CN116411896B - 超临界二氧化碳驱替开采煤层气的相态识别装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种超临界二氧化碳驱替开采煤层气的相态识别装置及方法，涉及煤层气开采领域。其中相态识别装置包括：高温三轴压力室、载荷加载系统、渗流加载系统、数据采集系统、温控系统以及高分辨X射线三维检测系统。采用本发明相态识别装置及方法能够根据煤层气赋存的地应力和温度条件，改变作用于煤层试件的不同温度压力地层条件，来模拟不同地层条件下超临界二氧化碳驱替开采煤层气的相态转变过程，并实现准确的流体相态识别，是一种能够在实验室内对地下深部煤层进行注超临界二氧化碳驱替开采煤层气流体相态识别的先进、高效、直观、可靠的实验装置和方法。

Description

超临界二氧化碳驱替开采煤层气的相态识别装置及方法

技术领域

本发明涉及煤层气开采技术领域，特别是涉及一种超临界二氧化碳驱替开采煤层气的相态识别装置及方法。

背景技术

向深部不可采煤层注入二氧化碳，利用二氧化碳的竞争吸附优势可同时实现地质封存和煤层气采收率的提高。对埋深超过800m的煤炭储层，原位地层压力将大于8MPa，同时温度大于50℃，井头以超临界二氧化碳（）形式注入，超临界状态相对气态密度大大增加，可显著增加储存能力。但超临界二氧化碳易受温度、地层应力、气体成分等因素影响而发生相态转变，目前还未有相关学者进行超临界二氧化碳驱替开采煤层气相态转变的实验研究，而对驱替过程相态识别的装置和方法更未涉及，在一定程度上制约了二氧化碳地质封存和煤层气资源的高效开发。

发明内容

针对上述背景技术中提出的问题，本发明提供一种超临界二氧化碳驱替开采煤层气的相态识别装置及方法，以模拟不同地层条件下超临界二氧化碳驱替开采煤层气的相态转变过程并实现准确的流体相态识别。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种超临界二氧化碳驱替开采煤层气的相态识别装置，包括：高温三轴压力室、载荷加载系统、渗流加载系统、数据采集系统、温控系统以及高分辨X射线三维检测系统；

所述高温三轴压力室包括外壳、轴向传压杆和底座；外壳内放置有硅胶套筒；煤层试件置于硅胶套筒内；外壳与硅胶套筒之间形成围压腔；外壳上设置有围压介质注入口和轴压入口；硅胶套筒的一端连接轴向传压杆，另一端连接底座；轴向传压杆内设置有流体介质入口；底座内设置有流体介质出口；

所述载荷加载系统包括轴压伺服电机和围压伺服电机；轴压伺服电机与轴压入口相连，用于驱动轴向传压杆向煤层试件加载轴压；围压伺服电机与围压介质注入口相连，用于驱动高温导热油向煤层试件加载围压；

所述渗流加载系统包括第一进口阀门、第二进口阀门、第三进口阀门、精密流量泵、中间容器、第一调压阀、二氧化碳供气装置、第二调压阀、甲烷供气装置、出口阀门以及产物收集装置；二氧化碳供气装置通过第一调压阀与中间容器相连，中间容器通过第一进口阀门与精密流量泵相连；甲烷供气装置通过第二调压阀和第二进口阀门与精密流量泵相连；精密流量泵通过第三进口阀门与高温三轴压力室的流体介质入口相连；高温三轴压力室的流体介质出口通过出口阀门与产物收集装置相连；

所述数据采集系统包括温度传感器和压力传感器；压力传感器设置在硅胶套筒内，分别与轴压伺服电机和围压伺服电机连接；压力传感器用于检测煤层试件处的压力；温度传感器设置在围压腔内；

所述温控系统包括高温导热油和温度控制装置；温度控制装置与温度传感器连接；温度传感器用于检测围压腔内的高温导热油温度并发送至温度控制装置；温度控制装置用于控制高温导热油温度；

所述高分辨X射线三维检测系统包括X射线源、探测器和计算机；X射线源用于对高温三轴压力室中的煤层试件进行X射线扫描，由探测器接收透过煤层试件的X射线并转换为CT投影图像，输入计算机进行处理；计算机根据CT投影图像进行流体相态识别。

