ中的第一電機(jī)7、氣體增壓自動(dòng)控制閥13、第一自動(dòng)控制閥16、第二自動(dòng)控制閥20、第三自動(dòng)控制閥22、第四自動(dòng)控制閥24、第五自動(dòng)控制閥30、第六自動(dòng)控制閥28、第一壓力表17、第二壓力表26、第三壓力表25、第四壓力表29、水壓表32、第一集線器48、激光粒度器63和流量計(jì)52通過數(shù)據(jù)線連接。

本發(fā)明還包括用于制作巖心試樣60的煤裂隙發(fā)育制作模型ⅲ，煤裂隙發(fā)育制作模型ⅲ包括柱狀外殼70和鋼制裂縫模板，柱狀外殼70為兩個(gè)半圓弧板圍成的圓筒狀結(jié)構(gòu)，柱狀外殼70外套設(shè)有緊固圓環(huán)71，鋼制裂縫模板包括手柄73和裂縫模板72，裂縫模板72的長度和柱狀外殼70的長度相匹配，鋼制裂縫模板采用鋼板制成，所述鋼板選用冷作模具鋼，其硬度高，可保證模具不因外力和環(huán)境變化而使形狀變化。

裂縫模板72的裂縫寬度分為1mm與10mm兩種，裂縫模板72的裂縫形態(tài)包括直縫型、波浪縫型、網(wǎng)狀縫型、樹叉縫型和魚骨縫型，直縫型裂縫模板（如圖11所示）由沿柱狀外殼70的軸向設(shè)置的直線條狀板沿柱狀外殼70的徑向均勻間隔排列而成，波浪縫型裂縫模板（如圖12所示）由沿柱狀外殼70的軸向設(shè)置的波浪條狀板沿柱狀外殼70的徑向均勻間隔排列而成，網(wǎng)狀縫型裂縫模板（如圖13所示）由呈斜十字交叉的網(wǎng)狀板組成，樹叉縫型裂縫模板（如圖14所示）由沿軸向設(shè)置的樹叉分支組成，魚骨縫型裂縫模板（如圖15所示）由若干個(gè)沿柱狀外殼70的徑向設(shè)置的魚骨形分支沿柱狀外殼70的軸向均勻間隔排列而成。

使用本發(fā)明所述的煤層氣井排采過程煤粉產(chǎn)出模擬測試裝置的測試方法，包括以下步驟：

（1）、實(shí)驗(yàn)樣品制作：

根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求選取不同區(qū)塊不同煤階煤樣，破碎煤樣，篩選不同粒徑煤粉；根據(jù)不同粒徑比例與相似材料進(jìn)行配比，通過使用煤裂隙發(fā)育制作模型ⅲ制作巖心試樣60，進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，打磨試樣；

（2）、巖心力學(xué)性質(zhì)測試：

將制作的不同柱狀巖心試樣60，按照裂隙類型進(jìn)行分類，每組選取若干進(jìn)行力學(xué)性質(zhì)測試；通過電子萬能壓力實(shí)驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行煤樣巖石力學(xué)性質(zhì)測試，得出煤樣的單軸抗壓強(qiáng)度、彈性模量、松泊比等巖石力學(xué)性質(zhì)參數(shù)，分析巖心試樣60是否滿足實(shí)驗(yàn)要求；

（3）、組裝實(shí)驗(yàn)裝置和氣密性檢測

連接所有的實(shí)驗(yàn)裝置以及管道，并密封管道，同時(shí)檢查煤粉測試系統(tǒng)ⅳ的聯(lián)通情況，通過向?qū)嶒?yàn)裝置中注水，檢測實(shí)驗(yàn)裝置的氣密性，并準(zhǔn)備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；

