[发明专利]利用超声波和高温CO2促进煤层气抽采的实验装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于煤矿开采技术领域，特别是涉及一种利用超声波和高温CO₂促进煤层气抽采的实验装置及方法。

背景技术

煤层气是一种煤的伴生资源，属于非常规天然气，它主要以吸附状态存储于煤层中，煤层气的主要成分为甲烷，且甲烷占比可达95％以上。

随着国家对新能源的开发利用越来越重视，关于煤层气的开采也逐渐从研究阶段走向开发利用阶段，而煤层气的开发利用对我国的工业发展至关重要，不仅可以缓解我国的能源需求，还可以改善环境污染，更为重要的是能够大大改善煤矿的安全生产条件，可以有效减少甚至杜绝煤矿事故的发生。

我国煤层气的地质条件复杂，区域性差异大，且煤的变质程度、变质作用类型及形成时代与国外多有不同，导致煤储层的渗透率、压力及含气饱和度普遍较低。因此，只有改善煤层的解吸效率，才能够有效增加煤层气的驱替效率。

目前，我国主要采用的促进煤层气抽采的方法为水力压裂法，但是水力压裂法对水资源的消耗量巨大，且应用成本较高，而且对煤层气的开采效率有相对程度的制约，同时压裂液还会对地下水资源造成一定的污染。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种利用超声波和高温CO₂促进煤层气抽采的实验装置及方法，通过超声波对煤岩体产生致裂效果，可有效促进煤岩体内孔隙裂隙的发育，加快煤层气的运移效率；通过超声波还可加热煤岩体，可有效加快煤层气的扩散效率，同时将高温CO₂注入煤岩体，由于高温CO₂为了达到热平衡，会与煤层气发生热传递和解吸作用，不但可以改善煤层气的解吸效果，还可以进一步促进煤层气的运移效率，最终使煤层气的驱替效率得到显著提高。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种利用超声波和高温CO₂促进煤层气抽采的实验装置，包括煤岩试样承压组件、围压施加组件、轴压施加组件、模拟煤层气加注组件、超声波发生组件、高温CO₂加注组件、温控组件及流量检测组件；所述煤岩试样承压组件用于安装煤岩试样，通过所述围压施加组件和轴压施加组件对煤岩试样进行模拟地应力加载，通过所述模拟煤层气加注组件对煤岩试样进行模拟煤层气吸附，通过所述超声波发生组件对煤岩试样进行超声波加载，通过所述高温CO₂加注组件对煤岩试样内的模拟煤层气进行驱替，通过所述温控组件对高温CO₂加注组件和煤岩试样进行温度监控，通过所述流量检测组件对驱替出煤岩试样的模拟煤层气进行流量检测。

所述煤岩试样承压组件包括上压头、下压头、承压套筒、上封盖及下封盖，煤岩试样位于上压头和下压头之间，且煤岩试样通过热缩套进行密封包覆；在所述上压头上开设有进气口，在所述下压头上开设有出气口；所述承压套筒套装在煤岩试样外部，且承压套筒内筒壁与煤岩试样之间留有围压加载间隙；所述上封盖螺纹密封固装在承压套筒顶端，所述下封盖螺纹密封固装在承压套筒底端；在所述上封盖中部开设有一个通孔，上压头的上半部位于上封盖的通孔内，且上压头的上半部与上封盖的通孔滑动密封配合；在所述下封盖上表面开设有一个盲孔，下压头的下半部位于下封盖的盲孔内，且下压头的下半部与下封盖的盲孔滑动密封配合；所述下压头的下端面与下封盖的盲孔之间留有轴压加载间隙。

所述围压施加组件包括围压加载气瓶、第一调压阀及第一压力表；所述围压加载气瓶的供气口通过第一调压阀与围压加载间隙相连通，所述第一压力表位于第一调压阀与围压加载间隙之间的通气管路上。

所述轴压施加组件包括轴压加载气瓶、第二调压阀及第二压力表；所述轴压加载气瓶的供气口通过第二调压阀与轴压加载间隙相连通，所述第二压力表位于第二调压阀与轴压加载间隙之间的通气管路上。

所述模拟煤层气加注组件包括模拟煤层气气瓶、第三调压阀及第三压力表；所述模拟煤层气气瓶的供气口通过第三调压阀与上压头的进气口相连通，所述第三压力表位于第三调压阀与进气口之间的通气管路上。

所述超声波发生组件包括超声波发生器和超声波探头；所述超声波探头密封固装在承压套筒上，超声波探头的前端正对煤岩试样，超声波探头的接线端与超声波发生器相连。