一种微波激励煤层气解吸渗流实验装置

摘要

一种微波激励煤层气解吸渗流实验装置，属于煤层气解吸渗流实验装置。本发明可实现对煤体解吸渗流的功能测试，获得微波作用下煤体解吸渗流规律，为煤层气资源的合理抽放和综合利用提供可靠的数据。本发明包括三轴加压装置和微波发生装置，三轴加压装置由上、下压盖、筒体、活塞、挡板及上、下压头组成，微波发生装置由微波天线、波导管、谐振腔、磁控管及控制器组成，上、下压盖分别设置在筒体的上、下部，在下压盖内部设置有活塞，在下压盖内侧壁上固定有挡板，在下压盖内部设置有下压头，在筒体内侧壁上设置有微波天线；在筒体内设置有上压头，在筒体外部设置有波导管、谐振腔、磁控管及控制器。

说明书

技术领域

本发明属于煤层气解吸渗流实验装置，特别是涉及一种微波激励煤层气解吸渗流实验装 置。

背景技术

煤层气成分主要是甲烷（占85%以上），通常称为瓦斯或沼气，是重要的新兴能源。我国 是煤层气储能大国，对煤层气的开发利用不但能够增大煤矿生产安全系数，提高经济效益， 还能极大的缓解我国能源紧张状况，但我国大部分地区煤层属于低渗透煤层，煤层气的抽采 效率极低，无法进行常规工业化开采。

热力开采法是针对低渗透煤层进行煤层气开采的方法。利用热能注入提高煤层气解吸渗 流速度，从而达到大幅度提高煤层气产量的目的。热力开采法的主要技术手段是电加热、蒸 汽注热和微波加热。热力开采法虽然在理论上能够实现提高煤层气产量的目的，但是针对注 热开采时煤层气的解吸渗流过程的研究还远没有达到机理清晰、规律明确的程度，还无法投 入工业生产中去。微波加热和蒸汽、电加热方式比较，其产热及热传导方式不同，微波可穿 透介质将能量直接传导入介质分子中，由分子的震动摩擦产生热量，因此可对对象深部进行 加热，并有较高的热效率。因此利用微波进行热力开采煤层气是一种非常有潜力的开采方法。 现有的煤层气解吸渗流实验装置主要集中在电加热和蒸汽注热方式上，由于微波能量传输、 加载的复杂性目前采用微波作用于煤岩的实验装置无法模拟地下煤岩受力状态，使得微波作 用下煤层气解吸渗流过程无法进行实验研究。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种微波激励煤层气解吸渗流实验装置，该实验 装置具有三轴加载功能，可实现对煤层气解吸渗流的功能测试，获得微波作用下煤层气解吸 渗流规律，为煤层气资源的合理抽放和综合利用提供可靠的数据。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种微波激励煤层气解吸渗流实验装置， 包括三轴加压装置和微波发生装置，三轴加压装置由上、下压盖、筒体、活塞、挡板及上、 下压头组成，微波发生装置由微波天线、波导管、谐振腔、磁控管及控制器组成，上、下压 盖分别设置在筒体的上、下部，在上、下压盖的底面上分别设置有上、下压盖贯通孔，在下 压盖内部设置有活塞，在活塞上方的下压盖或筒体的内侧壁上固定有挡板，在下压盖内部设 置有穿过挡板的下压头，在下压头的底部设置有下压头第一凸起，下压头第一凸起的外端设 置在下压盖的外部，在下压头及下压头第一凸起的内部设置有贯通的下压头出气孔和下压头 贯通孔，在下压头贯通孔内设置有温度传感器；在筒体内侧壁上设置有微波天线，在筒体内 设置有上压头，在上压头的顶部设置有上压头第一凸起，上压头第一凸起的外端设置在上压 盖外部，在上压头及上压头第一凸起的内部设置有贯通的上压头进气孔；在筒体外部设置有 波导管、谐振腔、磁控管及控制器，谐振腔的一端与磁控管相连，另一端与波导管相连，磁 控管与控制器相连，微波天线的一端设置在波导管内；在上、下压头之间设置有煤体，在煤 体、上压头及下压头的外部设置有热缩管，下压头贯通孔与煤体的内部相连通，温度传感器 的感温部分设置在煤体的内部。

在所述挡板上方的筒体底部的内侧壁上设置有天线支架，在天线支架内侧壁上设置有螺 旋状凹槽，微波天线设置在螺旋状凹槽内。

所述微波天线与温度传感器的感温部分相对应。

所述上、下压盖均设置在筒体外部，且与筒体通过螺纹连接。

在所述筒体下方的下压盖内侧壁上设置有凸起，所述挡板设置在筒体底面与凸起上表面 之间。

在所述上压头和挡板上方的下压头的侧壁上设置有锥形面，在锥形面上设置有压垫，压 垫通过压紧螺母固定在锥形面上，压紧螺母与上、下压头侧壁以螺纹连接，热缩管两端通过 压垫和压紧螺母固定在上、下压头上。

本发明的有益效果：

本发明实验装置具有三轴加载功能，可实现对煤层气解吸渗流的功能测试，获得微波作 用下煤层气解吸渗流性能参数，为煤层气资源的合理抽放和综合利用提供可靠的数据；本发 明实验装置结构简单、性能可靠、操作方便、节约成本。

