[發明專利]一種二氧化碳煤層地質儲存的試驗裝置

有效

• 申請號: 201310180698.5
• 申請日: 2013-05-15
• 公開（公告）號: CN103306665A
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發明（設計）人: 梁衛國;張倍寧;楊棟;徐素國;趙陽升
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: E21B47/00
• 分類號: E21B47/00;E21B49/00;E21B43/16
• 代理公司: 太原市科瑞達專利代理有限公司 14101
• 代理人: 盧茂春

技術領域

本發明一種二氧化碳煤層地質儲存的試驗裝置，屬于溫室效應氣體地質埋存技術領域范疇。主要用于對重要溫室效應氣體二氧化碳在不同深部煤層中進行二氧化碳地質儲存與煤層瓦斯驅替效果的試驗研究。

技術背景

隨著全球氣候變暖，作為主要溫室效應氣體的二氧化碳處置問題逐漸成為全球相關科學家關注的熱點。對二氧化碳地質處置有多種方式，包括廢棄油氣藏儲存、深部咸水層儲存、深部不可開采煤層儲存、鹽巖溶腔儲存等。由于煤層對二氧化碳與瓦斯的吸附性差異特征，在煤層中進行地質儲存在對二氧化碳進行地質封存的同時，還可對其中富含的清潔能源——瓦斯氣體進行高效回收，具有二氧化碳儲存與煤層氣回收的雙重效益。已有研究發現，根據煤層特性與賦存環境壓力溫度條件的不同，煤層對二氧化碳與瓦斯的吸附比高達8~10比1。但這些結果均是在mm級顆粒狀煤粉吸附特性研究基礎上獲得的，其試驗條件與地下煤層真實賦存條件相距甚遠。一方面不能反映煤層富含解理裂隙的結構特征，另一方面也不能體現深部煤層賦存的地應力與地溫條件。為更加逼真模擬深部地下煤層賦存條件下，二氧化碳注入及其對煤層瓦斯驅替效果的研究，需要對試驗試驗方法及試驗裝置進行重要革新。?

發明內容

本發明一種二氧化碳煤層地質儲存的試驗裝置的目的在于，克服傳統試驗方法的缺陷與不足，根據煤層地質賦存條件與煤體自身物理結構特征的實際情形，公開提供一種能夠滿足在實驗室內對地下深部煤層中進行二氧化碳地質儲存與煤層瓦斯驅替的先進、高效、直觀、可靠的檢測裝置與相應方法。

本發明一種二氧化碳煤層地質儲存的試驗裝置，其特征在于該裝置為一種能夠高壓封裝大尺寸試件，試件尺寸為200×200×400mm，試件軸壓與圍壓可分別達120MPa，試件環境溫度達200℃，可模擬煤層埋藏深度達4800m的地質環境條件的裝置，該裝置由地質環境模擬系統、流體注入系統、流體采出系統與測試控制系統四大系統組成，其中地質環境模擬系統主要圍繞200×200×400mm大尺寸煤樣試件，施加0~120MPa與20~200℃范圍的壓力溫度條件，由軸壓加載子系統、圍壓加載子系統、溫度控制子系統、滲透壓控制子系統構成，具體由壓力傳感器6、溫度傳感器7、圍壓加載子系統8、軸壓加載子系統9、溫度控制子系統10、夾持器11和滲透壓控制子系統12組成，夾持器11置于溫度控制子系統10的內部，圍壓加載子系統8和軸壓加載子系統9通過管道通入夾持器11的中部和兩端，分別為兩端油缸和夾持器中部提供高壓流體，壓力傳感器6測量通入夾持器11內流體的壓力并將測量數據傳輸至計算機，溫度傳感器7測量夾持器11的溫度并將數據傳輸至計算機，滲透壓控制子系統12與夾持器11的排出管道相連，確保夾持器11內部流體的壓力；流體注入系統主要是對地質環境模擬系統中的大煤樣進行水、瓦斯與二氧化碳不同流體進行注入，根據試驗要求可控制注入水量大小和二氧化碳的流體與氣體狀態，由注水子系統1、調壓裝置2、二氧化碳注入子系統3、瓦斯注入子系統4和流體溫度控制子系統5組成；二氧化碳注入子系統3和瓦斯注入子系統4分別與調壓裝置2相連，保證輸出穩定壓力的流體；注水子系統1、二氧化碳注入子系統3和瓦斯注入子系統4注入的流體都要經過流體溫度控制子系統5加熱，確保流體溫度與夾持器11的溫度相同；流體采出系統主要對地質環境模擬系統中，在一定地質環境條件下，經過競爭吸附之后產出的水、二氧化碳與瓦斯流體進行收集，具體由干燥子系統13、二氧化碳瓦斯分離子系統14、二氧化碳收集裝置15、重力傳感器16、回壓閥17、流量計18和瓦斯收集裝置19組成；干燥子系統13與滲透壓控制子系統12相連，干燥經由滲透壓控制子系統12通過的流體；二氧化碳收集裝置15和瓦斯收集裝置19分別與二氧化碳瓦斯分離子系統14相連，保證分離后液態二氧化碳經管道流入二氧化碳收集裝置15，氣態瓦斯經由回壓閥17和流量計18進入瓦斯收集裝置19；重力傳感器16測量二氧化碳收集裝置15的重量變化并將測量數據傳輸至計算機；測試控制系統主要對流體注入系統中二氧化碳與瓦斯注入量、流體采出系統中二氧化碳與瓦斯產出量以及地質環境模擬系統中溫度與壓力進行精確測量與控制，以保證試驗條件與測試結構的可靠性，并經電腦計算分析后直接顯示個系統工作狀況與測試結果。

上述的一種二氧化碳煤層地質儲存的試驗裝置，其特征在于，所述的夾持器11內的軸壓和圍壓分別可達120MPa，溫度可達200℃。

上述的一種二氧化碳煤層地質儲存的試驗裝置，其特征在于，所述的滲透壓控制子系統12包括回壓閥、壓力傳感器，可將夾持器內流體滲透壓控制在100MPa。