[发明专利]微波定向辐射促解煤层气实验装置及方法

说明书

一种微波定向辐射促解煤层气实验装置，包括微波定向辐射系统、三轴加载吸附解吸系统和数据采集系统；所述微波定向辐射系统进气端通过管路与三轴加载吸附解吸系统相连，微波定向辐射系统的数据输出端与数据采集系统相连。微波定向辐射促解煤层气实验方法，包括如下步骤：步骤1：制备试样；步骤2：安装试样及实验装置；步骤3：检查装置气密性：步骤4：真空脱气；步骤5：吸附实验；步骤6：常规解吸实验；步骤7：微波促解实验；步骤8：实验结束；步骤9：实验数据整理及分析。采用定向辐射方法使微波能量集中，极大的提高了热效率，同时微波能量分布可预测，便于分析和计算。结构简单，系统安全性高，密封性好，轴围压压力范围大，数值稳定。

技术领域

本发明属于非常规天然气强化抽采技术领域，特别是涉及微波定向辐射促解煤层气的实验装置及方法。

背景技术

煤层气储层“高储低渗”的问题一直是制约我国煤层气产业发展的重要问题，为了提高煤层气的抽采率，国内外学者提出了注热、水力压裂、气体驱替等煤层气的促采理论及方法，取得了很多成果。但受到技术本身局限性影响，目前仍未找到满足商业生产要求的有效促采方法。

微波进行促采是以注热开采理论为基础的一种促采方法。微波加热不同于常规热传导加热，其快速性、选择性加热的特点受到众多学者的关注。利用微波可极速提高煤基质温度，不需要介质，不对周围环境产生二次污染，同时可以有效解决煤层气开采中的水锁问题。通过大量实验已证实微波可以有效提高煤的渗透能力和解吸能力。

虽然国内外学者对微波的促解增渗问题进行了大量的实验研究，并取得了一些成果，但距离微波应用于煤层气的工业开采还存在很多问题。现有技术中CN105738578A采用多模炉对煤岩进行加热，这种加热方式热效率高，煤岩受热均匀，实验效果好，但无法实现对加载试样的微波加热，使得实验结果对工程实际的参考意义有限。CN106285604A采用喇叭天线辐射加热试样，试样依然处于无加载状态。CN103696746A实现了对试样的加载，在微波作用方式上采用辐射天线对试样加热，其天线在进行加大功率微波传输时，天线接口部分很容易造成能量集中，引发安全隐患，同时这种加载实验腔密闭性较差，实验压力范围较小。CN105673067A同样采用微波辐射天线进行微波加热，在工程上天线转换接口的能量损失较严重，很难实现大功率微波加热，限制了微波的作用效果。CN103114871A、CN106869991A装置中，微波采用同轴线进行传输，当微波功率大于500W时，同轴线热损失较大，很难满足工程中的经济性要求。

发明内容

针对现阶段出现的问题，本发明提供了微波定向辐射促解煤层气实验装置及方法，将微波通过波导直接从微波发生器导入三轴加载谐振腔中，直接对试样近距离加热。微波通过波导导波以定向方式进入加载试样，微波能量集中，极大的提高了热效率，同时微波能量分布可预测，便于分析和计算。三轴加载谐振腔的内、外筒双层设计保证了加载系统的完整性，该装置结构简单，系统安全性高，密封性好，轴压与围压压力范围大，数值稳定。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种微波定向辐射促解煤层气实验装置，包括微波定向辐射系统、三轴加载吸附解吸系统和数据采集系统；所述微波定向辐射系统进气端通过管路与三轴加载吸附解吸系统相连，微波定向辐射系统的数据输出端与数据采集系统相连。

所述微波定向辐射系统包括控制器、微波发生器、耦合器、波导及三轴加载谐振腔；所述微波发生器上安装有控制器，通过控制器可调节微波发生器的输出功率和工作时间，微波发生器输出端与耦合器一端相连，耦合器另一端与波导一端相连，由微波发生器输出的微波经过耦合器调整方向后直接由波导传输，波导另一端连接三轴加载谐振腔。