一种用于注气强化煤层气开发的模拟装置及模拟方法与流程

本发明涉及煤层气开采领域，具体的说是一种用于注气强化煤层气开发的模拟装置及模拟方法。

背景技术：

煤层气作为一种非常规天然气，目前在世界范围内已大面积开采，我国煤层气资源丰富，2000米以浅煤层气资源量达36.81×10¹²m³,，其开发利用可以有效解决我国常规天然气市场供应量不足这一局面。

然而，我国煤储层具有“低压、低饱和、低含气量”的特征，储层降压困难，气体临界解吸压力低、气体解吸困难，由此造成我国煤层气开发效率低下，严重制约了我国煤层气产业的发展。为了提高煤层气资源采收率，常采取储层改造和增产措施，以提高煤层气抽采效果。传统的储层改造工艺技术主要包括水力压裂、水力冲孔、水力割缝、保护层卸压等。其中，向原位煤层注入二氧化碳或氮气，置换驱替甲烷提高煤层气资源采收率，作为一项新的工艺技术手段，目前尚处于理论研究和先导性试验阶段。针对不同地质条件下注气强化煤层开发时的注气压力、注气方式等关键科学问题认识不清，限制了该工艺的工程应用。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种用于注气强化煤层气开发的模拟装置及模拟方法，以期为注气强化煤层气开发提供一种实验装置和方法，提高注气强化煤层气工艺技术的实施，为煤层气资源的高效开发提供技术支撑。

为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案为：一种用于注气强化煤层气开发的模拟装置，包括煤层模拟系统、注气系统以及数据系统；

煤层模拟系统包括用于容纳含裂隙煤样的箱体、用于加热含裂隙煤样的加热单元、用于向含裂隙煤样施加载荷的液压伺服单元以及用于向含裂隙煤样注水的注水单元；

注气系统包括甲烷气瓶、氮气气瓶、二氧化碳气瓶、气体增压泵、用于容纳增压甲烷的第一参考缸、用于容纳增压氮气的第二参考缸、用于容纳增压二氧化碳的第三参考缸以及用于容纳增压氮气和增压二氧化碳混合气的配气罐；第一参考缸、第二参考缸以及第三参考缸的进口均通过气体增压泵分别与甲烷气瓶、氮气气瓶以及二氧化碳气瓶的出口相连，配气罐的进口通过气体增压泵与氮气气瓶和二氧化碳气瓶的出口相连，第一参考缸、第二参考缸、第三参考缸以及配气罐的出口均与箱体进口相连；

数据系统包括数据采集箱和计算机，数据采集箱用于收集箱体进出口位置气体的流量和压力数据，计算机与数据采集箱相连并用于根据流量和压力数据以绘制驱替含裂隙煤样中甲烷气体的气体流量曲线。

优选的，加热单元为设置在箱体上的第一电加热器；液压伺服单元包括设置在箱体端部的轴压加载器、设置在箱体外周的围压加载器以及与轴压加载器和围压加载器相连的油压泵；注水单元包括水箱以及连接在水箱和箱体之间的高压水泵。

优选的，箱体的进口管路上设有第八控制阀门，箱体的出口管路上沿相背于箱体的方向依次设有出气端阀门、第三气体压力表以及第三气体流量计；在油压泵的出口端还设有用于控制油压泵分别向轴压加载器和围压加载器输出的油压管线阀门；在高压水泵和箱体之间的的连接管路上依次设有注水管线阀门和注水流量计。

优选的，甲烷气瓶、氮气气瓶以及二氧化碳气瓶与气体增压泵之间的管路上分别设有第一控制阀门、第二控制阀门以及第三控制阀门，气体增压泵的出口位置设有第四控制阀门；第一参考缸的进口设有第十控制阀门和第五气体压力表，第一参考缸的出口设有第十三控制阀门，第二参考缸的进口设有第十一控制阀门和第六气体压力表，第二参考缸的出口设有第十四控制阀门，第三参考缸的进口设有第十二控制阀门和第七气体压力表，第三参考缸的出口设有第十五控制阀门，在第一参考缸、第二参考缸以及第三参考缸与第八控制阀门之间的管路上还依次设有第五控制阀门、第二气体调节阀、第四气体压力表、第二气体流量计以及第六控制阀门；配气罐的进口设有第十六控制阀门和第一气体压力表，配气罐的出口与第八控制阀门之间的管路上依次设有第九控制阀门、第一气体调节阀、第二气体压力表、第一气体流量计以及第七控制阀门。

