本發(fā)明涉及驅(qū)替技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種大孔隙煤巖體二氧化碳驅(qū)替瓦斯過程動態(tài)分析方法。
背景技術(shù)：
石油開發(fā)、煤層氣開采以及二氧化碳封存等許多領(lǐng)域都涉及到驅(qū)替技術(shù)，驅(qū)替技術(shù)的成熟發(fā)展和在相關(guān)領(lǐng)域的有效利用，一直是近年來許多專家和學(xué)者共同研究的目標(biāo)。而研究驅(qū)替技術(shù)的基礎(chǔ)就是了解巖心內(nèi)流體的流動規(guī)律。在實驗室條件下得到巖心內(nèi)流體流動規(guī)律，目前采用的辦法是利用低場核磁共振成像技術(shù)，將巖心驅(qū)替實驗與此技術(shù)結(jié)合起來。但是，本發(fā)明的發(fā)明人經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，由于地層中的巖石處在高溫高壓條件下，已有的成果不能很好的運用到實際工程中，而如何了解在地層中大孔隙煤巖體二氧化碳驅(qū)替瓦斯的動態(tài)情況，成為目前亟待解決的技術(shù)問題。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的由于地層中的巖石處在高溫高壓條件下，已有的成果不能很好運用到實際工程中的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種大孔隙煤巖體二氧化碳驅(qū)替瓦斯過程動態(tài)分析方法，該方法可以進行高溫高壓條件下大孔隙煤巖體二氧化碳驅(qū)替瓦斯效果評價分析。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案：
一種大孔隙煤巖體二氧化碳驅(qū)替瓦斯過程動態(tài)分析方法，在該方法中采用了一種大孔隙煤巖體二氧化碳驅(qū)替瓦斯過程動態(tài)分析裝置，所述大孔隙煤巖體二氧化碳驅(qū)替瓦斯過程動態(tài)分析裝置包括：
中空的環(huán)形夾持器本體，所述夾持器本體的側(cè)表面圍設(shè)有保溫層，所述保溫層的部分側(cè)表面圍設(shè)有核磁共振線圈；
所述夾持器本體的空腔內(nèi)設(shè)有中空的環(huán)形膠套，所述環(huán)形膠套的空腔上部設(shè)有與空腔內(nèi)壁緊密配合的上頂頭，所述環(huán)形膠套的空腔下部設(shè)有與空腔內(nèi)壁緊密配合的下頂頭，所述環(huán)形膠套的內(nèi)壁、上頂頭和下頂頭共同圍成有可放置待測煤巖體試件的空間；
所述環(huán)形膠套的空腔上部設(shè)有與上頂頭接觸的上堵頭，所述環(huán)形膠套的空腔下部設(shè)有與下頂頭接觸的下堵頭，所述環(huán)形膠套的上端還設(shè)有將環(huán)形膠套與上堵頭緊密卡接的上密封卡套，所述環(huán)形膠套的下端還設(shè)有將環(huán)形膠套與下堵頭緊密卡接的下密封卡套，所述下堵頭上設(shè)有將下堵頭下端部罩設(shè)在夾持器本體下表面的下堵頭固定端，所述上堵頭的上部側(cè)表面圍設(shè)有將上堵頭固定在夾持器本體上部的上堵頭密封端，所述上頂頭和上堵頭上貫通設(shè)有驅(qū)替進管，所述下頂頭、下堵頭和下堵頭固定端上貫通設(shè)有驅(qū)替出管，所述夾持器本體的空腔內(nèi)壁上嵌設(shè)有加熱層，所述加熱層、夾持器本體的空腔內(nèi)壁及上堵頭密封端與所述上堵頭、環(huán)形膠套及下堵頭之間共同構(gòu)成一個環(huán)形的圍壓腔室；
所述夾持器本體的上部設(shè)有與圍壓腔室連通的進油管和與加熱層連通的加熱層出油管，所述夾持器本體的下部設(shè)有與圍壓腔室連通的卸油管和與加熱層連通的加熱層進油管，且所述夾持器本體的下部還設(shè)有數(shù)據(jù)線接頭和用于檢測圍壓腔室內(nèi)溫度的溫度傳感器；
