注入與煤層氣強化驅(qū)替模擬試驗裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于在試驗室內(nèi)模擬深部煤層CO2地質(zhì)存儲與CH4強化開采過程的試驗裝置，特別是涉及一種用于實現(xiàn)超臨界0)2注入與驅(qū)替煤中CH 4，并測量競爭吸附過程中煤巖樣品自由體積膨脹量的試驗裝置，屬于煤層氣開采領域。
【背景技術】
[0002]隨著我國國民經(jīng)濟的發(fā)展，傳統(tǒng)能源的供應量逐漸減少，而且在生產(chǎn)生活中排放的大量二氧化碳所產(chǎn)生的溫室效應已經(jīng)嚴重威脅到整個自然的生態(tài)安全，人類對新型、清潔能源的需求越來越大，因而煤層氣作為一種新型、清潔能源受到了廣泛關注。我國具有豐富的煤層氣資源，煤層氣開發(fā)對緩解我國油氣資源緊張現(xiàn)狀、減輕礦井災害程度、減少溫室氣體排放等具有重要意義。如何從煤層中開采煤層氣及提高煤層氣產(chǎn)量是當前研宄的重要的課題，利用競爭吸附優(yōu)勢原理，將CO2注入煤層可有效置換或驅(qū)替煤層CH4，這已成為新的煤層氣強化開發(fā)方式。煤層CO2地質(zhì)存儲與CH 4強化開采(CO2-ECBM,即C02GeologicalStorage-EnhancedCoalBedMethaneRecovery)技術融溫室氣體減排與新能源開發(fā)為一體，受到全球高度關注。超臨界0)2可與煤中吸附態(tài)CH4發(fā)生競爭吸附，導致吸附態(tài)CH4被置換和驅(qū)替出來，同時，煤吸附014或CO 2后，會發(fā)生膨脹變形，改變煤層滲透性、儲存能力，對有效地應用煤層CO2-ECBM技術尤為關鍵。
[0003]鑒于此，在試驗室內(nèi)模擬深部煤層高溫、高壓、密封環(huán)境對于研宄CO2-ECBM技術至關重要，設計一種可用于在試驗室內(nèi)模擬深部煤層環(huán)境，實現(xiàn)超臨界0)2注入與驅(qū)替煤中CH4的試驗過程，并準確測量競爭吸附過程中煤巖樣品自由體積膨脹量的試驗裝置，是煤層CO2地質(zhì)存儲與CH4強化開采研宄亟待解決的一項課題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種超臨界CO2注入與煤層氣強化驅(qū)替模擬試驗裝置，該裝置能夠在試驗室內(nèi)模擬深部煤層高溫高壓環(huán)境下CO2地質(zhì)存儲與014強化開采過程，實現(xiàn)超臨界CO2注入與煤層氣強化驅(qū)替的模擬試驗過程，并能夠準確地測量競爭吸附過程中煤巖樣品自由體積膨脹量。本裝置控溫精度高、抗腐蝕性強、熱平衡時間短、溫度波動性小、均勻性好、數(shù)據(jù)顯示準確且直觀、結構緊湊、便于控制、容易安裝、操作簡單、安全可靠，具備較好的實用性。
[0005]為了達到上述目的，本超臨界0)2注入與煤層氣強化驅(qū)替模擬試驗裝置，包括:
[0006]樣品室，該裝置的反應室，用于裝入試樣及模擬地層高溫、高壓、密封環(huán)境，遇熱可徑向上自由形變，不阻礙煤巖形變；
[0007]參照缸，用于標定樣品室容積，以得到精確檢測數(shù)據(jù)；
[0008]超臨界二氧化碳生成與注入系統(tǒng)，用于生成超臨界二氧化碳，并且將超臨界二氧化碳注入到樣品室和參照缸中；