优选的，在第一控制阀门、第二控制阀门以及第三控制阀门与气体增压泵之间的管路上还设有真空泵和抽真空阀门。

优选的，在配气罐上设有第二电加热器。

一种注气强化煤层气开发的模拟方法，包括以下步骤：

步骤1）、模拟准备：首先将含裂隙煤样置入箱体中，然后依次通过加热单元对含裂隙煤样进行加热，通过液压伺服单元对含裂隙煤样施加轴压和围压，最后对整个装置进行抽真空后再通过注水单元对含裂隙煤样注水；

步骤2）、甲烷吸附平衡：通过气体增压泵将甲烷气瓶中的甲烷通入第一参考缸中并增压，将增压后的甲烷通入箱体中达到含裂隙煤样对于甲烷的吸附平衡；

步骤3）、单气或混合气驱替甲烷模拟：通过气体增压泵将氮气气瓶中的氮气通入第二参考缸中并增压，将增压后的氮气通入含裂隙煤样中以驱替含裂隙煤样中的甲烷，通过数据采集箱采集驱替含裂隙煤样中甲烷时的气体流量数据，并在计算机上绘制氮气驱替甲烷的气体流量曲线；

或通过气体增压泵将二氧化碳气瓶中的二氧化碳通入第三参考缸中并增压，将增压后的二氧化碳通入含裂隙煤样中以驱替含裂隙煤样中的甲烷，通过数据采集箱采集驱替含裂隙煤样中甲烷时的气体流量数据，并在计算机上绘制二氧化碳驱替甲烷的气体流量曲线；

或通过气体增压泵将氮气气瓶中的氮气和二氧化碳气瓶中的二氧化碳分别通入配气罐中并增压，将增压后的氮气和二氧化碳混合气通入含裂隙煤样中以驱替含裂隙煤样中的甲烷，通过数据采集箱采集驱替含裂隙煤样中甲烷时的气体流量数据，并在计算机上绘制氮气和二氧化碳混合气驱替甲烷的气体流量曲线；

步骤4）、模拟结果：对比步骤3）中得到的氮气驱替甲烷的气体流量曲线、二氧化碳驱替甲烷的气体流量曲线以及氮气和二氧化碳混合气驱替甲烷的气体流量曲线得到注气强化煤层气开发的最佳注气方式。

优选的，步骤3）中，由第二气体调节阀调节氮气或二氧化碳分别注入箱体中的驱替压力，进行不同压力条件下的多次氮气或二氧化碳驱替模拟实验，得到多个不同压力条件下的氮气驱替甲烷的气体流量曲线或二氧化碳驱替甲烷的气体流量曲线；由第一气体调节阀调节配气罐内氮气和二氧化碳混合气注入箱体中的驱替压力，进行不同压力条件下的多次氮气和二氧化碳混合气驱替模拟实验，得到多个不同压力条件下的氮气和二氧化碳混合气驱替甲烷的气体流量曲线。

有益效果

本发明提供了注气强化煤层气开发模拟装置及模拟方法，实现了在同一个装置上面对单组分气体、双组分气体在不同注气方式下对煤层气强化开发效果的实验模拟，并且可以通过对比不同注气方式下的煤层气抽采量，寻求注气强化煤层气开发的最佳注气方式，为工程上注气强化煤层气开发工艺技术的实施提供了实验支撑和技术支撑，具有以下优点：

