本實(shí)用新型涉及礦業(yè)工程利用模擬實(shí)驗(yàn)的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到一種注CO2提高淺層氣采收率的測試模擬裝置。

背景技術(shù)：

目前，我國煤層氣資源豐富，但受控于我國復(fù)雜的地質(zhì)條件，儲(chǔ)層滲透率普遍較低。淺層氣是指埋藏深度比較淺（一般在1500m以內(nèi)）、儲(chǔ)量比較小的各類天然氣資源。主要包括生物氣、油型氣、煤層甲烷氣、水溶氣等。

淺層氣具有以下特點(diǎn)：（1）埋藏淺，成因復(fù)雜。淺層氣最主要的特點(diǎn)就是埋藏淺，一般從地表以下20m到1500m的各類地層均有分布，而又相對(duì)集中在第四系和第三系。個(gè)別地區(qū)存在于石炭一二疊系，更老的地層因受儲(chǔ)蓋層條件的限制而分布較少。從氣源條件來看，既有生物氣，又有煤成氣、油型氣、水溶氣，甚至還有生物降解氣和低成熟氣等。從分布的地層來看，第四系以生物氣為主，第三系以油型氣為主，石炭一二疊系含煤地層以煤層氣為主。

（2）儲(chǔ)量小，豐度低。雖然淺層氣類型較多，分布較廣，資源量較大，但由于受成藏條件的限制，單個(gè)氣藏的儲(chǔ)量都不大，而且隨氣藏埋深的減小儲(chǔ)量也隨之減少。從地質(zhì)條件來看，埋藏0～150m內(nèi)的地層不具備形成大氣藏的條件，只能形成一些小氣包，但可能在平面上大面積展布，單個(gè)氣藏的儲(chǔ)量從幾萬到百萬立方米，只有埋深逾500m的地層在生儲(chǔ)蓋條件較為優(yōu)越時(shí)才能形成較大規(guī)模的氣藏。

（3）類型多，分布廣。與常規(guī)氣藏一樣，淺層氣藏的類型也是多種多樣的，除構(gòu)造圈閉氣藏外，還有斷層遮擋圈閉氣藏、巖性圈閉氣藏、水溶性氣藏等各種復(fù)雜類型的氣藏。與常規(guī)氣藏不同的是，淺層氣藏的分布不受含油氣區(qū)的控制，只與氣源條件相關(guān)。由于我國有眾多的中新生代沉積盆地，淺層氣源廣泛，因此，淺層氣藏的分布范圍也很廣泛。這為淺層氣的勘探開發(fā)提供了廣闊的前景。

因此，在進(jìn)行淺層氣開采時(shí)，需要對(duì)開采的方式進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)。目前對(duì)于淺層氣井利用二氧化碳驅(qū)替淺層氣的物理模擬試件制作取得了很多成果，但是其制作方法還存在很多不足，不能準(zhǔn)確反映原始含氣地層條件。因此，需要設(shè)計(jì)這樣一種更為合理的淺層氣二氧化碳驅(qū)替的模擬方法，以便于模擬結(jié)果更接近實(shí)際情況。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是提供一種注CO2提高淺層氣采收率的測試模擬裝置。

為達(dá)上述目的，本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中提供了一種注CO2提高淺層氣采收率的測試模擬裝置，其特征在于，包括：

配置有電磁閥的進(jìn)網(wǎng)總管和出網(wǎng)總管；

模擬系統(tǒng)，用于在測試模擬裝置中模擬形成含有淺層氣的地層；模擬系統(tǒng)包括帶有溫控系統(tǒng)并耐高壓的試驗(yàn)箱以及安裝在試驗(yàn)箱內(nèi)的樣品熱縮管；試驗(yàn)箱上配置有壓力安全閥以及分別與樣品熱縮管兩端連接的進(jìn)入總管和放空管；進(jìn)入總管上安裝有進(jìn)入總管閥門，放空管上安裝有放空閥；進(jìn)入總管通過第一支管接入進(jìn)網(wǎng)總管，并在第一支管上配置有電磁閥和壓力傳感器；放空管通過放空支管接入出網(wǎng)總管，并在放空支管上配置有電磁閥和壓力傳感器；放空支管還通過一根側(cè)管接入真空泵，該側(cè)管上也配置有電磁閥；放空支管上還配置有氣相色譜儀；

試驗(yàn)箱內(nèi)設(shè)置有溫度傳感器和壓力傳感器，進(jìn)入總管上配置有流量傳感器；模擬系統(tǒng)配置有穩(wěn)壓氣泵，穩(wěn)壓氣泵的端口與試驗(yàn)箱連通維持樣品熱縮管的圍壓；

