煤巖電動-壓動三軸滲流試驗裝置的研制

郭俊慶，康天合，張惠軒，柴肇云，楊永康

(太原理工大學 原位改性采礦教育部重點實驗室，山西 太原 030024)

我國煤巖儲層富含大量非常規(guī)天然氣，其中煤層氣儲量為3.68×1013m3，頁巖氣儲量為1.12×1015m3，分別位居世界第3位和第1位。但是這些非常規(guī)天然氣的開發(fā)極其困難，主要原因是儲層滲透率低或極低，我國煤層滲透率一般為10-18～10-16m2，較美國低2～3個數(shù)量級[1];頁巖儲層滲透率低至10-23～10-19m2。并且儲層滲透率隨深度增加越發(fā)減小。因此，改善煤巖儲層滲透性是非常規(guī)天然氣高效開采的關鍵所在。

目前，國內外提高煤巖儲層滲透性的方法可歸納為卸壓法與外加場法兩大類，其中卸壓法主要包括水力化方法(如水力壓裂、水力割縫與水力沖孔)、多分支水平井、開采保護層、爆破致裂(如炸藥爆破、液態(tài)CO2爆破與電脈沖爆破)等;外加場法主要包括外加物理場(如溫度場、電場、聲場或電磁場)、外加化學場(如外加強氧化劑或多組分酸)和外加生物場(如微生物降解)等。學者們據(jù)此研發(fā)了相關滲流試驗設備并進行了系列試驗研究，取得了許多成果。如SOMMERTON等[2]、HARPALANI等[3]、周世寧和林柏泉[4]、程遠平等[5-6]、趙陽升[7]、許江等[8]、尹光志等[9]和王登科等[10]采用自主研發(fā)的三軸應力煤巖滲流試驗裝置研究了有效應力、瓦斯壓力或吸附作用等對煤體滲透性的影響，發(fā)現(xiàn)煤體滲透系數(shù)對應力較為敏感，且與有效應力呈負指數(shù)規(guī)律變化，與瓦斯壓力呈“U”型規(guī)律變化;胡耀青等[11]和李志強等[12]采用自主研制的三軸滲透試驗機配備加熱爐研究了溫度對煤體滲透性的影響，發(fā)現(xiàn)煤體滲透率隨溫度升高呈負指數(shù)規(guī)律或“U”型規(guī)律變化;王宏圖等[13]和王恩元等[14]結合三軸滲流試驗裝置與電場實施裝置研究了電場作用下煤中甲烷氣體的滲透性，發(fā)現(xiàn)在保持瓦斯壓力梯度0.04 MPa/cm和電壓1 500 V的條件下，滲流速度和滲透系數(shù)比無電場時提高15%;嚴家平等[15]采用自行研制的大型物理模擬裝置研究了聲波場作用下含瓦斯煤體的滲透特性，發(fā)現(xiàn)煤樣外加聲場后滲透率增大，且與作用時間呈正比，增幅達1.24倍;郭紅玉等[16]進行了不同煤階煤與強氧化劑ClO2的作用，通過煤表面刻蝕和滲透率的對比測試，發(fā)現(xiàn)ClO2在作為低溫破膠劑的同時兼具煤儲層化學增透效果，將煤樣滲透率提高了0.37～2.03倍。

工程應用中以卸壓法的增透效果最好，但是該方法存在以下不足:① 到開采后期，因氣體壓力逐漸衰竭，驅動力不足，達到降壓極限后煤基質與頁巖表面吸附瓦斯難以解吸或放散，長期開采難以達標[17];② 在實施過程中，由于卸壓引起的應力變化會破壞煤巖基質，加上鉆具研磨、壓裂支撐劑打磨以及我國頁巖與煤較松軟等原因，煤巖層中會產(chǎn)生大量煤粉與礦物顆粒，這些顆粒極易堵塞孔裂隙和鉆孔，導致儲層滲透性的永久性傷害[18];③ 開采解放層引起的巖層移動會造成套管錯斷，同時也具有解放層的條件限制，鉆孔、割縫與水壓致裂等卸壓方法影響范圍小、工程量大，加之煤巖體破碎程度受限，瓦斯解吸時間長[19-20]。