附图说明

图1是本发明的微波激励煤层气解吸渗流实验装置的结构示意图；

图中，1—谐振腔，2—磁控管，3—压紧螺母，4—压垫，5—温度传感器，6—微波天线， 7—波导管，8—下压头，81—下压头出气孔，82—下压头贯通孔，83—下压头第一凸起，9 —活塞，10—挡板，11—下压盖，111—下压盖贯通孔，12—筒体，13—天线支架，14—煤体， 15—上压盖，151—上压盖贯通孔，16—上压头，161—上压头进气孔，162—上压头第一凸起， 17—热缩管，18—控制器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图1所示，一种微波激励煤层气解吸渗流实验装置，包括三轴加压装置和微波发生装 置，三轴加压装置由圆筒形的上、下压盖、筒体12、活塞9、挡板10及圆柱形的上、下压头 组成，微波发生装置由微波天线6、波导管7、谐振腔1、磁控管2及控制器18组成，上、 下压盖分别设置在筒体12的上、下部，在上、下压盖的底面中部均轴向设置有通孔，在上、 下压盖的底面边缘分别设置有上、下压盖贯通孔，在下压盖11内部设置具有通孔的活塞9， 活塞9的外侧壁与下压盖11的内侧壁紧密接触，且活塞9能够沿着下压盖11的内侧壁上、 下移动；在活塞9上方的下压盖11内侧壁上固定具有通孔的挡板10，以便活塞9能够在加 载压力的情况下上、下移动；在下压盖11内部设置有穿过挡板10通孔的下压头8，在下压 头8的底部设置有圆柱形的下压头第一凸起83，下压头第一凸起83的外端依次通过活塞9 的通孔、下压盖11的通孔设置在下压盖11的外部，在下压头8及下压头第一凸起83的内部 轴向设置有贯通的下压头出气孔81和下压头贯通孔82，在下压头贯通孔82内设置有杆状的 温度传感器5；在挡板10上方的筒体12底部的内侧壁上设置有天线支架13，在天线支架13 内侧壁上设置有螺旋状凹槽，在螺旋状凹槽内固定有微波天线6的螺旋部分；在下压头的上 方的筒体12内设置有上压头16，在上压头16顶部设置有上压头第一凸起162，上压头第一 凸起162的外端通过上压盖15的通孔设置在上压盖15的外部，在上压头16及上压头第一凸 起162的内部轴向设置有贯通的上压头进气孔161；在筒体12外部设置有波导管7、谐振腔 1、磁控管2及控制器18，谐振腔1一端与磁控管2相连，另一端与水平设置的波导管7相 连，控制器18的输出接口与磁控管2的电源端相连，由控制器18提供磁控管2所需电源， 通过调整控制器18的输出电流改变磁控管2的输出功率；在天线支架13及筒体12侧壁上均 设置有贯通孔，微波天线6的端头部分通过天线支架13及筒体12侧壁上的贯通孔设置在波 导管7内，波导管7端面与筒体12外壁紧密接触，防止微波泄漏；实验时在上、下压头之间 设置具有中心槽的煤体14，中心槽底部设置在煤体14中心，中心槽开口设置在煤体14底部， 在煤体14、上压头16及挡板10上方的下压头8的外部设置有热缩管17，热缩管17两端分 别固定在上、下压头上，对煤体14进行密封；下压头贯通孔82与煤体14的中心槽相连通， 温度传感器5顶端的感温部分设置在煤体14的中心槽内。

所述微波天线6与温度传感器5的感温部分相对应，便于温度传感器5及时检测到微波 加热温度。

所述温度传感器5的感温部分为t型热电偶，t型热电偶型号为：WRC。

所述上、下压盖均设置在筒体12外部，且与筒体12通过螺纹连接。

在所述筒体12下方的下压盖11内侧壁上设置有凸起，所述挡板10设置在筒体12底面 与凸起上表面之间。

在所述上压头16和挡板10上方的下压头8的侧壁上设置有锥形面，在锥形面上设置有 压垫4，压垫4通过压紧螺母3固定在锥形面上，压紧螺母3与上、下压头侧壁以螺纹连接， 热缩管17两端通过压垫4和压紧螺母3固定在上、下压头上。

所述磁控管2的型号为2M219K。

下面结合附图说明本发明的一次使用过程：

如图1所示，在密封的空间内，煤体14在上压头16和下压头8之间压紧固定，并通过 热缩管17密封，加载用的液体或气体从上压盖贯通孔151和下压盖贯通孔111进入，从上压 盖贯通孔151充入的气体或者液体直接作用于热缩管17，加载于煤体14周围，从下压盖贯 通孔111充入的气体或者液体作用于活塞9，活塞9推动下压头8，给煤体14加载轴向压力， 实现对煤体14三轴加载。煤层气可先由上压头进气孔161导入，待煤体14充分吸附后，通 过下压头出气孔81排出，进行解吸量测定，磁控管2产生的微波通过谐振腔1改变传输方向 后导入波导管7，波导管7通过微波天线端头61改变传输参数传输给螺旋状微波天线6，由 螺旋状微波天线6形成高频变化的磁场作用于煤体14，在煤层气解吸过程中对煤体14进行 激励，通过煤体14中心槽底部的温度传感器5顶端的感温部分，对煤体14中心温度进行测 量；通过调整控制器18改变磁控管2的输出功率、微波天线6参数及微波加热时间，得到相 应的煤层气解吸速度、煤体14渗透率等数据，对照微波作用过程中的煤体14温度得出微波 激励与煤体14解吸和渗透规律，对合理增产煤层气提供依据。