（1）该装置所采用的配气灌可以实现不同组分、不同比例混合气体的配置，为多组分气体注入强化煤层气开发的相关研究，提供了气源；

（2）该装置所采用的实验样品为含裂隙煤样，吸附甲烷后准确模拟实际开采工况；

（3）该装置所采用气体调压阀可以稳定气体压力，实现含裂隙煤样对气体的稳态吸附；

（4）该装置结构紧凑、便于组装、成本低廉、易于加工制造。

附图说明

图1为本发明的模拟装置部分的结构示意图；

图中标记：1、第一控制阀门，2、第二控制阀门，3、第三控制阀门，4、抽真空阀门，5、真空泵，6、第四控制阀门，7、第十控制阀门，8、第十三控制阀门，9、第十一控制阀门，10、第十四控制阀门，11、第十二控制阀门，12、第十五控制阀门，13、第五控制阀门，14、第十六控制阀门，15、第二气体调节阀，16、第四气体压力表，17、第一气体流量计，18、第二气体流量计，19、第七控制阀门，20、第六控制阀门，21、第二气体压力表，22、第一气体调节阀，23、第九控制阀门，24、第二电加热器，25、配气罐，26、第一气体压力表，27、第三参考缸，28、第七气体压力表，29、第二参考缸，30、第六气体压力表，31、第一参考缸，32、第五气体压力表，33、气体增压泵，34、二氧化碳气瓶，35、氮气气瓶，36、甲烷气瓶，37、水箱，38、高压水泵，39、注水管线阀门，40、注水流量计，41、第八控制阀门，42、围压加载器，43、第一电加热器，44、出气端阀门，45、第三气体压力表，46、第三气体流量计，47、箱体，48、含裂隙煤样，49、油压泵，50、轴压加载器，51、油压管线阀门。

具体实施方式

如图1所示，本发明的一种用于注气强化煤层气开发的模拟装置，包括位于图1中下部的煤层模拟系统、位于图1中上部的注气系统以及数据系统。数据系统结构简单且与煤层模拟系统和注气系统中的各种监测仪表以信号电方式连接，较为繁杂，故未在图1中标出。

本发明的煤层模拟系统包括用于容纳含裂隙煤样48的箱体47、用于加热含裂隙煤样48的加热单元、用于向含裂隙煤样48施加载荷的液压伺服单元以及用于向含裂隙煤样48注水的注水单元。箱体47为柱状并采用弹性材料制作，以便于通过液压伺服单元挤压箱体47外壁以实现含裂隙煤样48的加载。通过含裂隙煤样48的加载配合加热单元和注水单元准确模拟真实煤层气开发工况。

本实施例中的加热单元为设置在箱体47上的第一电加热器43。液压伺服单元包括设置在箱体47端部的轴压加载器50、设置在箱体47外周的围压加载器42以及与轴压加载器50和围压加载器42相连的油压泵49，可实现对于含裂隙煤样48的全方位加载；注水单元包括水箱37以及连接在水箱37和箱体47之间的高压水泵38。

管路及管路介质流体控制方面，在箱体47的进口管路上设有第八控制阀门41，箱体47的出口管路上沿相背于箱体47的方向依次设有出气端阀门44、第三气体压力表45以及第三气体流量计46。在油压泵49的出口端还设有用于控制油压泵49分别向轴压加载器50和围压加载器42输出的油压管线阀门51；在高压水泵38和箱体47之间的的连接管路上依次设有注水管线阀门39和注水流量计40。

本发明的注气系统包括甲烷气瓶36、氮气气瓶35、二氧化碳气瓶34、气体增压泵33、用于容纳增压甲烷的第一参考缸31、用于容纳增压氮气的第二参考缸29、用于容纳增压二氧化碳的第三参考缸27以及用于容纳增压氮气和增压二氧化碳混合气的配气罐25。第一参考缸31、第二参考缸29以及第三参考缸27的进口均通过气体增压泵33分别与甲烷气瓶36、氮气气瓶35以及二氧化碳气瓶34的出口相连，配气罐25的进口通过气体增压泵33与氮气气瓶35和二氧化碳气瓶34的出口相连，第一参考缸31、第二参考缸29、第三参考缸27以及配气罐25的出口均与箱体47进口相连。在配气罐25上还设有第二电加热器24。