鑒于上述原因，康天合等[21-22]提出了電化學強化煤瓦斯解吸滲流的探索性思路，企圖通過電化學方法中的電滲驅動、電泳解堵、電解增透與電熱升溫等四位一體作用提高煤層瓦斯解吸滲流速率，為瓦斯高效抽采提供一種新的更為有效的技術途徑。為此，迫切需要研制一套煤巖中的氣液流體可在電勢差與壓力差耦合作用下的三軸滲流試驗裝置(簡稱“煤巖電動-壓動三軸滲流試驗裝置”)，以便闡明煤巖在電動與壓動雙重動力作用下的滲流規(guī)律及其機理，為電化學提高非常規(guī)天然氣采收率提供指導。筆者在分析同類滲流試驗裝置與煤巖電動滲流特性(簡稱“電滲特性”)的基礎上，研制了煤巖電動-壓動三軸滲流試驗裝置，較詳細地介紹該裝置的功能、組成及各部件的關鍵技術，給出該裝置所進行的前期試驗研究成果。

1 煤巖的電滲特性

煤巖的電滲特性是指在電場作用下，煤巖孔裂隙或顆粒間空隙中的液體發(fā)生運動的性質。一般情況下，煤粒與黏土礦物顆粒等溶膠粒子在水溶液中帶負電[23]，因吸附溶液中的反離子而使表面附近溶液中的單位體積凈電荷密度不為零，表面電荷與溶液中平衡電荷重新分布形成雙電層，即緊密層與擴散層，如圖1所示。施加電場后，在擴散層內距離固體表面某一位置處的溶液會發(fā)生相對滑動，運移速率v與滑移面上的電位有關:

(1)

式中，ζ為滑移面上的電動電位，mV，受電解液pH影響;D為雙電層的介電常數(shù)，F(xiàn)/m;η為電解液的黏度系數(shù)，Pa·s;E為外加直流電場的電位梯度，V/cm。

圖1 雙電層結構示意Fig.1 Schematic diagram of double electrode layer structure

目前，電滲特性方面的研究對象多為巖土，尤其是黏土礦物。其關鍵參數(shù)有2個:電動滲流速度與電動滲透系數(shù)。采用的試驗裝置均為無荷載或單軸受壓下的電滲試驗裝置[24]，如圖2所示。一般情況下，細粒土的電動滲流速度比水力滲流速度高2～4個數(shù)量級[25]，水力滲透系數(shù)為10-5～10-10m/s，而電動滲透系數(shù)為10-8～10-9(m2·V)/s，且不受粒徑大小影響[26]。對于巖石而言，CHILINGAR G V等[27]發(fā)現(xiàn)電場可將含黏土礦物砂巖中的水流速提高2～32倍。AGGOUR M A等[28]采用Arabian輕質油和NaCl水溶液研究了電場對砂巖油水兩相相對滲透率的影響，發(fā)現(xiàn)加電后油水相對滲透率比值增大，并且煤巖孔裂隙通道越窄，電滲流速率越快。然而，在三軸條件下的電滲試驗及其裝置鮮見報道。

圖2 巖土電滲試驗裝置[24]Fig.2 Experimental apparatus of electroosmosis of rock and soil[24]

2 裝置的主要功能與技術參數(shù)