（4）、實(shí)驗(yàn)分組與測試

對制作的巖心試樣60根據(jù)不同裂縫類型和碎煤采集區(qū)進(jìn)行分組編號，測試時(shí)將不同巖心試樣60放入夾持外殼54中實(shí)驗(yàn)并收集產(chǎn)出的煤粉，進(jìn)行烘干并進(jìn)行煤粉粒徑、質(zhì)量含量測試，分析巖心試樣60中裂縫在不同尺度和形態(tài)下的煤粉產(chǎn)出特征；結(jié)合實(shí)驗(yàn)中兩相流中氣液比例和流體壓力等參數(shù)，對不同流體條件、氣液比例、裂縫形態(tài)及尺寸條件下的煤粉粒徑與煤粉量進(jìn)行記錄，分析；

（5）、綜合研究

通過關(guān)鍵參數(shù)控制系統(tǒng)ⅴ設(shè)定不同氣液比例，不同壓力，制作裂縫分布巖心模型，模擬排采過程井底流壓變化結(jié)合實(shí)驗(yàn)分組，測試出不同排采階段以及不同圍壓作用下裂縫尺寸及形態(tài)變化時(shí)煤粉產(chǎn)出量和產(chǎn)出粒徑，及煤粉中礦物含量，并結(jié)合壓力參數(shù)，分析裂縫形態(tài)及尺寸對排采過程的影響，研究針對不同排采階段不同裂縫形態(tài)下煤粉產(chǎn)出規(guī)律。

步驟（1）中實(shí)驗(yàn)樣品制作的具體步驟為：煤儲層相似材料骨料采用石膏和粒徑0.18~0.85mm的碎煤，膠結(jié)劑采用硅酸鹽水泥，所用硅酸鹽水泥為425號普通硅酸鹽水泥，輔料采用活性炭、水和粒徑0.45-0.85mm的沙子，低圍壓模擬時(shí)直接采用碎煤膠結(jié)壓制成型，高圍壓時(shí)以不同水泥比例為依據(jù)設(shè)計(jì)不同質(zhì)量配比，巖心制作時(shí)，首先調(diào)制原料，依次加入碎煤、石膏、水泥、水，將糊狀材料放置柱狀外殼70中，在柱狀外殼70的中心位置分別放置直縫型裂縫模板、波浪縫型裂縫模板、網(wǎng)狀縫型裂縫模板、樹叉縫型裂縫模板和魚骨縫型裂縫模板，進(jìn)行膠結(jié)成型，成型后在壓制機(jī)上進(jìn)行壓制分別得到直縫型巖心試樣（如圖16所示）、波浪縫型巖心試樣（如圖17所示）、網(wǎng)狀縫型巖心試樣（如圖18所示）、樹叉縫型巖心試樣（如圖19所示）和魚骨縫型巖心試樣（如圖20所示），隔天進(jìn)行養(yǎng)護(hù)后取出鋼制裂縫模板。

步驟（4）中將巖心試樣60放入夾持外殼54中實(shí)驗(yàn)并收集產(chǎn)出的煤粉的具體步驟為：

a）、將巖心試樣60套入膠套59后通過第二墊塊安裝孔542裝入夾持外殼54內(nèi)，并沿軸向安裝在第一環(huán)形支撐座543和第二環(huán)形支撐座544上，將第二巖心墊塊61從第二墊塊安裝孔542裝入夾持外殼54內(nèi)，再旋轉(zhuǎn)90度，保證第二巖心墊塊61的安裝耳611卡在夾持外殼54的出口端內(nèi)壁上，巖心試樣60的兩個(gè)端部分別與第一巖心墊塊53和第二巖心墊塊61抵接；

