[发明专利]一种岩体裂隙气液两相渗流实验装置和方法

权利要求书

1.一种岩体裂隙气液两相渗流实验装置，其特征在于，包括：

气液预混部分，二氧化碳气体与清水在气液混合箱中完成预混过程；

渗流部分，将两块岩样板胶结固定在渗流实验盒的内部，两块岩样板之间的缝隙模拟煤体裂隙，并作为渗流实验中气液混合流体流经的通道；

监测控制部分，用于对渗流实验时时监测和控制；

所述气液混合箱的顶部设置进气口和进液口，进气口通过一高压软管与二氧化碳气瓶相连接，进液口通过另一高压软管与储液罐相连接；

空气压缩制冷机产生的冷气通过冷却管流经气液混合箱的内部，在气液混合箱的内部还设有搅拌器；

所述渗流实验盒为立方体结构形式，且左侧挡板可拆卸，渗流实验盒的顶部设置注液口，底部设置出液口，注液口通过高压管线与设置在气液混合箱一侧的出液口相连接，且在该段高压管线上还设置有微流阀和压力传感器，出液口通过另一高压管线与气液分离器相连接，且在该段高压管线上还是设置有温度传感器，所述气液分离器上设有出气管和出液管，出气管上安装有气体流量计，出液管上安装有液体流量计；

两块岩样板为前岩样板和后岩样板，分别胶结固定于渗流实验盒的前挡板和后挡板上，在渗流实验盒的后挡板上的后岩样板上方还固定安装有电热板，所述渗流实验盒上方还开设有观测口，观测口的内部用钢化玻璃填充，前岩样板的厚度等于钢化玻璃超出前挡板的厚度，后岩样板的厚度等于电热板的厚度，前岩样板、后岩样板之间的缝隙成为气液混合流体流经的通道。

2.如权利要求1所述的一种岩体裂隙气液两相渗流实验装置，其特征在于，监测控制部分包括显微摄像机和计算机，所述显微摄像机正对实验盒上的观测口，计算机接收压力传感器、温度传感器、气体流量计、液体流量计传送来的监测数据，同时接收显微摄像机传送来的检测图像。

3.如权利要求1所述的一种岩体裂隙气液两相渗流实验装置，其特征在于，所述渗流实验盒按照内部电热板与观测口内钢化玻璃之间的间距不同可划分为多个不同型号。

4.一种岩体裂隙气液两相渗流实验方法，采用如权利要求1-3中任一所述的实验装置，其特征在于，具体包括如下步骤：

(1)水溶二氧化碳

通过储液罐向气液混合箱内加清水，开启搅拌器持续搅拌，通过二氧化碳气瓶向气液混合箱内注入二氧化碳，同时开启空气压缩制冷机进行制冷，在搅拌和低温条件下，高压二氧化碳会在水中逐渐溶解直至饱和，此时停止注入二氧化碳；

(2)渗流实验盒选型

设置实验过程中的裂隙开度，并选取相应型号的渗流实验盒；

(3)制备、安装岩样

现场采集煤样并切割成立方块形状，选取两块煤样进一步打磨，作为实验用前岩样板和后岩样板，分别胶结固定于渗流实验盒的前挡板和后挡板上，两块岩样板之间的缝隙模拟煤体裂隙，将左侧板安装、密封；

(4)注液、气液形态监测

开启微流阀，溶解有二氧化碳的清水会在气液混合箱内压力的作用下经注液口进入气液混合箱，流至电热板与钢化玻璃之间的缝隙，在降压、加热作用下，溶解的二氧化碳会在清水中聚集形成二氧化碳气泡，成为气液混合两相流体，两相流体流经前岩样板、后岩样板之间的模拟裂隙后，从出液口进入气液分离器内实现二氧化碳气体和清水分离；气体流量、液体流量时时将监测数据传送至计算机，气液混合流动形态被显微摄像机实时拍摄并传送至计算机，经过分析计算可分别得到流体中气泡数量、气泡平均直径、气液体积比例参数；

(5)调节温度、压力

调整实验温度和压力，根据气液流量结合达西方程，分别计算不同温度和压力条件下的气液渗透率；

(6)绘制气液渗透率与流体参数相关性曲线

根据实验监测数据，分析实验过程中气体渗透率、清水渗透率、气泡平均直径与注入压力的关系，绘制气体渗透率、清水渗透率与流体参数的相关性曲线。

5.如权利要求4所述的一种岩体裂隙气液两相渗流实验方法，其特征在于，步骤(5)中，实验过程中设定温度恒定在30℃，压力变化范围为1MPa至5MPa。

6.如权利要求4所述的一种岩体裂隙气液两相渗流实验方法，其特征在于，步骤(6)中，流体参数包括气泡数量、气泡平均直径、气液体积比例、流体压力。