可选地，所述煤层试件为圆柱体结构，尺寸为mm。

可选地，所述高温三轴压力室采用镁合金材料制作。

本发明还提供一种超临界二氧化碳驱替开采煤层气的相态识别方法，基于所述的相态识别装置；所述相态识别方法包括：

将煤层试件置于硅胶套筒中，并将硅胶套筒放入高温三轴压力室内，盖上高温三轴压力室两端压头；

通过温度控制装置设定加热温度并对高温导热油进行加热，通过温度传感器检测高温导热油温度；

当高温导热油温度达到预设温度值并稳定30分钟后，通过轴压伺服电机和围压伺服电机对煤层试件施加轴压与围压；

通过压力传感器检测煤层试件处的压力，当压力达到预设压力值时，将煤层试件保持在模拟地层条件下的恒温恒压状态进行流体驱替实验；

通过甲烷供气装置将高压甲烷气体通入到煤层试件中，并通过产物收集装置进行收集；

待流体介质出口处的甲烷流量稳定后，停止通入高压甲烷气体，开启二氧化碳供气装置将超临界二氧化碳通入到煤层试件中驱替甲烷，并通过产物收集装置进行收集；

开启高分辨X射线三维检测系统对高温三轴压力室中的煤层试件进行X射线实时CT扫描，获得超临界二氧化碳驱替甲烷不同层位密度分布特征的CT投影图像；

根据CT投影图像重构出超临界二氧化碳驱替甲烷的CT灰度图像；

通过对CT灰度图像中的CT数进行对比分析，识别出煤层试件和超临界二氧化碳。

可选地，所述预设温度值的范围为20～200℃。

可选地，所述预设压力值的范围为0～30MPa。

可选地，所述根据CT投影图像重构出超临界二氧化碳驱替甲烷的CT灰度图像，具体包括：

根据CT投影图像中的CT投影值求解X射线穿过煤层试件和超临界二氧化碳的衰减系数；

将衰减系数转换为相应的CT数，重构出超临界二氧化碳驱替甲烷的CT灰度图像。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明所提供的超临界二氧化碳驱替开采煤层气的相态识别装置及方法，其中相态识别装置包括：高温三轴压力室、载荷加载系统、渗流加载系统、数据采集系统、温控系统以及高分辨X射线三维检测系统。通过将煤层试件置于硅胶套筒中并将硅胶套筒放入高温三轴压力室内；设定加热温度对高温导热油进行加热，通过温度传感器检测温度，当温度达到预设温度值并稳定30分钟后，通过轴压、围压伺服电机对煤层试件施加轴压与围压，通过压力传感器检测煤层试件处的压力达到预设压力值时，使煤层试件保持在模拟地层条件下的恒温恒压状态，利用二氧化碳、甲烷供气装置进行流体驱替实验，通过高分辨X射线三维检测系统对高温三轴压力室中煤层试件进行X射线实时CT扫描；驱替后的流体由产物收集装置进行收集。采用本发明相态识别装置及方法能够根据煤层气赋存的地应力和温度条件，改变作用于煤层试件的不同温度压力地层条件，来模拟不同地层条件下超临界二氧化碳驱替开采煤层气的相态转变过程，并实现准确的流体相态识别，是一种能够在实验室内对地下深部煤层进行注超临界二氧化碳驱替开采煤层气流体相态识别的先进、高效、直观、可靠的实验装置和方法。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种超临界二氧化碳驱替开采煤层气的相态识别装置的结构示意图；

附图标记如下：1—外壳；2—硅胶套筒；3—围压介质注入口；4—围压伺服电机；5—围压腔；6—轴压入口；7—轴压伺服电机；8—轴向传压杆；9—底座；10—流体介质入口；11—流体介质出口；12—第三进口阀门；13—精密流量泵；14—第一进口阀门；15—第二进口阀门；16—中间容器；17—第一调压阀；18—二氧化碳供气装置；19—第二调压阀；20—甲烷供气装置；21—出口阀门；22—产物收集装置；23—高分辨X射线三维检测系统；24—温度传感器；25—压力传感器；26—温度控制装置；27—注水腔。