試驗(yàn)氣注入系統(tǒng)，用于經(jīng)過進(jìn)網(wǎng)總管向試驗(yàn)箱的樣品熱縮管內(nèi)注入試驗(yàn)氣體；試驗(yàn)氣注入系統(tǒng)包括配置有二氧化碳支管的二氧化碳高壓氣瓶、配置有氮?dú)庵Ч艿牡獨(dú)飧邏簹馄亢团渲糜屑淄橹Ч艿募淄楦邏簹馄?；二氧化碳支管、氮?dú)庵Ч芎图淄橹Ч芫渲糜袣鈮涸鰤簷C(jī)和電磁閥，并接入進(jìn)網(wǎng)總管；

排放氣處理系統(tǒng)，包括與出網(wǎng)總管連接并配置有電磁閥和流量傳感器的排放氣支管，排放氣支管依次接入二氧化碳吸收裝置和甲烷處理裝置。

作為本實(shí)用新型的優(yōu)化方案之一，還包括管理系統(tǒng)，管理系統(tǒng)包括集成在控制中心的中央處理器、顯示器、輸入設(shè)備以及報(bào)警器；中央處理器與電磁閥、壓力傳感器、溫度傳感器、穩(wěn)壓氣泵、氣體增壓機(jī)通信連接并控制其工作狀態(tài)。

作為本實(shí)用新型的優(yōu)化方案之一，二氧化碳支管、氮?dú)庵Ч芎图淄橹Ч苌暇渲糜袣鈮罕怼?/p>

作為本實(shí)用新型的優(yōu)化方案之一，氣壓增壓機(jī)通過一個(gè)三通閥接入二氧化碳支管、氮?dú)庵Ч芎图淄橹Ч堋?/p>

作為本實(shí)用新型的優(yōu)化方案之一，二氧化碳吸收裝置包括至少兩級(jí)堿液箱，排放氣支管排出的氣體依次進(jìn)入兩級(jí)堿液箱。

作為本實(shí)用新型的優(yōu)化方案之一，出網(wǎng)總管通過法蘭與排放氣支管連接。

綜上所述，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)：

本實(shí)用新型通過在試驗(yàn)箱內(nèi)模擬形成含有淺層氣的地層，并通過穩(wěn)壓氣泵保持試驗(yàn)箱內(nèi)樣品熱縮管合適的圍壓，試驗(yàn)箱內(nèi)可以根據(jù)需要控制試驗(yàn)所需的溫度和壓力，借助試驗(yàn)氣注入系統(tǒng)的配合來進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，可以有效的模擬注入二氧化碳驅(qū)替地表層中的淺層氣的作用以及效果，為項(xiàng)目施工提供有價(jià)值的參考，避免出現(xiàn)施工不合理或者資源利用效果低的問題出現(xiàn)。

本實(shí)用新型的裝置便于模擬結(jié)果更接近實(shí)際情況，為更深入研究煤層氣的高效利用提供支持。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型的示意圖。

其中，1、進(jìn)網(wǎng)總管；2、出網(wǎng)總管；3、試驗(yàn)箱；4、進(jìn)入總管；5、放空管；6、壓力安全閥；7、總管閥門；8、第一支管；9、壓力傳感器；10、側(cè)管；11、真空泵；12、穩(wěn)壓氣泵；13、二氧化碳高壓氣瓶；14、氮?dú)飧邏簹馄浚?5、甲烷高壓氣瓶；16、二氧化碳支管；17、氮?dú)庵Ч埽?8、甲烷支管；19、氣壓增壓機(jī)；20、樣品熱縮管；21、氣相色譜儀；22、二氧化碳吸收裝置；23、甲烷處理裝置；24、排放氣支管。

具體實(shí)施方式

本實(shí)用新型提供了一種注CO2提高淺層氣采收率的測試模擬裝置，包括配置有電磁閥的進(jìn)網(wǎng)總管1和出網(wǎng)總管2。進(jìn)網(wǎng)總管1和出網(wǎng)總管2是本裝置各個(gè)系統(tǒng)相互連接的主要管道，其上配置的電磁閥可以用于在需要的時(shí)候關(guān)閉相應(yīng)管路。

模擬系統(tǒng)用于在測試模擬裝置中模擬形成含有淺層氣的地層。模擬系統(tǒng)包括帶有溫控系統(tǒng)并耐高壓的試驗(yàn)箱3以及安裝在試驗(yàn)箱3內(nèi)的樣品熱縮管20。試驗(yàn)箱上配置有壓力安全閥6以及分別與樣品熱縮管兩端連接的進(jìn)入總管4和放空管5，進(jìn)入總管4上安裝有進(jìn)入總管閥門7。試驗(yàn)箱自帶溫度控制裝置，可以控制內(nèi)部的溫度，并可以承受較大的壓強(qiáng)。

