[发明专利]通过火烧煤层提高煤层气产量的模拟实验装置及实验方法

说明书

本发明提供了一种通过火烧煤层提高煤层气产量的模拟实验装置及实验方法。其技术方案是设计了一套完整的填装煤岩、饱和甲烷、注空气、点火、燃烧、采气、计量等实验装置及实验方法。实验能够模拟煤岩在地下燃烧、加热煤层、并产生二氧化碳，提高煤层气解吸、扩散和渗流速率，从而提高煤层气井产量的过程和机理。本实验装置能够监测燃烧前缘推进的过程，监测不同位置的温度、压力，模拟地下温度场和压力场的变化；可以模拟并优化最佳的空气注入量、注气速度、采气速度、燃烧半径，模拟最佳的火烧煤层实施时机。本实验装置和方法能够模拟火烧煤层提高煤层气产量的机理和过程，并为矿场应用提供优化的技术参数。

技术领域

本发明涉及煤层气实验领域，具体地涉及一种通过火烧煤层提高煤层气产量的模拟实验装置及实验方法。

背景技术

我国的煤层具有变质程度高、孔隙度和渗透率低、但含气量高、资源量丰富的特点，开发潜力巨大。但由于受物性差的影响，煤层气开发过程中单井产气量低、稳产时间短及采收率低，严重影响煤层气开发的整体效益。

煤层气的开发需要经过解吸—扩散—渗流三个过程，每个过程都影响到煤层气的产量。煤燃烧可以产生高温和CO₂，高温可以提高煤层气的解吸和扩散的速率，高温可以使煤岩失水、收缩、焦化，产生裂缝，提高渗流能力；CO₂可以置换煤层中吸附的甲烷，驱替甲烷。鉴于上述机理，火烧煤层可以提高煤层井的产量和采收率。

因此，在这样的背景下，研制出了通过火烧煤层提高煤层气产量的物理模拟实验装置，并提出了完善的实验方法，以期为火烧煤层提高煤层气采收率技术提供可靠的实验基础，为矿场煤层气开发方案编制、参数优化提供实验依据。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明提供一种通过火烧煤层提高煤层气产量的模拟实验装置及实验方法，其可以使煤岩吸附气体、装置自动点火、模拟煤地下燃烧过程、抽汲气体并计量，可以监测煤在燃烧管中的燃烧状态和燃烧前缘的推进速度和距离，模拟煤层燃烧提高产气量的完整过程和机理。

具体地，本发明提供一种通过火烧煤层提高煤层气产量的模拟实验装置，其包括注入单元、煤岩燃烧单元、点火单元、采气及计量单元以及监测单元，

所述注入单元用于提供气源，并将气体注入燃烧管使煤样吸附气体，并且可以注入空气为煤燃烧提供氧气，其包括空气压缩机、氦气和甲烷储气罐、调压阀以及电子流量计；

所述煤岩燃烧单元包括煤岩燃烧管、防护罩以及水循环降温装置，所述煤岩燃烧管用于装填煤样并使煤样在其中燃烧，所述防护罩设在所述煤岩燃烧管外部，所述防护罩与所述煤岩燃烧管外壁之间形成一个环形空间，所述环形空间用于充填降温的循环水，所述水循环降温装置用于为系统降温；

所述点火单元为高温干烧电热棒，用于实现自动点火；

所述采气及计量单元包括真空泵、电子流量计、冷却器以及集气罐，真空泵与燃烧管之间产生压差使气体采出进入集气罐，所述电子流量计用于计量气体的体积，所述集气罐用于储存采出的气体，所述冷却器用于冷却高温的气体；

所述监测单元包括多个压力计以及温度感应器，所述压力计以及温度感应器等间距布置在所述煤岩燃烧管上，其配置用监测燃烧过程中不同位置的压力和温度。

优选地，所述压力计为压力计，所述温度感应器为热电偶温度监测计。

优选地，所述煤岩燃烧管的出口端设置有盖体，所述盖体内设置有耐高温密封条。

本发明还包括一种基于所述的通过火烧煤层提高煤层气产量的模拟实验装置的模拟实验方法，包括以下步骤：

S1、把煤岩粉碎筛分，选择颗粒直径在2-3mm之间的煤岩样，放置在干燥箱中，在80℃条件下，烘干一段时间，然后装填煤岩样到煤岩燃烧管内压实，拧紧盖体保证密封，之后打开煤岩燃烧管的出口端开关抽真空，然后再关闭所有开关；