[發(fā)明專利]利用超聲波和高溫CO2促進煤層氣抽采的實驗裝置及方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710950530.6
• 申請日: 2017-10-13
• 公開（公告）號: CN107576763A
• 公開（公告）日: 2018-01-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張永利;馬凱;馬玉林;程瑤;尚文龍;王亞鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 遼寧工程技術(shù)大學
• 主分類號: G01N33/00
• 分類號: G01N33/00;G01D21/02;E21B49/00
• 代理公司: 沈陽東大知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司21109
• 代理人: 梁焱

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于煤礦開采技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種利用超聲波和高溫CO₂促進煤層氣抽采的實驗裝置及方法。

背景技術(shù)

煤層氣是一種煤的伴生資源，屬于非常規(guī)天然氣，它主要以吸附狀態(tài)存儲于煤層中，煤層氣的主要成分為甲烷，且甲烷占比可達95％以上。

隨著國家對新能源的開發(fā)利用越來越重視，關(guān)于煤層氣的開采也逐漸從研究階段走向開發(fā)利用階段，而煤層氣的開發(fā)利用對我國的工業(yè)發(fā)展至關(guān)重要，不僅可以緩解我國的能源需求，還可以改善環(huán)境污染，更為重要的是能夠大大改善煤礦的安全生產(chǎn)條件，可以有效減少甚至杜絕煤礦事故的發(fā)生。

我國煤層氣的地質(zhì)條件復雜，區(qū)域性差異大，且煤的變質(zhì)程度、變質(zhì)作用類型及形成時代與國外多有不同，導致煤儲層的滲透率、壓力及含氣飽和度普遍較低。因此，只有改善煤層的解吸效率，才能夠有效增加煤層氣的驅(qū)替效率。

目前，我國主要采用的促進煤層氣抽采的方法為水力壓裂法，但是水力壓裂法對水資源的消耗量巨大，且應(yīng)用成本較高，而且對煤層氣的開采效率有相對程度的制約，同時壓裂液還會對地下水資源造成一定的污染。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種利用超聲波和高溫CO₂促進煤層氣抽采的實驗裝置及方法，通過超聲波對煤巖體產(chǎn)生致裂效果，可有效促進煤巖體內(nèi)孔隙裂隙的發(fā)育，加快煤層氣的運移效率；通過超聲波還可加熱煤巖體，可有效加快煤層氣的擴散效率，同時將高溫CO₂注入煤巖體，由于高溫CO₂為了達到熱平衡，會與煤層氣發(fā)生熱傳遞和解吸作用，不但可以改善煤層氣的解吸效果，還可以進一步促進煤層氣的運移效率，最終使煤層氣的驅(qū)替效率得到顯著提高。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種利用超聲波和高溫CO₂促進煤層氣抽采的實驗裝置，包括煤巖試樣承壓組件、圍壓施加組件、軸壓施加組件、模擬煤層氣加注組件、超聲波發(fā)生組件、高溫CO₂加注組件、溫控組件及流量檢測組件；所述煤巖試樣承壓組件用于安裝煤巖試樣，通過所述圍壓施加組件和軸壓施加組件對煤巖試樣進行模擬地應(yīng)力加載，通過所述模擬煤層氣加注組件對煤巖試樣進行模擬煤層氣吸附，通過所述超聲波發(fā)生組件對煤巖試樣進行超聲波加載，通過所述高溫CO₂加注組件對煤巖試樣內(nèi)的模擬煤層氣進行驅(qū)替，通過所述溫控組件對高溫CO₂加注組件和煤巖試樣進行溫度監(jiān)控，通過所述流量檢測組件對驅(qū)替出煤巖試樣的模擬煤層氣進行流量檢測。

所述煤巖試樣承壓組件包括上壓頭、下壓頭、承壓套筒、上封蓋及下封蓋，煤巖試樣位于上壓頭和下壓頭之間，且煤巖試樣通過熱縮套進行密封包覆；在所述上壓頭上開設(shè)有進氣口，在所述下壓頭上開設(shè)有出氣口；所述承壓套筒套裝在煤巖試樣外部，且承壓套筒內(nèi)筒壁與煤巖試樣之間留有圍壓加載間隙；所述上封蓋螺紋密封固裝在承壓套筒頂端，所述下封蓋螺紋密封固裝在承壓套筒底端；在所述上封蓋中部開設(shè)有一個通孔，上壓頭的上半部位于上封蓋的通孔內(nèi)，且上壓頭的上半部與上封蓋的通孔滑動密封配合；在所述下封蓋上表面開設(shè)有一個盲孔，下壓頭的下半部位于下封蓋的盲孔內(nèi)，且下壓頭的下半部與下封蓋的盲孔滑動密封配合；所述下壓頭的下端面與下封蓋的盲孔之間留有軸壓加載間隙。

所述圍壓施加組件包括圍壓加載氣瓶、第一調(diào)壓閥及第一壓力表；所述圍壓加載氣瓶的供氣口通過第一調(diào)壓閥與圍壓加載間隙相連通，所述第一壓力表位于第一調(diào)壓閥與圍壓加載間隙之間的通氣管路上。

所述軸壓施加組件包括軸壓加載氣瓶、第二調(diào)壓閥及第二壓力表；所述軸壓加載氣瓶的供氣口通過第二調(diào)壓閥與軸壓加載間隙相連通，所述第二壓力表位于第二調(diào)壓閥與軸壓加載間隙之間的通氣管路上。

所述模擬煤層氣加注組件包括模擬煤層氣氣瓶、第三調(diào)壓閥及第三壓力表；所述模擬煤層氣氣瓶的供氣口通過第三調(diào)壓閥與上壓頭的進氣口相連通，所述第三壓力表位于第三調(diào)壓閥與進氣口之間的通氣管路上。

所述超聲波發(fā)生組件包括超聲波發(fā)生器和超聲波探頭；所述超聲波探頭密封固裝在承壓套筒上，超聲波探頭的前端正對煤巖試樣，超聲波探頭的接線端與超聲波發(fā)生器相連。