一种超临界CO2提高煤层渗透性的方法与流程

文档序号:12704584阅读:386来源:国知局

本发明涉及煤层气增采技术领域范畴,尤其涉及一种超临界CO2提高煤层渗透性的方法。



背景技术:

我国煤层气资源丰富,煤层气赋存条件复杂,高瓦斯煤层和突出矿井煤层普遍为低渗透煤层。目前,主要采用钻孔抽采、水压致裂抽采、水力割缝抽采和注水驱气等方法提高煤层气的采收率,但效果不理想。并且随着煤层开采深度增加,地应力、煤层气孔隙压力和地温增加,煤层透气性降低,也造成煤层气采收率较低。利用CO2强化储存煤层气回采方法(ECBM)可以显著提高采收率,但降低煤层渗透性,并且容易诱发煤与CO2突出事故。

当煤层埋藏深度超过800m,煤层的原岩温度和压力使CO2达到超临界状态,超临界CO2黏度与气态CO2相近,密度与液态CO2相近,具有零表面张力、高扩散系数等特点。煤层注入超临界CO2可以有效驱替煤层CH4、提高煤层气采收率,还可以改善煤层结构、提高煤层渗透性。为了详细研究超临界CO2提高煤层渗透性规律,需要对原有方法进行革新。



技术实现要素:

本发明一种超临界CO2提高煤层渗透性的方法的目的在于,提供一种可以提高煤层渗透性的方法,不仅可以提高煤层气采收率,还可以有效改变煤层结构、提高煤层渗透性。

为实现上述目的,本发明的技术方案为:

一种超临界CO2提高煤层渗透性的方法,所采用的装置为一种超临界CO2提高煤层渗透性的装置,该装置包括注气系统21、增压装置22、压力釜7、温度控制系统23、三轴渗流装置9、加载系统24、集气系统25、抽真空系统26和数据采集系统27;所述注气系统21由N2瓶1和液态CO2瓶2组成,所述N2瓶1通过六通阀6与压力釜7一端相连,所述液态CO2瓶2通过增压装置22与压力釜7连接,压力釜7另一端通过阀门8与三轴渗流装置9注入端连接,三轴渗流装置9出气端通过六通阀15分别与加载系统24集气系统25和抽真空系统26连接;所述压力釜7与三轴渗流装置9均位于温度控制系统23中;数据采集系统27与六通阀6或六通阀15连接;增压装置22由增压泵3和空气压缩机4构成;温度控制系统23包括水浴箱5;加载系统24由手动压力泵11和稳压器10构成;抽真空系统26包括真空泵14;集气系统25由取气装置12和流量计13组成;数据采集系统27包括数据采集仪16、17;该方法的具体操作步骤为:

(1)制备煤试件,利用煤岩切割机沿煤层层理方向钻取煤试件,将煤试件放入至装置系统中;

(2)检查装置气密性,调节外置温控器将水浴箱5加热至试验最高温度,利用手动压力泵11交替施加轴压和围压至试验最大值;利用增压装置22对CO2增压注入压力釜7,CO2达到超临界状态;稳定1小时后检查试验系统,若数据采集系统27中压力无变化表明试验系统气密性良好;

(3)开启抽真空系统26,将系统抽真空;

(4)预热试验装置并开启注气系统21,打开增压装置22,控制增压泵3液态CO2加压再通入压力釜7内,经过水浴加热,CO2达到超临界状态;

(5)当超临界CO2压力值至预定值,关闭注气系统21,打开阀门8,充分吸附24小时,通过数据采集系统27记录压力釜7内初始压力和吸附饱和时压力值;

(6)关闭阀门8,打开与三轴渗流装置相连的六通阀15,释放游离气体;

(7)开启加载系统24,利用手动压力泵11对煤样交替施加轴压和围压至预定值,关闭加载系统24;开启注气系统21,通入一定压力N2,N2压力值低于围压,待气体流速稳定后,打开取气装置12,再利用流量计13测取流量,测量三次求平均值。

所述试验系统流体注入压力范围为0.1MPa-20MPa,加载系统24提供最大体积应力为45MPa,温度控制系统23提供温度范围为20℃-60℃。

本发明一种超临界CO2提高煤层渗透性的方法的有效益处:

常规煤层气增产技术是借鉴油气开采技术,但由于我国煤层渗透性较差,利用现有技术难以实现高产。已有的CO2强化储存煤气层气回采方法虽然可以提高采收率,但易造成煤体膨胀、降低了煤层的渗透性,并且容易诱发煤与CO2突出事故。本发明一种超临界CO2提高煤层渗透性方法安全无污染、操作性强,并且CO2来源广泛、易于获取。超临界CO2粘度低、扩散系数高,容易渗透扩散到煤体微孔中,并且有良好的溶解能力。因此,本发明一种超临界CO2提高煤层渗透性方法可以改变煤层结构,从根本上显著提高煤层渗透性,从而提高煤层气采收率。