該方法包括如下步驟：
S1、將待測煤巖體試件放入所述環(huán)形膠套的內(nèi)壁、上頂頭和下頂頭共同圍成的空間內(nèi)，連接好收集相應(yīng)參數(shù)的數(shù)據(jù)線接頭，并密封和固定好所述大孔隙煤巖體二氧化碳驅(qū)替瓦斯過程動態(tài)分析裝置；
S2、設(shè)定所述圍壓腔室內(nèi)的圍壓為0～25MPa，溫度為0～100℃，所述待測煤巖體試件的軸壓為0～60KN，所述驅(qū)替進管內(nèi)的驅(qū)替壓力為0～22MPa，所述驅(qū)替出管內(nèi)的驅(qū)替壓力為0～22MPa；
S3、從所述驅(qū)替進管的入口注入甲烷氣體，使待測煤巖體試件達到吸附飽和狀態(tài)，再在驅(qū)替進管的入口注入二氧化碳氣體，由于包括1H、3He、13C、19F、31P和129Xe在內(nèi)的原子核帶電的緣故，具有自旋角動量，在磁性狀態(tài)下發(fā)生核磁共振，利用核磁共振儀對甲烷里的氫原子敏感性高而對二氧化碳不敏感的特性，通過核磁成像和T2譜圖來分析二氧化碳驅(qū)替甲烷的動態(tài)過程；
S4、監(jiān)測所述驅(qū)替進管和驅(qū)替出管內(nèi)的氣體壓力和氣體量，通過計算機記錄進出口氣體壓力和出口流量、T2譜圖與截面圖像；
S5、根據(jù)設(shè)定的實驗方案，在達到設(shè)定的驅(qū)替效果后，對記錄的數(shù)據(jù)和圖像進行處理，得到不同條件下待測煤巖體試件內(nèi)部驅(qū)替過程中瓦斯動態(tài)分布特征。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的大孔隙煤巖體二氧化碳驅(qū)替瓦斯過程動態(tài)分析方法，先采用大孔隙煤巖體二氧化碳驅(qū)替瓦斯過程動態(tài)分析裝置來放置待測煤巖體試件，并進行密封和固定；其次設(shè)定好圍壓腔室內(nèi)的圍壓和溫度，待測煤巖體試件的軸壓，以及驅(qū)替進管和驅(qū)替出管內(nèi)的驅(qū)替壓力；然后從驅(qū)替進管的入口依次注入甲烷氣體和二氧化碳氣體，通過核磁成像來觀測分析二氧化碳驅(qū)替甲烷的動態(tài)過程；接著監(jiān)測驅(qū)替進管和驅(qū)替出管內(nèi)的氣體壓力和氣體量，并記錄相應(yīng)數(shù)據(jù)和圖像；最后對記錄的數(shù)據(jù)和圖像進行處理，得到不同條件下待測煤巖體試件內(nèi)部驅(qū)替過程中瓦斯動態(tài)分布特征。本發(fā)明通過可視化研究，得到高溫高壓條件下煤巖驅(qū)替過程中瓦斯的分布特征，并結(jié)合驅(qū)替過程中煤巖的縱向應(yīng)變和橫向應(yīng)變等數(shù)據(jù)，獲得驅(qū)替效果評價指標(biāo)參數(shù)，為驅(qū)替技術(shù)在現(xiàn)場的運用提供了理論指導(dǎo)。
進一步，所述步驟S2中，所述圍壓腔室內(nèi)的圍壓為20MPa，溫度為80℃，所述待測煤巖體試件的軸壓為50KN，所述驅(qū)替進管內(nèi)的驅(qū)替壓力為20MPa，所述驅(qū)替出管內(nèi)的驅(qū)替壓力為20MPa。
進一步，所述步驟S3中，所述通過核磁成像和T2譜圖來分析二氧化碳驅(qū)替甲烷的動態(tài)過程，其包括實時采集NMR譜和高質(zhì)量MRI圖像，通過采集NMR譜信號和高質(zhì)量MRI圖像的變化定性和定量判斷驅(qū)替進度和驅(qū)替效果。
進一步，所述步驟S5中，所述驅(qū)替效果為驅(qū)替效率大于70％。
進一步，所述步驟S5中，所述對記錄的數(shù)據(jù)和圖像進行處理，其包括針對甲烷的實時NMR譜和高質(zhì)量MRI圖像，比較各時刻的實時NMR譜信號變化情況，觀察譜圖分布的動態(tài)變化，分析驅(qū)替的進程，同時通過MRI成像來定量判斷驅(qū)替位置和效果。
附圖說明
