注二氧化碳與煤中礦物質(zhì)反應(yīng)后滲透率變化實(shí)驗(yàn)裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】注二氧化碳與煤中礦物質(zhì)反應(yīng)后滲透率變化實(shí)驗(yàn)裝置，包括氣體及反應(yīng)液注入系統(tǒng)、煤儲(chǔ)層裂隙及反應(yīng)控制模擬系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)控制監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和廢液廢氣處理系統(tǒng)，氣體及反應(yīng)液注入系統(tǒng)的出口與煤儲(chǔ)層裂隙及反應(yīng)控制模擬系統(tǒng)的進(jìn)口連接，煤儲(chǔ)層裂隙及反應(yīng)控制模擬系統(tǒng)的出口與廢液廢氣處理系統(tǒng)的進(jìn)口連接，煤儲(chǔ)層裂隙及反應(yīng)控制模擬系統(tǒng)通過(guò)數(shù)據(jù)線(xiàn)與計(jì)算機(jī)控制監(jiān)測(cè)系統(tǒng)連接。本發(fā)明能夠模擬測(cè)試不同儲(chǔ)層溫度、不同壓力、不同礦物組合、不同充填方式下的煤儲(chǔ)層裂隙系統(tǒng)。本發(fā)明能夠測(cè)試不同條件下煤儲(chǔ)層注二氧化碳與礦物反應(yīng)后滲透率變化。本發(fā)明自動(dòng)化程度高，主要由計(jì)算機(jī)控制，操作簡(jiǎn)單方便。
【專(zhuān)利說(shuō)明】注二氧化碳與煤中礦物質(zhì)反應(yīng)后滲透率變化實(shí)驗(yàn)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于煤礦安全生產(chǎn)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種注二氧化碳與煤中礦物質(zhì)反應(yīng)后滲透率變化實(shí)驗(yàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]大量的研究表明，在其他條件相同的情況下煤對(duì)二氧化碳?xì)怏w的吸附能力大于對(duì)CH4的吸附能力，為此人們提出了通過(guò)向煤層中注二氧化碳?xì)怏w一方面可能通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)吸附來(lái)置換出甲烷氣體提高煤層氣井的采收率，另一方面部分的二氧化碳?xì)怏w吸附在煤層中，達(dá)到埋藏二氧化碳?xì)怏w，降低溫室氣體排放的目的。煤層在形成過(guò)程及形成后，由于流動(dòng)的釋放及外力的作用，除了形成煤基質(zhì)外，還可能有粘土礦物、硅酸鹽礦物等外來(lái)物質(zhì)的形成和入侵，最終煤層形成了由煤基質(zhì)、孔隙、裂隙、粘土礦物、硅酸鹽礦物和其他礦物組成的復(fù)合巖石。
[0003]二氧化碳?xì)怏w注入煤層后會(huì)與煤層中的水反應(yīng)生成碳酸，碳酸與煤中的粘土礦物、硅酸鹽礦物反應(yīng)，一方面使礦物發(fā)生溶解，使煤儲(chǔ)層裂隙的導(dǎo)流能力增加；另一方面，又會(huì)生成部分的沉淀，使煤儲(chǔ)層裂隙的導(dǎo)流能力減少。粘土礦物的種類(lèi)、含量及硅酸鹽礦物的種類(lèi)、含量等的不同，以及煤儲(chǔ)層本身裂隙寬度、長(zhǎng)度及粘土礦物、硅酸鹽礦物在裂隙中的排列、充填方式等的差異性，造成注二氧化碳?xì)怏w后造成的煤儲(chǔ)層裂隙導(dǎo)流能力正、負(fù)效應(yīng)的差異性。查明不同粘土礦物、硅酸鹽礦物含量、充填排列方式、煤儲(chǔ)層原始裂隙的長(zhǎng)度、寬度等對(duì)注入二氧化碳?xì)怏w后煤儲(chǔ)層導(dǎo)流能力的影響是進(jìn)行二氧化碳?xì)怏w注入量、泵注參數(shù)優(yōu)化的基礎(chǔ)。
[0004]但目前還沒(méi)有一種儀器能對(duì)不同粘土礦物、硅酸鹽礦物含量，不同的充填排列方式，不同煤儲(chǔ)層裂隙發(fā)育條件的注二氧化碳?xì)怏w后的煤儲(chǔ)層導(dǎo)流能力進(jìn)行測(cè)試，基于此，本次設(shè)計(jì)出一種注二氧化碳?xì)怏w與煤中主要礦物質(zhì)反應(yīng)前后滲透率變化實(shí)驗(yàn)測(cè)試裝置，以期為注二氧化碳泵注參數(shù)設(shè)計(jì)提供理論指導(dǎo)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)中無(wú)法得知煤中粘土礦物的種類(lèi)、含量，硅酸鹽礦物的種類(lèi)、含量及在煤中排列充填方式等的不同及煤儲(chǔ)層溫度、裂隙發(fā)育等的差異造成注二氧化碳?xì)怏w后與煤中這些物質(zhì)反應(yīng)造成煤儲(chǔ)層滲透率變化規(guī)律不明，可能錯(cuò)誤指導(dǎo)煤層氣井的生產(chǎn)的現(xiàn)實(shí)等不足之處，提供一種注二氧化碳與煤中礦物質(zhì)反應(yīng)后滲透率變化實(shí)驗(yàn)裝置，該裝置能測(cè)試不同種類(lèi)的粘土礦物、不同種類(lèi)的硅酸鹽礦物、不同溫度、不同原始儲(chǔ)層裂隙發(fā)育程度下注二氧化碳后造成的煤儲(chǔ)層導(dǎo)流能力的改變量，為現(xiàn)場(chǎng)注二氧化碳的儲(chǔ)層選擇及泵注參數(shù)提供理論指導(dǎo)。