附图说明

图1为本发明一种超临界CO2提高煤层渗透性的方法所采用装置的系统示意图;

图1中,1-N2瓶;2-液态CO2瓶;3-增压泵;4-空气压缩机;5-水浴箱;6-六通阀;7-压力釜;8-阀门;9-三轴渗流装置;10-稳压器;11-手动压力泵;12-取气装置;13-流量计;14-真空泵;15-六通阀;16、17-数据采集仪;21-注气系统;22-增压装置;23-温度控制系统;24-加载系统;25-集气系统;26-抽真空系统;27-数据采集系统。

具体实施方式

为了使发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。

一种超临界CO2提高煤层渗透性的方法,所采用的装置为一种超临界CO2提高煤层渗透性的装置,该装置包括注气系统21、增压装置22、压力釜7、温度控制系统23、三轴渗流装置9、加载系统24、集气系统25、抽真空系统26和数据采集系统27;所述注气系统21由N2瓶1和液态CO2瓶2组成,所述N2瓶1通过六通阀6与压力釜7一端相连,所述液态CO2瓶2通过增压装置22与压力釜7连接,压力釜7另一端通过阀门8与三轴渗流装置9注入端连接,三轴渗流装置9出气端通过六通阀15分别与加载系统24集气系统25和抽真空系统26连接;所述压力釜7与三轴渗流装置9均位于温度控制系统23中;数据采集系统27与六通阀6或六通阀15连接;增压装置22由增压泵3和空气压缩机4构成;温度控制系统23包括水浴箱5;加载系统24由手动压力泵11和稳压器10构成;抽真空系统26包括真空泵14;集气系统25由取气装置12和流量计13组成;数据采集系统27包括数据采集仪16、17;该方法的具体操作步骤为:

(1)制备煤试件,利用煤岩切割机沿煤层层理方向钻取煤试件,将煤试件放入至装置系统中;

(2)检查装置气密性,调节外置温控器将水浴箱5加热至试验最高温度,利用手动压力泵11交替施加轴压和围压至试验最大值;利用增压装置22对CO2增压注入压力釜7,CO2达到超临界状态;稳定1小时后检查试验系统,若数据采集系统27中压力无变化表明试验系统气密性良好;

(3)开启抽真空系统26,将系统抽真空;

(4)预热试验装置并开启注气系统21,打开增压装置22,控制增压泵3液态CO2加压再通入压力釜7内,经过水浴加热,CO2达到超临界状态;

(5)当超临界CO2压力值至预定值,关闭注气系统21,打开阀门8,充分吸附24小时,通过数据采集系统27记录压力釜7内初始压力和吸附饱和时压力值;

(6)关闭阀门8,打开与三轴渗流装置相连的六通阀15,释放游离气体;

(7)开启加载系统24,利用手动压力泵11对煤样交替施加轴压和围压至预定值,关闭加载系统24;开启注气系统21,通入一定压力N2,N2压力值低于围压,待气体流速稳定后,打开取气装置12,再利用流量计13测取流量,测量三次求平均值。

所述试验系统流体注入压力范围为0.1MPa-20MPa,加载系统24提供最大体积应力为45MPa,温度控制系统23提供温度范围为20℃-60℃。

参见附图1,本发明一种超临界CO2提高煤层渗透性的方法具体步骤如下:

(1)制备煤试件。利用煤岩切割机沿煤层层理方向钻取煤试件,尺寸为φ50×100mm;

(2)将煤试件放入装置中;

(3)检查装置气密性。调节外置温控器将水浴箱5加热至试验最高温度55℃,利用手动压力泵11交替施加轴压和围压至试验最大值12MPa;利用增压装置22对CO2增压至试验最高压力14MPa,注入压力釜7内,CO2达到超临界状态;稳定1小时后检查试验系统,若数据采集系统中压力无变化表明试验系统气密性良好;

(4)开启抽真空系统26,将系统抽真空;

(5)关闭阀门8、六通阀15,打开六通阀6;预热试验系统,打开增压装置22,控制增压泵3对液态CO2加压再通入压力釜7内,经过水浴加热,CO2达到超临界状态;

(6)当超临界CO2压力值至预定值,关闭六通阀6,打开阀门8,充分吸附24小时;通过数据采集系统27记录压力釜7内初始压力和吸附饱和时压力值;

(7)关闭阀门8,打开六通阀15,释放游离气体;

(8)开启加载系统24,利用手动压力泵11对煤样交替施加轴压和围压至预定值,打开六通阀6,通入一定压力N2,N2压力低于围压,待气体流速稳定后,打开取气装置12,再利用流量计13测取流量,测量三次求平均值。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

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