專利名稱：裂縫內(nèi)煤粉運(yùn)移規(guī)律可視化實(shí)驗(yàn)裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種裂縫內(nèi)煤粉運(yùn)移規(guī)律可視化實(shí)驗(yàn)裝置及其方法。
背景技術(shù)：
煤層氣作為一種非常規(guī)天然氣，與常規(guī)油氣資源不同，它既沒有圈閉，也沒有蓋層，屬于自生自儲類型。煤巖層既是烴源層，又是儲集層，煤層氣生成后大部分直接吸附在煤基質(zhì)顆粒表層，還有一部分游離在煤孔隙中或溶解于煤層水中。煤層氣的開發(fā)已進(jìn)入工業(yè)化時代，但其開發(fā)理論的研究卻明顯滯后于開發(fā)實(shí)踐。對于煤層氣開采機(jī)理依然處于模糊的階段，這明顯的制約著煤層氣的開發(fā)和利用。在煤層氣開采和運(yùn)移過程中，煤層氣流動與煤巖體變形屬于固流耦合作用，同時煤層氣在煤體中解吸-擴(kuò)散-滲流三者間又相互制約、相互影響，其相互作用和運(yùn)移的機(jī)理十分復(fù)雜。煤層產(chǎn)出煤粉是煤層氣井排采遇到的重要問題之一，出煤粉不僅會危害煤層和井底，易引起井壁坍塌而損壞套管以及煤粉堵井筒和埋煤層，使煤層氣井產(chǎn)氣量大幅度降低，而且低排液量時井液攜帶煤粉能力較差，容易造成煤粉卡泵和埋泵等問題。煤粉運(yùn)移和防煤粉技術(shù)是保障煤層氣井連續(xù)穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)排采的關(guān)鍵技術(shù)，合理控制煤粉產(chǎn)出并及時排出的煤粉成為煤層氣井高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的關(guān)鍵，防煤粉技術(shù)的研究和發(fā)展對煤層氣開發(fā)具有重要意義。業(yè)界對煤層氣井生產(chǎn)規(guī)律的研究仍然存在很大的發(fā)展空間，現(xiàn)場排采制度調(diào)整頻繁，使得煤粉受儲層壓力激動而發(fā)生遷移和沉積，造成煤層孔隙和裂縫堵塞，煤儲層滲透率永久性傷害。有些主要礦區(qū)煤粉產(chǎn)出問題嚴(yán)重，當(dāng)前對煤層氣井井筒防煤粉的理論研究還比較粗淺，而且防煤粉技術(shù)的應(yīng)用并沒有與煤粉運(yùn)移機(jī)理有機(jī)結(jié)合，這都使得對煤粉的運(yùn)移機(jī)理的研究顯得更加重要。當(dāng)采用壓裂增長措施時，壓裂液的高壓高速滲入和支撐劑的注入對煤層基質(zhì)裂縫產(chǎn)生沖擊，在裂縫表面產(chǎn)生煤粉，造成早期抽排過程中出煤粉量較大；同時，壓裂液的滲入降低了煤粉顆粒對煤巖骨架的附著力，使煤巖變得更加疏松，而更容易出煤粉?？紫督橘|(zhì)中的滲流實(shí)驗(yàn)已相對比較成熟，但是裂縫介質(zhì)中的滲流實(shí)驗(yàn)還很少見，例如有二種:第一種是，裂縫介質(zhì)內(nèi)石油運(yùn)移規(guī)律的實(shí)驗(yàn)裝置，第二種是，砂粒與復(fù)雜流體在裂縫內(nèi)流動規(guī)律實(shí)驗(yàn)裝置。但是并沒有人采用物理模擬實(shí)驗(yàn)來研究裂縫介質(zhì)內(nèi)煤粉的運(yùn)移規(guī)律。因此，我們需要迫切了解和認(rèn)識裂縫內(nèi)煤粉的運(yùn)移規(guī)律，研究其形成機(jī)理，從而為現(xiàn)場開發(fā)有效的防治煤粉提供可靠依據(jù)，對煤層氣井的開發(fā)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，提供一種裂縫內(nèi)煤粉運(yùn)移規(guī)律可視化實(shí)驗(yàn)裝置及其方法，其裂縫的寬度可以調(diào)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)不同寬度的裂縫的模擬，大大降低了裝置的制作成本，而且大大增加了物理模擬實(shí)驗(yàn)的全面性。本發(fā)明的上述目的可采用下列技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
