CN115144299A - 高温高压水蒸气预热煤体解吸实验装置及实验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明专利公开了高温高压水蒸气预热煤体解吸实验装置及实验方法，具体涉及甲烷解吸实验装置的技术领域。包括高温高压水蒸气发生器，高温高压水蒸气发生器连接有水蒸气温度控制器，水蒸气温度控制器上连接有水蒸气环流腔，水蒸气环流腔上连通有出气管，出气管上设有控制阀，水蒸气环流腔内设置有煤样罐，煤样罐上设有压力表，煤样罐上连通有第一气体管路，第一气体管路上通过三通阀连接有位于水蒸气环流腔外的甲烷气瓶和真空泵，第一气体管路通过三通阀连接有位于水蒸气环流腔外的气袋和装有水的量筒。采用本发明技术方案解决了现有电厂高温高压水蒸气促进煤层气解吸的关键实验和理论问题，可用于评估电厂高温高压水蒸气用于煤层气增产的可行性。
Description
技术领域
本发明涉及甲烷解吸实验装置的技术领域，特别涉及高温高压水蒸气预热煤体解吸实验装置及实验方法。
背景技术
煤层气既是一种丰富的优质非常规天然气资源，也是严重威胁煤矿安全生产和严重污染环境的有害气体，从资源、安全、环境三方面考虑，煤层气的高效开发与利用具有十分重要的现实意义。我国煤层气资源丰富，广泛分布于华北、西北、西南、东北的各主要含煤盆地，据估算，2000m以浅煤层气资源量达36.81×1012m3，其中超过80％存储在低渗煤层，为规模化、商业化开发提供了有利的资源基础。但由于各主要含煤盆地煤层气地质特征的差异性、资源赋存的复杂性，以及煤层气开发地质相关理论研究滞后于实践，造成煤层气井开采效率不高，影响了煤层气产业化的进程。我国煤矿区低渗透煤储层分布广泛。一方面，中国晚古生代聚煤期后的多次地质构造运动，对煤层产生了不同程度的破坏作用，在一些地区形成大量的构造煤，我国煤矿区碎软低渗煤层比例高达82％，渗透率低。另一方面，深部煤层具有相对高地温、高地层压力、高地应力且相对低渗透率的特征。中国深部煤层(埋深≥800m)发育广泛，但相比美国等国家煤级显著偏高、渗透率总体偏低，深部煤层的煤层气的开发难度相对更大，中国深部煤层开发值得特别关注。
多年来，国内许多学者和研究团队针对低渗煤层的煤层气增产问题开展了大量的研究，形成了压裂增透、卸压增透、CO2驱煤层气等一系列的理论和技术体系。其中，压裂增透技术作为最常用的煤层气增产技术在国内很多低渗矿区得到了广泛应用，包括淮南矿区、淮北矿区、平顶山矿区等。目前，压裂增透技术在致裂方法上形成了高压水力压裂、高压气体爆破致裂、化学爆破致裂等，空间上形成了井下钻孔压裂和地面井压裂等一系列的技术方法。
本发明以煤层气增产为导向，针对典型低渗煤层，以电厂高温高压水蒸气对煤体进行预热实现煤层气增产为研究对象，研发高温高压水蒸气预热煤体解吸实验装置及实验方法，建立基于高温高压水蒸气预热煤体的煤层气解吸理论模型，为高温高压水蒸气用于煤层气增产可行性奠定理论基础。
发明内容
本发明意在提供高温高压水蒸气预热煤体解吸实验装置及实验方法，解决了现有电厂高温高压水蒸气促进煤层气解吸的关键实验和理论问题。
为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：高温高压水蒸气预热煤体解吸实验装置，包括高温高压水蒸气发生器，所述高温高压水蒸气发生器连接有水蒸气温度控制器，所述水蒸气温度控制器上连接有水蒸气环流腔，所述水蒸气环流腔上连通有出气管，所述出气管上设有控制阀，所述水蒸气环流腔内设置有煤样罐，所述煤样罐上设有压力表，所述煤样罐上连通有第一气体管路，所述第一气体管路上通过三通阀连接有位于水蒸气环流腔外的甲烷气瓶和真空泵，所述第一气体管路通过三通阀连接有位于水蒸气环流腔外的气袋和装有水的量筒。
进一步的，所述实验装置的实验方法包括如下步骤：
S1、向煤样罐内加入50g颗粒煤样，并将煤样罐安置于水蒸气环流腔内；
S2、打开高温高压水蒸汽发生器，利用水蒸气温度控制器来保持水蒸气温度恒定，使得煤样罐处于设定的温度中，从而利用高温水蒸气对煤样罐内煤样进行预热；
S3、通过三通阀开启真空泵对煤样罐内煤样进行抽真空处理；
S4、通过三通阀关闭真空泵并开启甲烷气瓶的阀门，给煤样罐内煤样充气至设定压力；
S5、当压力表显示煤样罐内气体压力稳定后，利用三通阀使煤样罐分别与气袋、量筒连通来开展解吸实验。
进一步的，步骤S2设定的温度为100-300℃。
进一步的，步骤S4设定温度为0.2-10MPa。
与现有技术相比，本方案的有益效果：
1、本方案利用高温高压水蒸气预热煤体，有助于实现在100℃～300℃温度范围内开展煤的瓦斯解吸实验，获得高温阶段煤的瓦斯解吸规律，建立高温阶段煤的瓦斯解吸动力学模型。