2.1 主要功能

煤巖電動-壓動三軸滲流試驗裝置可測試三軸應力狀態(tài)下煤巖流體在電勢差與壓力差雙重動力作用時的滲透系數(shù)，獲得煤巖電動滲透系數(shù)及其隨有效應力和電化學作用參數(shù)(如電解液種類及濃度、pH值、電位梯度、電極材質等)的變化規(guī)律，在電化學作用場下可模擬三軸應力下電滲驅動煤巖體中液體流動并攜帶氣體運移的過程，研究電化學場作用下的氣水兩相滲流規(guī)律和強化機理，是煤巖流體電動力學這一新領域較理想的試驗裝置。

2.2 主要技術參數(shù)

(1)最大軸壓30 MPa(油缸壓力)，最大圍壓10 MPa，精度0.05 MPa。

(2)最大孔隙壓力10 MPa，精度0.05 MPa。

(3)溫度測試范圍0～100 ℃。

(4)試樣尺寸φ75 mm×150 mm。

(5)集液瓶容量500 mL，精度0.5 mL;天平量程120 g，精度0.1 mg;集氣量筒容量1 L，精度0.5 mL。

(6)電壓范圍:0～250 V;電流范圍:0～1.2 A。

(7)溶液為水、弱酸、弱堿、強堿或鹽類，電解液濃度最大至飽和。

(8)電極材質為黃銅或不銹鋼等高剛度導電材料。

3 裝置組成及各部件的關鍵技術

圖3為自主研制的煤巖電動-壓動三軸滲流試驗裝置。該裝置主要由加載系統(tǒng)、三軸滲透室、孔隙壓控制系統(tǒng)、電化學作用系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等5部分組成。

3.1 加載系統(tǒng)

加載系統(tǒng)主要由軸向加載和圍壓加載兩部分構成，如圖3所示。其中，軸向加載包括軸向加載機架5、加載油泵11和蓄能器8、壓力表7及高壓管等。軸向加載機架是由上承壓板28與下承壓板28經(jīng)4根立柱固定而形成的框架結構;圍壓加載包括圍壓高壓氣瓶24、壓力表7-5和截止閥14-6等。該加載系統(tǒng)實現(xiàn)了加載過程的連續(xù)性、穩(wěn)定性和精確性。

圖3 煤巖電動-壓動三軸滲流試驗裝置Fig.3 Triaxial seepage experiment for coal and rock under coupling of pressure-motion and electro-motion 1—試樣;2—橡膠套;3—多孔電極板;4—三軸滲透室;5—加載機架;6—加載油缸;7—壓力表;8—蓄能器;9—三位四通閥;10—單向閥;11—加載 油泵;12—油箱;13—高壓氣瓶(加載孔隙壓);14—截止閥;15—參考罐;16—穩(wěn)壓閥;17—真空泵;18—真空壓力表;19—恒壓恒流注液泵;20—儲 液罐;21—集液瓶;22—水槽;23—集氣量筒;24—高壓氣瓶(加載圍壓);25—直流電源;26—電流表;27—溫度數(shù)顯表;28—承壓板;29—天平

3.2 三軸滲透室

三軸滲透室4是該試驗裝置放置煤巖樣、施加電化學作用場及產(chǎn)生試驗所需圍壓環(huán)境的機構，如圖4所示。三軸滲透室由頂蓋1、外筒3、底座4和加壓活塞6四部分組成。其中，頂蓋、底座與外筒之間分別采用頂蓋法蘭2和底座法蘭5經(jīng)8條螺栓進行連接緊固，連接處用“O”型密封圈密封，可有效保證氣密性。頂蓋與底座的材質為尼龍66，外筒與法蘭材質為碳鋼，這樣既可確保電化學作用過程中的絕緣效果，又可保證壓力室的承壓能力。加壓活塞桿置于頂蓋中間，材質為尼龍66，直徑75 mm，并且在頂蓋內側設有兩道“O”型密封圈，確保頂蓋與加壓活塞之間的密封效果。

