[发明专利]一种三轴渗透率测试与CO2

说明书

本发明公开了一种三轴渗透率测试与CO₂驱替模拟试验装置，属于煤层气开采领域，模型系统(1)、气体控制系统(2)、温度控制系统(3)、三轴加载系统(4)、抽真空系统(5)、气体样品采集系统(6)和电气控制及监控系统；由气体控制系统(2)提供试验用气体，由温度控制系统(3)控制试验温度，由三轴加载系统(4)施加围压和轴压，由气体样品采集系统(6)采集气体样品并对气体组分进行分析，由电气控制及监控系统监控试验。该装置能够在实验室内实现CO₂驱替的模拟试验过程，并能够通过测量岩样入口端施加的压力脉冲在岩样中的衰减数据，计算得到岩样的渗透率。本装置控温精度高、温度波动性小、便于控制、容易安装、安全可靠。

技术领域

本发明涉及一种渗透率测试与驱替模拟试验装置，特别是涉及一种三轴渗透率测试与 CO₂驱替模拟试验装置，属于煤层气开采领域。

背景技术

煤层气(煤矿瓦斯)、页岩气是新型的高效洁净能源。煤层气和页岩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，是我国增强能源自主保障能力与调整优化能源结构的重要途径。我国煤层气、页岩气资源丰富，2000m 以浅的煤层气储量达到36.81×10¹²m³，页岩气储量高达30×10¹²m³以上，开发潜力巨大。然而我国煤层气、页岩气开发利用率偏低，制约其开发的一个重要因素是煤层与页岩属于致密岩层，渗透率总体偏低，加之我国地质构造条件复杂，煤层气、页岩气难以被有效产出。

由于竞争吸附优势，CO₂注入煤层可有效置换或驱替煤层CH₄，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CO₂GeologicalStorage-EnhancedCoalBedMethaneRecovery)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。CO₂地质储存是一个复杂的科学问题，CO₂注入速率、封存机制、有效容量、油气生产潜力等科学问题的研究，可为国家下一步实施CO₂地质封存工程探索提供科学依据，推动中国 CO₂地质存储技术的形成和发展，服务国家减灾减排与新能源开发战略。因此，煤层CO₂地质存储有效性机理仍是我国当前阶段CO₂-ECBM亟待解决的科学问题。

现有实验室进行CO₂驱替或置换煤层CH₄以及测试岩石渗透率的试验装置及方法，对于煤层及页岩等致密岩石，测试效率较低、试验过程易受环境温度影响，测试结果误差相对较大。因此，设计一种适用于煤层及页岩等致密岩石的高效准确的渗透率测试与CO₂驱替模拟试验装置具有重要的理论及实际生产指导意义。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种三轴渗透率测试与CO₂驱替模拟试验装置，该装置能够在实验室内模拟深部煤层高温高压环境，实现CO₂驱替的模拟试验过程，并能够通过测量岩样入口端施加的压力脉冲在岩样中的衰减数据，计算得到岩样的渗透率，测试效率高，测量结果误差小。本试验装置控温精度高、抗腐蚀性强、温度波动性小、均匀性好、数据显示准确且直观、结构紧凑、便于控制、容易安装、操作简单、安全可靠，具备较好的实用性。

为了达到上述目的，本三轴渗透率测试与CO2驱替模拟试验装置，包括：模型系统、气体控制系统、温度控制系统、三轴加载系统、抽真空系统、气体样品采集系统和电气控制及监控系统；