[发明专利]超临界CO2与水力压裂复合致裂煤体的模拟装置及方法

权利要求书

1.一种超临界CO₂与水力压裂复合致裂煤体的模拟装置，其特征在于：包括超临界CO₂与水力压裂复合致裂装置、密封罐装置、数据采集装置、真空泵、瓦斯气样罐和安全阀；

所述超临界CO₂与水力压裂复合致裂装置包括超临界CO₂致裂部分和水力压裂部分；所述超临界CO₂致裂部分包括二氧化碳储气罐、第一加压泵和超临界二氧化碳储气罐，三者之间通过不锈钢连通管连接，每段不锈钢连通管之间设有可控开关，超临界二氧化碳储气罐上装有压力表；所述水力压裂部分包括水箱、第二加压泵和高压水箱，三者之间通过不锈钢连通管连接，每段不锈钢连通管之间设有可控开关，通过水压传感器和水压记录仪监测和控制水压力；

所述密封罐装置包括罐盖和罐体，罐体内放置有煤样；所述超临界CO₂与水力压裂复合致裂装置通过H型钢管与所述密封罐装置的煤样直接连接，所述数据采集装置、真空泵和瓦斯气样罐分别设置在密封罐装置的外侧，且与密封罐中的煤样直接连接；

所述密封罐装置的罐体采用6cm厚的不锈钢板制成，所述罐体与罐盖通过四个螺栓连接构成内部为空腔的四方体结构，内部空腔为边长40cm的正方体；

所述罐体的左右两侧各有两个孔径为3cm的通孔，分别为左侧上孔、左侧下孔、右侧上孔、右侧下孔，左侧孔中心分别距罐身底部20cm、10cm，右侧孔中心分别距罐身底部30cm、15cm；所述左侧下孔连接真空泵，左侧上孔连接瓦斯气样罐，右侧上孔连接安全阀，右侧下孔连接数据采集装置。

2.根据权利要求1所述的超临界CO₂与水力压裂复合致裂煤体的模拟装置，其特征在于：所述罐盖中心轴线上设有一直径10cm的通孔，加压泵的压头通过该通孔实现对煤样的单轴加压；所述压头与罐盖之间注入润滑油密封，压头内部有一直径3cm的管路，该管路与连接超临界二氧化碳与水力压裂复合致裂装置相连接。

3.根据权利要求1所述的超临界CO₂与水力压裂复合致裂煤体的模拟装置，其特征在于：所述数据采集装置的探头及电线放入密封罐内，在煤样钻孔面沿径向设有一凹槽，探头及电线固定在该槽内。

4.根据权利要求1所述的超临界CO₂与水力压裂复合致裂煤体的模拟装置，其特征在于：所述的不锈钢连通管外径为3cm。

5.一种超临界CO₂与水力压裂复合致裂煤体的模拟方法，采用权利要求1~4任一项所述的超临界CO₂与水力压裂复合致裂煤体的模拟装置，其特征在于包括以下步骤：

S1：根据实验所需，在圆柱体煤样的顶部中心沿竖直方向钻一个圆形孔，并在煤样钻孔面沿径向刻一小槽；

S2：将实验所用的数据采集装置的探头及电线放入槽内，将安装好探头和电线的煤样放入密封罐装置的中央；

S3：实验测量所对应的数据采集装置的电线通过罐体右侧下孔穿出，电线与密封罐孔壁之间采用薄橡胶片密封，开启压力泵，使压头开始挤压煤样，实现对煤样的单轴加压；

S4：连接真空泵，对密封罐内部进行抽真空处理，之后关闭真空泵气阀，按实验要求压力将瓦斯吸入密封罐，等瓦斯吸附达到平衡后关闭瓦斯气罐气阀；

S5：根据实验要求使用超临界CO₂与水力压裂复合致裂煤体模拟装置对煤样进行复合致裂，并通过数据采集装置采集实验数据，最后根据实验数据分析煤矿井下超临界二氧化碳与水力压裂复合致裂煤体的效果。