為了保證煤巖樣所受孔隙壓和圍壓的獨立，用三元乙丙材質的橡膠套11包裹試件，在橡膠套兩端面內側分別設有上壓環(huán)7和下壓環(huán)9，壓環(huán)之間安裝4個定位桿8(圖5(a))，用于傳遞頂蓋施加的壓力，確保橡膠套兩端邊的密封效果，進而將孔隙壓與圍壓分隔。在加壓活塞下端面和底座上端面分別設有直徑65 mm、深5 mm，用于安裝2個電極板的腔室，如圖5(b),(c)所示。為使氣/液均勻地流過試件斷面，在兩電極板中均勻開孔并在其一端沿孔開槽。另外，在外筒側面設有2個接口，1個用于連接圍壓加載管路，另1個連接溫度傳感器。在底座和加壓活塞中分別布置2對孔，1對用于進氣/液和陽極導線插孔，另1對用于出氣/液和陰極導線插孔。由于煤表面帶負電荷，為保證電滲方向與壓差方向一致，將陽極設置在煤樣下端，陰極設置在煤樣上端。

圖4 三軸滲透室Fig.4 Triaxial seepage chamber 1—頂蓋;2—頂蓋法蘭;3—外筒;4—底座;5—底座法蘭; 6—加壓活塞;7—上壓環(huán);8—支撐桿;9—下壓環(huán);10—陰極多 孔電極板;11—橡膠套;12—陽極多孔電極板;13—煤樣; 14—圍壓接口;15—溫度傳感器接口;16—進液/氣孔; 17—陽極導線孔;18—出液/氣孔;19—陰極導線孔

3.3 孔隙壓控制系統(tǒng)

孔隙壓控制系統(tǒng)由高壓氣瓶13、參考罐15、TBP-5010t型恒壓恒流注液泵19、穩(wěn)壓閥16和氣體管路等組成，如圖3所示。試驗時，通過減壓閥或注液泵調節(jié)三軸滲透室進氣/液孔的流體壓力，通過與參考罐相連的壓力表7-3的讀數(shù)測定進氣量，出氣/液孔的壓力則為大氣壓。

3.4 電化學作用系統(tǒng)

電化學作用系統(tǒng)由DH1722A-4型單路穩(wěn)壓穩(wěn)流電源25、注液泵19、儲液罐20和電極板3等組成(圖3)。

3.5 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由壓力表7-1,7-2和7-5、溫度傳感器、溫度數(shù)顯表27、集液瓶21、天平29與量筒23等組成(圖3)。其中，壓力表用于測試軸壓、圍壓和孔隙壓;溫度傳感器和溫度數(shù)顯表用于測試電化學作用過程中煤樣溫度變化;集液瓶、天平與與集氣量筒用于測量滲流通過的液體和氣體體積。

圖5 三軸滲透室零部件Fig.5 Components of triaxial seepage chamber

4 煤巖電動-壓動三軸滲流試驗

為驗證煤巖電動-壓動三軸滲流試驗裝置的可靠性，結合煤層氣產(chǎn)出過程中的3個階段，先后進行了電動-壓動雙動力作用下的飽和水流與氣液兩相流全過程滲流試驗，本文給出部分試驗結果。

4.1 煤樣采集與加工

試驗所用無煙煤樣取自晉煤集團寺河二號井15號煤層，采用巖石取芯機、切割機與打磨機將現(xiàn)場取回的大塊煤加工為直徑75 mm、長150 mm的圓柱狀試件，試件兩端面不平行度小于0.05 mm。將制備好的試件烘干稱重并放置于干燥箱內備用。為確保試驗安全，氣體采用純度為99.9%的高純氮氣。

4.2 試驗方案及步驟

4.2.1試驗方案

(1)進行不同電位梯度的煤樣飽水單相滲流試驗。軸壓6 MPa，圍壓4 MPa，進口水壓為0.5，1.0，1.5，2.0，2.5 MPa，出口水壓恒定為0.1 MPa，電位梯度依次為0，0.5，1.0，2.0，4.0，8.0 V/cm;

