CN108195740A - 煤层注水条件下二氧化碳驱替甲烷装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种煤层注水条件下二氧化碳驱替甲烷装置。本发明通过三轴加压系统调节不同的轴压和围压，模拟出不同埋藏深度煤的压力，再通过恒温系统调节不同温度，能够研究不同载荷、温度、水分多因素耦合作用下CO2驱替甲烷特性。本发明能够使原煤进行在不同注水条件下进行CO2驱替甲烷实验，并且能够在不同温度、水分、轴压和围压多因素耦合条件下驱替实验，能够真实模拟埋藏在地下的煤的瓦斯的驱替过程，该实验简单易操作，使用效果好，易于推广。
Description
技术领域
本发明涉及实验器具技术领域，具体为一种煤层注水条件下CO2驱替甲烷装置。
背景技术
我国是世界上最大的产煤国，同时富含丰富的煤层气资源，但现有资料显示，我国煤层渗透率较低，属于低渗透性煤层。由于低渗透性，使得煤层瓦斯采前预抽效果不甚理想，为此采取强化措施进行抽采尤为必要。目前国内外强化抽采措施主要有水力压裂、水力割裂、深孔预裂爆破及水力冲孔等，但其工艺较为复杂，成本较高。注气驱替抽采瓦斯操作简单、成本较低。与此同时，国民经济建设过程中排放的大量二氧化碳所产生的温室效应，已经严重威胁到整个自然的生态和生命安全，在诸多二氧化碳减排的方法中，CO2地下永久封存是最有效最现实的方法之一，于是可以将CO2注入煤层，其主要以驱替甲烷为目的。经过国内外学者的努力，注入CO2驱替煤层瓦斯技术机理的研究取得了不少成果，但对不同因素条件下注气驱替效果及其可靠性，如不同含水率条件下CO2驱替甲烷的研究，还需进一步研究。因此有必要建立该实验装置来模拟煤层注水条件下CO2驱替甲烷的实验，同时采用研究不同载荷、温度、水分多因素耦合作用下驱替效果，使人们更好的利用煤层注水进行煤与瓦斯突出防治，以及抽采煤层气。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种煤层注水条件下二氧化碳驱替甲烷装置，它为注水条件下二氧化碳驱替甲烷的实验研究提供硬件基础。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：煤层注水条件下二氧化碳驱替甲烷装置，包括真空脱气系统、恒温系统、三轴加压系统、注气系统、高压注水系统和气体收集分析系统；其特征在于：所述的真空脱气系统的组成包括真空泵，真空泵的抽气口与真空脱气箱连接；所述的恒温系统为恒温水浴箱；所述的三轴加压系统的组成包括三轴压力室，三轴压力室与围压伺服系统连接；所述的注气系统的组成包括二氧化碳气瓶和天然气气瓶，二氧化碳气瓶和天然气气瓶均连接到减压储气罐上；所述的高压注水系统的组成包括水箱，在水箱上连接有增液泵；所述的气体收集分析系统为气相色谱仪；真空脱气箱通过带阀门的连接管与三轴压力室的瓦斯进气端口连接，减压储气罐通过带针型阀的连接管与三轴压力室的瓦斯进气端口连接，气相色谱仪通过带弹簧止水夹的连接管与三轴压力室的瓦斯进气端口连接；三轴压力室的下部处于恒温水浴箱中；增液泵的出水口通过带阀门二的连接管与注水钢管连接，注水钢管与三轴压力室的进水口连接。
在连接减压储气罐与三轴压力室的连接管上还设有高精度压力表。
在连接增液泵与注水钢管的连接管上还设有高压流量计和高精度压力表二。
有益效果
本发明提供了一种专用恒温水槽。具备以下有益效果：
本发明通过三轴加压系统调节不同的轴压和围压，模拟出不同埋藏深度煤的压力，再通过恒温系统调节不同温度，能够研究不同载荷、温度、水分多因素耦合作用下CO2驱替甲烷特性。本发明能够使原煤进行在不同注水条件下进行CO2驱替甲烷实验，并且能够在不同温度、水分、轴压和围压多因素耦合条件下驱替实验，能够真实模拟埋藏在地下的煤的瓦斯的驱替过程，该实验简单易操作，使用效果好，易于推广。
附图说明
图1为本发明整体的结构示意图；
图2为本发明改进的三轴压力室的结构示意图