2、本方案利用高温高压水蒸气预热煤体，有助于实现在100℃～300℃温度范围内对煤样进行热处理，结合煤的微观结构测试，获得高温阶段热处理后煤的微观结构演化特征。
3、本方案解决了现有电厂高温高压水蒸气促进煤层气解吸的关键实验和理论问题，可用于评估电厂高温高压水蒸气用于煤层气增产的可行性。
附图说明
图1是本实施例中高温高压水蒸气预热煤体解吸实验装置的示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
说明书附图中的附图标记包括：高温高压水蒸气发生器1、水蒸气温度控制器2、水蒸气环流腔3、出气管4、控制阀5、煤样罐6、真空泵7、甲烷气瓶8、量筒9、气袋10、三通阀11、压力表12。
实施例1：
如附图1所示：高温高压水蒸气预热煤体解吸实验装置，包括高温高压水蒸气发生器1，高温高压水蒸气发生器1通过管路连接有水蒸气温度控制器2，水蒸气温度控制器2通过管路连通有水蒸气环流腔3，水蒸气环流腔3的后侧铰接有密封门。水蒸气环流腔3的上侧还设有出气管4，出气管4上设有控制阀5。水蒸气环流腔3内设置有煤样罐6，煤样罐6上设有压力表12，煤样罐6上连通有第一气体管路，第一气体管路通过三通阀连接有位于水蒸气环流腔3外的甲烷气瓶8和真空泵7。第一气体管路通过三通阀11连接有位于水蒸气环流腔3外的气袋10和装有清水的量筒9。
本实验装置的实验方法包括如下步骤：
S1、通过破碎机对煤样进行破碎处理，利用筛网筛选出3-4mm的煤样，将50g上述煤样加入煤样罐6内，并将煤样罐6安置于水蒸气环流腔3内。
S2、打开高温高压水蒸汽发生器来产生水蒸气，同时利用水蒸气温度控制器2来保持水蒸气的温度恒定，并通过出气管4和控制阀5来调节水蒸气环流腔3内的压力，保持煤样罐6处于100℃的温度环境中，从而利用高温水蒸气对煤样罐6内煤样进去预热。
S3、通过三通阀11开启真空泵7对煤样罐6内煤样进行抽真空处理。
S4、通过三通阀11关闭真空泵7并开启甲烷气瓶8的阀门，给煤样罐6内煤样充气至设定压力，本实施例中设定压力为0.2MPa。
S5、当压力表将煤样罐6内气体压力传送至显示屏上并维持稳定后，利用三通阀11将煤样罐6分别与气袋10、量筒9连通用以收集游离气体和吸附气体，以此来开展解吸实验。
实施例2
本实施例与实施例1的区别仅在于：本实施例中，步骤S2的煤样罐6处于140℃的温度环境中，同时步骤S4设定压力为1MPa。
实施例3
本实施例与实施例1的区别仅在于：本实施例中，步骤S2的煤样罐6处于180℃的温度环境中，同时步骤S4设定压力为2MPa。
实施例4
本实施例与实施例1的区别仅在于：本实施例中，步骤S2的煤样罐6处于220℃的温度环境中，同时步骤S4设定压力为5MPa。
实施例5
本实施例与实施例1的区别仅在于：本实施例中，步骤S2的煤样罐6处于300℃的温度环境中，同时步骤S4设定压力为10MPa。
以上的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。
Claims (4)
1.高温高压水蒸气预热煤体解吸实验装置，其特征在于：包括高温高压水蒸气发生器，所述高温高压水蒸气发生器连接有水蒸气温度控制器，所述水蒸气温度控制器上连接有水蒸气环流腔，所述水蒸气环流腔上连通有出气管，所述出气管上设有控制阀，所述水蒸气环流腔内设置有煤样罐，所述煤样罐上设有压力表，所述煤样罐上连通有第一气体管路，所述第一气体管路上通过三通阀连接有位于水蒸气环流腔外的甲烷气瓶和真空泵，所述第一气体管路通过三通阀连接有位于水蒸气环流腔外的气袋和装有水的量筒。
2.根据权利要求1所述的高温高压水蒸气预热煤体解吸实验装置，其特征在于：所述实验装置的实验方法包括如下步骤：
S1、向煤样罐内加入50g颗粒煤样，并将煤样罐安置于水蒸气环流腔内；
S2、打开高温高压水蒸汽发生器，利用水蒸气温度控制器来保持水蒸气温度恒定，使得煤样罐处于设定的温度中，从而利用高温水蒸气对煤样罐内煤样进行预热；
S3、通过三通阀开启真空泵对煤样罐内煤样进行抽真空处理；
S4、通过三通阀关闭真空泵并开启甲烷气瓶的阀门，给煤样罐内煤样充气至设定压力；
S5、当压力表显示煤样罐内气体压力稳定后，利用三通阀使煤样罐分别与气袋、量筒连通来开展解吸实验。
3.根据权利要求2所述的高温高压水蒸气预热煤体解吸实验装置，其特征在于：步骤S2设定的温度为100-300℃。
4.根据权利要求2所述的高温高压水蒸气预热煤体解吸实验装置，其特征在于：步骤S4设定温度为0.2-10MPa。
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