放空管上安裝有放空閥，放空閥用于在實(shí)驗(yàn)前通入氮?dú)馀懦隹諝饣蛘咴谄渌枰懦囼?yàn)箱內(nèi)部氣體或者降低氣壓時(shí)使用。壓力安全閥用于監(jiān)控試驗(yàn)箱內(nèi)的壓力，避免因操作失誤導(dǎo)致壓力失常。放空支管上還配置有氣相色譜儀21，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控樣品熱縮管內(nèi)排出的氣體成分。

進(jìn)入總管通過第一支管8接入進(jìn)網(wǎng)總管，并在第一支管8上配置有電磁閥和壓力傳感器9。放空管5通過放空支管接入出網(wǎng)總管2，并在放空支管上配置有電磁閥和壓力傳感器。放空支管還通過一根側(cè)管10接入真空泵11，該側(cè)管上也配置有電磁閥。

試驗(yàn)箱內(nèi)設(shè)置有溫度傳感器和壓力傳感器，進(jìn)入總管上配置有流量傳感器；模擬系統(tǒng)配置有穩(wěn)壓氣泵12，穩(wěn)壓氣泵的端口與試驗(yàn)箱連通維持樣品熱縮管20的圍壓。穩(wěn)壓氣泵可以向試驗(yàn)箱內(nèi)通入高壓氣體，使其內(nèi)部形成高壓，進(jìn)而使得試驗(yàn)箱內(nèi)部頁巖層的環(huán)境與在地底時(shí)保持一致。

試驗(yàn)氣注入系統(tǒng)用于經(jīng)過進(jìn)網(wǎng)總管向試驗(yàn)箱內(nèi)注入試驗(yàn)氣體。試驗(yàn)氣注入系統(tǒng)包括配置有二氧化碳支管16的二氧化碳高壓氣瓶13、配置有氮?dú)庵Ч?7的氮?dú)飧邏簹馄?4和配置有甲烷支管18的甲烷高壓氣瓶15。二氧化碳支管、氮?dú)庵Ч芎图淄橹Ч芫渲糜袣鈮涸鰤簷C(jī)19和電磁閥，并接入進(jìn)網(wǎng)總管。因此，在需要通入某種試驗(yàn)氣體時(shí)，可以關(guān)閉其他試驗(yàn)氣體支管上的電磁閥，讓所需氣體增壓或者不增壓的情況下直接進(jìn)入試驗(yàn)箱內(nèi)。試驗(yàn)箱內(nèi)預(yù)先放置有地底巖石結(jié)構(gòu)相似的巖土。

排放氣處理系統(tǒng)包括與出網(wǎng)總管連接并配置有電磁閥和流量傳感器的排放氣支管24，優(yōu)選出網(wǎng)總管通過法蘭與排放氣支管連接。排放氣支管依次接入二氧化碳吸收裝置22和甲烷處理裝置23。排放氣處理系統(tǒng)主要用于處理排放出的溫室氣體，避免對(duì)環(huán)境產(chǎn)生不利影響。

本實(shí)用新型還包括管理系統(tǒng)，管理系統(tǒng)包括集成在控制中心的中央處理器、顯示器、輸入設(shè)備以及報(bào)警器。中央處理器與電磁閥、壓力傳感器、溫度傳感器、穩(wěn)壓氣泵、氣體增壓機(jī)通信連接并控制其工作狀態(tài)。

本實(shí)用新型的一個(gè)優(yōu)化實(shí)施例之一中，氣壓增壓機(jī)通過一個(gè)三通閥接入二氧化碳支管、氮?dú)庵Ч芎图淄橹Ч?。二氧化碳支管、氮?dú)庵Ч芎图淄橹Ч苌暇渲糜袣鈮罕恚梢噪S時(shí)觀察到氣壓瓶中的壓力。

本實(shí)用新型的一個(gè)優(yōu)化實(shí)施例之一中，二氧化碳吸收裝置包括至少兩級(jí)堿液箱，排放氣支管排出的氣體依次進(jìn)入兩級(jí)堿液箱。