[0006]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:注二氧化碳與煤中礦物質(zhì)反應(yīng)后滲透率變化實(shí)驗(yàn)裝置，包括氣體及反應(yīng)液注入系統(tǒng)、煤儲(chǔ)層裂隙及反應(yīng)控制模擬系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)控制監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和廢液廢氣處理系統(tǒng)，氣體及反應(yīng)液注入系統(tǒng)的出口與煤儲(chǔ)層裂隙及反應(yīng)控制模擬系統(tǒng)的進(jìn)口連接，煤儲(chǔ)層裂隙及反應(yīng)控制模擬系統(tǒng)的出口與廢液廢氣處理系統(tǒng)的進(jìn)口連接，煤儲(chǔ)層裂隙及反應(yīng)控制模擬系統(tǒng)通過(guò)數(shù)據(jù)線(xiàn)與計(jì)算機(jī)控制監(jiān)測(cè)系統(tǒng)連接。
[0007]所述氣體及反應(yīng)液注入系統(tǒng)包括二氧化碳高壓氣瓶、氦氣高壓氣瓶、伺服增壓器、水箱、水泵和空氣壓縮機(jī)，二氧化碳高壓氣瓶和氦氣高壓氣瓶并聯(lián)并通過(guò)第一高壓管與伺服增壓器的進(jìn)氣口連接，空氣壓縮機(jī)的出氣口與伺服增壓器的增壓口連接，水箱通過(guò)水泵與伺服增壓器的進(jìn)水口連接，伺服增壓器的出口通過(guò)第二高壓管與煤儲(chǔ)層裂隙及反應(yīng)控制模擬系統(tǒng)連接，伺服增壓器通過(guò)所述數(shù)據(jù)線(xiàn)與計(jì)算機(jī)控制監(jiān)測(cè)系統(tǒng)連接；二氧化碳高壓氣瓶和氦氣高壓氣瓶的出口處分別設(shè)有第一閥門(mén)和第二閥門(mén)。
[0008]所述煤儲(chǔ)層裂隙及反應(yīng)控制模擬系統(tǒng)包括煤儲(chǔ)層裂隙模具、圍壓泵、夾持器和恒溫水浴裝置，煤儲(chǔ)層裂隙模具是以煤粉為原材料制作而成，夾持器為圓筒形結(jié)構(gòu)，煤儲(chǔ)層裂隙模具同軸向設(shè)置在夾持器內(nèi)，夾持器的兩端分別設(shè)有左端蓋和右端蓋，左端蓋上設(shè)有進(jìn)氣孔，右端蓋上設(shè)有出氣孔，圍壓泵與夾持器的圓周側(cè)部連接，左端蓋上的進(jìn)氣孔通過(guò)進(jìn)氣管與第二高壓管連接，右端蓋上的出氣孔通過(guò)出氣管與廢液廢氣處理系統(tǒng)連接，煤儲(chǔ)層裂隙模具、圍壓泵、夾持器均設(shè)在恒溫水浴裝置內(nèi)；
第二高壓管上設(shè)有第三閥門(mén)、第一壓力計(jì)和第一流量計(jì)，進(jìn)氣管上設(shè)有第四閥門(mén)、第二壓力計(jì)和第二流量計(jì)，出氣管上設(shè)有第三壓力計(jì)和第五閥門(mén)；
圍壓泵、第一壓力計(jì)、第一流量計(jì)、第二壓力計(jì)、第二流量計(jì)和第三壓力計(jì)通過(guò)所述數(shù)據(jù)線(xiàn)與計(jì)算機(jī)控制監(jiān)測(cè)系統(tǒng)連接。
[0009]所述廢液廢氣處理系統(tǒng)包括廢液池和二氧化碳吸收裝置，出氣管的出口端伸入到二氧化碳吸收裝置內(nèi)，廢液池通過(guò)排液管與恒溫水浴裝置側(cè)部連接，排液管上設(shè)有第六閥門(mén)。
[0010]所述第二高壓管上連接有抽氣管，抽氣管的進(jìn)口連接有真空泵，抽氣管上設(shè)有第七閥門(mén)。
[0011]采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明中的氣體及反應(yīng)液注入系統(tǒng)主要用來(lái)模擬現(xiàn)場(chǎng)二氧化碳的注入，為煤儲(chǔ)層裂隙及反應(yīng)控制模擬系統(tǒng)提供氣壓、反應(yīng)液和水。煤儲(chǔ)層裂隙及反應(yīng)控制模擬系統(tǒng)主要用來(lái)模擬真實(shí)圍壓、真實(shí)儲(chǔ)層溫度、不同礦物、不同充填方式下煤儲(chǔ)層裂隙及對(duì)反應(yīng)進(jìn)行控制。計(jì)算機(jī)控制數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要是將各個(gè)系統(tǒng)中實(shí)時(shí)記錄的壓力、流量等數(shù)據(jù)傳入計(jì)算機(jī)并進(jìn)行分析處理，以便控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)作并顯示結(jié)果。廢液廢氣處理系統(tǒng)主要作用是用來(lái)處理反應(yīng)后的二氧化碳?xì)怏w和廢液，以免其污染環(huán)境。