(2)進行有無電場作用時的煤樣氣水兩相滲流試驗。軸壓6 MPa，圍壓4 MPa，進口氣壓為1.5 MPa，出口氣壓恒定為0.1 MPa，有電場時的電位梯度設定為4 V/cm。

4.2.2試驗步驟

(1)絕對滲透率測試。施加軸壓6 MPa，側壓4 MPa，孔隙氣壓1.5 MPa，檢查裝置密封性，測試煤中氣體絕對滲透率ka，計算公式為

(2)

式中，p1與p0分別為試驗環(huán)境的入口孔隙壓力與出口孔隙壓力，MPa;Qg為氣體體積流量，mL/s;μg為氣體黏度，Pa·s;L為煤樣長度，本試樣為15 cm;A為試樣橫截面積，本試樣為44.17 cm2。

(2)飽和水。取出煤樣并置于真空干燥箱烘干稱重m0，將干燥煤樣置于真空飽水裝置中的密閉容器內，并完全浸沒于蒸餾水中，開啟真空泵，抽真空48 h至含水飽和，稱取飽和水的煤樣質量m1，依照下式計算煤樣的含水體積Vp:

(3)

式中，ρw為水密度。

(3)飽水單相滲流試驗。施加軸壓6 MPa，側壓4 MPa，進口水壓0.5 MPa，檢查裝置密封性。打開出液孔，采用集液瓶收集水。根據(jù)水體積與時間計算水流量，至流量基本不發(fā)生變化時關閉進液閥。根據(jù)下式計算壓差作用下的滲透系數(shù)λh(也稱水力傳導系數(shù)):

(4)

其中，Qh為壓差作用下的水體積流量，mL/s;kh為液體滲透率;γ為容重，kN/m3;μh為水黏度，水在20 ℃時黏度為0.839 mPa·s。對飽水煤樣施加電場，電位梯度依次為0.5，1.0，2.0，4.0，8.0 V/cm，重復進行進口水壓為0.5 MPa時的飽水單相滲流試驗。然后將孔隙水壓依次設定為1.0，1.5，2.0，2.5 MPa，在每一恒定壓力下待水流量穩(wěn)定后分別重復進行不同電位梯度(0.5～8.0 V/cm)時的飽水單相滲流試驗。

(4)氣水兩相滲流試驗。在飽水煤樣的兩端施加孔隙氣壓，軸壓6 MPa，側壓4 MPa，進口壓力1.5 MPa，采用氣驅液的方式，同時打開出氣/液孔，采用集液瓶與量筒分別收集氣體與液體。根據(jù)氣/液體體積與時間計算其流量，至氣體流量不發(fā)生變化時關閉進氣閥。根據(jù)式(2)與式(4)分別計算氣水兩相流動時的氣體滲透率與液體滲透率，分別記為krg與krw。用各相滲透率與氣體絕對滲透率的比值即可得到氣相相對滲透率與液相相對滲透率，分別用Krg與Krw表示。含氣飽和度Sg為

(5)

其中，Vw為出水體積，mL。對飽水煤樣施加電場，電位梯度4 V/cm，重復氣水兩相滲流試驗。殘余水飽和度Swo為

(6)

4.3 試驗結果及分析

4.3.1雙動力作用下煤中水的滲透特性

表1和圖6為煤樣在軸壓6 MPa、側壓4 MPa、出口水壓0.5～2.5 MPa以及不同電位梯度作用時的水滲流流量。可以看出，無電場作用時煤中水的平均滲流流量為1.745×10-3cm3/s，施加電位梯度0.5，1.0，2.0，4.0與8.0 V/cm后，平均流量依次增至2.912×10-3，5.169×10-3，9.581×10-3，19.196×10-3與29.78×10-3cm3/s，平均增幅依次為1.67，2.96，5.49，11.00與17.07倍。CHILINGAR G V等[27]和ADAMSON L G[29]也發(fā)現(xiàn)電場可將砂巖中的水流速提高2～32 倍。