在注气系统的管路及管路内介质控制方面，甲烷气瓶36、氮气气瓶35以及二氧化碳气瓶34与气体增压泵33之间的管路上分别设有第一控制阀门1、第二控制阀门2以及第三控制阀门3，气体增压泵33的出口位置设有第四控制阀门6；第一参考缸31的进口设有第十控制阀门7和第五气体压力表32，第一参考缸31的出口设有第十三控制阀门8，第二参考缸29的进口设有第十一控制阀门9和第六气体压力表30，第二参考缸29的出口设有第十四控制阀门10，第三参考缸27的进口设有第十二控制阀门11和第七气体压力表28，第三参考缸27的出口设有第十五控制阀门12，在第一参考缸31、第二参考缸29以及第三参考缸27与第八控制阀门41之间的管路上还依次设有第五控制阀门13、第二气体调节阀15、第四气体压力表16、第二气体流量计18以及第六控制阀门20；配气罐25的进口设有第十六控制阀门14和第一气体压力表26，配气罐25的出口与第八控制阀门41之间的管路上依次设有第九控制阀门23、第一气体调节阀22、第二气体压力表21、第一气体流量计17以及第七控制阀门19。在第一控制阀门1、第二控制阀门2以及第三控制阀门3与气体增压泵33之间的管路上还设有真空泵5和抽真空阀门4。

本发明的数据系统包括数据采集箱和计算机，数据采集箱用于收集箱体47进出口位置气体的流量和压力数据，计算机与数据采集箱相连并用于根据流量和压力数据以绘制驱替含裂隙煤样48中甲烷气体的气体流量曲线。

一种注气强化煤层气开发的模拟方法，包括以下步骤：

步骤1）、模拟准备：首先将含裂隙煤样48置入箱体47中，然后依次通过加热单元对含裂隙煤样48进行加热，通过液压伺服单元对含裂隙煤样48施加轴压和围压，最后对整个装置进行抽真空后再通过注水单元对含裂隙煤样48注水；

步骤2）、甲烷吸附平衡：通过气体增压泵33将甲烷气瓶36中的甲烷通入第一参考缸31中并增压，将增压后的甲烷通入箱体47中达到含裂隙煤样48对于甲烷的吸附平衡；

步骤3）、单气或混合气驱替甲烷模拟：通过气体增压泵33将氮气气瓶35中的氮气通入第二参考缸29中并增压，将增压后的氮气通入含裂隙煤样48中以驱替含裂隙煤样48中的甲烷，通过数据采集箱采集驱替含裂隙煤样48中甲烷时的气体流量数据，并在计算机上绘制氮气驱替甲烷的气体流量曲线；

或通过气体增压泵33将二氧化碳气瓶34中的二氧化碳通入第三参考缸27中并增压，将增压后的二氧化碳通入含裂隙煤样48中以驱替含裂隙煤样48中的甲烷，通过数据采集箱采集驱替含裂隙煤样48中甲烷时的气体流量数据，并在计算机上绘制二氧化碳驱替甲烷的气体流量曲线；

或通过气体增压泵33将氮气气瓶35中的氮气和二氧化碳气瓶34中的二氧化碳分别通入配气罐25中并增压，将增压后的氮气和二氧化碳混合气通入含裂隙煤样48中以驱替含裂隙煤样48中的甲烷，通过数据采集箱采集驱替含裂隙煤样48中甲烷时的气体流量数据，并在计算机上绘制氮气和二氧化碳混合气驱替甲烷的气体流量曲线；

步骤4）、模拟结果：对比步骤3）中得到的氮气驱替甲烷的气体流量曲线、二氧化碳驱替甲烷的气体流量曲线以及氮气和二氧化碳混合气驱替甲烷的气体流量曲线得到注气强化煤层气开发的最佳注气方式。

在本实施例中，步骤3）可由第二气体调节阀15调节氮气或二氧化碳分别注入箱体47中的驱替压力，进行不同压力条件下的多次氮气或二氧化碳驱替模拟实验，得到多个不同压力条件下的氮气驱替甲烷的气体流量曲线或二氧化碳驱替甲烷的气体流量曲线；由第一气体调节阀22调节配气罐内氮气和二氧化碳混合气注入箱体47中的驱替压力，进行不同压力条件下的多次氮气和二氧化碳混合气驱替模拟实验，得到多个不同压力条件下的氮气和二氧化碳混合气驱替甲烷的气体流量曲线。

