[发明专利]一种超临界CO2注入与煤层气强化驱替模拟试验方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于在试验室内模拟深部煤层CO₂地质存储与CH₄强化开采过程的试验方法，特别是涉及一种用于实现超临界CO₂注入与驱替煤中CH₄，并测量竞争吸附过程中煤岩样品自由体积膨胀量的试验方法，属于煤层气开采领域。

背景技术

随着我国国民经济的发展，传统能源的供应量逐渐减少，而且在生产生活中排放的大量二氧化碳所产生的温室效应已经严重威胁到整个自然的生态安全，人类对新型、清洁能源的需求越来越大，因而煤层气作为一种新型、清洁能源受到了广泛关注。我国具有丰富的煤层气资源，煤层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。如何从煤层中开采煤层气及提高煤层气产量是当前研究的重要的课题，利用竞争吸附优势原理，将CO₂注入煤层可有效置换或驱替煤层CH₄，这已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CO₂Geological Storage-Enhanced Coal Bed Methane Recovery)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。超临界CO₂可与煤中吸附态CH₄发生竞争吸附，导致吸附态CH₄被置换和驱替出来，同时，煤吸附CH₄或CO₂后，会发生膨胀变形，改变煤层渗透性、储存能力，对有效地应用煤层CO₂-ECBM技术尤为关键。

鉴于此，在试验室内模拟深部煤层高温、高压、密封环境对于研究CO₂-ECBM技术至关重要，设计一种可用于在试验室内模拟深部煤层环境，实现模拟超临界CO₂注入与驱替煤中CH₄的过程的试验方法，是煤层CO₂地质存储与CH₄强化开采研究亟待解决的一项课题，对具体的深部煤层中煤层气的开采具有重要的理论指导作用。而现有的试验方法并没有模拟深部煤层高温高压的试验环境，且试验方法中也没有实时采集试验样品以实时得到试验数据。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种超临界CO₂注入与煤层气强化驱替模拟试验方法，该方法能够在试验室内模拟深部煤层高温高压的环境，实现超临界CO₂注入与驱替煤中CH₄的模拟试验，并能够在试验的过程中采集气体样品进行数据分析。

为了达到上述目的，本超临界CO₂注入与煤层气强化驱替模拟试验方法在样品室和参照缸中模拟深部煤层高温、高压、密封环境，由加压系统向样品室和参照缸提供压力和气源，由恒温系统向样品室和参照缸提供温度，由超临界二氧化碳生成与注入系统产生并向样品室提供超临界二氧化碳，由环压跟踪与测量系统为样品室提供环压，由电气控制及监控系统进行整个试验过程的监控和数据采集、显示、存储，通过气体样品采集系统完成试验中与试验后试验样品的收集、冷凝、泄压、气液分离、气体组分分析等功能，具体步骤如下：

(a)试样装罐：对煤样进行预处理；接通电源，接通超临界二氧化碳生成与注入系统和加压系统；将煤样放入热缩管内前，在热缩管内壁涂凡士林，每放入一段煤样，加入一个型煤垫片，放置时，型煤垫片的轴线与热缩管的轴线重合；将热缩管套在垫块上进行密封并对热缩管进行热缩，最后用两个O型圈分别套在两个垫块外的热缩管上，进一步密封热缩管；将热缩管放入夹持器中并置于恒温空气浴内；