一種模擬不同動力條件地下水影響煤層氣同位素的裝置的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型模擬不同動力條件地下水影響煤層氣同位素的裝置，包括頂蓋可打開的密封缸體，缸體上連接有抽真空泵以去除缸體內(nèi)的雜質(zhì)氣體，缸體上設(shè)置有進(jìn)水口、排水口和排氣口,所述進(jìn)水口與儲水裝置相連接；缸體內(nèi)設(shè)置有測量缸體內(nèi)水溫的溫度測量裝置和測量缸體內(nèi)壓力的壓力測量裝置。該裝置可通過改變地下水的動力條件對煤巖及其解吸氣進(jìn)行改造影響，并收集經(jīng)地下水改造后的煤巖解吸氣體，對收集到的氣體進(jìn)行碳?xì)渫凰匮芯?，?jù)此得知不同動力條件地下水影響下煤層氣碳?xì)渫凰氐淖兓?guī)律，這為我國普遍發(fā)育地下水的煤系地層進(jìn)行煤層氣同位素研究提供了相關(guān)的基礎(chǔ)理論依據(jù)，解決了現(xiàn)有技術(shù)手段無法直接觀察到地下水對煤層氣同位素影響作用的難題。
【專利說明】
一種模擬不同動力條件地下水影響煤層氣同位素的裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及一種測量地下水如何影響煤層氣的裝置，尤其是一種模擬不同動力條件地下水影響煤層氣同位素的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]煤巖(即煤炭)埋藏在地下深部時，經(jīng)過漫長地質(zhì)歷史時期，煤巖中的有機(jī)質(zhì)達(dá)到生烴門限之后，可以生成大量的烴類氣體。其中，生成的部分烴類氣體離開母巖而散失到其他巖石中，部分烴類則被吸附在煤巖內(nèi)部微小的孔隙中。這部分被吸附的烴類氣體在地下高溫、高壓的物理?xiàng)l件中，可以穩(wěn)定賦存漫長的時間。但是，后期由于自然地質(zhì)條件的改變，或者是人工開采，煤巖的溫度、壓力降低，曾經(jīng)穩(wěn)定吸附在煤巖中的氣體，就會發(fā)生“解吸”而釋放出來。
[0003]同時，地下埋藏的煤系地層中，普遍發(fā)育地下水，容易造成煤礦礦井突水事故。這些地下水在地下呈流動狀態(tài)，具有不同的流量、流速，即具有不同的“水動力條件”。這些具有不同動力條件的地下水，會長時間不斷地沖洗、浸泡這些煤層，并影響到了吸附在煤層中的吸附氣體。
[0004]煤巖中吸附的氣體，解吸釋放出來之后在一定地質(zhì)條件下聚集形成煤層氣藏。煤層氣屬于一種儲量巨大的非常規(guī)天然氣資源，對煤層氣的勘探開發(fā)工作，煤層氣的地球化學(xué)研究是一項(xiàng)重要的基礎(chǔ)工作。研究煤層氣地球化學(xué)特征，主要是研究煤層氣的碳同位素、氫同位素組成特征及演化規(guī)律。煤層氣碳同位素、氫同位素蘊(yùn)含有豐富的地球化學(xué)信息，可以反映煤層氣的成因，指示煤層氣的來源，能為后期煤層氣的勘探開發(fā)提供理論依據(jù)。
[0005]已有研究成果表明，煤層氣甲烷氣體的碳同位素，可以在地下水影響下發(fā)生顯著的同位素分餾效應(yīng)。但是，目前不同水動力條件下，煤層氣甲烷氣體的碳、氫同位素(尤其是氫同位素)的變化規(guī)律尚不甚清楚，相關(guān)研究十分薄弱。需要深入研究這個問題，則受限制于人類無法直接觀察到處于地下深部的地下水如何直接影響煤層氣。因此，借助于一套實(shí)驗(yàn)?zāi)M裝置來實(shí)現(xiàn)這個研究工作，而目前尚未見有此類裝置的專利。本專利，就是針對這個實(shí)驗(yàn)?zāi)M裝置而進(jìn)行。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]本實(shí)用新型為了克服以上技術(shù)的不足，提供了一種模擬不同動力條件地下水影響煤層氣同位素的裝置，該裝置可以通過改變地下水的動力條件對煤巖及其解吸氣進(jìn)行改造影響，并收集遭受不同水動力地下水改造之后煤巖解吸出的氣體，對收集到的氣體進(jìn)行碳、氫同位素的實(shí)驗(yàn)研究，據(jù)此得知不同動力條件地下水影響下煤層氣碳?xì)渫凰氐淖兓?guī)律。這為我國普遍發(fā)育地下水的煤系地層進(jìn)行煤層氣同位素研究提供了相關(guān)的基礎(chǔ)理論依據(jù)，解決了現(xiàn)有技術(shù)手段無法直接觀察到地下水對煤層氣同位素影響作用的難題。