一種裂縫內(nèi)煤粉運(yùn)移規(guī)律可視化實(shí)驗(yàn)裝置，所述實(shí)驗(yàn)裝置包括中間裂縫組件、左過渡接頭和右過渡接頭，所述左過渡接頭的一端連接有第一管道，另一端連接在中間裂縫組件的左端，所述右過渡接頭的一端連接在中間裂縫組件的右端，另一端連接有第二管道，所述中間裂縫組件為透明結(jié)構(gòu)，其內(nèi)具有寬度可調(diào)節(jié)的裂縫。如上所述的裂縫內(nèi)煤粉運(yùn)移規(guī)律可視化實(shí)驗(yàn)裝置，所述中間裂縫組件包括兩個有機(jī)玻璃板和兩個中間墊片，兩個中間墊片分別連接在兩個有機(jī)玻璃板之間的上、下端，所述兩個有機(jī)玻璃板之間為所述裂縫，通過調(diào)整中間墊片的厚度能調(diào)節(jié)所述裂縫的寬度。如上所述的裂縫內(nèi)煤粉運(yùn)移規(guī)律可視化實(shí)驗(yàn)裝置，所述有機(jī)玻璃板和所述中間墊片之間設(shè)有密封圈，所述中間墊片采用有機(jī)玻璃制成；所述兩個有機(jī)玻璃板和中間墊片之間通過螺栓連接。如上所述的裂縫內(nèi)煤粉運(yùn)移規(guī)律可視化實(shí)驗(yàn)裝置，所述左過渡接頭和右過渡接頭均呈鴨嘴形，所述左過渡接頭從具有所述第一管道的一端向連接所述中間裂縫組件的另一端呈逐漸縮小狀，所述右過渡接頭從具有所述第二管道的一端向連接所述中間裂縫組件的另一端呈逐漸縮小狀。如上所述的裂縫內(nèi)煤粉運(yùn)移規(guī)律可視化實(shí)驗(yàn)裝置，所述左過渡接頭與所述中間裂縫組件之間通過法蘭連接件連接，所述右過渡接頭與所述中間裂縫組件之間亦通過法蘭連接件連接。如上所述的裂縫內(nèi)煤粉運(yùn)移規(guī)律可視化實(shí)驗(yàn)裝置，所述左過渡接頭和右過渡接頭均包括有第一法蘭板，所述中間裂縫組件的兩端分別連接有第二法蘭板，所述第一法蘭板和第二法蘭板上均設(shè)有多個螺孔，所述螺孔呈橢圓形螺孔，所述第一法蘭板和第二法蘭板通過螺栓連接，形成所述法蘭連接件。如上所述的裂縫內(nèi)煤粉運(yùn)移規(guī)律可視化實(shí)驗(yàn)裝置，所述第一管道位于所述左過渡接頭的中部，所述第二管道位于所述右過渡接頭的上部或下部；其中，所述第一管道為注入口，而所述第二管道為排出口，或者，所述第一管道為排出口，而所述第二管道為注入口。如上所述的裂縫內(nèi)煤粉運(yùn)移規(guī)律可視化實(shí)驗(yàn)裝置，所述實(shí)驗(yàn)裝置還包括注射器，所述注射器連接于所述注入口，通過所述注射器往所述實(shí)驗(yàn)裝置內(nèi)加入帶壓力的煤粉顆粒；所述實(shí)驗(yàn)裝置還包括高清攝像設(shè)備，所述高清攝像設(shè)備對準(zhǔn)所述中間裂縫組件。如上所述的裂縫內(nèi)煤粉運(yùn)移規(guī)律可視化實(shí)驗(yàn)裝置，所述左過渡接頭的一端連接有多個所述第一管道，所述右過渡接頭的另一端連接有多個所述第二管道。一種裂縫內(nèi)煤粉運(yùn)移規(guī)律可視化實(shí)驗(yàn)方法，其包括如下步驟:提供上述的裂縫內(nèi)煤粉運(yùn)移規(guī)律可視化實(shí)驗(yàn)裝置；提供并聯(lián)設(shè)置的液體控制管路和氣體控制管路，所述液體控制管路和氣體控制管路并聯(lián)后依次連接氣液控制管路和所述第一管道；通過注射器往第一管道上注射帶壓煤粉，同時使得所述液體控制管路和氣體控制管路可分別地啟動，使液體或氣體單獨(dú)地進(jìn)入所述第一管道，以單獨(dú)做氣相或液相條件下縫內(nèi)煤粉運(yùn)移實(shí)驗(yàn)，或者，使得所述液體控制管路和氣體控制管路共同啟動，使液體和氣體一起進(jìn)入所述第一管道，以進(jìn)行氣液兩相條件下縫內(nèi)煤粉運(yùn)移實(shí)驗(yàn)。如上所述的裂縫內(nèi)煤粉運(yùn)移規(guī)律可視化實(shí)驗(yàn)方法，所述液體控制管路包括依次連接的儲水罐、第一閥門、離心泵、第二閥門、液體流量計(jì)和液體單向閥；所述氣體控制管路包括依次連接的空氣壓縮機(jī)、儲氣罐、減壓閥、第三閥門、氣體流量計(jì)和氣體單向閥；所述氣液控制管路包括第四閥門、氣液兩相混合器和第五閥門。如上所述的裂縫內(nèi)煤粉運(yùn)移規(guī)律可視化實(shí)驗(yàn)方法，所述第二管道通過煤粉過濾分離設(shè)備連接所述儲水罐。本發(fā)明實(shí)施例的裂縫內(nèi)煤粉運(yùn)移規(guī)律可視化實(shí)驗(yàn)裝置的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)是:1、解決了不同寬度的裂縫的變化。在以往的裂縫內(nèi)介質(zhì)流動實(shí)驗(yàn)中，在裂縫模型的制作中沒有考慮到縫寬的變化，忽略了裂縫寬度對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，如果要研究縫寬的變化的影響，就需要重新加工模型，大大增加了實(shí)驗(yàn)的成本。