圖1是本發(fā)明提供的大孔隙煤巖體二氧化碳驅(qū)替瓦斯過程動態(tài)分析裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中，1、夾持器本體；2、保溫層；3、核磁共振線圈；4、環(huán)形膠套；5、上頂頭；6、下頂頭；7、上堵頭；8、下堵頭；9、上密封卡套；10、下密封卡套；11、下堵頭固定端；12、上堵頭密封端；13、驅(qū)替進管；14、驅(qū)替出管；15、加熱層；16、圍壓腔室；17、進油管；18、加熱層出油管；19、卸油管；20、加熱層進油管；21、數(shù)據(jù)線接頭；22、溫度傳感器；100、待測煤巖體試件。
具體實施方式
為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進一步闡述本發(fā)明。
在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“縱向”、“徑向”、“長度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。在本發(fā)明的描述中，除非另有說明，“多個”的含義是兩個或兩個以上。
在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。
請參考圖1所示，本發(fā)明提供一種大孔隙煤巖體二氧化碳驅(qū)替瓦斯過程動態(tài)分析方法，在該方法中采用了一種大孔隙煤巖體二氧化碳驅(qū)替瓦斯過程動態(tài)分析裝置，所述大孔隙煤巖體二氧化碳驅(qū)替瓦斯過程動態(tài)分析裝置包括：
中空的環(huán)形夾持器本體1，所述夾持器本體1的側(cè)表面圍設(shè)有保溫層2，所述保溫層2的部分側(cè)表面圍設(shè)有核磁共振線圈3；
所述夾持器本體1的空腔內(nèi)設(shè)有中空的環(huán)形膠套4，所述環(huán)形膠套4的空腔上部設(shè)有與空腔內(nèi)壁緊密配合的上頂頭5，所述環(huán)形膠套4的空腔下部設(shè)有與空腔內(nèi)壁緊密配合的下頂頭6，所述環(huán)形膠套4的內(nèi)壁、上頂頭5和下頂頭6共同圍成有可放置待測煤巖體試件100的空間；
所述環(huán)形膠套4的空腔上部設(shè)有與上頂頭5接觸的上堵頭7，所述環(huán)形膠套4的空腔下部設(shè)有與下頂頭6接觸的下堵頭8，所述環(huán)形膠套4的上端還設(shè)有將環(huán)形膠套4與上堵頭7緊密卡接的上密封卡套9，所述環(huán)形膠套4的下端還設(shè)有將環(huán)形膠套4與下堵頭8緊密卡接的下密封卡套10，所述下堵頭8上設(shè)有將下堵頭下端部罩設(shè)在夾持器本體1下表面的下堵頭固定端11，所述上堵頭7的上部側(cè)表面圍設(shè)有將上堵頭7固定在夾持器本體1上部的上堵頭密封端12，所述上頂頭5和上堵頭7上貫通設(shè)有驅(qū)替進管13，所述下頂頭6、下堵頭8和下堵頭固定端11上貫通設(shè)有驅(qū)替出管14，所述夾持器本體1的空腔內(nèi)壁上嵌設(shè)有加熱層15，所述加熱層15、夾持器本體1的空腔內(nèi)壁及上堵頭密封端12與所述上堵頭7、環(huán)形膠套4及下堵頭8之間共同構(gòu)成一個環(huán)形的圍壓腔室16；
所述夾持器本體1的上部設(shè)有與圍壓腔室16連通的進油管17和與加熱層15連通的加熱層出油管18，所述夾持器本體1的下部設(shè)有與圍壓腔室16連通的卸油管19和與加熱層15連通的加熱層進油管20，且所述夾持器本體1的下部還設(shè)有數(shù)據(jù)線接頭21和用于檢測圍壓腔室16內(nèi)溫度的溫度傳感器22；
該方法包括如下步驟：
S1、將待測煤巖體試件100放入所述環(huán)形膠套4的內(nèi)壁、上頂頭5和下頂頭6共同圍成的空間內(nèi)，連接好收集相應(yīng)參數(shù)的數(shù)據(jù)線接頭21，并密封和固定好所述大孔隙煤巖體二氧化碳驅(qū)替瓦斯過程動態(tài)分析裝置；