[0007]本實(shí)用新型克服其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0008]—種模擬不同動力條件地下水影響煤層氣同位素的裝置，包括頂蓋可打開的密封缸體，缸體上連接有抽真空栗以去除缸體內(nèi)的雜質(zhì)氣體，缸體上設(shè)置有進(jìn)水口、排水口和排氣口，所述進(jìn)水口與儲水裝置相連接;缸體內(nèi)設(shè)置有測量缸體內(nèi)水溫的溫度測量裝置和測量缸體內(nèi)壓力的壓力測量裝置。
[0009]根據(jù)本實(shí)用新型優(yōu)選的，所述與缸體的進(jìn)水口相連接的儲水裝置包括水箱、設(shè)置于水箱內(nèi)的加熱裝置以及測量水箱內(nèi)溫度并控制加熱過程的溫控儀。
[0010]根據(jù)本實(shí)用新型優(yōu)選的，所述儲水裝置的出水口或往缸體輸水的管路上設(shè)置有控制進(jìn)水水流速度、流量的控制儀表I。
[0011]根據(jù)本實(shí)用新型優(yōu)選的，所述排水口處設(shè)置有控制出水流速度、流量的控制儀表Π，可以控制與進(jìn)水的水流速度、流量相同，也可以控制與進(jìn)水的水流速度、流量不同。
[0012]根據(jù)本實(shí)用新型優(yōu)選的，所述進(jìn)水口設(shè)置于缸體的中上部或頂部，排水口設(shè)置于缸體的底部，排氣口設(shè)置于缸體的頂部。
[0013]根據(jù)本實(shí)用新型優(yōu)選的，所述溫度測量裝置設(shè)置于缸體的側(cè)壁底部，壓力測量裝置設(shè)置于缸體的側(cè)壁中上部。
[0014]根據(jù)本實(shí)用新型優(yōu)選的，所述缸體的形狀為柱體、材質(zhì)為不銹鋼。
[0015]本實(shí)用新型的有益效果是:
[0016]1、該裝置可以通過改變地下水的動力條件對煤巖及其解吸氣進(jìn)行改造影響，并收集經(jīng)地下水改造后的煤巖解吸氣體，對收集到的氣體進(jìn)行碳、氫同位素研究，據(jù)此得知不同動力條件地下水影響下煤層氣碳?xì)渫凰氐淖兓?guī)律。這為我國普遍發(fā)育地下水的煤系地層進(jìn)行煤層氣同位素研究提供了相關(guān)的基礎(chǔ)理論依據(jù)，解決了現(xiàn)有技術(shù)手段無法直接觀察到地下水對煤層氣同位素影響作用的難題。
[0017]2、該裝置精確度高，可靠性強(qiáng)，使用方便，制造成本低。
【附圖說明】
[0018]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖中，1、缸體，2、抽真空栗，3、進(jìn)水口，4、排水口，5、排氣口，6、溫度測量裝置，7、壓力測量裝置，8、水箱，9、加熱裝置，1、溫控儀，11、控制儀表I，12、控制儀表Π。
【具體實(shí)施方式】
[0020]為了便于本領(lǐng)域人員更好的理解本實(shí)用新型，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)說明，下述僅是示例性的不限定本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
[0021]如圖1所示，本實(shí)施例的模擬不同動力條件地下水影響煤層氣同位素的裝置，包括頂蓋可打開的密封不銹鋼缸體I，缸體的形狀為棱柱體或圓柱體，缸體煤巖的放入、取出通過打開頂蓋實(shí)現(xiàn)，頂蓋上設(shè)置有把手以方便掀開頂蓋，在缸體底部放上大約40cm X 40cm X40cm的塊狀煤巖后，上方還剩余大約40cm的高度空間以容納煤巖解吸出的氣體，該缸體可循環(huán)使用。缸體I上連接有抽真空栗2以去除缸體內(nèi)的雜質(zhì)氣體確保缸體內(nèi)的真空度。缸體I的中上部或頂部設(shè)置有進(jìn)水口 3，進(jìn)水口 3與儲水裝置相連接往缸體I內(nèi)注入水流以沖洗、浸泡缸體內(nèi)的煤巖，水流速度和流量可以通過設(shè)置在儲水裝置的出水口或往缸體輸水的管路上的控制儀表111精確控制，水流長時間連續(xù)注入對煤巖進(jìn)行沖洗、浸泡來改造煤巖及其解吸氣;所述儲水裝置包括水箱8、設(shè)置于水箱內(nèi)的加熱裝置9以及測量水箱內(nèi)溫度的溫控儀1，可以精確控制注入缸體I內(nèi)的水溫，溫度范圍在10-80 0C O缸體I的底部設(shè)置有排水口 4將沖洗、浸泡過煤巖后的水排出缸體外，排水口 4處設(shè)置有控制出水流速度和流量的控制儀表Π 12，既可以控制與進(jìn)水的水流速度、流量相同，也可以控制與進(jìn)水的水流速度、流量不同。缸體I的頂部設(shè)置有排氣口 5，排氣口 5可以把缸體內(nèi)煤巖解吸出來的氣體收集到氣樣瓶中。缸體I的側(cè)壁底部設(shè)置有精確測量缸體內(nèi)實(shí)際水溫的高精度溫度測量裝置6，缸體I的側(cè)壁中上部設(shè)置有精確測量缸體內(nèi)壓力的壓力測量裝置7，所述溫度測量裝置6和壓力測量裝置7分別為溫度計(jì)和壓力計(jì)。