[0009]加壓系統(tǒng)，用于向樣品室和參照缸中注入試驗用氣體，且可調(diào)節(jié)樣品室和參照缸中的壓力；
[0010]恒溫系統(tǒng)，用于為樣品室和參照缸提供高溫環(huán)境并且在試驗過程中保持恒溫，其溫度可調(diào)整；
[0011]抽真空系統(tǒng)，與樣品室連接，用于排空樣品室和參照缸內(nèi)的氣體；
[0012]氣體樣品采集系統(tǒng)，與樣品室連接，用于收集試驗中與試驗后的氣體，進行冷凝、降壓、氣液分離、氣體組分測量等操作；
[0013]環(huán)壓跟蹤與測量系統(tǒng)，用于測量競爭吸附過程中煤巖樣品自由體積膨脹量；
[0014]電氣控制及監(jiān)控系統(tǒng)，用于對試驗過程進行監(jiān)控，實時采集、顯示及存儲數(shù)據(jù)；
[0015]進一步的，所述的樣品室包括熱縮管、墊塊和O型圈、型煤墊片、壓力傳感器I以及夾持器，樣品室由夾持器固定于恒溫系統(tǒng)內(nèi)，熱縮管兩端采用墊塊和O型圈密封，型煤墊片有一定目數(shù)的孔，放置于熱縮管內(nèi)隔開相鄰的兩段煤樣，放置時，型煤墊片的軸線與熱縮管的軸線重合，壓力傳感器I與熱縮管連接，熱縮管外設有環(huán)形空間；
[0016]所述的參照缸上連接有壓力傳感器II，與樣品室之間連通；
[0017]所述的恒溫系統(tǒng)為恒溫空氣浴，恒溫空氣浴包裹整個樣品室和參照缸；
[0018]所述的超臨界二氧化碳生成與注入系統(tǒng)包括高壓二氧化碳氣瓶、制冷系統(tǒng)、二氧化碳泵、注入泵、活塞容器、加熱系統(tǒng)和多個控制氣體進出的閥門，高壓二氧化碳氣瓶與制冷系統(tǒng)的進氣口連接，制冷系統(tǒng)的出氣口與二氧化碳泵的進氣口連接，活塞容器的一端與二氧化碳泵的出氣口、樣品室的進氣口和參照缸的進氣口連接，另一端與注入泵連接，加熱系統(tǒng)包裹在活塞容器外；
[0019]所述的加壓系統(tǒng)包括氦氣高壓氣瓶、甲烷高壓氣瓶、混合氣體高壓氣瓶、空壓機、氣體增壓泵、電磁閥、和多個控制氣體進出的閥門，氦氣高壓氣瓶、甲烷高壓氣瓶和混合氣體高壓氣瓶與氣體增壓泵連接，氣體增壓泵和空壓機之間安裝有電磁閥，氣體增壓泵出氣口通過管路與樣品室和參照缸連接；
[0020]所述的抽真空系統(tǒng)包括真空泵，真空泵和樣品室連接且其連接管路上設有閥門；
[0021]所述的氣體樣品采集系統(tǒng)包括氣相色譜儀、氣液分離容器和調(diào)壓閥IV，氣相色譜儀與氣液分離容器連接且連接管路上設有閥門，調(diào)壓閥IV—端與樣品室連接，另一端與氣液分離容器連接且連接管路上設有閥門，氣液分離容器上還設有與大氣相通的閥門；
[0022]所述的環(huán)壓跟蹤與測量系統(tǒng)包括環(huán)壓跟蹤泵、回壓緩沖容器、回壓閥、高精度電子天平、燒杯和壓力傳感器III，環(huán)壓跟蹤泵通過管路與樣品室的環(huán)行空間連接且連接管路上設有壓力傳感器III，在環(huán)壓跟蹤泵和壓力傳感器III之間的管路上設有雙向閥I，回壓緩沖容器與環(huán)壓跟蹤泵連接且連接管路上設有雙向閥II，回壓閥一端與環(huán)行空間連接且連接管路上設有閥門，另一端與回壓緩沖容器連接且連接管路上設有支路，高精度電子天平和燒杯放置于支路出口處，閥門8-8a設在與環(huán)形空間3-6連接管路的出口處；