本發(fā)明實(shí)施例中的裂縫寬度可調(diào)節(jié)，通過改變中間墊片的厚度，從而來改變裂縫的寬度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)不同寬度的裂縫的模擬，并且裂縫寬度可以精確地控制。2、解決煤粉在裂縫內(nèi)運(yùn)移過程的動態(tài)觀察。在以往的裂縫內(nèi)介質(zhì)流動實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)中所獲得的圖像不能夠被直接作為觀察結(jié)果，而需要后期處理來完成，大大增加了實(shí)驗(yàn)人員的工作量，同時降低了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可信度。本發(fā)明實(shí)施例中加入了高清攝像設(shè)備，其對準(zhǔn)中間裂縫組件，從而可對整個實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行實(shí)時拍攝，實(shí)現(xiàn)了對實(shí)驗(yàn)過程的動態(tài)觀察。3、實(shí)現(xiàn)了注入位置的改變。在以往的裂縫內(nèi)介質(zhì)流動實(shí)驗(yàn)中，流體的注入位置是固定的，忽略了注入位置的改變對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。在本技術(shù)中，通過對實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)，可以改變流體注入和排出的位置，研究注入位置的改變對實(shí)驗(yàn)的影響。4、解決氣-液兩相條件下煤粉在裂縫內(nèi)的運(yùn)移。在以往的裂縫內(nèi)介質(zhì)流動實(shí)驗(yàn)中，大部分都只是考慮了單相流體在裂縫內(nèi)的流動狀態(tài)。在本發(fā)明實(shí)施例中，不僅可以實(shí)現(xiàn)氣相和液相流體單獨(dú)存在，同時也實(shí)現(xiàn)了氣-液兩相流體共存的條件下，煤粉在裂縫內(nèi)的運(yùn)移規(guī)律，從而增加了實(shí)驗(yàn)的多向性，使得研究更加
有意義。5、實(shí)現(xiàn)不同粒徑煤粉帶壓注入方式。在本發(fā)明實(shí)施例中，制作了多種粒徑的煤粉顆粒，采用注入裝置實(shí)現(xiàn)不同粒徑煤粉顆粒的注入，從而可以方便的研究不同粒徑在裂縫內(nèi)的運(yùn)移規(guī)律，并且由于該裝置流體流入裂縫的過程中，管道中是帶有一定的壓力的，因此，在煤粉顆粒注入時，是伴隨著壓力實(shí)現(xiàn)的。 6、實(shí)現(xiàn)流體由管流到縫流的過渡。在以往的裝置中在管道和裂縫之間并沒有一個過渡裝置，在很大程度上影響了實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并使得實(shí)驗(yàn)本身具有很大的局限性。本實(shí)施例中，在中間裂縫組件的兩端分別具有左、右過渡接頭，從而可以實(shí)現(xiàn)流體由管流到縫流的過渡。


為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1是本發(fā)明的裂縫內(nèi)煤粉運(yùn)移規(guī)律可視化實(shí)驗(yàn)裝置的立體示意圖2是本發(fā)明的裂縫內(nèi)煤粉運(yùn)移規(guī)律可視化實(shí)驗(yàn)裝置的主視示意圖；圖3是本發(fā)明的裂縫內(nèi)煤粉運(yùn)移規(guī)律可視化實(shí)驗(yàn)裝置的俯視示意圖；圖4是本發(fā)明的裂縫內(nèi)煤粉運(yùn)移規(guī)律可視化實(shí)驗(yàn)裝置的側(cè)視放大示意圖；圖5是圖2的A-A線剖視示意圖；圖6是本發(fā)明的裂縫內(nèi)煤粉運(yùn)移規(guī)律可視化實(shí)驗(yàn)裝置的中間墊片的立體示意圖；圖7是本發(fā)明的裂縫內(nèi)煤粉運(yùn)移規(guī)律可視化實(shí)驗(yàn)裝置的左過渡接頭的立體示意圖；圖8是本發(fā)明的裂縫內(nèi)煤粉運(yùn)移規(guī)律可視化實(shí)驗(yàn)裝置的右過渡接頭的立體示意圖；圖9A-9D是本發(fā)明的裂縫內(nèi)煤粉運(yùn)移規(guī)律可視化實(shí)驗(yàn)裝置簡化示意圖，其顯示了四種不同的注入口的位置和排出口的位置的狀態(tài)；圖10是本發(fā)明的裂縫內(nèi)煤粉運(yùn)移規(guī)律可視化實(shí)驗(yàn)裝置的另一種實(shí)施例的簡化示意圖；圖11是本發(fā)明的裂縫內(nèi)煤粉運(yùn)移規(guī)律可視化實(shí)驗(yàn)裝置的又一種實(shí)施例的簡化示意圖；圖12是本發(fā)明的裂縫內(nèi)煤粉運(yùn)移規(guī)律可視化實(shí)驗(yàn)方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。