[0012]氦氣高壓氣瓶主要用來(lái)測(cè)試滲透率以及檢查本發(fā)明的氣密性。二氧化碳高壓氣瓶主要提供二氧化碳?xì)怏w；水箱為長(zhǎng)方體，長(zhǎng)、寬、高分別為800mmX800mmX600mm，內(nèi)盛裝有反應(yīng)液，主要為礦井水或蒸餾水，礦井水與煤儲(chǔ)層中的水質(zhì)一致，主要用來(lái)提供水源。
[0013]流量計(jì)包括氣體流量計(jì)和液體流量計(jì)，氣體流量計(jì)用來(lái)記錄注入到煤儲(chǔ)層裂隙及反應(yīng)控制模擬系統(tǒng)中二氧化碳?xì)怏w的體積；液體流量計(jì)用來(lái)記錄注入煤儲(chǔ)層裂隙及反應(yīng)控制模擬系統(tǒng)中反應(yīng)液的體積。
[0014]水泵和空氣壓縮機(jī)分別提供反應(yīng)液和氣體注入時(shí)的動(dòng)力。真空泵主要是將反應(yīng)器和管路中空氣抽成真空，以免反應(yīng)器和管路中的空氣對(duì)實(shí)驗(yàn)造成影響。
[0015]煤儲(chǔ)層裂隙及反應(yīng)控制模擬系統(tǒng)的圍壓泵是通過(guò)計(jì)算機(jī)控制可以模擬不同壓力、夾持器、恒溫水浴裝置用于模擬不同儲(chǔ)層溫度。[0016]煤儲(chǔ)層裂隙模具是以煤粉為原材料制作的，使用自制模具能制作出不同孔徑的裂隙，用來(lái)模擬煤儲(chǔ)層裂隙，煤儲(chǔ)層裂隙模具的制作過(guò)程為:
(1)壓制
將所測(cè)煤樣磨制成煤粉，煤粉粒徑為0.5~2_，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)大約為13%的水和10%的粘結(jié)劑(以空氣干燥基煤樣質(zhì)量為基準(zhǔn))，混合均勻后，放入自制模具中，在60MPa左右壓力下，采用自制模具壓制成型。自制模具分底座、套筒、壓桿和各種不同直徑的細(xì)長(zhǎng)圓柱體等組成，自制模具材質(zhì)為45#鋼。
[0017]底座為圓柱形，直徑為200mm，厚度為150mm，在底座的表面分布有大小不同的用以連接細(xì)長(zhǎng)圓柱體的小孔，孔深為50mm,小孔的直徑有0.05mm、0.075mm、0.lmm、0.125mm、
0.15mm、0.175mm、0.2mm，每種直徑的小孔分別有50個(gè)，即底座上總共可以連接350根細(xì)長(zhǎng)圓柱。小孔的分布規(guī)律為:以底座圓心為中心，沿半徑方向?qū)霃降确譃?段，即將底座劃分為 5 個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域內(nèi)有 0.05mm、0.075mm、0.lmm、0.125mm、0.15mm、0.175mm、0.2mm 的小孔分別有10個(gè)，均勻分布在區(qū)域內(nèi)。套筒坐封在底座上，通過(guò)螺絲固定在底座上，套筒為圓柱形，套筒內(nèi)徑為150mm，外徑為180臟，套筒的高度分為兩種，即L1=^Omnu L2=200mm。
[0018]壓桿直徑150_，高度450_，在底座的一側(cè)焊接有一個(gè)豎直放置的L型的金屬支架，壓桿一端通過(guò)固定夾與金屬支架相連接。
[0019]細(xì)長(zhǎng)圓柱體的直徑有0.05mm、0.075mm、0.lmm、0.125mm、0.15mm、0.175mm、0.2mm，
代表了不同的儲(chǔ)層裂隙。根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要，可以選取不同直徑的細(xì)長(zhǎng)圓柱體進(jìn)行組合插入相對(duì)應(yīng)的小孔中形成一種裂縫組合形式。
[0020](2)干燥
將成型后的煤儲(chǔ)層裂隙模具取出后放在恒溫干燥箱中在70°C條件下干燥80min，升溫至90°C后再干燥20min，繼續(xù)升溫至120°C干燥20min，取出，自然冷卻至室溫，密封袋保存?zhèn)溆谩?br> [0021]夾持器(內(nèi)徑150_)的作用是用來(lái)放置制作的裂縫煤樣，分筒體、左右端蓋，左右端蓋上設(shè)置有進(jìn)氣孔和出氣孔，進(jìn)氣孔、出氣孔通過(guò)連接頭與裝置的進(jìn)氣管、出氣管相連，夾持器分別與左端蓋和右端蓋通過(guò)螺紋連接，夾持器側(cè)面設(shè)置有壓力孔。