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。

本发明的目的是提供一种超临界二氧化碳驱替开采煤层气的相态识别装置及方法，以模拟不同地层条件下超临界二氧化碳驱替开采煤层气的相态转变过程并实现准确的流体相态识别。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明超临界二氧化碳驱替开采煤层气的相态识别装置结构如图1所示。参见图1，所述相态识别装置具体包括：高温三轴压力室、载荷加载系统、渗流加载系统、数据采集系统、温控系统以及高分辨X射线三维检测系统。

具体地，所述高温三轴压力室包括外壳1、轴向传压杆8和底座9。其中，外壳1内放置有硅胶套筒2；煤层试件置于硅胶套筒2内。外壳1与硅胶套筒2之间形成围压腔5。外壳1上设置有围压介质注入口3和轴压入口6。硅胶套筒2的一端连接轴向传压杆8，另一端连接底座9。轴向传压杆8内设置有注气腔，作为流体介质入口10。底座9内设置有排采腔，作为流体介质出口11。轴向传压杆8与外壳1之间还设置有注水腔27，通过轴压入口6向注水腔27内注水以向轴向传压杆8施加压力。

在实际应用中，所述高温三轴压力室选用耐高温、低密度、高强度镁合金材料制作，可放置尺寸为mm的圆柱体结构煤层试件，实现微米级的图像分辨率。硅胶套筒2也采用耐高温材料制作。

所述载荷加载系统包括轴压伺服电机7和围压伺服电机4。其中，轴压伺服电机7与轴压入口6相连，用于驱动轴向传压杆8向煤层试件加载轴压。围压伺服电机4与围压介质注入口3相连，用于驱动高温导热油向煤层试件加载围压。轴压伺服电机7能够精确控制轴压电缸以机械方式加载轴压；围压伺服电机4能够精确控制围压电缸驱动围压腔5内的高温导热油加载围压。所加载轴压或围压的压力范围为0～30MPa。

所述渗流加载系统包括第一进口阀门14、第二进口阀门15、第三进口阀门12、精密流量泵13、中间容器16、第一调压阀17、二氧化碳供气装置18、第二调压阀19、甲烷供气装置20、出口阀门21以及产物收集装置22。其中，二氧化碳供气装置18通过第一调压阀17与中间容器16相连，中间容器16通过第一进口阀门14与精密流量泵13相连；甲烷供气装置20通过第二调压阀19和第二进口阀门15与精密流量泵13相连；精密流量泵13通过第三进口阀门12与高温三轴压力室的流体介质入口10相连；高温三轴压力室的流体介质出口11通过出口阀门21与产物收集装置22相连。渗流加载系统通过进口阀门（包括第一进口阀门14、第二进口阀门15和第三进口阀门12）向煤层试件注入超临界二氧化碳和甲烷流体介质，施加孔隙压力。

所述数据采集系统包括温度传感器24和压力传感器25。其中，压力传感器25设置在硅胶套筒2内，分别与轴压伺服电机7和围压伺服电机4连接。压力传感器25用于检测煤层试件处的压力。温度传感器24设置在围压腔5内，用于检测围压腔5内的高温导热油温度。

在实际应用中，所述数据采集系统还包括信号线和多通道数据采集卡。信号线分别与压力传感器25和温度传感器24相连接，采集的压力和温度数据经过信号线传输至多通道数据采集卡进行收集、存储与显示。

所述温控系统包括高温导热油和温度控制装置26。其中，温度控制装置26与温度传感器24连接；温度传感器24用于检测围压腔5内的高温导热油温度并发送至温度控制装置26；温度控制装置26用于控制高温导热油温度，加热温度范围为20～200℃。

所述高分辨X射线三维检测系统包括X射线源、探测器和计算机。其中，X射线源用于对高温三轴压力室中的煤层试件进行X射线扫描，由探测器接收透过煤层试件的X射线并转换为CT投影图像，输入计算机进行处理；计算机根据CT投影图像进行流体相态识别。

