[發明專利]一種三軸滲透率測試與CO2

有效

• 申請號: 201810097759.4
• 申請日: 2018-01-31
• 公開（公告）號: CN108414419B
• 公開（公告）日: 2021-02-05
• 發明（設計）人: 劉世奇;王冉;王恬;桑樹勛;杜藝;黃華州;方輝煌;周效志
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08;G01N30/02
• 代理公司: 北京淮海知識產權代理事務所(普通合伙) 32205
• 代理人: 尹清靜

本發明公開了一種三軸滲透率測試與CO₂驅替模擬試驗裝置，屬于煤層氣開采領域，模型系統(1)、氣體控制系統(2)、溫度控制系統(3)、三軸加載系統(4)、抽真空系統(5)、氣體樣品采集系統(6)和電氣控制及監控系統；由氣體控制系統(2)提供試驗用氣體，由溫度控制系統(3)控制試驗溫度，由三軸加載系統(4)施加圍壓和軸壓，由氣體樣品采集系統(6)采集氣體樣品并對氣體組分進行分析，由電氣控制及監控系統監控試驗。該裝置能夠在實驗室內實現CO₂驅替的模擬試驗過程，并能夠通過測量巖樣入口端施加的壓力脈沖在巖樣中的衰減數據，計算得到巖樣的滲透率。本裝置控溫精度高、溫度波動性小、便于控制、容易安裝、安全可靠。

技術領域

本發明涉及一種滲透率測試與驅替模擬試驗裝置，特別是涉及一種三軸滲透率測試與 CO₂驅替模擬試驗裝置，屬于煤層氣開采領域。

背景技術

煤層氣(煤礦瓦斯)、頁巖氣是新型的高效潔凈能源。煤層氣和頁巖氣開發對緩解我國油氣資源緊張現狀、減輕礦井災害程度、減少溫室氣體排放等具有重要意義，是我國增強能源自主保障能力與調整優化能源結構的重要途徑。我國煤層氣、頁巖氣資源豐富，2000m 以淺的煤層氣儲量達到36.81×10¹²m³，頁巖氣儲量高達30×10¹²m³以上，開發潛力巨大。然而我國煤層氣、頁巖氣開發利用率偏低，制約其開發的一個重要因素是煤層與頁巖屬于致密巖層，滲透率總體偏低，加之我國地質構造條件復雜，煤層氣、頁巖氣難以被有效產出。

由于競爭吸附優勢，CO₂注入煤層可有效置換或驅替煤層CH₄，成為新的煤層氣強化開發方式。煤層CO₂地質存儲與CH₄強化開采(CO₂-ECBM，即CO₂GeologicalStorage-EnhancedCoalBedMethaneRecovery)技術融溫室氣體減排與新能源開發為一體，受到全球高度關注。CO₂地質儲存是一個復雜的科學問題，CO₂注入速率、封存機制、有效容量、油氣生產潛力等科學問題的研究，可為國家下一步實施CO₂地質封存工程探索提供科學依據，推動中國 CO₂地質存儲技術的形成和發展，服務國家減災減排與新能源開發戰略。因此，煤層CO₂地質存儲有效性機理仍是我國當前階段CO₂-ECBM亟待解決的科學問題。

現有實驗室進行CO₂驅替或置換煤層CH₄以及測試巖石滲透率的試驗裝置及方法，對于煤層及頁巖等致密巖石，測試效率較低、試驗過程易受環境溫度影響，測試結果誤差相對較大。因此，設計一種適用于煤層及頁巖等致密巖石的高效準確的滲透率測試與CO₂驅替模擬試驗裝置具有重要的理論及實際生產指導意義。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提供一種三軸滲透率測試與CO₂驅替模擬試驗裝置，該裝置能夠在實驗室內模擬深部煤層高溫高壓環境，實現CO₂驅替的模擬試驗過程，并能夠通過測量巖樣入口端施加的壓力脈沖在巖樣中的衰減數據，計算得到巖樣的滲透率，測試效率高，測量結果誤差小。本試驗裝置控溫精度高、抗腐蝕性強、溫度波動性小、均勻性好、數據顯示準確且直觀、結構緊湊、便于控制、容易安裝、操作簡單、安全可靠，具備較好的實用性。

為了達到上述目的，本三軸滲透率測試與CO2驅替模擬試驗裝置，包括：模型系統、氣體控制系統、溫度控制系統、三軸加載系統、抽真空系統、氣體樣品采集系統和電氣控制及監控系統；