[发明专利]一种CO2注入与煤层气强化开采地球化学效应模拟试验装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于在试验室内模拟深部煤层CO₂地质存储与CH₄强化开采过程的试验装置，特别是涉及一种用于实现超临界CO₂/H₂O体系与煤岩样品高温、高压环境下的地球化学反应的试验装置，属于煤层气开采领域。

背景技术

随着我国国民经济的发展，传统能源的供应量逐渐减少，而且在生产生活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安全，人类对新型、清洁能源的需求越来越大，因而煤层气作为一种新型、清洁能源受到了广泛关注。我国具有丰富的煤层气资源，煤层气开发对缓解我国油气资源紧张现状、减轻矿井灾害程度、减少温室气体排放等具有重要意义。如何从煤层中开采煤层气及提高煤层气产量是当前研究的重要的课题，利用竞争吸附优势原理，将CO₂注入煤层可有效置换或驱替煤层CH₄，这已成为新的煤层气强化开发方式。煤层CO₂地质存储与CH₄强化开采(CO₂-ECBM，即CO₂Geological Storage-Enhanced Coal Bed Methane Recovery)技术融温室气体减排与新能源开发为一体，受到全球高度关注。超临界CO₂可与煤岩发生地球化学反应，致使煤中矿物质元素迁移以及碳氢化合物和类脂有机化合物溶解，改变煤物理化学结构和煤层渗透性及储存能力，对有效地应用煤层CO₂-ECBM技术尤为关键。

鉴于此，在试验室内模拟深部煤层高温、高压、密封环境对于研究CO₂-ECBM技术至关重要，设计一种可用于在试验室内模拟深部煤层环境，实现超临界CO₂/H₂O体系与煤岩样品在深部煤层条件下地球化学反应的试验装置，是煤层CO₂地质存储与CH₄强化开采研究亟待解决的一项课题。而现有的试验系统或装置并不能模拟深部煤层高温高压的试验环境，且需要采集试验样品时，必须停止试验再采集样品进行数据分析。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种CO₂注入与煤层气强化开采地球化学效应模拟试验装置，该装置能够在试验室内模拟深部煤层高温高压的环境，实现超临界CO₂/H₂O体系与煤岩样品在深部煤层条件下地球化学反应的模拟试验，并能够在试验的过程中采集气体样品和液体样品进行数据分析。本装置控温精度高、抗腐蚀性强、热平衡时间短、温度波动性小、均匀性好、便于控制、容易安装、操作简单、安全可靠。

为了达到上述目的，本CO₂注入与煤层气强化开采地球化学效应模拟试验装置，包括：

高压试验容器，该装置的反应室，用于模拟地层高温、高压、密封环境；

加压系统，用于通过管路向高压试验容器中注入试验用气体和水，且可调节高压试验容器中的压力；

升温系统，用于对高压试验容器加热及对其温度进行调整，并使其在试验过程中保持恒温；

抽真空系统，与高压试验容器连接，用于将高压试验容器中的气体排空；

液体样品采集系统，与高压试验容器连接，用于收集试验中和试验后的液体，进行降压、固液分离等操作；

气体样品采集系统，与高压试验容器连接，用于收集试验中和试验后的气体，进行冷凝、降压、气液分离等操作；

电气控制及监控系统，用于对试验过程进行控制，采集、显示及存储数据；

进一步的，所述的高压试验容器包括筒体、封头和密封结构，且高压试验容器上设有工作口，所述工作口包括抽真空口、进水口、进气口和出气口；

所述的加压系统包括氦气高压气瓶、甲烷高压气瓶、二氧化碳高压气瓶、空压机、电磁阀、气液增压泵、水源和多个控制气体和水进出的阀门，高压气瓶和水源分别与气液增压泵连接，空压机通过电磁阀与气液增压泵连接，气液增压泵设有出水口和出气口，分别与高压试验容器上的进水口和进气口连接；

所述的升温系统包括加热元件和保温层，保温层包裹整个高压试验容器的筒体，加热元件设在保温层和筒体之间；

所述的抽真空系统包括真空泵，真空泵和高压试验容器上的抽真空口连接且其连接管路上设有阀门；