實(shí)施方式I如圖1至圖5所示，本發(fā)明實(shí)施例提出的裂縫內(nèi)煤粉運(yùn)移規(guī)律可視化實(shí)驗(yàn)裝置，其包括中間裂縫組件1、左過渡接頭2和右過渡接頭3，所述左過渡接頭2的一端連接有第一管道4，另一端連接在中間裂縫組件I的左端，所述右過渡接頭2的一端連接在中間裂縫組件I的右端，另一端連接有第二管道5，所述中間裂縫組件I為透明結(jié)構(gòu)，其內(nèi)具有寬度可調(diào)節(jié)的裂縫。其中，所述第一管道4可為注入口，而所述第二管道5則為排出口。或者，所述第一管道4可為排出口，而所述第二管道5則為注入口。下面以第一管道4是注入口，而所述第二管道5是排出口為例進(jìn)行說明。本實(shí)施例中，流體通過注入口進(jìn)入左過渡接頭2，通過左過渡接頭2，流體由管流變成縫流，即進(jìn)入中間裂縫組件I內(nèi)的裂縫內(nèi)流動，最后進(jìn)入右過渡接頭3，由排出口排出。由于本實(shí)施例的中間裂縫組件I為透明結(jié)構(gòu)，本實(shí)施例的裂縫長度可充分觀察到煤粉與流體在裂縫內(nèi)的流動規(guī)律，用來研究其形成機(jī)理，從而為現(xiàn)場開發(fā)有效的防治煤粉提供可靠依據(jù)，對煤層氣井的開發(fā)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。換句話說，本實(shí)施例可研究對不同粒徑的煤粉在不同流速下的流動規(guī)律，其實(shí)驗(yàn)裝置可以單獨(dú)做氣相和液相條件下縫內(nèi)煤粉的運(yùn)移實(shí)驗(yàn)，也可以完成在氣-液兩相條件下煤粉運(yùn)移實(shí)驗(yàn)，增加了實(shí)驗(yàn)的多向性。此外，所述中間裂縫組件I內(nèi)的裂縫的寬度是可調(diào)節(jié)的，從而可進(jìn)行不同寬度的裂縫的模擬，在一定程度上大大降低了裝置的制作成本，而且大大增加了物理模擬實(shí)驗(yàn)的全面性，使得實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析更具有指導(dǎo)意義。根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方式，配合圖5和圖6所示，所述中間裂縫組件I包括兩個有機(jī)玻璃板Ia和兩個中間墊片11，兩個中間墊片Ib分別連接在兩個有機(jī)玻璃板Ia之間的上、下端，所述兩個有機(jī)玻璃板Ia之間為所述裂縫，通過調(diào)整中間墊片Ib的厚度能調(diào)節(jié)所述裂縫的寬度。進(jìn)一步而言，所述中間墊片Ib的厚度即為裂縫的寬度，使得裂縫的寬度很容易得到控制，針對實(shí)際裂縫的寬度也是相應(yīng)發(fā)生變化的，本實(shí)施例中為了降低實(shí)驗(yàn)裝置的加工成本，采用更換中間墊片Ib的方法來實(shí)現(xiàn)裂縫寬度的變化，而避免了重新制作整個裝置。在此處，有機(jī)玻璃板Ia的尺寸可為長*高=70cm*30cm，中間墊片Ib的尺寸可為長* 高=70cm*2cm,厚度可有 15mm、10mm、8mm、5mm 和 3mm 五種。所述有機(jī)玻璃板Ia和所述中間墊片Ib之間設(shè)有密封圈，所述中間墊片Ib采用有機(jī)玻璃制成。其中，所述中間墊片Ib在兩端的端面設(shè)有凹槽，例如設(shè)置半徑為1.5mm的凹槽，當(dāng)中間墊片Ib與左、右過渡接頭2、3對接時，凹槽可用來安裝密封圈，以實(shí)現(xiàn)密封效果。所述兩個有機(jī)玻璃板Ia和中間墊片Ib之間通過螺栓連接。根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方式，配合圖7和圖8所示，所述左過渡接頭2和右過渡接頭3均呈鴨嘴形，所述左過渡接頭2從具有所述第一管道4的一端向連接所述中間裂縫組件I (即從左到右)的另一端呈逐漸縮小狀，所述右過渡接頭3從具有所述第二管道5的一端向連接所述中間裂縫組件I的另一端(即從右到左)呈逐漸縮小狀。