體經(jīng)管路流入燒杯8-5，可由高精度電子天平8-4計量其常溫常壓下的質(zhì)量進而進行相關(guān)數(shù)據(jù)分析，需要時，環(huán)形空間3-6中的硅油可通過閥門8-8a直接流出，實現(xiàn)對環(huán)形空間3-6卸壓，以確保系統(tǒng)安全；本環(huán)壓跟蹤與測量系統(tǒng)8可實現(xiàn)環(huán)形空間3-6中的壓力與樣品室內(nèi)氣體壓力同步上升，以防止熱縮管3-1由于內(nèi)外壓差過大而破裂；
[0042]所述的電氣控制及監(jiān)控系統(tǒng)，由工控機、顯示器及變送儀表、高速攝像機、繼電保護和報警電路以及電氣控制電路、配電電路等電氣元件及控制軟件組成，主要功能是:對電氣設(shè)備的配電，系統(tǒng)的安全保護和報警等功能；對整個試驗?zāi)M裝置的壓力、溫度等進行采集、處理和顯示；對壓力容器外狀態(tài)進行視頻監(jiān)控，以保障系統(tǒng)安全。
[0043]所述的活塞容器1-5上部和下部分別設(shè)有閥門l_8d、l-8g，分別用來對活塞容器1-5和注入泵1-4卸壓以確保系統(tǒng)安全。
[0044]所述的超臨界二氧化碳生成與注入系統(tǒng)I還包括壓力傳感器VI1-7，壓力傳感器VI1-7設(shè)在閥門l-8f和閥門l-8h之間，用來反饋向樣品室3和參照缸4注入超臨界二氧化碳的管路中的壓力。
[0045]所述的加壓系統(tǒng)2還包括氣體流量計I2_6a、氣體流量計II2_6b和氣體流量計III2-6C，氣體流量計I2-6a、氣體流量計II2_6b和氣體流量計III2-6c分別設(shè)在氦氣高壓氣瓶2-la、甲烷高壓氣瓶2-lb、混合氣體高壓氣瓶2-lc與氣體增壓泵2_3連接的管路上，在氣體流量計I2-6a、氣體流量計II2-6b和氣體流量計III2-6c與氣體增壓泵2_3之間的連接管路上分別設(shè)有單向閥I2-7a、單向閥II2-7b和單向閥III2-7c，在氦氣高壓氣瓶2-la、甲烷高壓氣瓶2-lb、混合氣體高壓氣瓶2-lc與氣體流量計I2_6a、氣體流量計II2-6b、氣體流量計III2-6C之間的連接管路上分別設(shè)有調(diào)壓閥I2_5a、調(diào)壓閥II2_5b、調(diào)壓閥III2-5C，氣體流量計I2-6a、氣體流量計II2_6b和氣體流量計III2_6c分別監(jiān)控氦氣、甲烷和混合氣體的流量，由于裝置中所使用的氣體流量控制器都是高精度的，所以量程較短且較靈敏，調(diào)壓閥I2-5a、調(diào)壓閥II2-5b和調(diào)壓閥III2-5c用于減小高壓氣瓶中流出的氣體的壓力，防止由于流經(jīng)氣體流量計I2-6a、氣體流量計II2-6b和氣體流量計III2-6c的氣體壓力過大而使氣體流量計I2-6a、氣體流量計II2-6b和氣體流量計III2-6c損壞，單向閥單向閥12-7a、單向閥II2-7b和單向閥II12_7c用于控制氣體單向流動，防止氣體回流而影響氣體流量計I2-6a、氣體流量計II2-6b和氣體流量計III2-6c記錄數(shù)據(jù)的精確度。
[0046]所述的抽真空系統(tǒng)6還包括與真空泵6-1和樣品室3連接的真空容器6-2，真空容器6-2與真空泵6-1之間的連接管路上設(shè)有閥門6-4a，真空容器6_2靠近底部處設(shè)有閥門6-4b ;抽真空時，從整個裝置中抽出的氣體中混有的水留存在真空容器6-2中，打開閥門