利用本實(shí)用新型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測試的步驟如下：

一、氣密性檢測：

氣密性檢測目的是保證整個(gè)系統(tǒng)的密閉程度，進(jìn)而提高實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。具體實(shí)驗(yàn)步驟如下：(1)將裝置按照?qǐng)Dl所示連接起來，將氮?dú)飧邏簹馄颗c進(jìn)網(wǎng)總管連通；(2)將實(shí)驗(yàn)樣品裝入試驗(yàn)箱內(nèi)，然后將試驗(yàn)箱密閉，保證圍壓穩(wěn)定；(3)將實(shí)驗(yàn)中相關(guān)的電磁閥或者其他類型閥關(guān)閉，同時(shí)打開氮?dú)飧邏簹馄?，使注入壓力達(dá)到lMPa；(4)注入一段引間后，關(guān)閉氮?dú)飧邏簹馄?，使整個(gè)裝置系統(tǒng)穩(wěn)

定一段時(shí)間，觀察壓力監(jiān)測系統(tǒng)的變化，若不變化，說明系統(tǒng)氣密性較好，若壓力降低，說明系統(tǒng)氣密性較差，需要進(jìn)行進(jìn)一步檢測；(5)將放空閥打開，開啟真空泵將氣體釋放掉。

二、注入甲烷模擬樣品內(nèi)分散煤層氣：

關(guān)閉相應(yīng)的閥門，打開甲烷高壓氣瓶向試驗(yàn)箱的樣品熱縮管內(nèi)注入一定量的甲烷氣，在注入之前樣品熱縮管內(nèi)已經(jīng)填充有樣品，使甲烷氣體貯存在巖土層介質(zhì)中，然后靜置一段時(shí)間后，甲烷氣體處于游離狀態(tài)，分布在樣品的孔隙中；并檢測樣品熱縮管和試驗(yàn)箱的壓力值，通過穩(wěn)壓氣泵讓圍壓維持在實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)壓力上，同時(shí)調(diào)節(jié)溫度控制器，使得試驗(yàn)箱內(nèi)的溫度也達(dá)到所需溫度。同時(shí)通過調(diào)節(jié)甲烷氣體的注入壓力和注入量使熱縮管內(nèi)的壓力達(dá)到實(shí)驗(yàn)所需的壓力并保持恒定；當(dāng)試驗(yàn)箱的壓力不再變化時(shí)注入過程結(jié)束。

三、二氧化碳驅(qū)替甲烷模擬過程：

當(dāng)甲烷氣體在巖土層介質(zhì)樣品表面和孔隙中分散形成模擬系統(tǒng)后，注入二氧化碳，將甲烷從多孔介質(zhì)中驅(qū)替出來，而后通過穩(wěn)定驅(qū)替過程，實(shí)現(xiàn)二氧化碳完全驅(qū)替甲烷過程。具體實(shí)驗(yàn)過程如下：清空排放氣處理系統(tǒng)中的氣體；打開二氧化碳高壓氣瓶的閥門，注入壓力保持穩(wěn)定；用氣相色譜儀檢測產(chǎn)出氣體的組分變化，啟動(dòng)管理系統(tǒng)的控制軟件自動(dòng)采集工作時(shí)間、壓力、溫度等相關(guān)數(shù)據(jù)；當(dāng)氣相色譜儀的分析結(jié)果達(dá)到實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的數(shù)值時(shí)，關(guān)閉二氧化碳高壓氣瓶。

四、排放氣處理系統(tǒng)

通過排放氣處理系統(tǒng)，測量二氧化碳流出量以及甲烷氣體的驅(qū)替量，同時(shí)，通過注入壓力計(jì)算出注入二氧化碳的總量。將二氧化碳高壓氣瓶打開使其注入壓力保持穩(wěn)定，驅(qū)替數(shù)個(gè)小時(shí)。當(dāng)無甲烷流出后，將二氧化碳高壓氣瓶關(guān)閉。通過計(jì)算得出后期驅(qū)替二氧化碳注入總量，以及收集到的二氧化碳和甲烷的量；計(jì)算驅(qū)替過程中二氧化碳的使用量。

五、試驗(yàn)系統(tǒng)清理

試驗(yàn)結(jié)束后，打開真空泵以及進(jìn)入總管上的閥門，同時(shí)關(guān)閉出網(wǎng)總管和注入系統(tǒng)上的閥門，將樣品熱縮管內(nèi)的氣體慢慢泄放；同時(shí)，打開安全閥讓試驗(yàn)箱內(nèi)的壓力緩慢釋放。最后解除氣路連接，冷卻降溫取出樣品。

雖然結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式進(jìn)行了詳細(xì)地描述，但不應(yīng)理解為對(duì)本專利的保護(hù)范圍的限定。在權(quán)利要求書所描述的范圍內(nèi)，本領(lǐng)域技術(shù)人員不經(jīng)創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改和變形仍屬本專利的保護(hù)范圍。