進(jìn)一步而言，所述左、右過渡接頭2、3的具有中間裂縫組件I的一端為縫隙開口 ；該縫隙開口的寬度應(yīng)大于中間裂縫組件I的最大縫寬，例如為1.5mm。本實(shí)施例中鴨嘴形的過渡接頭2、3可實(shí)現(xiàn)注入流體由管流到縫流的完美過渡。所述左過渡接頭2與所述中間裂縫組件I之間通過法蘭連接件連接，所述右過渡接頭3與所述中間裂縫組件I之間亦通過法蘭連接件連接。進(jìn)一步而言，所述左過渡接頭2和右過渡接頭3均包括有第一法蘭板6，所述中間裂縫組件I的兩端分別連接有第二法蘭板7，所述第一法蘭板6和第二法蘭板7上均設(shè)有多個螺孔8，所述螺孔8呈橢圓形螺孔，所述第一法蘭板6和第二法蘭板7通過螺栓連接，形成所述法蘭連接件。本實(shí)施例中，由于在更換中間墊片Ib改變裂縫寬度時，螺栓的位置會隨之改變，橢圓形螺孔可更方便地調(diào)整螺栓的位置。第一、二法蘭板6、7之間可設(shè)置有密封圈，以保證裝置具有良好的密閉性能。此外，所述第一管道4和第二管道5的位置可根據(jù)需要而設(shè)定，例如，所述第一管道4位于所述左過渡接頭2的中部，所述第二管道5位于所述右過渡接頭3的上部或下部。所述第一管道4與左過渡接頭2的連接處，以及第二管道5與右過渡接頭3的連接處均設(shè)置有加強(qiáng)箍9，以增加連接強(qiáng)度。具體來說，如圖8和圖9所示，所述左、右過渡接頭2、3中的每個過渡接頭均包括頂板10a、底板、側(cè)蓋板IOb和兩個側(cè)面板10c，兩個側(cè)面板IOc的上、下端分別連接頂板IOa和底板，兩個側(cè)面板IOc的一側(cè)端連接側(cè)蓋板10b，另一側(cè)端具有縫隙開口，且該另一側(cè)端連接著第一法蘭板6。其中，所述側(cè)面板IOc可由玻璃板制成；所述側(cè)蓋板IOb與第一管道4或第二管道5連接。本實(shí)施例中，由于法蘭連接件和橢圓形螺孔的設(shè)計(jì)，使得左、右過渡接頭2、3可以相互調(diào)換，而且左、右過渡接頭2、3本身也可上下對換，從而使得注入位置和排出位置可以發(fā)生改變，進(jìn)而改變流體注入和排出的不同結(jié)果，以便研究不同注入位置和排出位置對煤粉在裂縫內(nèi)運(yùn)移規(guī)律造成的影響，增加了實(shí)驗(yàn)的可行性，從而大大增加了該實(shí)驗(yàn)裝置的價值。例如，圖9A-9D顯示了四種不同注入和排出位置的情況，所述實(shí)驗(yàn)裝置的左端均為注入口，右端均為排出口 ；即圖9A中的注入口在中部，排出口在下部，圖9B中的注入口在中部，排出口在上部，圖9C中的注入口在下部，排出口在中部，圖9D中的注入口在上部，排出口在中部。根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方式，所述實(shí)驗(yàn)裝置還包括注射器15，所述注射器15連接所述注入口，通過所述注射器15往所述實(shí)驗(yàn)裝置內(nèi)加入帶壓力的煤粉顆粒。由于實(shí)驗(yàn)過程中第一、二管道4、5內(nèi)是帶有一定壓力的，為了保證煤粉在初始狀態(tài)不是靜止的，本實(shí)施例在實(shí)驗(yàn)過程中采用注射器將帶壓煤粉注入，這使得實(shí)驗(yàn)更接近于實(shí)際情況，使得煤粉是在流體流動的狀態(tài)下注入的，從而保證煤粉是在運(yùn)動狀態(tài)下被攜帶，使得研究更具有現(xiàn)實(shí)意義。根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方式，所述實(shí)驗(yàn)裝置還包括高清攝像設(shè)備16，所述高清攝像設(shè)備16對準(zhǔn)所述中間裂縫組件I。本實(shí)施例中采用高清攝像設(shè)備16對實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行動態(tài)的記錄，并有助于實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析和研究。所述實(shí)驗(yàn)裝置還包括計(jì)量裝置，所述計(jì)量裝置包括氣體流量計(jì)、液體流量計(jì)以及流體流速計(jì)。本實(shí)施例采用氣體流量計(jì)和液體流量計(jì)可以實(shí)現(xiàn)對流體的精確控制。所述左過渡接頭2的一端連接有多個所述第一管道4，所述右過渡接頭3的另一端連接有多個所述第二管道5。