6-4b后傾斜真空容器6-2時，可使真空容器6-2內(nèi)殘存的冷凝水流出，閥門6-4a用于控制連接管路的閉合和開啟。
[0047]所述的抽真空系統(tǒng)6還包括設(shè)在真空容器6-2和閥門6_4a之間連接管路上的真空表6-3，用于測定并顯示裝置中的壓力以判斷裝置是否達到真空，方便試驗。
[0048]所述的氣體樣品采集系統(tǒng)7還包括設(shè)在調(diào)壓閥IV7-3和氣液分離容器7_2之間連接管路上的氣體流量計IV7-5，用來監(jiān)控氣體的流量，如果參照缸4出現(xiàn)故障，可以通過氣體流量計記錄的數(shù)據(jù)來分析煤巖吸附氣體的量。
[0049]所述的環(huán)壓跟蹤與測量系統(tǒng)8還包括壓力傳感器IV8_6b和壓力傳感器V8_6c，壓力傳感器IV8-6b設(shè)在回壓閥8-3與環(huán)行空間3-6的連接管路上，壓力傳感器V8_6c設(shè)在回壓閥8-3與回壓緩沖容器8-2的連接管路上；兩個壓力傳感器分別用來反饋回壓閥8-3兩側(cè)管路中的壓力，可以根據(jù)壓力調(diào)節(jié)試驗進程，保證系統(tǒng)的安全。
[0050]該裝置還包括爆破裝置，爆破裝置與樣品室3連接，超壓時，可以自動泄壓，保證安全。
[0051]當發(fā)生停電及突發(fā)事故時，還可手動對裝置泄壓，避免發(fā)生事故。
[0052]整個裝置中的管路采用316L管線。
[0053]本發(fā)明為確保安全，劃分為控制區(qū)、試驗區(qū)，控制區(qū)與試驗區(qū)隔離，確保人員操作處于安全區(qū)域。整個操作控制系統(tǒng)在一個單獨的房間，樣品室、參照缸及空壓機等可通過攝像頭在控制室內(nèi)觀察到，本發(fā)明采用先升溫后加壓的操作程序，在控制系統(tǒng)設(shè)定需要的壓力值，當壓力值達到目標值時，加壓系統(tǒng)自動停止，使升壓過程得以控制，確保試驗安全。
[0054]本發(fā)明的超臨界CO2注入與煤層氣強化驅(qū)替模擬試驗方法，步驟如下:
[0055](a)試樣裝罐:對煤樣進行平衡水分或其他的預(yù)處理；接通電源，接通超臨界二氧化碳生成與注入系統(tǒng)I和加壓系統(tǒng)2中的氦氣高壓氣瓶2-la、甲烷高壓氣瓶2-lb、混合氣體高壓氣瓶2-lc、高壓二氧化碳氣瓶1-1、空壓機2-2和氣體增壓泵2-3、制冷系統(tǒng)1_2，二氧化碳泵1-3，注入泵1-4，活塞容器1-5，加熱系統(tǒng)1-6 ;將煤樣放入熱縮管3-1內(nèi)前，在熱縮管3-1內(nèi)壁涂凡士林，消除煤樣與熱縮管3-1內(nèi)壁的縫隙，使試驗氣體完全通過煤樣后再排出，每放入一段煤樣，加入一個型煤墊片3-3 ;將熱縮管3-1套在墊塊3-2a上進行密封，從一端到另一端將熱縮管3-1兩側(cè)棱熱縮至平滑，然后整體熱縮，熱縮路徑為從一端到另一端螺旋式上升，使熱縮管3-1熱縮均勻，從而使熱縮管3-1和煤樣完全貼合，最后用兩個O型圈3-2b分別套在兩個墊塊3-2a外的熱縮管上，進一步密封熱縮管3_1 ;將熱縮管3_1放入夾持器3-5中并置于恒溫空氣浴5內(nèi)；