图中：1-真空泵、2-真空脱气箱、3-气相色谱仪、4-阀门、5-恒温水浴箱、6-改进的三轴压力室、7-围压伺服系统、8-CO2气瓶、9-CH4气瓶、10-减压储气罐、11-精密压力表、12-针型阀、13-水箱、14-增液泵、15-阀门、16-高压流量计、17-高精度压力表、18-注水钢管、19-端口阀门、20-弹簧止水夹。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：煤层注水条件下二氧化碳驱替甲烷装置，包括真空脱气系统、恒温系统、三轴加压系统、注气系统、高压注水系统和气体收集分析系统；其特征在于：所述的真空脱气系统的组成包括真空泵1，真空泵1的抽气口与真空脱气箱 2连接；所述的恒温系统为恒温水浴箱5；所述的三轴加压系统的组成包括三轴压力室6，三轴压力室6与围压伺服系统7连接；所述的注气系统的组成包括二氧化碳气瓶8和天然气气瓶9，二氧化碳气瓶 8和天然气气瓶9均连接到减压储气罐10上；所述的高压注水系统的组成包括水箱13，在水箱13上连接有增液泵14；所述的气体收集分析系统为气相色谱仪3；真空脱气箱2通过带阀门4的连接管与三轴压力室6的瓦斯进气端口连接，减压储气罐10通过带针型阀12的连接管与三轴压力室6的瓦斯进气端口连接，气相色谱仪3通过带弹簧止水夹20的连接管与三轴压力室6的瓦斯进气端口连接；三轴压力室6的下部处于恒温水浴箱5中；增液泵14的出水口通过带阀门二15的连接管与注水钢管18连接，注水钢管18与三轴压力室6的进水口连接；在连接减压储气罐10与三轴压力室6的连接管上还设有高精度压力表11；在连接增液泵14与注水钢管18的连接管上还设有高压流量计16和高精度压力表二17。
使用时，首先将三轴压力室6上的瓦斯进气端口与真空脱气系统连通，通过恒温水浴箱5对盛放有实验煤样的三轴压力室6加热到实验要求的温度，打开阀门4及端口阀门19然后开启真空泵1，对三轴压力室6中实验煤样进行抽真空处理，抽真空达到实验要求后，关门阀门4，通过天然气气瓶8向减压储气罐10充入所需压力的瓦斯，开启针型阀12，再通过减压储气罐10向三轴压力室6中充入实验所需压力的瓦斯，待实验煤样中注入瓦斯气体，关闭针型阀12，同时调节三轴压力室6和围压伺服系统7使实验煤样达到现场环境的轴压和围压，并使气体充分吸附平衡二十四小时，等到瓦斯气体充分吸附平衡后，将注水钢管18和注水端口连通，打开增液泵14和阀门二 15向三轴压力室6中注入实验所需的水量，然后关闭阀门二15，使得实验煤样在瓦斯和水分作用下平衡二十四小时；待平衡后将二氧化碳气瓶9与减压储气罐10连通，打开端口阀门19，向三轴压力室6 注入高于瓦斯压力的CO2气体，平衡24小时候，待平衡之后关闭端口阀门19，将气相色谱仪21与端口阀门19连接起来，打开端口阀门19和弹簧止水夹20，从三轴压力室6解吸出来的气体通过气相色谱仪21分析CO2和CH4的含量，最后得到解吸结果。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下。由语句“包括一个......限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素”。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (3)
1.一种煤层注水条件下二氧化碳驱替甲烷装置，包括真空脱气系统、恒温系统、三轴加压系统、注气系统、高压注水系统和气体收集分析系统；其特征在于：所述的真空脱气系统的组成包括真空泵(1)，真空泵(1)的抽气口与真空脱气箱(2)连接；所述的恒温系统为恒温水浴箱(5)；所述的三轴加压系统的组成包括三轴压力室(6)，三轴压力室(6)与围压伺服系统(7)连接；所述的注气系统的组成包括二氧化碳气瓶(8)和天然气气瓶(9)，二氧化碳气瓶(8)和天然气气瓶(9)均连接到减压储气罐(10)上；所述的高压注水系统的组成包括水箱(13)，在水箱(13)上连接有增液泵(14)；所述的气体收集分析系统为气相色谱仪(3)；真空脱气箱(2)通过带阀门(4)的连接管与三轴压力室(6)的瓦斯进气端口连接，减压储气罐(10)通过带针型阀(12)的连接管与三轴压力室(6)的瓦斯进气端口连接，气相色谱仪(3)通过带弹簧止水夹(20)的连接管与三轴压力室(6)的瓦斯进气端口连接；三轴压力室(6)的下部处于恒温水浴箱(5)中；增液泵(14)的出水口通过带阀门二(15)的连接管与注水钢管(18)连接，注水钢管(18)与三轴压力室(6)的进水口连接。