如圖10所示，本實(shí)施例中具有四個第一管道4，四個第二管道5，即具有四個注入口，四個排出口。本實(shí)施例通過增加注入口的個數(shù)，以增加流體注入的均勻性，從而保證流體更加完美地由管流變成縫流，進(jìn)一步降低流型對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。上述實(shí)施例中的左過渡接頭2和右過渡接頭3為長方形，但是并不以此為限，例如如圖11所示，左過渡接頭2和右過渡接頭3均為扇形，流體由注入口流入左過渡接頭2后，漸變成縫流的狀態(tài)，保證一定壓力下，會噴射成裂縫寬度的流體進(jìn)入中間裂縫組件I內(nèi)的裂縫內(nèi)。實(shí)施方式2一種裂縫內(nèi)煤粉運(yùn)移規(guī)律可視化實(shí)驗(yàn)方法，配合圖12所示，其包括如下步驟:提供上述的裂縫內(nèi)煤粉運(yùn)移規(guī)律可視化實(shí)驗(yàn)裝置；提供并聯(lián)設(shè)置的液體控制管路11和氣體控制管路12，所述液體控制管路11和氣體控制管路12并聯(lián)后依次連接氣液控制管路13和所述第一管道4 ；通過注射器往第一管道4上注射帶壓煤粉，同時使得所述液體控制管路11和氣體控制管路12可分別地啟動，使液體或氣體單獨(dú)地進(jìn)入所述第一管道4，以單獨(dú)做氣相或液相條件下縫內(nèi)煤粉運(yùn)移實(shí)驗(yàn)，或者，使得所述液體控制管路11和氣體控制管路12共同啟動，使液體和氣體一起進(jìn)入所述第一管道4，以進(jìn)行氣液兩相條件下縫內(nèi)煤粉運(yùn)移實(shí)驗(yàn)。根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方式，所述液體控制管路11包括依次連接的儲水罐11a、第一閥門lib、離心泵11c、第二閥門IlcU液體流量計(jì)Ile和液體單向閥Ilf。所述氣體控制管路12包括依次連接的空氣壓縮機(jī)12a、儲氣罐12b、減壓閥12c、第三閥門12d、氣體流量計(jì)12e和氣體單向閥12f。
所述氣液控制管路13包括第四閥門13a、氣液兩相混合器13b和第五閥門13c。本實(shí)施例中采用了氣體流量計(jì)12e和液體流量計(jì)Ile分別對流體流量進(jìn)行計(jì)量，可以實(shí)現(xiàn)對流體的精確控制，并且可以通過控制開關(guān)對其進(jìn)行自動控制，使得調(diào)節(jié)更加方便和精確。此外，所述第二管道5通過煤粉過濾分離設(shè)備14連接所述儲水罐11a，以循環(huán)使用液體。本發(fā)明實(shí)施例具有如下技術(shù)效果:1、裂縫裝置的設(shè)計(jì)本實(shí)施例中的實(shí)驗(yàn)裝置可用來研究裂縫內(nèi)煤粉運(yùn)移規(guī)律，并且其實(shí)驗(yàn)過程完全是在可視的情況下進(jìn)行的，使得對實(shí)驗(yàn)過程的觀察更加直接和方便，本實(shí)驗(yàn)裝置可以實(shí)現(xiàn)氣相、液相以及氣-液兩相條件下的煤粉運(yùn)移實(shí)驗(yàn)。2、裂縫寬度的設(shè)計(jì)通過設(shè)計(jì)不同厚度的中間墊片lb，從而改變裂縫的寬度，研究了不同裂縫寬度對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。并且在一定程度上大大降低了裝置的制作成本。這樣大大增加了物理模擬實(shí)驗(yàn)的全面性，使得實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析更加具有指導(dǎo)意義。3、法蘭接頭設(shè)計(jì)通過采用法蘭板將左、右過渡接頭2、3與中間裂縫組件I進(jìn)行連接，從而達(dá)到很好的密封效果，也便于實(shí)驗(yàn)裝置的拆裝和清洗。同時法蘭采用對稱設(shè)計(jì)，使得左、右過渡接頭2、3本身可以上下進(jìn)行調(diào)換，也可以將左過渡接頭2和右過渡接頭3進(jìn)行對換，進(jìn)而改變流體注入位置和排出位置的不同組合方式，增加實(shí)驗(yàn)的多樣性。4、煤粉帶壓注入設(shè)計(jì)由于在實(shí)驗(yàn)過程中在第一、二管道4、5和實(shí)驗(yàn)裝置內(nèi)是帶有一定壓力的，本實(shí)施例通過注射器15往注入口注入帶壓的煤粉，使得煤粉在初始狀態(tài)不是靜止的，如此使得實(shí)驗(yàn)更加接近于實(shí)際情況，使得煤粉是在流體流動的狀態(tài)下注入的，從而保證煤粉是在運(yùn)動狀態(tài)下被攜帶，使得研究具有現(xiàn)實(shí)意義。