[0022]圍壓泵的作用是提供煤儲(chǔ)層裂隙模具周?chē)膲毫Γ瑖鷫罕猛ㄟ^(guò)管道與夾持器側(cè)面的壓力孔相連，提供煤儲(chǔ)層裂隙模具的圍壓，模擬真實(shí)的儲(chǔ)層壓力。
[0023]恒溫水浴裝置的作用是控制該系統(tǒng)的溫度，模擬真實(shí)的儲(chǔ)層溫度。
[0024]第二壓力計(jì)、第二流量計(jì)、第三壓力計(jì)分別測(cè)試煤儲(chǔ)層裂隙系統(tǒng)入口和出口的壓力和流量，并傳輸?shù)接?jì)算機(jī)控制數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)顯示系統(tǒng)中，用來(lái)計(jì)算得出煤儲(chǔ)層裂隙系統(tǒng)的滲透率。
[0025]計(jì)算機(jī)控制數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)顯示系統(tǒng)主要由計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)顯示系統(tǒng)兩個(gè)子系統(tǒng)組成，該系統(tǒng)的主要作用是控制反應(yīng)的進(jìn)行與終止，并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)顯示測(cè)試的流量、壓力和滲透率。
[0026]計(jì)算機(jī)與各個(gè)壓力計(jì)和流量計(jì)相連接，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的主要作用是控制閥門(mén)的開(kāi)啟與關(guān)閉；數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)顯示系統(tǒng)對(duì)監(jiān)測(cè)到的壓力、溫度和流量等數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，并能根據(jù)測(cè)試所得數(shù)據(jù)計(jì)算出滲透率。
[0027]廢液廢氣處理系統(tǒng)主要由二氧化碳處理裝置和廢液池組成。二氧化碳處理裝置是一個(gè)盛裝有飽和Ca (OH)2溶液長(zhǎng)方形的容器，主要作用是通過(guò)二氧化碳與堿液的作用來(lái)處理反應(yīng)后的二氧化碳，以免反應(yīng)后的二氧化碳?xì)怏w污染環(huán)境。廢液池是實(shí)驗(yàn)結(jié)束之后用來(lái)處理實(shí)驗(yàn)所用的廢水、廢液。
[0028]本發(fā)明能夠模擬測(cè)試不同儲(chǔ)層溫度、不同壓力、不同礦物組合、不同充填方式下的煤儲(chǔ)層裂隙系統(tǒng)。本發(fā)明能夠測(cè)試不同條件下煤儲(chǔ)層注二氧化碳與礦物反應(yīng)后滲透率變化。本發(fā)明自動(dòng)化程度高，主要由計(jì)算機(jī)控制，操作簡(jiǎn)單方便，為實(shí)際的安全生產(chǎn)應(yīng)用提供準(zhǔn)確的理論依據(jù)。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0029]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]如圖1所示，本發(fā)明的注二氧化碳與煤中礦物質(zhì)反應(yīng)后滲透率變化實(shí)驗(yàn)裝置，包括氣體及反應(yīng)液注入系統(tǒng)、煤儲(chǔ)層裂隙及反應(yīng)控制模擬系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)控制監(jiān)測(cè)系統(tǒng)23和廢液廢氣處理系統(tǒng)，氣體及反應(yīng)液注入系統(tǒng)的出口與煤儲(chǔ)層裂隙及反應(yīng)控制模擬系統(tǒng)的進(jìn)口連接，煤儲(chǔ)層裂隙及反應(yīng)控制模擬系統(tǒng)的出口與廢液廢氣處理系統(tǒng)的進(jìn)口連接，煤儲(chǔ)層裂隙及反應(yīng)控制模擬系統(tǒng)通過(guò)數(shù)據(jù)線(xiàn)25與計(jì)算機(jī)控制監(jiān)測(cè)系統(tǒng)23連接。
[0031]氣體及反應(yīng)液注入系統(tǒng)包括二氧化碳高壓氣瓶1、氦氣高壓氣瓶3、伺服增壓器6、水箱8、水泵12和空氣壓縮機(jī)5，二氧化碳高壓氣瓶I和氦氣高壓氣瓶3并聯(lián)并通過(guò)第一高壓管14與伺服增壓器6的進(jìn)氣口連接，空氣壓縮機(jī)5的出氣口與伺服增壓器6的增壓口連接，水箱8通過(guò)水泵12與伺服增壓器6的進(jìn)水口連接，伺服增壓器6的出口通過(guò)第二高壓管21與煤儲(chǔ)層裂隙及反應(yīng)控制模擬系統(tǒng)連接，伺服增壓器6通過(guò)所述數(shù)據(jù)線(xiàn)25與計(jì)算機(jī)控制監(jiān)測(cè)系統(tǒng)23連接；二氧化碳高壓氣瓶I和氦氣高壓氣瓶3的出口處分別設(shè)有第一閥門(mén)2和第二閥門(mén)4。