表1 不同電位梯度時煤中水滲流流量結果
Table 1 Results of flux of water seepage from coalin different potential gradient10-3cm3/s

電位梯度/(V·cm-1)出口水壓/MPa0.51.01.52.02.5平均00.2150.8461.0422.8813.7391.745 0.50.4241.647 2.3714.6525.4672.912 1.01.8653.225 4.9287.1588.6695.169 2.04.0676.497 8.48213.64515.2169.581 4.09.87217.645 20.47922.33825.64519.196 8.013.64825.588 32.03335.64741.98229.780

圖6 煤中水滲流流量隨電位梯度變化曲線Fig.6 Flow rate of water varied with potential gradient

對試驗結果進行整理分析，擬合得到5種不同出口水壓下，煤樣水滲流流量與電位梯度關系擬合曲線，如圖6所示?？梢缘贸?，軸壓與側壓固定、不同孔隙水壓條件下，煤樣的水滲流流量Q與電位梯度E之間的關系表達式以及相關系數(shù)分別為

(7)

其中，Q為水滲流流量，10-3cm3/s。

由式(7)可以得出，5種不同孔隙水壓條件下，煤樣的水滲流流量與電位梯度呈明顯的線性關系，隨著電位梯度的增加，煤樣水滲流流量呈線性增加。由此，可以推導出軸壓、側壓與孔隙水壓一定的情況下，煤中水滲流流量與電位梯度之間的一般表達式:

Q=b+aE

(8)

其中，a，b均為擬合系數(shù)，b表示電位梯度為0、僅有孔隙壓力作用時飽水煤樣滲流流量。

結合達西定律與電滲理論可知，對飽水煤樣施加電場后，水滲流流量由壓力差與電勢差共同作用，即總的水滲流流量為

(9)

其中，Qe為單位電勢差作用下的水體積流量，mL/s;λe為電動滲透系數(shù)，cm2/(V·s);U為電勢，V。結合式(8)與式(9)可知:①b=Aλhdp/dL，結合式(4)可計算得到該煤樣的滲透系數(shù)為1.825×10-10～5.291×10-10cm2/(Pa·s)，平均3.597×10-10cm2/(Pa·s)，見表2;②a=Aλe，說明a與電動滲透系數(shù)有關，計算可得該無煙煤的電動滲透系數(shù)為4.064×10-5～11.021×10-5cm2/(V·s)，平均8.221×10-5cm2/(V·s)。對比可知單位電勢差(V/cm)提供的水流量約為單位壓差(Pa/cm)作用的1.61×105～4.09×105倍，平均2.49×105倍。

另外，結合式(1),(9)可得電動滲透系數(shù)計算式:

(10)

由式(10)可知電動滲透系數(shù)與電動電位、介電常數(shù)與黏度系數(shù)等參數(shù)有關。因此，可通過改變電動電位(比如改變溶液的pH值)來提高煤巖的電動滲透系數(shù)。

表2 煤中水力傳導系數(shù)與電動滲透系數(shù)計算結果
Table 2 Calculation results of hydraulic conductivity and electro-osmotic coefficients

孔隙水壓/MPa水力傳導系數(shù)λh/(10-10 cm2·(Pa·s)-1)電動滲透系數(shù)λe/(10-5 cm2·(V·s)-1)(λe/λh)/1050.52.5284.0641.61 1.01.8257.4674.09 1.53.1929.1222.86 2.05.1499.4291.83 2.55.29111.0212.08 平均3.5978.2212.49

4.3.2雙動力作用下煤中氣水相對滲透特性

圖7為有無電場作用時氣驅水過程中煤樣的產(chǎn)液量隨時間的變化曲線。可以看出，隨著時間的延長，兩種條件下的產(chǎn)液量均呈現(xiàn)先快速增大后逐漸趨于平穩(wěn)的趨勢;加電后煤樣的累積產(chǎn)液量由6.47 mL增至12.19 mL，增幅達1.88倍，達到平衡時的時間由26 011 s降至17 103 s，降幅達34.2%。