5、氣-液兩相實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)本實(shí)施例很好的解決了以往實(shí)驗(yàn)只能在單相情況下進(jìn)行的限制。可以很好的在氣液兩相條件下進(jìn)行裂縫內(nèi)煤粉運(yùn)移規(guī)律可視化實(shí)驗(yàn)研究。而且在含氣量和含液量上可以通過氣體流量計(jì)和液體流量計(jì)進(jìn)行精確的控制，從而實(shí)現(xiàn)一定壓力條件下，準(zhǔn)確的氣液t匕，增加了實(shí)驗(yàn)的精確度。6、實(shí)驗(yàn)動態(tài)計(jì)量系統(tǒng)本實(shí)施例采用了高清攝像設(shè)備16進(jìn)行全程攝像，可以對實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行動態(tài)的記錄，并有助于實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析和研究。本實(shí)施方式的其他結(jié)構(gòu)、工作原理和有益效果與實(shí)施方式I的相同，在此不再贅述。以上所述僅為本發(fā)明的幾個實(shí)施例，本領(lǐng)域的技術(shù)人員依據(jù)申請文件公開的可以對本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)行各種改動，變型或組合而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種裂縫內(nèi)煤粉運(yùn)移規(guī)律可視化實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述實(shí)驗(yàn)裝置包括中間裂縫組件、左過渡接頭和右過渡接頭，所述左過渡接頭的一端連接有第一管道，另一端連接在中間裂縫組件的左端，所述右過渡接頭的一端連接在中間裂縫組件的右端，另一端連接有第二管道，所述中間裂縫組件為透明結(jié)構(gòu)，其內(nèi)具有寬度可調(diào)節(jié)的裂縫。
2.根據(jù)權(quán)利 要求1所述的裂縫內(nèi)煤粉運(yùn)移規(guī)律可視化實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述中間裂縫組件包括兩個有機(jī)玻璃板和兩個中間墊片，兩個中間墊片分別連接在兩個有機(jī)玻璃板之間的上、下端，所述兩個有機(jī)玻璃板之間為所述裂縫，通過調(diào)整中間墊片的厚度能調(diào)節(jié)所述裂縫的寬度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裂縫內(nèi)煤粉運(yùn)移規(guī)律可視化實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述有機(jī)玻璃板和所述中間墊片之間設(shè)有密封圈，所述中間墊片采用有機(jī)玻璃制成；所述兩個有機(jī)玻璃板和中間墊片之間通過螺栓連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任意一項(xiàng)所述的裂縫內(nèi)煤粉運(yùn)移規(guī)律可視化實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述左過渡接頭和右過渡接頭均呈鴨嘴形，所述左過渡接頭從具有所述第一管道的一端向連接所述中間裂縫組件的另一端呈逐漸縮小狀，所述右過渡接頭從具有所述第二管道的一端向連接所述中間裂縫組件的另一端呈逐漸縮小狀。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3任意一項(xiàng)所述的裂縫內(nèi)煤粉運(yùn)移規(guī)律可視化實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述左過渡接頭與所述中間裂縫組件之間通過法蘭連接件連接，所述右過渡接頭與所述中間裂縫組件之間亦通過法蘭連接件連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裂縫內(nèi)煤粉運(yùn)移規(guī)律可視化實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述左過渡接頭和右過渡接頭均包括有第一法蘭板，所述中間裂縫組件的兩端分別連接有第二法蘭板，所述第一法蘭板和第二法蘭板上均設(shè)有多個螺孔，所述螺孔呈橢圓形螺孔，所述第一法蘭板和第二法蘭板通過螺栓連接，形成所述法蘭連接件。