S2、設(shè)定所述圍壓腔室16內(nèi)的圍壓為0～25MPa，溫度為0～100℃，所述待測煤巖體試件100的軸壓為0～60KN，所述驅(qū)替進管13內(nèi)的驅(qū)替壓力為0～22MPa，所述驅(qū)替出管14內(nèi)的驅(qū)替壓力為0～22MPa；
S3、從所述驅(qū)替進管13的入口注入甲烷氣體，使待測煤巖體試件100達到吸附飽和狀態(tài)，再在驅(qū)替進管13的入口注入二氧化碳氣體，由于包括1H、3He、13C、19F、31P和129Xe在內(nèi)的原子核帶電的緣故，具有自旋角動量，在磁性狀態(tài)下發(fā)生核磁共振，利用核磁共振儀對甲烷里的氫原子敏感性高而對二氧化碳不敏感的特性，通過核磁成像和T2譜圖來分析二氧化碳驅(qū)替甲烷的動態(tài)過程；
S4、監(jiān)測所述驅(qū)替進管13和驅(qū)替出管14內(nèi)的氣體壓力和氣體量，通過計算機記錄進出口氣體壓力和出口流量、T2譜圖與截面圖像；
S5、根據(jù)設(shè)定的實驗方案，在達到設(shè)定的驅(qū)替效果后，對記錄的數(shù)據(jù)和圖像進行處理，得到不同條件下待測煤巖體試件100內(nèi)部驅(qū)替過程中瓦斯動態(tài)分布特征。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的大孔隙煤巖體二氧化碳驅(qū)替瓦斯過程動態(tài)分析方法，先采用大孔隙煤巖體二氧化碳驅(qū)替瓦斯過程動態(tài)分析裝置來放置待測煤巖體試件，并進行密封和固定；其次設(shè)定好圍壓腔室內(nèi)的圍壓和溫度，待測煤巖體試件的軸壓，以及驅(qū)替進管和驅(qū)替出管內(nèi)的驅(qū)替壓力；然后從驅(qū)替進管的入口依次注入甲烷氣體和二氧化碳氣體，通過核磁成像來觀測分析二氧化碳驅(qū)替甲烷的動態(tài)過程；接著監(jiān)測驅(qū)替進管和驅(qū)替出管內(nèi)的氣體壓力和氣體量，并記錄相應(yīng)數(shù)據(jù)和圖像；最后對記錄的數(shù)據(jù)和圖像進行處理，得到不同條件下待測煤巖體試件內(nèi)部驅(qū)替過程中瓦斯動態(tài)分布特征。本發(fā)明通過可視化研究，得到高溫高壓條件下煤巖驅(qū)替過程中瓦斯的分布特征，并結(jié)合驅(qū)替過程中煤巖的縱向應(yīng)變和橫向應(yīng)變等數(shù)據(jù)，獲得驅(qū)替效果評價指標(biāo)參數(shù)，為驅(qū)替技術(shù)在現(xiàn)場的運用提供了理論指導(dǎo)。
作為具體實施例，所述步驟S2中，所述圍壓腔室16內(nèi)的圍壓為20MPa，溫度為80℃，所述待測煤巖體試件100的軸壓為50KN，所述驅(qū)替進管13內(nèi)的驅(qū)替壓力為20MPa，所述驅(qū)替出管14內(nèi)的驅(qū)替壓力為20MPa。
作為具體實施例，所述步驟S3中，所述通過核磁成像和T2譜圖來分析二氧化碳驅(qū)替甲烷的動態(tài)過程，其包括實時采集NMR(Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy，核磁共振譜)譜和高質(zhì)量MRI(Magnetic Resonance Imaging，核磁共振成像)圖像，通過采集NMR譜信號和高質(zhì)量MRI圖像的變化定性和定量判斷驅(qū)替進度和驅(qū)替效果。
作為具體實施例，所述步驟S5中，所述驅(qū)替效果為驅(qū)替效率大于70％。
作為具體實施例，所述步驟S5中，所述對記錄的數(shù)據(jù)和圖像進行處理，其包括針對甲烷的實時NMR譜和高質(zhì)量MRI圖像，比較各時刻的實時NMR譜信號變化情況，觀察譜圖分布的動態(tài)變化，分析驅(qū)替的進程，同時通過MRI成像來定量判斷驅(qū)替位置和效果。
最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。