本實用新型屬于煤礦安全生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于驅(qū)替煤層氣實驗的氣體注入與收集系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
針對我國低滲煤儲層特點，必須進行儲層改造才能商業(yè)化開發(fā)。針對水力壓裂改造的局限性，浪費水資源等特點，煤層氣注氣開采技術(shù)的環(huán)保性、安全性、高效性等特點，注氣提高煤層氣采收率( Enhanced coalbed methane，ECBM)受到各大企業(yè)的青睞。
煤質(zhì)條件、注氣類型、注氣壓力、注氣速率等參數(shù)的差異，造成煤層氣運移的差異，進而造成采收率的差異。國內(nèi)外多位學者進行了注氣增產(chǎn)過程中吸附/解吸-擴散-滲流階段孔裂隙的演化，氣體運移的研究，采用的氣體注入裝置，并沒有對驅(qū)替后的氣體進行收集，而且結(jié)構(gòu)比較復雜，連接管路較多，操作過程繁瑣，影響到實驗結(jié)果的真實可靠程度。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本實用新型為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、操作簡便、管路連接簡單、注氣與氣體收集為一體的用于驅(qū)替煤層氣實驗的氣體注入與收集系統(tǒng)。
為解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用如下技術(shù)方案：用于驅(qū)替煤層氣實驗的氣體注入與收集系統(tǒng)，包括甲烷氣瓶、氮氣氣瓶、真空泵、注氣管、驅(qū)替氣體收集管、回氣平衡管、真空管、放空管、回氣平衡器、排水集氣管、排水集氣瓶、氣相色譜儀、量筒和具有六個連接口的中轉(zhuǎn)容器；
甲烷氣瓶的出氣口通過甲烷氣管與中轉(zhuǎn)容器的第一個連接口連接，氮氣氣瓶的出氣口通過氮氣氣管與中轉(zhuǎn)容器的第二個連接口連接，注氣管的進氣口與中轉(zhuǎn)容器的第三個連接口連接，放空管的進氣口與中轉(zhuǎn)容器的第四個連接口連接，真空管的進氣口與中轉(zhuǎn)容器的第五個連接口連接，回氣平衡管的進氣口與中轉(zhuǎn)容器的第六個連接口連接；
甲烷氣管、氮氣氣管、注氣管、放空管、真空管和回氣平衡管上分別設(shè)有第一閥門、第二閥門、第三閥門、第四閥門、第五閥門和第六閥門；注氣管上設(shè)有注氣流量計；
真空泵的抽氣口與真空管的出氣口連接，回氣平衡管的出氣口與回氣平衡器的一端連接，驅(qū)替氣體收集管的出氣口和排水集氣管的進氣口分別與回氣平衡器的另一端連接，驅(qū)替氣體收集管上設(shè)有第七閥門，排水集氣管的出氣口與氣相色譜儀連接，排水集氣瓶位于排水集氣管下方，排水集氣瓶的頂部通過排水管與排水集氣管連接，排水集氣瓶通過溢水管與量筒連接。
回氣平衡器包括圓筒形的回流桶，回流桶的圓周內(nèi)壁滑動密封設(shè)有活塞板，回流桶一端部開設(shè)有與回氣平衡管連接的回流孔，回流桶的另一端部開設(shè)有兩個連接孔，兩個連接孔分別與驅(qū)替氣體收集管的出氣口和排水集氣管的進氣口連接。
