[发明专利]微波辐射激励煤岩气吸附解吸特性实验装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种煤岩气吸附解吸特性的实验装置，特别是涉及一种利用微波辐射激励煤岩气吸附解吸特性的实验装置及方法。

背景技术

低抽采率一直是制约非常规天然气资源开采及利用的难题，主要原因有以下两个方面，一是我国煤岩气储层的渗透性差，渗透率普遍偏低，大部分低于0.1mD，比美国低2～4个数量级；二是多达90%的煤层气和60%的页岩气以吸附状态存在于煤岩气储层中，其解吸速率缓慢。

为提高抽采效率，人们相继提出密集钻孔抽放、水力压裂、深孔爆破、水力冲孔、水力割缝等强化抽采方法的力学方法以及注气驱替等非力学方法。近年来，又有不少学者开始尝试通过外加温度场、地电场、低频电磁场及声场等物理场来改变煤岩气的吸附解吸与渗透性，通过研究发现，尽管上述几种物理场对煤岩体产生的效应存在差异，但对煤岩体的影响基本上是一致的，即在一定程度上具有促进煤岩气解吸、运移的作用。

微波电磁场也是一种物理场，由于微波具有频率高、波长短、穿透性强等其他电磁波所不具有的特征而被称为一种特殊的电磁波。微波作为一种高频电磁波，其作用于煤岩体一方面产生电磁场效应，同时产生的热效应会使煤岩体的温度快速升高，也就是说微波辐射煤岩体相当于对煤岩体同时施加了电磁场与温度场。温度场与低频电磁场都在一定程度上降低煤岩气吸附量，促进解吸。由此可以推断，如果对煤岩体同时施加电磁场和较高温度场，那么在这两种物理场双重作用下，煤岩体解吸特性极有可能增大。因此，将微波电磁场作用于煤岩体极有可能促进煤岩气解吸，但目前还没有此方面的研究报道。

为明确微波辐射对煤岩气吸附解吸特性的影响，需要开展吸附解吸实验。由于微波产生、传输、加载的复杂性，无法使用现有的吸附解吸实验装置直接进行实验研究。

在现有技术中，CN103696746A公开了一种微波激励煤层气解吸渗流实验装置，使用磁控管产生的微波通过谐振腔改变方向后导入波导管，波导管通过微波天线端头改变传输参数传输给螺旋状微波天线，由螺旋状微波天线形成高频变化的磁场作用于煤体。微波天线一般用于信号通讯，其加热作用通常不明显。该装置中微波设备为组装设备，设备密闭会存在隐患，微波容易泄露，易产生安全问题，且该装置较为复杂，密封困难，实际中不易实现。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足而提供一种微波辐射激励煤岩气吸附解吸特性的实验装置及方法，该方法及装置结构简单，易于实现，操作简便，安全性好，能实现对微波辐射激励煤岩气吸附解吸特性测试。

技术方案：一种微波辐射激励煤岩气吸附解吸特性的实验装置，包括石英玻璃吸附解吸瓶、微波炉、高压储气罐及集气量筒，所述石英玻璃吸附解吸瓶放置在微波炉中，瓶体内装有煤岩样，石英玻璃吸附解吸瓶进气口分三路分别与高压储气罐、集气量筒及真空泵连接，在高压储气罐供气管路上安装有减压阀、气体流量计、压力表及截止阀一，在集气量筒放气管路上安装有截止阀二，在真空泵抽气管路上安装有真空计及截至阀三；热电偶感温端插入到石英玻璃吸附解吸瓶瓶体内，热电偶经数据传输线与温度数显调节仪相连，温度数显调节仪连接交流接触器。

基于上述技术方案，所述石英玻璃吸附解吸瓶包括瓶体，石英玻璃长鼻瓶盖以及安装在石英玻璃吸附解吸瓶进气口的石英玻璃导气细管，所述石英玻璃长鼻瓶盖下端设置有“U”型长鼻管，长鼻管插入到瓶体煤岩样内，长鼻管上侧开口，热电偶感温端插入到“U”型长鼻管内，所述石英玻璃长鼻瓶盖上端沿瓶体上沿设置有环形卡槽，所述瓶体上沿卡固在卡槽内。

基于上述技术方案，为防止热电偶在微波炉腔体内出现“打火”现象，在热电偶末端加一滤波电容，并在热电偶与微波炉炉壁接触的地方用套管隔开。

基于上述技术方案，所述石英玻璃吸附解吸瓶瓶体厚度保证能承受5MPa的压力，耐温不低于500℃。

一种利用微波辐射激励煤岩气吸附解吸特性的实验方法，该方法包括以下步骤：

步骤一，制备试样：采集新鲜煤岩样进行严密封装后送至实验室，将新鲜煤岩样粉碎、筛分出需要粒径的煤岩样；将筛分出的煤岩样烘干后，放置到石英玻璃吸附解吸瓶中；