下面通过三个具体实施例介绍本发明相态识别装置的具体操作过程。

实施例1的具体操作过程如下：

1）将煤层试件加工为mm的尺寸，置于硅胶套筒2中，并将其放入高温三轴压力室，盖上高温三轴压力室压头并进行密封；

2）设定高温导热油加热的预设温度值为40℃，开启温度控制装置26对围压腔5内的高温导热油进行加热，当温度达到预设温度值并稳定30分钟后，通过围压伺服电机4控制围压电缸驱动高温导热油加载至预设围压值18MPa，通过轴压伺服电机7控制轴压电缸以机械方式加载至预设轴压值20MPa；

3）开启甲烷供气装置20、第二调压阀19、第二进口阀门15、精密流量泵13以及第三进口阀门12，通过第二调压阀19将气体压力设定至预设气体压力值8MPa，通入高压甲烷气体到煤层试件中；

4）开启出口阀门21与产物收集装置22，渗流后的流体通过流体介质出口11进入产物收集装置22；

5）待流体介质出口11处的甲烷流量稳定后，关闭甲烷供气装置20、第二调压阀19、第二进口阀门15，开启二氧化碳供气装置18、第一调压阀17、中间容器16以及第一进口阀门14，通过第一调压阀17将气体压力设定至预设气体压力值8MPa，超临界二氧化碳通过第一进口阀门14、精密流量泵13和第三进口阀门12进入高温三轴压力室；经高温高压驱替后的流体通过出口阀门21进入产物收集装置22，并通过产物收集装置22进行二氧化碳、甲烷产物的分离和计量；

6）开启高分辨X射线三维检测系统23，对高温三轴压力室进行实时CT扫描，获得超临界二氧化碳驱替甲烷不同层位密度分布特征的CT投影图像。

7）待流体介质出口11处的流体流量稳定后，关闭二氧化碳供气装置18、第一调压阀17、第一进口阀门14、精密流量泵13和第三进口阀门12，结束实验。

8）根据CT投影图像重构出超临界二氧化碳驱替甲烷的CT灰度图像，通过对CT数的对比分析，分离出高密度煤层试件和低密度超临界二氧化碳，从而实现CT灰度图像中的超临界相态流体识别。

实施例2：通过高温导热油将煤层试件加热至50℃，通过围压伺服电机4控制围压电缸驱动高温导热油加载至预设围压值25MPa，通过轴压伺服电机7控制轴压电缸以机械方式加载至预设轴压值23MPa；甲烷及二氧化碳注入的预设气体压力值为10MPa，对煤层试件进行超临界二氧化碳驱替甲烷实验，其它同实施例1。该实施例2能够满足模拟矿物埋藏深度达1200m的地层条件的实验要求，对埋深1200米深部煤层进行注超临界二氧化碳驱替开采煤层气流体相态识别。

实施例3：通过高温导热油将煤层试件加热至60℃，通过围压伺服电机4控制围压电缸驱动高温导热油加载至预设围压值30MPa，通过轴压伺服电机7控制轴压电缸以机械方式加载至预设轴压值28MPa；甲烷及二氧化碳注入的预设气体压力值为12MPa，对煤层试件进行超临界二氧化碳驱替甲烷实验，其它同实施例1。该实施例3能够满足模拟矿物埋藏深度达1500m的地层条件的实验要求，对埋深1500米深部煤层进行注超临界二氧化碳驱替开采煤层气流体相态识别。

本发明提供了超临界二氧化碳驱替开采煤层气的相态识别装置，该相态识别装置能够对煤层试件在高温条件下加载轴压和围压，煤层试件尺寸为mm，煤层试件轴压和围压可加载0~30MPa，煤层试件环境温度达20~200℃，可模拟煤层埋藏深度达1000m以上的不同温度和地应力条件，进行深部注超临界二氧化碳驱替开采煤层气实验，研究不同地层埋深流体运移时的相态变化，对超临界态、气态流体精准识别，有助于解决深部煤层的二氧化碳封存评估与煤层气产出问题。本发明充分考虑了煤岩地质赋存条件下的地应力和温度条件，实验过程安全稳定，可以识别超临界二氧化碳驱替开采煤层气的流体相态变化，为深部煤层的二氧化碳封存及煤层气产出评估提供了可行的试验装置及方法。