b）、通過計(jì)算機(jī)67控制排采階段模擬系統(tǒng)ⅰ開始工作，氣相模擬裝置100工作時(shí)，高壓氣瓶1通過減壓閥2將氣體通入第一高壓氣管101和第一增壓進(jìn)氣管401中，經(jīng)第一單向閥3進(jìn)入氣體增壓室4中，第一電機(jī)7通過轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)桿8運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)桿8帶動(dòng)氣體增壓活塞5在氣體增壓室4內(nèi)往復(fù)移動(dòng)，第一單向閥3關(guān)閉，第二單向閥9和第三單向閥11打開，高壓氣體進(jìn)入高壓儲氣室12中，氣體增壓自動(dòng)控制閥13處于關(guān)閉狀態(tài)，多次操作使高壓儲氣室12達(dá)到一定壓力后，計(jì)算機(jī)67控制氣體增壓自動(dòng)控制閥13打開使高壓氣體進(jìn)入相鄰氣體增壓裝置的第二氣體增壓室14中，并再次通過氣體增壓活塞5加壓進(jìn)入第二高壓儲氣室15中，實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，高壓氣體通過第一增壓出氣管23進(jìn)入儲集缸27中提供氣源；液相模擬裝置200工作時(shí)，通過第二氣體增壓組對液體增壓組增壓，保持一定壓力，通過第一壓力表17控制動(dòng)力壓力，計(jì)算機(jī)67控制第二自動(dòng)控制閥20打開，高壓氣體通過第一輸氣管18和第二輸氣管181后進(jìn)入水壓缸19的氣體腔，推動(dòng)液體增壓活塞21對液體腔中的液體進(jìn)行增壓，通過第一壓力表17反饋給計(jì)算機(jī)67記錄壓力值，壓力達(dá)到實(shí)驗(yàn)壓力時(shí)，計(jì)算機(jī)67控制第三自動(dòng)控制閥22開啟，高壓水通過第一高壓水管191和第二高壓水管31進(jìn)入儲集缸27中提供水源；氣液混合裝置300工作時(shí)，氣源從第一增壓出氣管23經(jīng)第四自動(dòng)控制閥24進(jìn)入儲集缸27中，水源通過第二高壓水管31經(jīng)第五自動(dòng)控制閥30進(jìn)入儲集缸27中，通過第四自動(dòng)控制和第五自動(dòng)控制閥30對氣液比例及壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)，模擬單向流、氣水兩相流實(shí)驗(yàn)條件；

c）、同時(shí)，通過計(jì)算機(jī)67控制圍壓模擬系統(tǒng)ⅱ開始工作，計(jì)算機(jī)67控制第一增壓泵45和第三增壓泵47的第二電機(jī)44啟動(dòng)，帶動(dòng)主動(dòng)軸39轉(zhuǎn)動(dòng)，通過螺套42傳遞至從動(dòng)軸40，推動(dòng)擋板41沿導(dǎo)軌37移動(dòng)，推動(dòng)圍壓增壓活塞38移動(dòng)將壓裂液壓入液壓管34中進(jìn)行增壓，當(dāng)壓力達(dá)到設(shè)定壓力時(shí)，第五壓力表33反饋至計(jì)算機(jī)67停止增壓；第一增壓泵45通過液壓管34向軸向增壓腔室55注入高壓液，進(jìn)行軸向增壓，同時(shí)第三增壓泵47通過液壓管34向圍壓增壓腔室58增加圍壓，模擬地層壓力條件，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；

d）、巖心試樣60被第一巖心墊塊53和第二巖心墊塊61卡住，儲集缸27中的流體通過氣液兩相管路51進(jìn)入煤粉測試系統(tǒng)ⅳ中的第一巖心墊塊53，對巖心試樣60進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，形成的煤粉從第二巖心墊塊61的篩孔612中流出，經(jīng)過煤粉通道，激光粒度測試器對煤粉粒徑進(jìn)行測試，通過煤粉篩64過濾煤粉并進(jìn)行稱量確定煤粉質(zhì)量，計(jì)算機(jī)67通過收集激光粒度器63中粒度分布數(shù)據(jù)對煤粉粒度進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；

e）、實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，計(jì)算機(jī)67控制第二增壓泵46的第二電機(jī)44啟動(dòng)，第二增壓泵46向軸向降壓腔室57增壓，同時(shí)計(jì)算機(jī)67控制第一增壓泵45和第三增壓泵47的第二電機(jī)44反向轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)行壓力卸載。

所述壓制機(jī)、激光粒度器63和煤粉篩64為現(xiàn)有常規(guī)裝置，具體結(jié)構(gòu)不再詳述。

本實(shí)施例并非對本發(fā)明的形狀、材料、結(jié)構(gòu)等作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。