[0032]煤儲(chǔ)層裂隙及反應(yīng)控制模擬系統(tǒng)包括煤儲(chǔ)層裂隙模具31、圍壓泵20、夾持器18和恒溫水浴裝置27，煤儲(chǔ)層裂隙模具31是以煤粉為原材料制作而成，夾持器18為圓筒形結(jié)構(gòu)，煤儲(chǔ)層裂隙模具31同軸向設(shè)置在夾持器18內(nèi)，夾持器18的兩端分別設(shè)有左端蓋32和右端蓋33，左端蓋32上設(shè)有進(jìn)氣孔，右端蓋33上設(shè)有出氣孔，圍壓泵20與夾持器18的圓周側(cè)部連接，左端蓋32上的進(jìn)氣孔通過(guò)進(jìn)氣管19與第二高壓管21連接，右端蓋33上的出氣孔通過(guò)出氣管34與廢液廢氣處理系統(tǒng)連接，煤儲(chǔ)層裂隙模具31、圍壓泵20、夾持器18均設(shè)在恒溫水浴裝置27內(nèi)；
第二高壓管21上設(shè)有第三閥門(mén)7、第一壓力計(jì)9和第一流量計(jì)10，進(jìn)氣管19上設(shè)有第四閥門(mén)29、第二壓力計(jì)11和第二流量計(jì)13，出氣管34上設(shè)有第三壓力計(jì)22和第五閥門(mén)28 ；
圍壓泵20、第一壓力計(jì)9、第一流量計(jì)10、第二壓力計(jì)11、第二流量計(jì)13和第三壓力計(jì)22通過(guò)所述數(shù)據(jù)線(xiàn)25與計(jì)算機(jī)控制監(jiān)測(cè)系統(tǒng)23連接。
[0033]廢液廢氣處理系統(tǒng)包括廢液池24和二氧化碳吸收裝置26，出氣管34的出口端伸入到二氧化碳吸收裝置26內(nèi)，廢液池24通過(guò)排液管與恒溫水浴裝置27側(cè)部連接，排液管上設(shè)有第六閥門(mén)30。[0034]第二高壓管21上連接有抽氣管17，抽氣管17的進(jìn)口連接有真空泵16，抽氣管17上設(shè)有第七閥門(mén)15。
[0035]本發(fā)明中的氣體及反應(yīng)液注入系統(tǒng)主要用來(lái)模擬現(xiàn)場(chǎng)二氧化碳的注入，為煤儲(chǔ)層裂隙及反應(yīng)控制模擬系統(tǒng)提供氣壓、反應(yīng)液和水。煤儲(chǔ)層裂隙及反應(yīng)控制模擬系統(tǒng)主要用來(lái)模擬真實(shí)圍壓、真實(shí)儲(chǔ)層溫度、不同礦物、不同充填方式下煤儲(chǔ)層裂隙及對(duì)反應(yīng)進(jìn)行控制。計(jì)算機(jī)控制數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要是將各個(gè)系統(tǒng)中實(shí)時(shí)記錄的壓力、流量等數(shù)據(jù)傳入計(jì)算機(jī)并進(jìn)行分析處理，以便控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)作并顯示結(jié)果。廢液廢氣處理系統(tǒng)主要作用是用來(lái)處理反應(yīng)后的二氧化碳?xì)怏w和廢液，以免其污染環(huán)境。 [0036]氦氣高壓氣瓶3主要用來(lái)測(cè)試滲透率以及檢查本發(fā)明的氣密性。二氧化碳高壓氣瓶I主要提供二氧化碳?xì)怏w；水箱8為長(zhǎng)方體，長(zhǎng)、寬、高分別為800mmX800mmX600mm，內(nèi)盛裝有反應(yīng)液，主要為礦井水或蒸餾水，礦井水與煤儲(chǔ)層中的水質(zhì)一致，主要用來(lái)提供水源。
[0037]流量計(jì)包括氣體流量計(jì)和液體流量計(jì)，氣體流量計(jì)用來(lái)記錄注入到煤儲(chǔ)層裂隙及反應(yīng)控制模擬系統(tǒng)中二氧化碳?xì)怏w的體積；液體流量計(jì)用來(lái)記錄注入煤儲(chǔ)層裂隙及反應(yīng)控制模擬系統(tǒng)中反應(yīng)液的體積。
[0038]水泵12和空氣壓縮機(jī)5分別提供反應(yīng)液和氣體注入時(shí)的動(dòng)力。真空泵16主要是將反應(yīng)器和管路中空氣抽成真空，以免反應(yīng)器和管路中的空氣對(duì)實(shí)驗(yàn)造成影響。
[0039]煤儲(chǔ)層裂隙及反應(yīng)控制模擬系統(tǒng)的圍壓泵20是通過(guò)計(jì)算機(jī)控制可以模擬不同壓力、夾持器18、恒溫水浴裝置27用于模擬不同儲(chǔ)層溫度。
[0040]煤儲(chǔ)層裂隙模具31是以煤粉為原材料制作的，使用自制模具能制作出不同孔徑的裂隙，用來(lái)模擬煤儲(chǔ)層裂隙，煤儲(chǔ)層裂隙模具31的制作過(guò)程為:
(I)壓制
將所測(cè)煤樣磨制成煤粉，煤粉粒徑為0.5~2_，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)大約為13%的水和10%的粘結(jié)劑(以空氣干燥基煤樣質(zhì)量為基準(zhǔn))，混合均勻后，放入自制模具中，在60MPa左右壓力下，采用自制模具壓制成型。自制模具分底座、套筒、壓桿和各種不同直徑的細(xì)長(zhǎng)圓柱體等組成，自制模具材質(zhì)為45#鋼。
[0041]底座為圓柱形，直徑為200mm，厚度為150mm，在底座的表面分布有大小不同的用以連接細(xì)長(zhǎng)圓柱體的小孔，孔深為50mm,小孔的直徑有0.05mm、0.075mm、0.lmm、0.125mm、
0.15mm、0.175mm、0.2mm，每種直徑的小孔分別有50個(gè)，即底座上總共可以連接350根細(xì)長(zhǎng)圓柱。小孔的分布規(guī)律為:以底座圓心為中心，沿半徑方向?qū)霃降确譃?段，即將底座劃分為 5 個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域內(nèi)有 0.05mm、0.075mm、0.lmm、0.125mm、0.15mm、0.175mm、0.2mm 的小孔分別有10個(gè)，均勻分布在區(qū)域內(nèi)。套筒坐封在底座上，通過(guò)螺絲固定在底座上，套筒為圓柱形，套筒內(nèi)徑為150mm，外徑為180臟，套筒的高度分為兩種，即L1=^Omnu L2=200mm。
[0042]壓桿直徑為150mm，高度450mm，在底座的一側(cè)焊接有一個(gè)豎直放置的L型的金屬支架，壓桿一端通過(guò)固定夾與金屬支架相連接。
[0043]細(xì)長(zhǎng)圓柱體的直徑有0.05mm、0.075mm、0.lmm、0.125mm、0.15mm、0.175mm、0.2mm，
代表了不同的儲(chǔ)層裂隙。根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要，可以選取不同直徑的細(xì)長(zhǎng)圓柱體進(jìn)行組合插入相對(duì)應(yīng)的小孔中形成一種裂縫組合形式。
[0044](2)干燥 將成型后的煤儲(chǔ)層裂隙模具31取出后放在恒溫干燥箱中在70°C條件下干燥80min，升溫至90°C后再干燥20min，繼續(xù)升溫至120°C干燥20min，取出，自然冷卻至室溫，密封袋保存?zhèn)溆谩?br> [0045]夾持器18(內(nèi)徑150mm)的作用是用來(lái)放置制作的裂縫煤樣，分筒體、左右端蓋33，左右端蓋33上設(shè)置有進(jìn)氣孔和出氣孔，進(jìn)氣孔、出氣孔通過(guò)連接頭與裝置的進(jìn)氣管19、出氣管34相連，夾持器18分別與左端蓋32和右端蓋33通過(guò)螺紋連接，夾持器18側(cè)面設(shè)置有壓力孔。
[0046]圍壓泵20的作用是提供煤儲(chǔ)層裂隙模具31周?chē)膲毫?，圍壓?0通過(guò)管道與夾持器18側(cè)面的壓力孔相連，提供煤儲(chǔ)層裂隙模具31的圍壓，模擬真實(shí)的儲(chǔ)層壓力。
[0047]恒溫水浴裝置27的作用是控制該系統(tǒng)的溫度，模擬真實(shí)的儲(chǔ)層溫度。
[0048]第二壓力計(jì)11、第二流量計(jì)13、第三壓力計(jì)22分別測(cè)試煤儲(chǔ)層裂隙系統(tǒng)入口和出口的壓力和流量，并傳輸?shù)接?jì)算機(jī)控制數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)顯示系統(tǒng)中，用來(lái)計(jì)算得出煤儲(chǔ)層裂隙系統(tǒng)的滲透率。
[0049]計(jì)算機(jī)控制數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)顯示系統(tǒng)主要由計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)顯示系統(tǒng)兩個(gè)子系統(tǒng)組成，該系統(tǒng)的主要作用是控制反應(yīng)的進(jìn)行與終止，并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)顯示測(cè)試的流量、壓力和滲透率。
[0050]計(jì)算機(jī)與各個(gè)壓力計(jì)和流量計(jì)相連接，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的主要作用是控制閥門(mén)的開(kāi)啟與關(guān)閉；數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)顯示系統(tǒng)對(duì)監(jiān)測(cè)到的壓力、溫度和流量等數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，并能根據(jù)測(cè)試所得數(shù)據(jù)計(jì)算出滲透率。