采用上述技術(shù)方案，將注氣管的出氣口與儲層模擬系統(tǒng)的進氣口連接，將驅(qū)替氣體收集管的進氣口與儲層模擬系統(tǒng)的出氣口連接。本實用新型的具體工作過程為：先打開第五閥門和第三閥門，開啟真空泵，對儲層模擬系統(tǒng)進行抽真空，抽真空結(jié)束后，關(guān)閉第五閥門和第三閥門。接著打開第一閥門和第六閥門，甲烷氣瓶釋放出來的甲烷依次通過甲烷氣管、中轉(zhuǎn)容器、回氣平衡管進入到回流桶內(nèi)，回流桶內(nèi)達到一定的回壓值后關(guān)閉第六閥門，打開第三閥門，調(diào)節(jié)甲烷氣瓶上的壓力表至模擬設(shè)定壓力，甲烷依次通過甲烷氣管、中轉(zhuǎn)容器、注氣管進入到儲層模擬系統(tǒng)內(nèi)，注氣流量計記錄甲烷注氣量，持續(xù)注入24h，關(guān)閉第一閥門和第三閥門，保證甲烷在儲層模擬系統(tǒng)內(nèi)的樣品孔裂中吸附飽和，在整個吸附過程中，設(shè)定每1h對儲層模擬系統(tǒng)內(nèi)的樣品進行1次CT掃描。然后打開第七閥門，讓儲層模擬系統(tǒng)內(nèi)游離甲烷氣體自由釋放，游離甲烷氣體通過驅(qū)替氣體收集管流入到回流桶內(nèi)并驅(qū)動活塞板在回流桶內(nèi)移動，驅(qū)替氣體收集管與排水集氣管連通，游離甲烷氣體將排水集氣瓶內(nèi)的水壓入到量筒內(nèi)，通過量筒記錄釋放體積。關(guān)閉第七閥門，打第二閥門和第三閥門，以設(shè)定壓力向儲層模擬系統(tǒng)注入N2，由注氣流量計記錄N2注入量，持續(xù)注入24h。關(guān)閉第三閥門，讓N2在樣品中充分吸附、置換。在整個注氮過程中，設(shè)定每1h進行1次CT掃描。再打開第七閥門，開啟氣相色譜儀，進行混合游離氣組分的測定，通過排水集氣瓶溢出的水在量筒內(nèi)記錄混合氣體總量。最后通過氣體甲烷注入與產(chǎn)出來定量研究驅(qū)替效果。試驗結(jié)束后，放空管上的第四閥門用于將中轉(zhuǎn)容器內(nèi)以及與其相連的管道內(nèi)的氣體排空放出。
回氣平衡器內(nèi)預先注入一定壓力的甲烷氣體，用于平衡儲層模擬系統(tǒng)內(nèi)被驅(qū)替的氣體，平衡儲層模擬系統(tǒng)內(nèi)的壓力小于回氣平衡器內(nèi)預先注入的甲烷氣體的壓力時，平衡儲層模擬系統(tǒng)內(nèi)被驅(qū)替的氣體是不能被驅(qū)替排出的，從而更精確地模擬了儲層的情況。
綜上所述，本實用新型設(shè)計合理、結(jié)構(gòu)緊湊、管路較少，操作便捷，將注氣和驅(qū)替出的氣體測試結(jié)合為一體，增加了試驗數(shù)據(jù)的精準度。
附圖說明
圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
如圖1所示，本實用新型的用于驅(qū)替煤層氣實驗的氣體注入與收集系統(tǒng)，包括甲烷氣瓶62、氮氣氣瓶63、真空泵64、注氣管65、驅(qū)替氣體收集管66、回氣平衡管67、真空管68、放空管69、回氣平衡器、排水集氣管71、排水集氣瓶72、氣相色譜儀73、量筒74和具有六個連接口的中轉(zhuǎn)容器75。
甲烷氣瓶62的出氣口通過甲烷氣管76與中轉(zhuǎn)容器75的第一個連接口連接，氮氣氣瓶63的出氣口通過氮氣氣管77與中轉(zhuǎn)容器75的第二個連接口連接，注氣管65的進氣口與中轉(zhuǎn)容器75的第三個連接口連接，放空管69的進氣口與中轉(zhuǎn)容器75的第四個連接口連接，真空管68的進氣口與中轉(zhuǎn)容器75的第五個連接口連接，回氣平衡管67的進氣口與中轉(zhuǎn)容器75的第六個連接口連接。
甲烷氣管76、氮氣氣管77、注氣管65、放空管69、真空管68和回氣平衡管67上分別設(shè)有第一閥門78、第二閥門79、第三閥門80、第四閥門81、第五閥門82和第六閥門83；注氣管65上設(shè)有注氣流量計84。