圖7 煤中氣水兩相滲流累積產(chǎn)液量隨時間變化Fig.7 Flow rate of water varied with potential gradient

圖8為有無電場條件下煤樣中氣水相對滲透率隨含氣飽和度的變化曲線，測試結果見表3。該煤樣氣體絕對滲透率(ka)為0.625×10-15m2，施加電場后煤樣中的殘余水飽和度(Swo)由71.4%降至47.9%，兩相等滲點時的含氣飽和度(Sg)由16.2%增至24.4%，氣水相對滲透率由0.046增至0.094，兩相流區(qū)間由0.229增至0.450，在殘余水飽和度下的氣體滲透率(krg)由0.167×10-15m2增至0.476×10-15m2。說明施加電場可以降低煤樣中的殘余水飽和度，增加氣水相對滲透率與殘余水下的氣體有效滲透率，這是由于電滲作用驅動煤樣孔裂隙中的滯留水，從而攜帶氮氣運移所致。SHEN等[30]通過比較中國與美國煤層的氣水相對滲透特征發(fā)現(xiàn)，中國煤層氣產(chǎn)氣量低的主要原因是較高的殘余水飽和度，因此可通過電化學方法中的電滲作用減小其含水飽和度并延長產(chǎn)氣周期。

圖8 煤中氣水相對滲透率與含氣飽和度關系曲線Fig.8 Gas or water relative permeability of coal varied with gas saturation 注：Ke,rg,Ke,rw分別為加電后的氣、水相對滲透率

表3 煤樣中氣水兩相滲流試驗結果Table 3 Results of gas or water relative seepage experiment

ka/10-15m2電場SwoKrg=KrwKrSg兩相區(qū)間 krg/10-15m20.625無0.7140.0460.1620.2290.167有0.4790.0940.2440.4500.476

5 結 論

(1)為了明晰電化學強化煤巖流體滲流規(guī)律，自行研制了煤巖電動-壓動三軸滲流試驗裝置，該裝置主要由加載系統(tǒng)、三軸滲透室、孔隙壓控制系統(tǒng)、電化學作用系統(tǒng)及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等組成，可絕緣、耐酸堿腐蝕。

(2)該裝置可實現(xiàn)三軸應力狀態(tài)下煤巖流體在電動-壓動雙重動力作用時的滲流規(guī)律研究并測試電動滲透系數(shù)，最大可提供10 MPa的流體壓力與15 V/cm的電位梯度，特殊設計的多功能加卸載絕緣壓頭可固定電極并均勻通過流體，特殊設計的底座與上蓋等零部件配合法蘭可實現(xiàn)絕緣與高強度。

(3)利用該裝置進行了電動-壓動雙動力作用下煤樣飽水單相滲流與氣水兩相滲流試驗。飽水煤樣滲流流量隨電位梯度升高呈線性規(guī)律增大，煤樣滲透系數(shù)為3.597×10-10cm2/(Pa·s)，電動滲透系數(shù)為8.211×10-5cm2/(V·s)，說明單位電勢差(V/cm)提供的水流量約為單位壓差(Pa/cm)作用的2.49×105倍;施加電場后煤樣中殘余水飽和度明顯降低，氣水相對滲透率與殘余水時的氣體有效滲透率增大。該試驗裝置的研制可促進電化學強化煤巖流體滲流規(guī)律的深入研究，同時也可加快煤巖流體電動力學這一新理論的發(fā)展及其在強化油氣采收、軟巖脫水加固、礦山導流增注等工程領域的廣泛應用。需要強調的是，目前本論文的研究主要是限制在室內的理論研究階段，如果要應用于現(xiàn)場還需要做大量工作。