2.根据权利要求1所述的煤层注水条件下二氧化碳驱替甲烷装置，其特征在于：在连接减压储气罐(10)与三轴压力室(6)的连接管上还设有高精度压力表(11)。
3.根据权利要求1所述的煤层注水条件下二氧化碳驱替甲烷装置，其特征在于：在连接增液泵(14)与注水钢管(18)的连接管上还设有高压流量计(16)和高精度压力表二(17)。
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109632569A (zh) * | 2019-01-24 | 2019-04-16 | 中煤科工集团重庆研究院有限公司 | 一种外加气体和水分对含瓦斯煤粒解吸效应影响的测定方法及装置 |
| CN109751021A (zh) * | 2019-02-26 | 2019-05-14 | 洛阳理工学院 | 一种用于注气强化煤层气开发的模拟装置及模拟方法 |
| CN110284922A (zh) * | 2019-07-02 | 2019-09-27 | 中国矿业大学 | 一种co2地质封存强化瓦斯抽采诱发突出风险测试方法 |
| CN114486618A (zh) * | 2022-01-27 | 2022-05-13 | 福建工程学院 | 考虑温度-应力耦合作用的瓦斯吸附-解吸-驱替试验装置及其试验方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107192630A (zh) * | 2017-07-14 | 2017-09-22 | 贵州大学 | 一种注水对瓦斯解吸特性实验装置 |
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Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107192630A (zh) * | 2017-07-14 | 2017-09-22 | 贵州大学 | 一种注水对瓦斯解吸特性实验装置 |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109632569A (zh) * | 2019-01-24 | 2019-04-16 | 中煤科工集团重庆研究院有限公司 | 一种外加气体和水分对含瓦斯煤粒解吸效应影响的测定方法及装置 |
| CN109751021A (zh) * | 2019-02-26 | 2019-05-14 | 洛阳理工学院 | 一种用于注气强化煤层气开发的模拟装置及模拟方法 |
| CN110284922A (zh) * | 2019-07-02 | 2019-09-27 | 中国矿业大学 | 一种co2地质封存强化瓦斯抽采诱发突出风险测试方法 |
| CN110284922B (zh) * | 2019-07-02 | 2020-03-27 | 中国矿业大学 | 一种co2地质封存强化瓦斯抽采诱发突出风险测试方法 |
| CN114486618A (zh) * | 2022-01-27 | 2022-05-13 | 福建工程学院 | 考虑温度-应力耦合作用的瓦斯吸附-解吸-驱替试验装置及其试验方法 |
| CN114486618B (zh) * | 2022-01-27 | 2023-10-17 | 福建工程学院 | 考虑温度-应力耦合作用的瓦斯吸附-解吸-驱替试验装置及其试验方法 |
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