[發(fā)明專利]一種液態(tài)二氧化碳與水蒸汽增透煤體瓦斯驅(qū)替裝置及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210022609.3
• 申請(qǐng)日: 2022-01-10
• 公開（公告）號(hào): CN114396246A
• 公開（公告）日: 2022-04-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 秦雷;王平;林海飛;吝思恒;張弦;王偉凱;薛子桐;馬超
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安科技大學(xué)
• 主分類號(hào): E21B43/16
• 分類號(hào): E21B43/16;E21B43/24;E21F7/00
• 代理公司: 西安眾星藍(lán)圖知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 61234
• 代理人: 張倩

本發(fā)明公開了一種液態(tài)二氧化碳與水蒸汽增透煤體瓦斯驅(qū)替裝置及方法，該裝置包括液態(tài)CO2增透機(jī)構(gòu)、高溫水蒸汽機(jī)構(gòu)和反應(yīng)器，以及CO2收集機(jī)構(gòu)、水蒸汽收集機(jī)構(gòu)、抽采機(jī)構(gòu)，反應(yīng)器上連接有CO2驅(qū)替置換部件和圍壓加載部件，液態(tài)CO2增透機(jī)構(gòu)包括液態(tài)CO2罐、液態(tài)CO2輸送泵、液態(tài)CO2閥門和液態(tài)CO2箱，高溫水蒸汽機(jī)構(gòu)包括水箱、水輸送泵和蒸汽發(fā)生器；該方法包括以下步驟：一、煤體制備及安裝；二、煤體周側(cè)圍壓的加載；三、液態(tài)二氧化碳對(duì)煤體的凍結(jié)增透；四、高溫水蒸汽對(duì)煤體的融化增透；五、CO2氣體驅(qū)替及瓦斯抽采。本發(fā)明用液態(tài)CO2和高溫水蒸汽對(duì)煤體形成冷熱沖擊雙重增透機(jī)制，提高煤體瓦斯抽采效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于煤體增透瓦斯抽采技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種液態(tài)二氧化碳與水蒸汽增透煤體瓦斯驅(qū)替裝置及方法。

背景技術(shù)

煤炭在我國(guó)一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中占比高達(dá)60％以上，隨著開采深度的不斷增加，煤礦安全生產(chǎn)也面臨更加嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。瓦斯作為礦井五大災(zāi)害之首，既影響煤礦安全生產(chǎn)，也是一種重要能源。合理抽采瓦斯是降低煤礦瓦斯事故，實(shí)現(xiàn)瓦斯有效利用的基本途徑。由于我國(guó)大部分礦井具有低滲透特性，必須人為對(duì)煤層進(jìn)行增透，提高瓦斯抽采效率。

近年，大量煤層增透技術(shù)在瓦斯抽采中得到應(yīng)用，并取得一定成就。液態(tài)CO2因其無污染、易制取、高體積膨脹率等特點(diǎn)受到廣泛關(guān)注。但是，現(xiàn)有液態(tài)CO2致裂煤體研究以煤體浸入液態(tài)CO2為主，不能反映現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況(注入)；液態(tài)CO2凍結(jié)后煤體處于凍結(jié)狀態(tài)，孔隙被水冰相變形成的結(jié)晶冰堵塞，不能立即進(jìn)行瓦斯抽采，延緩了瓦斯抽采時(shí)間，降低瓦斯抽采效率。

因此，現(xiàn)如今缺少一種液態(tài)二氧化碳與水蒸汽增透煤體瓦斯驅(qū)替裝置，利用液態(tài)CO2和高溫水蒸汽對(duì)煤體形成冷熱沖擊雙重增透機(jī)制，增強(qiáng)煤體孔隙擴(kuò)張和貫通，提高煤體瓦斯抽采效率，保障瓦斯抽采穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種液態(tài)二氧化碳與水蒸汽增透煤體瓦斯驅(qū)替裝置，其設(shè)計(jì)合理，操作便捷，用液態(tài)CO2和高溫水蒸汽對(duì)煤體形成冷熱沖擊雙重增透機(jī)制，增強(qiáng)煤體孔隙擴(kuò)張和貫通，提高煤體瓦斯抽采效率，保障瓦斯抽采穩(wěn)定性。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種液態(tài)二氧化碳與水蒸汽增透煤體瓦斯驅(qū)替裝置，其特征在于：包括液態(tài)CO2增透機(jī)構(gòu)、高溫水蒸汽機(jī)構(gòu)和供煤體放置的反應(yīng)器，以及與所述反應(yīng)器連接的CO2收集機(jī)構(gòu)、水蒸汽收集機(jī)構(gòu)、抽采機(jī)構(gòu)，所述反應(yīng)器上連接有CO2驅(qū)替置換部件和圍壓加載部件；

所述液態(tài)CO2增透機(jī)構(gòu)包括依次連接的液態(tài)CO2罐、液態(tài)CO2輸送泵、液態(tài)CO2閥門和液態(tài)CO2箱，所述液態(tài)CO2箱中連接有CO2氣體加載部件，所述CO2驅(qū)替置換部件、所述圍壓加載部件和所述CO2氣體加載部件均與氣態(tài)CO2機(jī)構(gòu)連接，所述液態(tài)CO2閥門位于液態(tài)CO2管線上，所述液態(tài)CO2 管線與液態(tài)CO2輸送泵和液態(tài)CO2箱連接；

所述高溫水蒸汽機(jī)構(gòu)包括依次連接的水箱、水輸送泵和蒸汽發(fā)生器；

所述反應(yīng)器上連接輸送總管線，所述CO2驅(qū)替置換部件包括氣體輸送管線和依次設(shè)置在所述氣體輸送管線上的氣體輸送調(diào)節(jié)閥和氣體輸送分支閥門，所述氣體輸送管線、所述液態(tài)CO2箱、蒸汽發(fā)生器均和所述輸送總管線連接，所述輸送總管線上設(shè)置有單向閥和總管線流量傳感器。

上述的一種液態(tài)二氧化碳與水蒸汽增透煤體瓦斯驅(qū)替裝置，其特征在于：所述液態(tài)CO2箱內(nèi)側(cè)壁設(shè)置有保溫層，所述液態(tài)CO2箱中設(shè)置有液態(tài) CO2輸出管，所述液態(tài)CO2輸出管上設(shè)置有液態(tài)CO2輸出調(diào)節(jié)閥；

所述蒸汽發(fā)生器上設(shè)置有蒸汽輸出管，所述蒸汽輸出管上設(shè)置有蒸汽調(diào)節(jié)閥，所述液態(tài)CO2輸出管、所述蒸汽輸出管均和所述輸送總管線連接。

上述的一種液態(tài)二氧化碳與水蒸汽增透煤體瓦斯驅(qū)替裝置，其特征在于：所述氣態(tài)CO2機(jī)構(gòu)包括依次的CO2氣罐、減壓閥、氣態(tài)CO2輸送泵，所述氣態(tài)CO2輸送泵連接CO2氣體輸送總管線，所述CO2氣體輸送總管線上設(shè)置有總閥門；