[实用新型]一种小角散射研究煤中CO2驱替CH4的装置

说明书

本实用新型提供一种小角散射研究煤中CO₂驱替CH₄的装置，主要包括样品腔、橡胶垫圈、内六角螺钉、进气孔、排气孔、样品仓、进气管路、排气管路、两个螺丝槽、两个左旋螺丝、两个高精度压力表、两个三通阀、四个二通阀、两个减压阀、CH₄注气端、CO₂注气端、集气袋、真空计、真空泵、样品仓的上盘和下盘。样品仓通过进气螺丝槽、第一左旋螺丝与进气管路耦合密封连接和排气螺丝槽、第二左旋螺丝与排气管路耦合密封连接。排气管路通过第二左旋螺丝与第二三通阀连接，集气袋和真空泵通过第三二通阀、第四二通阀汇集于第二三通阀。各个压力表用于控制进气和排气过程中气体压力。最终达到利用小角散射技术探测煤中CO₂驱替CH₄的目的。

技术领域

本实用新型属于小角散射观察煤岩体孔径变化领域，尤其涉及一种小角散射研究煤中 CO₂驱替CH₄的装置。

背景技术

强化煤层气开采(ECBM)是指注入二氧化碳(CO₂)以驱替甲烷(CH₄)，以提高煤层气采收率的方法。注入CO₂可以促进煤层气开发，主要有以下两个原因：一方面，注入的CO2 降低了CH₄的分压，促进了CH₄的解吸；另一方面，CO₂的吸附能力根据煤阶的不同约为CH₄的2～10倍，这使得CO₂可以驱替煤中富含的CH₄。为了准确预测CO₂-ECBM过程中CH₄的产出，更好地理解驱替机理是必不可少的一项工作。而理解驱替机理的重要一步是研究CO₂驱替CH₄过程中煤体孔隙结构的变化。现有研究煤体孔隙结构的方法主要包括压汞法和低温气体吸附法。压汞法和低温气体吸附法测定效果取决于被测介质和流体间的侵润性，以及流体对微孔隙结构的损伤和破坏程度，且该方法无法统计“闭孔”信息。小角散射作为一种新型的无损检测手段，可以探测1～100nm范围内的孔径尺寸、比表面积、分形维数等信息。小角散射可以精确表征煤岩体中的纳米孔隙结构，但现有的实验条件无法配合小角散射技术探测CO₂驱替CH₄过程中煤体内孔隙结构变化。因此，迫切需要发明一种新型实验装置来配合小角散射技术探测CO₂驱替CH₄过程中煤岩体内孔隙结构的改变，以探明CO₂驱替CH₄机理，最终达到提高煤层气采收率的目的。

实用新型内容

本实用新型提供一种小角散射研究煤中CH₄驱替CO₂的装置，主要包括样品腔、橡胶垫圈、内六角螺钉、进气孔、进气螺丝槽、排气孔、排气螺丝槽、第一左旋螺丝、第二左旋螺丝、样品仓、进气管路、第一高精度压力表、第一三通阀、第一二通阀、第一减压阀、CH₄注气端、第二二通阀、第二减压阀、CO₂注气端、排气管路、第二三通阀、第二高精度压力表、第三二通阀、集气袋、第四二通阀、真空计、真空泵、样品仓上盘和样品仓下盘，所述样品仓的上盘和下盘在6个内六角螺钉的作用下通过橡胶垫圈进行带压接触，以保证样品仓的气密性。所述样品仓通过进气螺丝槽、第一左旋螺丝与进气管路耦合密封连接，从而使气体进入样品腔，所述样品仓通过排气螺丝槽、第二左旋螺丝与排气管路耦合密封连接，从而使气体排出样品腔，所述进气管路通过第一左旋螺丝与第一三通阀连接，所述CH₄注气端和CO₂注气端分别通过第一二通阀、第二二通阀汇集于第一三通阀，所述第一高精度压力表置于进气管路上，以读取气体注入时的压力，所述排气管路通过第二左旋螺丝与第二三通阀连接，所述集气袋和真空泵分别通过第三二通阀、第四二通阀汇集于第二三通阀，所述第二高精度压力表置于第二三通阀与第三二通阀之间的气体管路上，以读取气体排出时的压力，所述真空计置于真空计与真空泵之间的气体管路上，以读取抽真空时的气体压力。