[发明专利]一种原位煤体气体吸附量测试模拟装置

说明书

本发明涉及一种原位煤体气体吸附量测试模拟装置，包括原位煤体模拟系统、煤体注水系统、吸附平衡系统、吸附监测系统、数据采集与分析系统；原位煤体模拟系统中采用柱状煤体试验，通过围压加载器和轴压加载器模拟原位煤体所受的应力，通过煤体注水系统模拟原位煤体的含水量，以煤体对气体发生吸附过程中煤体应变的动态变化特征反应煤体对气体的吸附动力学过程，以煤体达到吸附平衡前后的时间节点为关键点，厘定煤体吸附作用引起的气体参考缸压力变化，通过改变煤体所受的模拟应力和含水量得出不同条件下煤体对气体的吸附量，不仅解决了常规容量法的不足之处，更为精确评估原位条件下煤体对气体的吸附能力提供了一种方法。

技术领域

本发明属于非常规天然气开发领域，具体是一种原位煤体气体吸附量测试模拟装置。

背景技术

目前，有关煤储层气体吸附量的测试均是对粉煤在未承载条件下，采用容量法进行静态等温吸附实验，并以实验过程中粉煤对气体的吸附量来评估原位条件下煤储层对气体的吸附能力及煤储层含气饱和度等基础参数，进而指导煤层气开发工程的实施。然而，粉煤在粒度、应力状态方面与实际煤储层完全不一致，这就导致了未承载条件下粉煤的静态等温吸附实验获取的气体吸附量测试结果与实际煤储层严重不符，这种情况对于深部处于高温、高地应力条件下的煤储层更为明显。此外，基于容量法的常规静态等温吸附实验中，煤粉的吸附膨胀会造成样品缸自由空间体积的变化，这进一步对容量法中基于样品缸自由空间体积而获取的煤粉气体吸附量的测试结果形成误差。然而由于测试难度的影响，目前有关煤粉吸附膨胀对样品缸自由空间体积影响的校正方法尚不存在。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明提供一种原位煤体气体吸附量测试模拟装置，以煤体对气体发生吸附过程中煤体应变的动态变化特征反应煤体对气体的吸附动力学过程，以煤体达到吸附平衡前后的时间节点为关键点，厘定煤体吸附作用引起的气体参考缸压力变化，进而结合真实气体状态方程获取模拟原位条件下煤体对气体的吸附量，本发明不仅解决了常规容量法的不足之处，更为精确评估原位条件下煤体对气体的吸附能力提供了一种方法。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种原位煤体气体吸附量测试模拟装置，包括原位煤体模拟系统、煤体注水系统、吸附平衡系统、吸附监测系统、数据采集与分析系统；

所述原位煤体模拟系统包括夹持器、电加热器、柱状煤体、液压伺服系统；液压伺服系统包括液压泵、围压加载器、轴压加载器；其中，电加热器通过底座安装在夹持器外表面并对夹持器加热使夹持器内部温度达到预设温度；柱状煤体置于夹持器内，液压泵通过液压管线和溢流阀与围压加载器和轴压加载器均连接，围压加载器安装于夹持器外表面，轴压加载器安装于夹持器左端；

所述煤体注水系统包括储水箱、设置于注水管线的高压水泵、水流阀门、水压表、水流量表，储水箱通过该注水管线与夹持器连接，高压水泵、水流阀门、水压表、水流量表在注水管线上沿储水箱到夹持器的方向依次设置；

所述吸附平衡系统包括夹持器出口阀门、CH₄气瓶、CO₂气瓶、气体增压泵、CH₄参考缸、CO₂参考缸、设置于CH₄气瓶输出管线的第一阀门、设置于CO₂气瓶输出管线的第二阀门、设置于真空泵抽真空管线的第三阀门、设置于气体增压泵出口的第四阀门、第五阀门、第六阀门、真空泵、CH₄参考缸进口阀门、CH₄参考缸出口阀门、CO₂参考缸进口阀门、CO₂参考缸出口阀门、第七阀门、第八阀门；其中，CH₄气瓶、CO₂气瓶均与气体增压泵连接，真空泵安装于CH₄气瓶、CO₂气瓶之后、气体增压泵之前，CH₄参考缸、CO₂参考缸依次安装于气体增压泵之后；真空泵通过抽真空管线与气体输送管线连接；