[发明专利]一种可视化煤层注水两相渗流实验系统及方法

权利要求书

1.一种可视化煤层注水两相渗流实验系统，其特征在于，包括储气瓶、注气泵、储液瓶、注液泵、真空泵、平面裂隙模型、变阻器、电源、气液分离器、高速摄像机和计算机；

所述储液瓶和注液泵相连，储气瓶和注气泵相连；所述注气泵、注液泵和真空泵均通过管道与平面裂隙模型的入口阀门相连；

所述平面裂隙模型包括玻璃板、金属板、入口阀和出口阀，金属板和玻璃板上下贴合安装，入口阀和出口阀相对布置在两个侧边上；所述出口阀和气液分离器相连，金属板与变阻器以及电源相连；所述气液分离器上分别设置有出液管和出气管，出液管上安装有液体流量计，出气管上设置有气体流量计；

所述高速摄像机布置在平面裂隙模型上方，监测平面裂隙模型内部的气液混合流动形态；所述计算机控制电源、变阻器和高速摄像机工作，并接收高速摄像机、液体流量计和气体流量计的监测信息。

2.根据权利要求1所述的一种可视化煤层注水两相渗流实验系统，其特征在于，所述玻璃板和金属板之间设置平面裂隙，模拟局部煤体裂隙网络孔道。

3.根据权利要求2所述的一种可视化煤层注水两相渗流实验系统，其特征在于，所述玻璃板和金属板的边缘之间通过粘接固定，玻璃板和金属板水平放置，所述金属板使用铝箔材料制作。

4.根据权利要求1所述的一种可视化煤层注水两相渗流实验系统，其特征在于，所述电源向金属板供电，变阻器控制金属板上的电荷密度。

5.一种可视化煤层注水两相渗流实验的方法，利用权利要求1至4任一项所述的一种可视化煤层注水两相渗流实验系统，其特征在于，步骤包括：

A.选取煤层试验样本，并制作标准煤样；

B.对煤样进行CT扫描，得到煤样截面裂隙平面分布形态的图像，对图像进行二值化处理，提取裂隙分布特征；

C.按照煤样的裂隙分布特征，在玻璃板上通过激光刻蚀得到平面裂隙；

D.对煤样进行触角测试，得到煤表面清水的接触角，并对玻璃板和金属板的接触面喷涂疏水涂层，保持接触面和煤表面清水的接触角相同；

E.粘接固定玻璃板和金属板，并在对侧分别配置入口阀和出口阀；

F.关闭出口阀，先开启真空泵，对模拟局部煤体裂隙网络孔道进行抽真空处理后关闭真空泵；

G.开启储气瓶和注气泵，向煤体裂隙网络孔道注入甲烷气体后关闭注气泵；

H.打开出口阀，开启注液泵，向煤体裂隙网络孔道内注水，模拟煤体裂隙中水驱气渗流的过程，同时高速摄像机记录水驱气渗流的过程并将信息传递至计算机；

I.从出口阀流出的气体和液体经过气液分离器分离后，液体流量计和气体流量计将监测信息传输至计算机。

6.根据权利要求5所述的一种可视化煤层注水两相渗流实验的方法，其特征在于，所述步骤D中的清水中加入表面活性剂，进行注水渗流测试，根据水驱气渗流的过程中的监测信息，确定表面活性剂对注水渗流的强化作用。

7.根据权利要求5所述的一种可视化煤层注水两相渗流实验的方法，其特征在于，所述步骤H中，在开启注液泵的同时调节变阻器，根据水驱气渗流的过程中的监测信息，确定储层表面电性强度对注水渗流的影响。

8.根据权利要求5所述的一种可视化煤层注水两相渗流实验的方法，其特征在于，所述计算机根据液体流量计和气体流量计将监测信息进行处理，计算得到气体和液体的相对渗透率。