[0022]使用該實(shí)用新型的裝置進(jìn)行不同水動力條件地下水模擬實(shí)驗(yàn)時，首先，打開缸體I的頂蓋，將煤巖放置于缸體底部，蓋好頂蓋;其次，用抽真空栗2進(jìn)行抽真空以去除缸體內(nèi)雜質(zhì)氣體，當(dāng)達(dá)到所需真空度時關(guān)閉抽真空栗;然后，通過進(jìn)水口 3往缸體I內(nèi)注水，注入的水可以通過儲水裝置內(nèi)的加熱裝置9進(jìn)行加熱，用溫控儀10測得當(dāng)水達(dá)到所需溫度時停止加熱并恒溫，儲水裝置內(nèi)的水往缸體內(nèi)注入時通過控制儀表111控制水流速度和流量，水流長時間連續(xù)對煤巖進(jìn)行沖洗、浸泡來改造煤巖及其解吸氣，溫度計(jì)6和壓力計(jì)7可分別實(shí)時監(jiān)控缸體I內(nèi)的實(shí)際水溫和氣壓數(shù)據(jù)動態(tài)變化，在往缸體內(nèi)注水的同時，還要適當(dāng)?shù)嘏潘潘乃俣群土髁客ㄟ^控制儀表Π 12予以控制，對煤巖進(jìn)行沖洗、浸泡達(dá)到所需時間后，從排氣口 5處將缸體內(nèi)煤巖解吸出來的氣體收集到氣樣瓶中，氣體收集過程中要保證氣密性，不能漏入空氣，對收集到氣樣瓶中的氣體進(jìn)行檢測分析煤層氣的碳、氫同位素;最后，將沖洗過煤巖的水由排水口 4全部排出，取出煤巖。
[0023]在進(jìn)行完上述一輪實(shí)驗(yàn)?zāi)M后，改變不同的水流注入速度和流量以及排水速度和流量，再收集煤巖解吸出來的氣體，對其進(jìn)行檢測分析煤層氣的碳、氫同位素。通過多輪實(shí)驗(yàn)?zāi)M后，得到不同水動力地下水影響下煤層氣碳、氫同位素的變化規(guī)律。
[0024]以上僅描述了本實(shí)用新型的基本原理和優(yōu)選實(shí)施方式，本領(lǐng)域人員可以根據(jù)上述描述作出許多變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)應(yīng)該屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種模擬不同動力條件地下水影響煤層氣同位素的裝置，其特征在于:包括頂蓋可打開的密封缸體(I )，缸體(I)上連接有抽真空栗(2 )以去除缸體內(nèi)的雜質(zhì)氣體，缸體(I)上設(shè)置有進(jìn)水口(3)、排水口(4)和排氣口(5)，所述進(jìn)水口(3)與儲水裝置相連接;缸體內(nèi)設(shè)置有測量缸體內(nèi)水溫的溫度測量裝置(6)和測量缸體內(nèi)壓力的壓力測量裝置(7)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于:所述與缸體的進(jìn)水口(3)相連接的儲水裝置包括水箱(8)、設(shè)置于水箱內(nèi)的加熱裝置(9)以及測量水箱內(nèi)溫度的溫控儀(10)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于:所述儲水裝置的出水口或往缸體輸水的管路上設(shè)置有控制進(jìn)水水流速度、流量的控制儀表I (11)。4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的裝置，其特征在于:所述排水口(4)處設(shè)置有控制出水流速度、流量的控制儀表Π( 12)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于:所述進(jìn)水口(3)設(shè)置于缸體(I)的中上部或頂部，排水口( 4)設(shè)置于缸體(I)的底部，排氣口( 5)設(shè)置于缸體(I)的頂部。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于:所述溫度測量裝置(6)設(shè)置于缸體(I)的側(cè)壁底部，壓力測量裝置(7)設(shè)置于缸體(I)的側(cè)壁中上部。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于:所述缸體(I)的形狀為柱體、材質(zhì)為不銹鋼。
【文檔編號】G01N33/22GK205581097SQ201620357037
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2016年4月26日
【發(fā)明人】何金先, 張曉麗, 吳泓辰, 任澤強(qiáng), 馬麗
【申請人】中國礦業(yè)大學(xué)