真空泵64的抽氣口與真空管68的出氣口連接，回氣平衡管67的出氣口與回氣平衡器的一端連接，驅(qū)替氣體收集管66的出氣口和排水集氣管71的進氣口分別與回氣平衡器的另一端連接，驅(qū)替氣體收集管66上設(shè)有第七閥門70，排水集氣管71的出氣口與氣相色譜儀73連接，排水集氣瓶72位于排水集氣管71下方，排水集氣瓶72的頂部通過排水管85與排水集氣管71連接，排水集氣瓶72通過溢水管88與量筒74連接。
回氣平衡器包括圓筒形的回流桶86，回流桶86的圓周內(nèi)壁滑動密封設(shè)有活塞板87，回流桶86一端部開設(shè)有與回氣平衡管67連接的回流孔，回流桶86的另一端部開設(shè)有兩個連接孔，兩個連接孔分別與驅(qū)替氣體收集管66的出氣口和排水集氣管71的進氣口連接。
本實用新型在工作使用時，將注氣管65的出氣口與儲層模擬系統(tǒng)的進氣口連接，將驅(qū)替氣體收集管66的進氣口與儲層模擬系統(tǒng)的出氣口連接。本實用新型的具體工作過程為：先打開第五閥門82和第三閥門80，開啟真空泵64，對儲層模擬系統(tǒng)進行抽真空，抽真空結(jié)束后，關(guān)閉第五閥門82和第三閥門80。接著打開第一閥門78和第六閥門83，甲烷氣瓶62釋放出來的甲烷依次通過甲烷氣管76、中轉(zhuǎn)容器75、回氣平衡管67進入到回流桶86內(nèi)，回流桶86內(nèi)達到一定的回壓值后關(guān)閉第六閥門83，打開第三閥門80，調(diào)節(jié)甲烷氣瓶62上的壓力表至模擬設(shè)定壓力，甲烷依次通過甲烷氣管76、中轉(zhuǎn)容器75、注氣管65進入到儲層模擬系統(tǒng)內(nèi)，注氣流量計84記錄甲烷注氣量，持續(xù)注入24h，關(guān)閉第一閥門78和第三閥門80，保證甲烷在儲層模擬系統(tǒng)內(nèi)的樣品孔裂中吸附飽和，在整個吸附過程中，設(shè)定每1h對儲層模擬系統(tǒng)內(nèi)的樣品進行1次CT掃描。然后打開第七閥門70，讓儲層模擬系統(tǒng)內(nèi)游離甲烷氣體自由釋放，游離甲烷氣體通過驅(qū)替氣體收集管66流入到回流桶86內(nèi)并驅(qū)動活塞板87在回流桶86內(nèi)移動，驅(qū)替氣體收集管66與排水集氣管71連通，游離甲烷氣體將排水集氣瓶72內(nèi)的水壓入到量筒74內(nèi)，通過量筒74記錄釋放體積。關(guān)閉第七閥門70，打第二閥門79和第三閥門80，以設(shè)定壓力向儲層模擬系統(tǒng)注入N2，由注氣流量計84記錄N2注入量，持續(xù)注入24h。關(guān)閉第三閥門80，讓N2在樣品中充分吸附、置換。在整個注氮過程中，設(shè)定每1h進行1次CT掃描。再打開第七閥門70，開啟氣相色譜儀73，進行混合游離氣組分的測定，通過排水集氣瓶72溢出的水在量筒74內(nèi)記錄混合氣體總量。最后通過氣體甲烷注入與產(chǎn)出來定量研究驅(qū)替效果。試驗結(jié)束后，放空管69上的第四閥門81用于將中轉(zhuǎn)容器75內(nèi)以及與其相連的管道內(nèi)的氣體排空放出。
回氣平衡器內(nèi)預先注入一定壓力的甲烷氣體，用于平衡儲層模擬系統(tǒng)內(nèi)被驅(qū)替的氣體，平衡儲層模擬系統(tǒng)內(nèi)的壓力小于回氣平衡器內(nèi)預先注入的甲烷氣體的壓力時，平衡儲層模擬系統(tǒng)內(nèi)被驅(qū)替的氣體是不能被驅(qū)替排出的，從而更精確地模擬了儲層的情況。
本實施例并非對本實用新型的形狀、材料、結(jié)構(gòu)等作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本實用新型的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均屬于本實用新型技術(shù)方案的保護范圍。