[0051]廢液廢氣處理系統(tǒng)主要由二氧化碳處理裝置和廢液池24組成。二氧化碳處理裝置是一個(gè)盛裝有飽和Ca (OH)2溶液長(zhǎng)方形的容器，主要作用是通過(guò)二氧化碳與堿液的作用來(lái)處理反應(yīng)后的二氧化碳，以免反應(yīng)后的二氧化碳?xì)怏w污染環(huán)境。廢液池24是實(shí)驗(yàn)結(jié)束之后用來(lái)處理實(shí)驗(yàn)所用的廢水、廢液。
[0052]以裂隙中充填高嶺石為例，采用本發(fā)明進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，具體實(shí)驗(yàn)步驟如下:
(I)、采集煤樣制作裂縫模型
采集所測(cè)煤樣，并將其磨成粉末，通過(guò)模具膠接制作與所測(cè)煤樣孔隙度相同的煤儲(chǔ)層裂隙模具31，根據(jù)孔隙度的大小選擇合適的裂縫組合形態(tài)(即制作煤儲(chǔ)層裂隙模具31時(shí)可選取相應(yīng)的長(zhǎng)圓柱與底座相連進(jìn)行澆鑄制作裂縫形態(tài))。圖1中所示的煤儲(chǔ)層裂隙模具31并聯(lián)設(shè)有大小不同的兩個(gè)。
[0053](2)、在裂縫中添加礦物
例如在煤儲(chǔ)層裂隙模具31的裂隙中加入高嶺石，根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，選擇各個(gè)裂隙的充填度，分別有完全充填、半充填和少量充填、不充填等情況。
[0054](3)、氣密性檢查和抽真空
將裝置按照?qǐng)D1所示連接好之后，根據(jù)計(jì)算機(jī)控制監(jiān)測(cè)系統(tǒng)23，打開(kāi)第二閥門(mén)4、第三閥門(mén)7、第五閥門(mén)28、第四閥門(mén)29，向反應(yīng)器中注入氦氣，當(dāng)反應(yīng)器中的壓力大于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)壓力時(shí)停止注入，關(guān)閉閥門(mén)第二閥門(mén)4、第三閥門(mén)7、第五閥門(mén)28、第四閥門(mén)29，以檢查裝置的氣密性。氣密性檢查完畢之后，關(guān)閉第二閥門(mén)4、第三閥門(mén)7，打開(kāi)第七閥門(mén)15、第四閥門(mén)29，抽真空2?3h，然后關(guān)閉第七閥門(mén)15、第四閥門(mén)29。
[0055](4)、裂隙系統(tǒng)注水打開(kāi)閥門(mén)第三閥門(mén)7、第四閥門(mén)29，通過(guò)伺服增壓器6向煤裂隙系統(tǒng)緩慢注水3h(根據(jù)所測(cè)煤樣的含水量設(shè)定注水時(shí)間)，關(guān)閉閥門(mén)第三閥門(mén)7、第四閥門(mén)29。
[0056](5)、試驗(yàn)參數(shù)設(shè)置
根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，設(shè)置反應(yīng)的溫度、儲(chǔ)層圍壓，注入二氧化碳的壓力等參數(shù)。
[0057](6)、系統(tǒng)加熱
將恒溫水浴裝置27加熱升溫到試驗(yàn)所設(shè)計(jì)的溫度。
[0058](7)、實(shí)驗(yàn)分組測(cè)試
1)、測(cè)初始滲透率I。
[0059]打開(kāi)閥門(mén)第二閥門(mén)4、第三閥門(mén)7、第五閥門(mén)28、第四閥門(mén)29、25，通過(guò)伺服增壓器6向裂隙模擬系統(tǒng)注入氦氣，使壓力計(jì)的示數(shù)穩(wěn)定在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)壓力P，穩(wěn)定注入一段時(shí)間后，數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)記錄一個(gè)第一流量計(jì)10、兩個(gè)第二流量計(jì)13的示數(shù)，分別為Q、Q1、Q2，第一壓力計(jì)9、兩個(gè)第二壓力計(jì)11、兩個(gè)第三壓力計(jì)22的示數(shù)P'P^PyPpP/，并通過(guò)公式
【權(quán)利要求】
