[发明专利]一种三轴应力、高温条件下煤岩吸附膨胀测量系统及方法

说明书

本发明公开了一种三轴应力、高温条件下煤岩吸附膨胀测量方法及系统，在恒温水浴箱内装有参比室和样品室，通过压座对样品室内的样品进行轴压加载，吸附气体充当围压，实现三轴应力条件下的吸附膨胀，压座前端与压杆后端相连接，压杆前端与应力加载装置连接，参比室壁上的抽气孔通过抽气系统外连接到真空泵，充气孔通过充气系统连接到气源，所述参比室与样品室均高压密封。本发明通过模拟实验体在深部环境，实现对样品吸附量和膨胀量的测量，并实时显示各点参数并自动采集，自动控制仪器的运行，本发明具有设备结构简单，易于操作，测量精度高，安全可靠，节能环保，成本低等优点。

技术领域

本发明属于煤矿开采技术领域，具体涉及一种煤岩吸附膨胀量的测量技术。

背景技术

煤岩体是一种含大量吸附煤层气的多孔介质，其力学性质对煤层气开采具有重大意义。煤层气开采过程中，甲烷解吸引起煤岩体基质收缩和地应力改变，导致煤层孔隙度和渗透率发生动态变化，给煤层气产能评价和开发带来困难，成为煤层气开发的研究热点之一。随着我国煤炭往深部开采，对煤储层吸附性的研究理解，深刻影响到煤层气可采资源量评价，煤储层产能数值模拟。煤层气超临界吸附膨胀模型和机理能为深部煤层(深度＞1000m)煤层气开发提供技术支持和科学依据。所以，对煤岩吸附膨胀的深入研究具有十分重要的意义。

近年来，随着能源形势紧张和全球变暖，人们对煤储层封存二氧化碳提高煤层气采收率(CO₂－ECBM)等技术关注度不断提高。CO₂注入深部煤层既能实现对甲烷的驱替效果又能达到CO₂地质封存的目的，拥有能源和环境的双重效益。影响煤层气得采收率的因素有很多，如媒介、储层温度、有效应力和水分含量等，但在CO₂－ECBM中主要是考虑吸附膨胀性和有效应力。因此研究高温高压下煤岩体吸附膨胀性和有效应力对深部煤层煤层气开采技术的机制具有重要意义。

现在已有的测量装备和方法有：

中国专利文献CN 101975718 A公开了一种煤岩高压气体吸附量和吸附膨胀量同时测量的方法及测量装置，能实现在高温(0-80℃)高压气体(0-20MPa)下自动测量煤岩在高压气体中的吸附量和吸附膨胀量。

中国专利文献CN 106323832 A公开的测量煤岩的吸附膨胀量的装置，通过标尺研究煤岩在某一方向的吸附膨胀量。

中国专利文献CN 107271314 A公开了一种利用煤岩吸附膨胀系数计算公式获得煤岩的吸附膨胀系数。

中国专利文献CN 104792644 A公开了一种竞争吸附过程中煤岩样品自由体积膨胀量的试验方法。

中国专利文献CN 103940401 A公开了一种围压偏压恒温环境下含气页岩吸附应变测试装置及方法。

中国专利文献CN 103630540 A公开了一种煤岩瓦斯吸附一膨胀变形光学计量仪,能定量观测吸附和解吸瓦斯后的煤体后的膨胀收缩效应和瓦斯渗流特征,并计算在变形限制条件下的膨胀应力。

上述文献公开的技术，有的能实现在某一方向上吸附膨胀量的观测，或者实现在一定温度、压力条件吸附膨胀的自动测量。但随着我国煤炭开采进入深部开采，地应力增加，地温增高，此类测量技术的精度及适用性以不能满足如今的科研要求。

发明内容：

本发明的目的是提供一种三轴应力、高温条件下煤岩吸附膨胀测量系统及方法，在深部环境下对煤岩吸附膨胀量进行自动测量，真实模拟在深部煤层在高温、高地应力、密封环境下的吸附膨胀。

本发明的技术方案如下：

第一方面，本发明提供一种三轴应力、高温条件下煤岩吸附膨胀测量系统，包括恒温水浴箱、样品室、参比室、应力加载装置和测量控制仪器。

所述样品室和参比室安装于恒温水浴箱内，恒温水浴箱内装有加热装置和温度传感器。