本發(fā)明涉及煤層氣增采技術(shù)領(lǐng)域范疇，尤其涉及一種超臨界CO2提高煤層滲透性的裝置。
背景技術(shù)：
我國(guó)煤層氣資源豐富，煤層氣賦存條件復(fù)雜，高瓦斯煤層和突出礦井煤層普遍為低滲透煤層。目前，主要采用鉆孔抽采、水壓致裂抽采、水力割縫抽采和注水驅(qū)氣等方法提高煤層氣的采收率，但效果不理想。并且隨著煤層開(kāi)采深度增加，地應(yīng)力、煤層氣孔隙壓力和地溫增加，煤層透氣性降低，也造成煤層氣采收率較低。利用CO2強(qiáng)化儲(chǔ)存煤層氣回采方法(ECBM)可以顯著提高采收率，但降低煤層滲透性，并且容易誘發(fā)煤與CO2突出事故。
當(dāng)煤層埋藏深度超過(guò)800m，煤層的原巖溫度和壓力使CO2達(dá)到超臨界狀態(tài)，超臨界CO2黏度與氣態(tài)CO2相近，密度與液態(tài)CO2相近，具有零表面張力、高擴(kuò)散系數(shù)等特點(diǎn)。煤層注入超臨界CO2可以有效驅(qū)替煤層CH4、提高煤層氣采收率，還可以改善煤層結(jié)構(gòu)、提高煤層滲透性。為了詳細(xì)研究超臨界CO2提高煤層滲透性規(guī)律，需要對(duì)原有試驗(yàn)裝置進(jìn)行革新。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明一種超臨界CO2提高煤層滲透性的裝置的目的在于，改變現(xiàn)有試驗(yàn)裝置壓力不穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)有效控制流體相態(tài)與試驗(yàn)溫度。為改變煤層氣采收率低的現(xiàn)狀、提高煤層氣采收率，提供了一種可以有效改變煤層結(jié)構(gòu)、提高煤層滲透性的裝置。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：
一種超臨界CO2提高煤層滲透性的裝置，包括：注氣系統(tǒng)21、增壓裝置22、壓力釜7、溫度控制系統(tǒng)23、三軸滲流裝置9、加載系統(tǒng)24、集氣系統(tǒng)25、抽真空系統(tǒng)26和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)27；所述注氣系統(tǒng)21由N2瓶1和液態(tài)CO2瓶2組成，所述N2瓶1通過(guò)六通閥6與壓力釜7一端相連，所述液態(tài)CO2瓶2通過(guò)增壓裝置22與壓力釜7連接，壓力釜7另一端通過(guò)閥門8與三軸滲流裝置9注入端連接，三軸滲流裝置9出氣端通過(guò)六通閥15分別與加載系統(tǒng)24、集氣系統(tǒng)25和抽真空系統(tǒng)26連接；所述壓力釜7與三軸滲流裝置9均位于溫度控制系統(tǒng)23中；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)27與六通閥6或六通閥15連接。
其中，所述的注氣系統(tǒng)21中，液態(tài)CO2經(jīng)增壓裝置22升壓后直接注入壓力釜7，經(jīng)過(guò)溫度控制系統(tǒng)23恒溫水浴加熱，達(dá)到超臨界狀態(tài)。
其中，所述的增壓裝置22由增壓泵3和空氣壓縮機(jī)4構(gòu)成。
其中，所述的溫度控制系統(tǒng)23包括水浴箱5。
其中，所述的加載系統(tǒng)24由手動(dòng)壓力泵11和穩(wěn)壓器10構(gòu)成。
其中，所述的抽真空系統(tǒng)26包括真空泵14。
其中，所述的集氣系統(tǒng)25由取氣裝置12和流量計(jì)13組成。
其中，所述的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)27包括數(shù)據(jù)采集儀16、17。
本發(fā)明一種超臨界CO2提高煤層滲透性的裝置的有效益處：
在實(shí)驗(yàn)室三軸滲流裝置基礎(chǔ)上，本發(fā)明增設(shè)了注氣系統(tǒng)、壓力釜、溫度控制系統(tǒng)，并且將壓力釜和三軸滲流裝置放置在水浴箱中恒溫水浴加熱；注氣系統(tǒng)可以保證氣源壓力穩(wěn)定，液態(tài)CO2經(jīng)過(guò)增壓裝置增壓再通入壓力釜中經(jīng)過(guò)水浴加熱，達(dá)到超臨界狀態(tài)；通過(guò)水浴加熱，溫度控制系統(tǒng)可以保證壓力釜和三軸滲流裝置溫度穩(wěn)定，并檢查裝置氣密性；三軸滲流裝置出氣端的壓力為大氣壓力，增加取氣裝置可以保證流體平穩(wěn)流出。
附圖說(shuō)明
圖1為本發(fā)明一種超臨界CO2提高煤層滲透性的裝置的系統(tǒng)示意圖；
圖1中，1-N2瓶；2-液態(tài)CO2瓶；3-增壓泵；4-空氣壓縮機(jī)；5-水浴箱；6-六通閥；7-壓力釜；8-閥門；9-三軸滲流裝置；10-穩(wěn)壓器；11-手動(dòng)壓力泵；12-取氣裝置；13-流量計(jì)；14-真空泵；15-六通閥；16、17-數(shù)據(jù)采集儀；21-注氣系統(tǒng)；22-增壓裝置；23-溫度控制系統(tǒng)；24-加載系統(tǒng)；25-集氣系統(tǒng)；26-抽真空系統(tǒng)；27-數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
