[发明专利]超临界二氧化碳驱替开采煤层气的相态识别装置及方法

说明书

本发明公开一种超临界二氧化碳驱替开采煤层气的相态识别装置及方法，涉及煤层气开采领域。其中相态识别装置包括：高温三轴压力室、载荷加载系统、渗流加载系统、数据采集系统、温控系统以及高分辨X射线三维检测系统。采用本发明相态识别装置及方法能够根据煤层气赋存的地应力和温度条件，改变作用于煤层试件的不同温度压力地层条件，来模拟不同地层条件下超临界二氧化碳驱替开采煤层气的相态转变过程，并实现准确的流体相态识别，是一种能够在实验室内对地下深部煤层进行注超临界二氧化碳驱替开采煤层气流体相态识别的先进、高效、直观、可靠的实验装置和方法。

技术领域

本发明涉及煤层气开采技术领域，特别是涉及一种超临界二氧化碳驱替开采煤层气的相态识别装置及方法。

背景技术

向深部不可采煤层注入二氧化碳，利用二氧化碳的竞争吸附优势可同时实现地质封存和煤层气采收率的提高。对埋深超过800m的煤炭储层，原位地层压力将大于8MPa，同时温度大于50℃，井头以超临界二氧化碳（）形式注入，超临界状态相对气态密度大大增加，可显著增加储存能力。但超临界二氧化碳易受温度、地层应力、气体成分等因素影响而发生相态转变，目前还未有相关学者进行超临界二氧化碳驱替开采煤层气相态转变的实验研究，而对驱替过程相态识别的装置和方法更未涉及，在一定程度上制约了二氧化碳地质封存和煤层气资源的高效开发。

发明内容

针对上述背景技术中提出的问题，本发明提供一种超临界二氧化碳驱替开采煤层气的相态识别装置及方法，以模拟不同地层条件下超临界二氧化碳驱替开采煤层气的相态转变过程并实现准确的流体相态识别。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种超临界二氧化碳驱替开采煤层气的相态识别装置，包括：高温三轴压力室、载荷加载系统、渗流加载系统、数据采集系统、温控系统以及高分辨X射线三维检测系统；

所述高温三轴压力室包括外壳、轴向传压杆和底座；外壳内放置有硅胶套筒；煤层试件置于硅胶套筒内；外壳与硅胶套筒之间形成围压腔；外壳上设置有围压介质注入口和轴压入口；硅胶套筒的一端连接轴向传压杆，另一端连接底座；轴向传压杆内设置有流体介质入口；底座内设置有流体介质出口；

所述载荷加载系统包括轴压伺服电机和围压伺服电机；轴压伺服电机与轴压入口相连，用于驱动轴向传压杆向煤层试件加载轴压；围压伺服电机与围压介质注入口相连，用于驱动高温导热油向煤层试件加载围压；

所述渗流加载系统包括第一进口阀门、第二进口阀门、第三进口阀门、精密流量泵、中间容器、第一调压阀、二氧化碳供气装置、第二调压阀、甲烷供气装置、出口阀门以及产物收集装置；二氧化碳供气装置通过第一调压阀与中间容器相连，中间容器通过第一进口阀门与精密流量泵相连；甲烷供气装置通过第二调压阀和第二进口阀门与精密流量泵相连；精密流量泵通过第三进口阀门与高温三轴压力室的流体介质入口相连；高温三轴压力室的流体介质出口通过出口阀门与产物收集装置相连；

所述数据采集系统包括温度传感器和压力传感器；压力传感器设置在硅胶套筒内，分别与轴压伺服电机和围压伺服电机连接；压力传感器用于检测煤层试件处的压力；温度传感器设置在围压腔内；

所述温控系统包括高温导热油和温度控制装置；温度控制装置与温度传感器连接；温度传感器用于检测围压腔内的高温导热油温度并发送至温度控制装置；温度控制装置用于控制高温导热油温度；

所述高分辨X射线三维检测系统包括X射线源、探测器和计算机；X射线源用于对高温三轴压力室中的煤层试件进行X射线扫描，由探测器接收透过煤层试件的X射线并转换为CT投影图像，输入计算机进行处理；计算机根据CT投影图像进行流体相态识别。

可选地，所述煤层试件为圆柱体结构，尺寸为mm。

可选地，所述高温三轴压力室采用镁合金材料制作。