[0056](b)氣密性檢查:打開抽真空系統(tǒng)6中真空泵6-1和真空容器6-2之間管路上的閥門6-4a以及真空容器6-2和樣品室3之間管路上的閥門6_4c，利用抽真空系統(tǒng)6對裝置抽真空；關(guān)閉所有閥門，運行控制軟件，由環(huán)壓跟蹤泵8-1對環(huán)形空間3-6注入硅油加圍壓至2MPa左右，向參照缸4和樣品室3注入純度為99.99%的高純氦氣，打開抽真空系統(tǒng)6中真空容器6-2和樣品室3之間管路上的閥門6-4c以及真空容器6-2上靠近底部處的閥門6-4b，將裝置內(nèi)部空氣替換出去，然后關(guān)閉真空容器6-2上靠近底部處的閥門6-4b，打開真空泵6-1和真空容器6-2之間管路上的閥門6-4a，對裝置進行抽真空處理；關(guān)閉所有閥門，運行控制軟件，使恒溫空氣浴5對參照缸4和樣品室3加熱至要求溫度；通過氣體增壓泵2-3向參照缸4注入高純氦氣，使參照缸4內(nèi)壓力高于試驗最高壓力IMPa，關(guān)閉加壓系統(tǒng)2與樣品室3和參照缸4連接的總管路上的閥門2-8g，打開參照缸4入口處管路上的閥門2-8h和樣品室3入口處管路上的閥門2-8i，使參照缸4和樣品室3壓力平衡，同時向熱縮管3-1外的環(huán)形空間3-6內(nèi)注入硅油增加圍壓，保證熱縮管3-1內(nèi)的壓力和環(huán)形空間3-6內(nèi)的圍壓同時升高至參照缸4和樣品室3平衡后的壓力，關(guān)閉參照缸4入口處管路上的閥門2-8h和樣品室3入口處管路上的閥門2-8i ;系統(tǒng)采集參照缸4和樣品室3內(nèi)的壓力數(shù)據(jù)，壓力平穩(wěn)則視為系統(tǒng)氣密性良好；如有漏氣現(xiàn)象，重復(fù)步驟(a);若參照缸4和樣品室3內(nèi)的壓力平穩(wěn)，打開抽真空系統(tǒng)6中真空容器6-2和樣品室3之間管路上的閥門6-4c以及真空容器6-2上靠近底部處的閥門6-4b，將熱縮管3-1內(nèi)的氣體慢慢泄放，同時，通過環(huán)壓跟蹤泵8-1卸掉環(huán)形空間3-6內(nèi)的圍壓；
[0057](c)進行驅(qū)替模擬:由環(huán)壓跟蹤泵8-1向環(huán)形空間3-6注入硅油增加圍壓至2MPa左右，打開抽真空系統(tǒng)6中空泵6-1和真空容器6-2之間管路上的閥門6-4a以及真空容器
6-2和樣品室3之間管路上的閥門6-4c，對裝置抽真空，運行控制軟件，執(zhí)行手動操作程序，向參照缸4和樣品室3注入少量純度為99.99%的高純甲烷，清洗管路，再抽真空，重復(fù)3-5次，確保管路內(nèi)氦氣清洗干凈；
[0058]關(guān)閉所有閥門，設(shè)置并調(diào)節(jié)系統(tǒng)溫度，使參照缸4和樣品室3的溫度穩(wěn)定在試驗溫度；
[0059]向參考缸4注入甲烷氣體，使其壓力達到試驗設(shè)計壓力，關(guān)閉加壓系統(tǒng)2與樣品室3和參照缸4連接的總管路上的閥門2-8g，打開參照缸4入口處管路上的閥門2-8h和樣品室3入口處管路上的閥門2-8i，使參照缸4和樣品室3壓力平衡，同時增加環(huán)形空間3-6內(nèi)的圍壓；
[0060]停止注入氣體，待熱縮管3-1內(nèi)壓力和環(huán)形空間3-6內(nèi)的圍壓穩(wěn)定(30min內(nèi)壓力變化小于0.05MPa);—旦熱縮管3-1內(nèi)壓力下降，繼續(xù)注入甲烷，直至熱縮管3_1內(nèi)壓力和環(huán)形空間3-6內(nèi)的圍壓穩(wěn)定在試驗設(shè)計壓力(30min內(nèi)壓力變化小于0.05MPa)；
[0061]熱縮管3-1內(nèi)壓力穩(wěn)定在試驗設(shè)計壓力，且溫度穩(wěn)定后，根據(jù)試驗設(shè)計，利用超臨界二氧化碳生成與注入系統(tǒng)I向裝置內(nèi)注入超臨界C02，同時