1.注二氧化碳與煤中礦物質(zhì)反應(yīng)后滲透率變化實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:包括氣體及反應(yīng)液注入系統(tǒng)、煤儲(chǔ)層裂隙及反應(yīng)控制模擬系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)控制監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和廢液廢氣處理系統(tǒng)，氣體及反應(yīng)液注入系統(tǒng)的出口與煤儲(chǔ)層裂隙及反應(yīng)控制模擬系統(tǒng)的進(jìn)口連接，煤儲(chǔ)層裂隙及反應(yīng)控制模擬系統(tǒng)的出口與廢液廢氣處理系統(tǒng)的進(jìn)口連接，煤儲(chǔ)層裂隙及反應(yīng)控制模擬系統(tǒng)通過(guò)數(shù)據(jù)線(xiàn)與計(jì)算機(jī)控制監(jiān)測(cè)系統(tǒng)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的注二氧化碳與煤中礦物質(zhì)反應(yīng)后滲透率變化實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述氣體及反應(yīng)液注入系統(tǒng)包括二氧化碳高壓氣瓶、氦氣高壓氣瓶、伺服增壓器、水箱、水泵和空氣壓縮機(jī)，二氧化碳高壓氣瓶和氦氣高壓氣瓶并聯(lián)并通過(guò)第一高壓管與伺服增壓器的進(jìn)氣口連接，空氣壓縮機(jī)的出氣口與伺服增壓器的增壓口連接，水箱通過(guò)水泵與伺服增壓器的進(jìn)水口連接，伺服增壓器的出口通過(guò)第二高壓管與煤儲(chǔ)層裂隙及反應(yīng)控制模擬系統(tǒng)連接，伺服增壓器通過(guò)所述數(shù)據(jù)線(xiàn)與計(jì)算機(jī)控制監(jiān)測(cè)系統(tǒng)連接；二氧化碳高壓氣瓶和氦氣高壓氣瓶的出口處分別設(shè)有第一閥門(mén)和第二閥門(mén)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的注二氧化碳與煤中礦物質(zhì)反應(yīng)后滲透率變化實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述煤儲(chǔ)層裂隙及反應(yīng)控制模擬系統(tǒng)包括煤儲(chǔ)層裂隙模具、圍壓泵、夾持器和恒溫水浴裝置，煤儲(chǔ)層裂隙模具是以煤粉為原材料制作而成，夾持器為圓筒形結(jié)構(gòu)，煤儲(chǔ)層裂隙模具同軸向設(shè)置在夾持器內(nèi)，夾持器的兩端分別設(shè)有左端蓋和右端蓋，左端蓋上設(shè)有進(jìn)氣孔，右端蓋上設(shè)有出氣孔，圍壓泵與夾持器的圓周側(cè)部連接，左端蓋上的進(jìn)氣孔通過(guò)進(jìn)氣管與第二高壓管連接，右端蓋上的出氣孔通過(guò)出氣管與廢液廢氣處理系統(tǒng)連接，煤儲(chǔ)層裂隙模具、圍壓泵、夾持器均設(shè)在恒溫水浴裝置內(nèi)； 第二高壓管上設(shè)有第三閥門(mén)、第一壓力計(jì)和第一流量計(jì)，進(jìn)氣管上設(shè)有第四閥門(mén)、第二壓力計(jì)和第二流量計(jì)，出氣管上設(shè)有第三壓力計(jì)和第五閥門(mén)； 圍壓泵、第一壓力計(jì)、第一流量計(jì)、第二壓力計(jì)、第二流量計(jì)和第三壓力計(jì)通過(guò)所述數(shù)據(jù)線(xiàn)與計(jì)算機(jī)控制監(jiān)測(cè)系統(tǒng)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的注二氧化碳與煤中礦物質(zhì)反應(yīng)后滲透率變化實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述廢液廢氣處理系統(tǒng)包括廢液池和二氧化碳吸收裝置，出氣管的出口端伸入到二氧化碳吸收裝置內(nèi)，廢液池通過(guò)排液管與恒溫水浴裝置側(cè)部連接，排液管上設(shè)有第六閥門(mén)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的注二氧化碳與煤中礦物質(zhì)反應(yīng)后滲透率變化實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述第二高壓管上連接有抽氣管，抽氣管的進(jìn)口連接有真空泵，抽氣管上設(shè)有第七閥門(mén)。
【文檔編號(hào)】G01N15/08GK103760086SQ201410026802
【公開(kāi)日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2014年1月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月21日
【發(fā)明者】倪小明, 于蕓蕓, 林曉英, 孫小婷 申請(qǐng)人:河南理工大學(xué)