[发明专利]卸压煤层气开发模拟的试样真三轴密封加载装置及方法

说明书

本发明公开了一种卸压煤层气开发模拟的试样真三轴密封加载装置及方法，属于工程相似模拟技术领域。以圆筒型合金钢体及用多个螺栓连接的上、底盖组成承压密封仓体，密封仓体内预置钢制件，钢制件内凹面中安装液压枕、承载板，形成近长方体或正方体的试样制备空间。顶盖安装前，自顶部装入相似材料，采用分层夯实方式在承压仓体内制备相似材料试样。仓体密封后，利用3个液压泵分别向X、Y、Z三轴的6个液压枕注油，推动承载板向前运动，以实现相似材料试样的真三轴密封加载。本装置结构简单、材料成本低，密封加载方法安全可靠，特别适用于构造煤卸压煤层气开发室内大型模拟试验中相似材料试样的真三轴密封加载。

技术领域

本发明涉及一种试样真三轴密封加载装置及方法，尤其是一种适用于构造煤卸压煤层气开发模拟的试样真三轴密封加载装置及方法。

背景技术

我国煤层气资源丰富，预测埋深2000m以浅煤层气地质资源量达36.8×10¹²m³，与常规天然气资源量相当。煤层气规模化开发能够缓解我国常规油气能源短缺形势，降低煤矿瓦斯事故发生几率，减少煤矿生产中温室气体排放量，可产生显著的经济、环境、安全及社会效益。

以黔西滇东地区、两淮地区及鄂尔多斯盆地西缘为代表的我国构造煤煤层厚度大、分布广泛，煤层气资源量及资源开发潜力巨大。由于构造煤储层具有效应力高、原始渗透率低及水力压裂改造难度大等特点，因此采用传统的直井、水平井压裂工艺难以取得较好的煤层气开采效果。为了全面推进我国构造煤发育区煤层气开发工作，就需要解决传统直井、水平井压裂方式构造煤储层改造效果差，采动区被保护层性卸压应力释放程度低等问题，积极探索构造煤原位煤层气水平井洞穴卸压开发新技术、新方法，以显著提高构造煤煤层气地面开发效果。出于构造煤原位煤层气水平井洞穴卸压开发新技术研发的目的，需要在构造煤煤系地层结构重构的基础上开展大型室内物理模拟试验。因此，研发煤系地层相似材料试样真三轴密封加载装置及方法，就成为构造煤卸压煤层气开发室内物理模拟试验开展的重要前提工作。

发明内容

技术问题：本发明的目的是为了满足构造煤卸压煤层气开发室内大型物理模拟试验中煤系地层相似材料试样真三轴密封加载的需要，提供一种能够模拟构造煤卸压煤层气开发中煤系地层受力、变形及构造煤煤层气解吸规律的相似材料试样真三轴密封加载装置及方法。

技术方案：为了实现上述目的，本发明的卸压煤层气开发模拟的试样真三轴密封加载装置，包括液压泵、装填相似材料试样的承压密封仓体，所述的承压密封仓体包括圆筒型合金钢体、经固定螺栓固定在圆筒型合金钢体上的顶盖和底盖，承压密封仓体内预置带有凹面的钢制件，预置钢制件内的凹面中设有形成近长方体或正方体相似材料试样空间的六组液压枕和与液压枕相配套的承载板，位于相似材料试样的6个面上；所述的液压泵为3个，分别经注油管路与六组液压枕相连通，以X、Y、Z三轴方向向六组液压枕内注油，推动承载板向前运动挤压装填在承压密封仓体内相似材料，实现相似材料试样的真三轴密封加载。

所述的圆筒型合金钢体由合金钢锻造加工成型；当仓体设计承压较低时，圆筒型合金钢体用无缝钢管焊接法兰方式制作。

所述的圆筒型合金钢体与顶盖、底盖之间有密封胶垫，并通过均匀分布的20-24个固定螺栓相连接。

所述的钢制件为定制加工件，利用行车吊装至承压密封仓体内，当钢制件尺寸较大时，可分解加工，然后在圆筒型合金钢体内组合安装。

所述的液压枕的额定压力为15MPa，分辨率为1MPa，精度为1.6％FS。

所述的六组液压枕包括X轴方向第一第二液压枕、Y轴方向第一第二液压枕、Z轴方向第一第二液压枕。

所述的承载板包括X轴方向第一第二承载板、Y轴方向第一第二承载板、Z轴方向第一第二承载板。

使用上述装置的卸压煤层气开发模拟的试样真三轴密封加载方法，括以下步骤：