基于所述的相态识别装置，本发明还提供一种超临界二氧化碳驱替开采煤层气的相态识别方法，包括：

S1：将煤层试件置于硅胶套筒2中，并将硅胶套筒2放入高温三轴压力室内，盖上高温三轴压力室两端压头。

具体地，将尺寸为mm的煤层试件置于硅胶套筒2中，并将其放入高温三轴压力室内，盖上压力室压头并进行密封。

S2：通过温度控制装置26设定加热温度并对高温导热油进行加热，通过温度传感器24检测高温导热油温度。设定的加热温度范围为20～200℃。

S3：当高温导热油温度达到预设温度值并稳定30分钟后，通过轴压伺服电机7和围压伺服电机4对煤层试件施加轴压与围压；轴压与围压的压力范围为0～30MPa。

S4：通过压力传感器25检测煤层试件处的压力，当压力达到预设压力值时，将煤层试件保持在模拟地层条件下的恒温恒压状态进行流体驱替实验。

S5：通过甲烷供气装置20将高压甲烷气体通入到煤层试件中，并通过产物收集装置22进行收集。

S6：待流体介质出口11处的甲烷流量稳定后，停止通入高压甲烷气体，开启二氧化碳供气装置18将超临界二氧化碳通入到煤层试件中驱替甲烷，并通过产物收集装置22进行收集。

S7：开启高分辨X射线三维检测系统23对高温三轴压力室中的煤层试件进行X射线实时CT扫描，获得超临界二氧化碳驱替甲烷不同层位密度分布特征的CT投影图像。

S8：根据CT投影图像重构出超临界二氧化碳驱替甲烷的CT灰度图像。

CT扫描原理为：由X射线源发出的X射线束照射到煤层试件上，X射线透过材料后其透射强度发生变化，煤层试件后方探测器接收透射的X射线，将光信号转换为CT投影图像信号并存储到计算机上。X射线穿过物质时的衰减强度可以用以下公式进行描述：

其中，表示CT投影图像中的CT投影值；/>表示射线透过空气时探测器的测量值（mR/h）；/>表示射线透过物质时探测器的测量值（mR/h），本发明中/>=1或2，当/>=1表示透过的物质为超临界二氧化碳，当/>=2时表示透过的物质为煤层试件；/>表示射线在不同物质中的传播距离（mm），则/>代表射线在超临界二氧化碳中的传播距离，/>代表射线在煤层试件中的传播距离；/>表示X射线穿过不同物质的衰减系数，则/>代表超临界二氧化碳的衰减系数，/>代表煤层试件的衰减系数。

CT图像重构是指由CT投影值求解物质的衰减系数/>空间分布的过程。由于超临界二氧化碳、煤层试件材料的密度差异，射线穿过不同物质材料的衰减系数不同。得到超临界二氧化碳和煤层试件衰减系数的空间分布，即可重构超临界二氧化碳驱替甲烷的CT灰度图像。通过对水的线性衰减系数进行归一化处理，将衰减系数转换为相应的CT数：

其中，表示CT灰度图像中像素/>处的CT数；/>表示像素/>处的衰减系数；为水的衰减系数。

S9：通过对CT灰度图像中的CT数进行对比分析，识别出煤层试件和超临界二氧化碳。

由于同一能量的入射X射线下，超临界二氧化碳和煤层试件的CT数存在差异，因此可以通过对各像素处CT数的对比分析，分离出高密度煤层试件和低密度超临界二氧化碳，从而实现在CT灰度图像中的超临界相态流体识别。

本发明主要用于深部煤层进行注超临界二氧化碳驱替开采煤层气流体相态识别的实验研究，在高温高压条件下进行超临界二氧化碳驱替甲烷实验，通过对该过程进行实时X射线CT扫描，获得各扫描断层超临界态、气态流体相边界，通过获取超临界二氧化碳驱替甲烷不同层位密度分布特征的CT灰度图像，实现超临界二氧化碳的相态分离，实现超临界二氧化碳及甲烷的相态识别。本发明提供了一种对地下深部煤层进行注超临界二氧化碳驱替开采煤层气流体相态识别的先进、高效、直观、可靠的实验装置和方法，为二氧化碳地质封存和煤层气资源高效开发提供了有效的理论依据。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (4)