具體實(shí)施方式
為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
圖1為本發(fā)明一種超臨界CO2提高煤層滲透性的裝置的系統(tǒng)示意圖，由圖1可見(jiàn)，本發(fā)明一種超臨界CO2提高煤層滲透性的裝置包括：注氣系統(tǒng)21、增壓裝置22、壓力釜7、溫度控制系統(tǒng)23、三軸滲流裝置9、加載系統(tǒng)24、集氣系統(tǒng)25、抽真空系統(tǒng)26和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)27；所述注氣系統(tǒng)21由N2瓶1和液態(tài)CO2瓶2組成，所述N2瓶1通過(guò)六通閥6與壓力釜7一端相連，所述液態(tài)CO2瓶2通過(guò)增壓裝置22與壓力釜7連接，壓力釜7另一端通過(guò)閥門8與三軸滲流裝置9注入端連接，三軸滲流裝置9出氣端通過(guò)六通閥15分別與加載系統(tǒng)24、集氣系統(tǒng)25和抽真空系統(tǒng)26連接；所述壓力釜7與三軸滲流裝置9均位于溫度控制系統(tǒng)23中；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)27與六通閥6或六通閥15連接。
所述的注氣系統(tǒng)21中，液態(tài)CO2經(jīng)增壓裝置22升壓后直接注入壓力釜7，經(jīng)過(guò)溫度控制系統(tǒng)23恒溫水浴加熱，達(dá)到超臨界狀態(tài)。
所述的增壓裝置22由增壓泵3和空氣壓縮機(jī)4構(gòu)成。
所述的溫度控制系統(tǒng)23包括水浴箱5。所述水浴箱5溫度可調(diào)節(jié)范圍為20℃-60℃，實(shí)際使用時(shí)溫度為30℃-60℃，水浴箱5保證了壓力釜和三軸滲流裝置溫度的穩(wěn)定，利用水浴加熱溫度控制系統(tǒng)可以檢查裝置氣密性。
所述的加載系統(tǒng)24為三軸滲流裝置9提供軸壓和圍壓，加載系統(tǒng)24由手動(dòng)壓力泵11和穩(wěn)壓器10構(gòu)成，利用手動(dòng)壓力泵11對(duì)試件施加軸壓、圍壓，壓力變化范圍為0-15MPa。
所述的抽真空系統(tǒng)26包括真空泵14。
所述的集氣系統(tǒng)25由取氣裝置12和流量計(jì)13組成。
所述的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)27包括數(shù)據(jù)采集儀16、17，可以精準(zhǔn)記錄試驗(yàn)全過(guò)程的孔隙壓力、軸壓和圍壓。
本發(fā)明一種超臨界CO2提高煤層滲透性的裝置的操作方法如下：
(1)制備煤試件。利用煤巖切割機(jī)沿煤層層理方向鉆取煤試件，尺寸為φ50×100mm。
(2)將煤試件放入裝置中。
(3)檢查裝置氣密性。調(diào)節(jié)外置溫控器將水浴箱5加熱至試驗(yàn)最高溫度55℃，利用手動(dòng)壓力泵11交替施加軸壓和圍壓至試驗(yàn)最大值12MPa；利用增壓裝置對(duì)CO2增壓至試驗(yàn)最高壓力14MPa，注入壓力釜7內(nèi)，CO2達(dá)到超臨界狀態(tài)；穩(wěn)定1小時(shí)后檢查試驗(yàn)系統(tǒng)，若數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中壓力無(wú)變化表明試驗(yàn)系統(tǒng)氣密性良好。
(4)開(kāi)啟抽真空系統(tǒng)，將系統(tǒng)抽真空。
(5)關(guān)閉閥門8、六通閥15，打開(kāi)六通閥6。預(yù)熱試驗(yàn)系統(tǒng)，打開(kāi)增壓裝置，控制增壓泵3對(duì)液態(tài)CO2加壓再通入壓力釜7內(nèi)，經(jīng)過(guò)水浴加熱，CO2達(dá)到超臨界狀態(tài)。
(6)當(dāng)超臨界CO2壓力值至預(yù)定值，關(guān)閉六通閥6，打開(kāi)閥門8，充分吸附24小時(shí)。通過(guò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記錄壓力釜7內(nèi)初始?jí)毫臀斤柡蜁r(shí)壓力值。
(7)關(guān)閉閥門8，打開(kāi)六通閥15，釋放游離氣體。
(8)開(kāi)啟加載系統(tǒng)，利用手動(dòng)壓力泵11對(duì)煤樣交替施加軸壓和圍壓至預(yù)定值，打開(kāi)六通閥6，通入一定壓力N2，N2壓力低于圍壓，待氣體流速穩(wěn)定后，打開(kāi)取氣裝置12，再利用流量計(jì)13測(cè)取流量，測(cè)量三次求平均值。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。