[发明专利]一种超临界CO2注入与煤层气强化驱替模拟试验方法

摘要

本发明公开了一种超临界CO₂注入与煤层气强化驱替模拟试验方法，属于煤层气开采领域，在样品室(3)和参照缸(4)中模拟深部煤层高温、高压、密封环境，由加压系统(2)和恒温系统提供压力、气源和温度，由超临界二氧化碳生成与注入系统(1)提供超临界CO₂，由环压跟踪与测量系统(8)提供环压，由电气控制及监控系统监控试验过程，通过气体样品采集系统(7)完成试验气体样品的收集及组分分析，方法的具体步骤为：试样装罐、气密性检查、进行驱替试验、采集试验中的气体样品、试验系统清理。本方法能够在试验室内实现超临界CO₂注入与煤层气强化驱替模拟试验，且控温精度高、温度波动性小、安全可靠。

主权项

一种超临界CO₂注入与煤层气强化驱替模拟试验方法，其特征在于：在样品室(3)和参照缸(4)中模拟深部煤层高温、高压、密封环境，由加压系统(2)向样品室(3)和参照缸(4)提供压力和气源，由恒温系统向样品室(3)和参照缸(4)提供温度，由超临界二氧化碳生成与注入系统(1)产生并向样品室(3)提供超临界二氧化碳，由环压跟踪与测量系统(8)为样品室(3)提供环压，由电气控制及监控系统进行整个试验过程的监控和数据采集、显示、存储，通过气体样品采集系统(7)完成试验中与试验后试验样品的收集、冷凝、泄压、气液分离、气体组分分析等功能，具体步骤如下：(a)试样装罐：对煤样进行预处理；接通电源，接通超临界二氧化碳生成与注入系统(1)和加压系统(2)；将煤样放入热缩管(3‑1)内前，在热缩管(3‑1)内壁涂凡士林，每放入一段煤样，加入一个型煤垫片(3‑3)，放置时，型煤垫片(3‑3)的轴线与热缩管(3‑1)的轴线重合；将热缩管(3‑1)套在垫块(3‑2a)上进行密封并对热缩管(3‑1)进行热缩，最后用两个O型圈(3‑2b)分别套在两个垫块(3‑2a)外的热缩管上，进一步密封热缩管(3‑1)；将热缩管(3‑1)放入夹持器(3‑5)中并置于恒温空气浴(5)内；(b)气密性检查：打开抽真空系统(6)中真空泵(6‑1)和真空容器(6‑2)之间管路上的阀门(6‑4a)以及真空容器(6‑2)和样品室(3)之间管路上的阀门(6‑4c)，利用抽真空系统(6)对装置抽真空；关闭所有阀门，由环压跟踪泵(8‑1)对环形空间(3‑6)加围压至2MPa，向参照缸(4)和样品室(3)注入高纯氦气，打开抽真空系统(6)中真空容器(6‑2)和样品室(3)之间管路上的阀门(6‑4c)以及真空容器(6‑2)上靠近底部处的阀门(6‑4b)，待装置内部空气被替换出去后关闭真空容器(6‑2)上靠近底部处的阀门(6‑4b)，打开真空泵(6‑1)和真空容器(6‑2)之间管路上的阀门(6‑4a)，对装置进行抽真空处理；关闭所有阀门，使恒温空气浴(5)对参照缸(4)和样品室(3)加热至要求温度；通过气体增压泵(2‑3)向参照缸(4)注入高纯氦气，使参照缸(4)内压力高于试验最高压力1MPa，关闭加压系统(2)与样品室(3)和参照缸(4)连接的总管路上的阀门(2‑8g)，打开参照缸(4)入口处管路上的阀门(2‑8h)和样品室(3)入口处管路上的阀门(2‑8i)，同时增加热缩管(3‑1)外的环形空间(3‑6)内的围压，保证热缩管(3‑1)内的压力和环形空间(3‑6)内的围压同时升高至参照缸(4)和样品室(3)平衡后的压力，关闭参照缸(4)入口处管路上的阀门(2‑8h)和样品室(3)入口处管路上的阀门(2‑8i)；系统采集参照缸(4)和样品室(3)内的压力数据，观察压力是否平稳，若压力不平稳，则重复步骤(a)；若参照缸(4)和样品室(3)内的压力平稳，打开抽真空系统(6)中真空容器(6‑2)和样品室(3)之间管路上的阀门(6‑4c)以及真空容器(6‑2)上靠近底部处的阀门(6‑4b)，将热缩管(3‑1)内的气体慢慢泄放，同时，通过环压跟踪泵(8‑1)卸掉环形空间(3‑6)内的围压；(c)进行驱替模拟：由环压跟踪泵(8‑1)对环形空间(3‑6)加围压至2MPa，打开抽真空系统(6)中真空泵(6‑1)和真空容器(6‑2)之间管路上的阀门(6‑4a)以及真空容器(6‑2)和样品室(3)之间管路上的阀门(6‑4c)，利用抽真空系统(6)对装置抽真空，向参照缸(4)和样品室(3)注入高纯甲烷，再抽真空，重复3‑5次；关闭所有阀门，设置并调节系统温度，使参照缸(4)和样品室(3)的温度稳定在试验温度；向参考缸(4)注入甲烷气体，使其压力达到试验设计压力，关闭加压系统(2)与样品室(3)和参照缸(4)连接的总管路上的阀门(2‑8g)，打开参照缸(4)入口处管路上的阀门(2‑8h)和样品室(3)入口处管路上的阀门(2‑8i)，同时增加环形空间(3‑6)内的围压；停止注入气体，待热缩管(3‑1)内压力和环形空间(3‑6)内的围压稳定；一旦热缩管(3‑1)内压力下降，继续注入甲烷，直至热缩管(3‑1)内压力和环形空间(3‑6)内的围压稳定在试验设计压力；热缩管(3‑1)内压力稳定在试验设计压力，且温度稳定后，根据试验设计，利用超临界二氧化碳生成与注入系统1向装置内注入超临界CO₂，同时增加环形空间(3‑6)内的围压，至热缩管(3‑1)内压力和环形空间(3‑6)内的围压达到试验设计压力；打开气体样品采集系统(7)中气液分离容器(7‑2)和调压阀IV(7‑3)之间管路上的阀门(7‑4a)和气相色谱仪(7‑1)与气液分离容器(7‑2)之间管路上的阀门(7‑4c)，用气相色谱仪(7‑1)检测产出气体的组分变化；启动控制软件自动采集样品室(3)内的时间、压力、温度等相关数据；(d)采集试验中的气体样品：打开气体样品采集系统(7)中气液分离容器(7‑2)和调压阀IV(7‑3)之间管路上的阀门(7‑4a)和气液分离容器(7‑2)上部的阀门(7‑4b)，通过气液分离容器(7‑2)上部的阀门(7‑4b)采集气体样品；(e)试验系统清理：试验结束后，打开抽真空系统(6)中真空容器(6‑2)和样品室(3)之间管路上的阀门(6‑4c)以及真空容器(6‑2)上靠近底部处的阀门(6‑4b)，将热缩管(3‑1)内的气体慢慢泄放；同时，通过环压跟踪泵(8‑1)卸掉环形空间(3‑6)内的围压；解除气路连接，冷却降温；取出夹持器(3‑5)上的热缩管(3‑1)，取出密封件，取出煤样及型煤垫片(3‑3)。