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至3任意一項(xiàng)所述的裂縫內(nèi)煤粉運(yùn)移規(guī)律可視化實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述第一管道位于所述左過渡接頭的中部，所述第二管道位于所述右過渡接頭的上部或下部；其中，所述第一管道為注入口，而所述第二管道為排出口，或者，所述第一管道為排出口，而所述第二管道為注入口。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裂縫內(nèi)煤粉運(yùn)移規(guī)律可視化實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述實(shí)驗(yàn)裝置還包括注射器，所述注射器連接于所述注入口，通過所述注射器往所述實(shí)驗(yàn)裝置內(nèi)加入帶壓力的煤粉顆粒；所述實(shí)驗(yàn)裝置還包括高清攝像設(shè)備，所述高清攝像設(shè)備對準(zhǔn)所述中間裂縫組件。
9.一種裂縫內(nèi)煤粉運(yùn)移規(guī)律可視化實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于，其包括如下步驟: 提供如權(quán)利要求1所述的裂縫內(nèi)煤粉運(yùn)移規(guī)律可視化實(shí)驗(yàn)裝置； 提供并聯(lián)設(shè)置的液體控制管路和氣體控制管路，所述液體控制管路和氣體控制管路并聯(lián)后依次連接氣液控制管路和所述第一管道； 通過注射器往第一管道上注射帶壓煤粉，同時使得所述液體控制管路和氣體控制管路可分別地啟動，使液體或氣體單獨(dú)地進(jìn)入所述第一管道，以單獨(dú)做氣相或液相條件下縫內(nèi)煤粉運(yùn)移實(shí)驗(yàn)，或者，使得所述液體控制管路和氣體控制管路共同啟動，使液體和氣體一起進(jìn)入所述第一管道，以進(jìn)行氣液兩相條件下縫內(nèi)煤粉運(yùn)移實(shí)驗(yàn)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裂縫內(nèi)煤粉運(yùn)移規(guī)律可視化實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于，所述液體控制管路包括依次連接的儲水罐、第一閥門、離心泵、第二閥門、液體流量計(jì)和液體單向閥； 所述氣體控制管路包括依次連接的空氣壓縮機(jī)、儲氣罐、減壓閥、第三閥門、氣體流量計(jì)和氣體單向閥； 所述氣液控制管路包括第四閥門、氣液兩相混合器和第五閥門。
11.據(jù)權(quán)利要求10所述的裂縫內(nèi)煤粉運(yùn)移規(guī)律可視化實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于，所述第二管道通過煤粉過濾分離設(shè)備連接所述儲水罐。
全文摘要
本發(fā)明實(shí)施例公開了一種裂縫內(nèi)煤粉運(yùn)移規(guī)律可視化實(shí)驗(yàn)裝置及其方法，實(shí)驗(yàn)裝置包括中間裂縫組件、左過渡接頭和右過渡接頭，所述左過渡接頭的一端連接有第一管道，另一端連接在中間裂縫組件的左端，所述右過渡接頭的一端連接在中間裂縫組件的右端，另一端連接有第二管道，所述中間裂縫組件為透明結(jié)構(gòu)，其內(nèi)具有寬度可調(diào)節(jié)的裂縫。本發(fā)明實(shí)施例的裂縫的寬度可以調(diào)節(jié)，從而可實(shí)現(xiàn)不同寬度的裂縫的模擬，大大降低了裝置的制作成本，而且大大增加了物理模擬實(shí)驗(yàn)的全面性。
文檔編號E21B47/002GK103089240SQ201210521199
公開日2013年5月8日 申請日期2012年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月6日
發(fā)明者韓國慶, 吳曉東, 安永生, 范衛(wèi)潮, 李翔, 竺彪, 郭宏峰, 高飛, 張珈銘, 徐立坤, 周穎嫻, 張壯, 劉凱, 劉雙雙 申請人:中國石油大學(xué)(北京)