1.一种超临界二氧化碳驱替开采煤层气的相态识别方法，其特征在于，所述相态识别方法基于一种超临界二氧化碳驱替开采煤层气的相态识别装置，所述相态识别装置包括：高温三轴压力室、载荷加载系统、渗流加载系统、数据采集系统、温控系统以及高分辨X射线三维检测系统；

所述高温三轴压力室包括外壳、轴向传压杆和底座；外壳内放置有硅胶套筒；煤层试件置于硅胶套筒内；外壳与硅胶套筒之间形成围压腔；外壳上设置有围压介质注入口和轴压入口；硅胶套筒的一端连接轴向传压杆，另一端连接底座；轴向传压杆内设置有流体介质入口；底座内设置有流体介质出口；

所述载荷加载系统包括轴压伺服电机和围压伺服电机；轴压伺服电机与轴压入口相连，用于驱动轴向传压杆向煤层试件加载轴压；围压伺服电机与围压介质注入口相连，用于驱动高温导热油向煤层试件加载围压；

所述渗流加载系统包括第一进口阀门、第二进口阀门、第三进口阀门、精密流量泵、中间容器、第一调压阀、二氧化碳供气装置、第二调压阀、甲烷供气装置、出口阀门以及产物收集装置；二氧化碳供气装置通过第一调压阀与中间容器相连，中间容器通过第一进口阀门与精密流量泵相连；甲烷供气装置通过第二调压阀和第二进口阀门与精密流量泵相连；精密流量泵通过第三进口阀门与高温三轴压力室的流体介质入口相连；高温三轴压力室的流体介质出口通过出口阀门与产物收集装置相连；

所述数据采集系统包括温度传感器和压力传感器；压力传感器设置在硅胶套筒内，分别与轴压伺服电机和围压伺服电机连接；压力传感器用于检测煤层试件处的压力；温度传感器设置在围压腔内；

所述温控系统包括高温导热油和温度控制装置；温度控制装置与温度传感器连接；温度传感器用于检测围压腔内的高温导热油温度并发送至温度控制装置；温度控制装置用于控制高温导热油温度；

所述高分辨X射线三维检测系统包括X射线源、探测器和计算机；X射线源用于对高温三轴压力室中的煤层试件进行X射线扫描，由探测器接收透过煤层试件的X射线并转换为CT投影图像，输入计算机进行处理；计算机根据CT投影图像进行流体相态识别；

所述相态识别方法包括：

将煤层试件置于硅胶套筒中，并将硅胶套筒放入高温三轴压力室内，盖上高温三轴压力室两端压头；

通过温度控制装置设定加热温度并对高温导热油进行加热，通过温度传感器检测高温导热油温度；

当高温导热油温度达到预设温度值并稳定30分钟后，通过轴压伺服电机和围压伺服电机对煤层试件施加轴压与围压；

通过压力传感器检测煤层试件处的压力，当压力达到预设压力值时，将煤层试件保持在模拟地层条件下的恒温恒压状态进行流体驱替实验；

通过甲烷供气装置将高压甲烷气体通入到煤层试件中，并通过产物收集装置进行收集；

待流体介质出口处的甲烷流量稳定后，停止通入高压甲烷气体，开启二氧化碳供气装置将超临界二氧化碳通入到煤层试件中驱替甲烷，并通过产物收集装置进行收集；

开启高分辨X射线三维检测系统对高温三轴压力室中的煤层试件进行X射线实时CT扫描，获得超临界二氧化碳驱替甲烷不同层位密度分布特征的CT投影图像；

根据CT投影图像重构出超临界二氧化碳驱替甲烷的CT灰度图像；

通过对CT灰度图像中的CT数进行对比分析，识别出煤层试件和超临界二氧化碳。

2.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳驱替开采煤层气的相态识别方法，其特征在于，所述预设温度值的范围为20～200℃。

3.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳驱替开采煤层气的相态识别方法，其特征在于，所述预设压力值的范围为0～30MPa。

4.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳驱替开采煤层气的相态识别方法，其特征在于，所述根据CT投影图像重构出超临界二氧化碳驱替甲烷的CT灰度图像，具体包括：

根据CT投影图像中的CT投影值求解X射线穿过煤层试件和超临界二氧化碳的衰减系数；

将衰减系数转换为相应的CT数，重构出超临界二氧化碳驱替甲烷的CT灰度图像。