[0023]所述的電氣控制及監(jiān)控系統(tǒng)，由工控機、顯示器及變送儀表、高速攝像機、繼電保護和報警電路以及電氣控制電路、配電電路等電氣元件及控制軟件組成；
[0024]進一步的，所述的活塞容器上部和下部分別設有閥門；
[0025]進一步的，所述的超臨界二氧化碳生成與注入系統(tǒng)還包括壓力傳感器VI，壓力傳感器VI設在兩閥門之間；
[0026]進一步的，所述的加壓系統(tǒng)還包括氣體流量計1、氣體流量計II和氣體流量計III，氣體流量計1、氣體流量計II和氣體流量計III分別設在氦氣高壓氣瓶、甲烷高壓氣瓶、混合氣體高壓氣瓶與氣體增壓泵連接的管路上，在氣體流量計1、氣體流量計II和氣體流量計III與氣體增壓泵之間的連接管路上分別設有單向閥1、單向閥II和單向閥III，在氦氣高壓氣瓶、甲烷高壓氣瓶、混合氣體高壓氣瓶與氣體流量計1、氣體流量計I1、氣體流量計III之間的連接管路上分別設有調(diào)壓閥1、調(diào)壓閥I1、調(diào)壓閥III ;
[0027]進一步的，所述的抽真空系統(tǒng)還包括與真空泵和樣品室連接的真空容器，真空容器與真空泵之間的連接管路上設有閥門，真空容器靠近底部處設有閥門；
[0028]進一步的，所述的抽真空系統(tǒng)還包括設在真空容器和閥門之間連接管路上的真空表;
[0029]進一步的，所述的氣體樣品采集系統(tǒng)還包括設在調(diào)壓閥IV和氣液分離容器之間連接管路上的氣體流量計IV ;
[0030]進一步的，所述的環(huán)壓跟蹤與測量系統(tǒng)還包括壓力傳感器IV和壓力傳感器V，壓力傳感器IV設在回壓閥與環(huán)行空間的連接管路上，壓力傳感器V設在回壓閥與回壓緩沖容器的連接管路上；
[0031]進一步的，該裝置還包括爆破裝置，爆破裝置與樣品室連接。
[0032]本發(fā)明通過超臨界二氧化碳生成與注入系統(tǒng)能夠生成超臨界二氧化碳并將其注入到參照缸和樣品室內(nèi)，加壓系統(tǒng)加壓和恒溫系統(tǒng)加熱保持恒溫能夠使得樣品室內(nèi)的壓力和溫度能夠達到深部煤層的壓力和溫度，通過參照缸能夠標定樣品室容積以得到準確的測量數(shù)據(jù)，抽真空系統(tǒng)能夠在試驗開始之前排空整個裝置內(nèi)的空氣，使得試驗裝置內(nèi)盡可能達到真空的狀態(tài)，保證試驗數(shù)據(jù)的可靠性；氣體樣品采集系統(tǒng)能夠在試驗的過程中和試驗后采集氣體樣品，便于及時分析數(shù)據(jù)；通過環(huán)壓跟蹤與測量系統(tǒng)能夠準確的測量煤巖在吸附氣體的過程中的自由體積膨脹量，電氣控制及監(jiān)控系統(tǒng)能夠使試驗人員遠距離的操作試驗裝置及控制試驗流程，對壓力容器外狀態(tài)進行視頻監(jiān)控，并且能夠拍攝、錄制試驗過程，能夠保障系統(tǒng)安全。本發(fā)明的各項技術指標均達到國家標準，并具有控溫精度高，抗腐蝕性強，熱平衡時間短，溫度波動性小，均勻性好，數(shù)據(jù)顯示準確、直觀，結構緊湊，經(jīng)久耐用等特點。本發(fā)明在各方面性能穩(wěn)定的基礎上具備實用性、便于控制、容易安裝、操作簡單、安全可靠等特點，滿足模擬高溫