具体的，煤层气开发模拟可通过以下步骤进一步详细说明：

（1）、样品安装：打开箱体47，将通过取芯机制取的含裂隙煤样48放入箱体47的样品室内，放置好后，开启第一电加热器43对箱体47加热至实验温度；

（2）、围压、轴压加载：连接液压伺服系统，启动油压泵49和围压加载器42对含裂隙煤样48加载围压至2mpa，接着启动油压泵49和轴压加载器50对含裂隙煤样48加轴压至2mpa；再次启动油压泵49和围压加载器42对含裂隙煤样48加围压至4mpa，接着启动油压泵49和轴压加载器50对含裂隙煤样48加轴压至4mpa；以此围压和轴压交替施加的方式，对含裂隙煤样48加围压、轴压至实验条件；

（3）、气密性检验：施加围压、轴压至实验条件后，打开除箱体47出气端阀门44外的所有阀门，启动真空泵5对整个装置系统进行抽真空，抽真空至第一气体压力表26、第二气体压力表21、第四气体压力表16的压力值为-0.1mpa，接着关闭抽真空阀门4，观测压力值是否稳定；若压力值保持稳定，接着进行步骤（4）；若压力值不稳定，重复步骤（1）和（2）；

（4）、煤体注水：气密性检验后，启动高压水泵38，打开注水管线阀门39，向含裂隙煤样48注水，注水流量计40显示的数值为10ml左右时结束注水；

（5）、甲烷气体吸附平衡：关闭除第一控制阀门1、第四控制阀门6、第五控制阀门13、第六控制阀门20、第八控制阀门41、第十控制阀门7、第十三控制阀门8外的所有阀门，启动气体增压泵33对第一参考缸31进行甲烷气体增压，增压至第五气体压力表32显示的压力值高于最高实验压力值3mpa；调节第二气体调压阀至第四气体压力表16显示的压力数值达实验压力，向含裂隙煤样48注入甲烷气体2天，完成甲烷气体吸附平衡；

（6）、注气驱替甲烷：

a)：氮气单组分气体驱替甲烷：

完成甲烷气体吸附平衡后，关闭所有阀门，打开氮气气瓶35、打开第二控制阀门2、第四控制阀门6、第十一控制阀门9、第十四控制阀门10、第五控制阀门13、第六控制阀门20、第八控制阀门41，启动气体增压泵33对第二参考缸29进行氮气气体增压，增压至第六气体压力表30显示的压力值高于最高实验压力值6mpa；调节第二气体调压阀至第四气体压力表16显示的压力数值达2mpa，向含裂隙煤样48注入氮气气体驱替煤层中的甲烷气体，开启箱体47出气端阀门44，启动第三气体压力表45和第三气体流量计46，数据采集箱采集2mpa氮气气体驱替煤层甲烷气体时的气体流量数据，并在计算机上绘制2mpa氮气气体驱替煤层甲烷气体的气体流量曲线；

完成2mpa氮气气体驱替煤层甲烷气体实验后，重复步骤（3）、（4）和（5）；

完成甲烷气体吸附平衡后，关闭所有阀门，打开氮气气瓶35、打开第二控制阀门2、第四控制阀门6、第十一控制阀门9、第十四控制阀门10、第五控制阀门13、第六控制阀门20、第八控制阀门41，启动气体增压泵33对参考缸进行氮气气体增压，增压至第六气体压力表30显示的压力值高于最高实验压力值6mpa；调节第二气体调压阀至第四气体压力表16显示的压力数值达4mpa，向含裂隙煤样48注入氮气气体驱替煤层中的甲烷气体，开启箱体47出气端阀门44，启动第三气体压力表45和第三气体流量计46，数据采集箱采集4mpa氮气气体驱替煤层甲烷气体时的气体流量数据，并在计算机上绘制4mpa氮气气体驱替煤层甲烷气体的气体流量曲线；

完成4mpa氮气气体驱替煤层甲烷气体实验后，重复步骤（3）、（4）和（5）；

完成甲烷气体吸附平衡后，关闭所有阀门，打开氮气气瓶35、打开第二控制阀门2、第四控制阀门6、第十一控制阀门9、第十四控制阀门10、第五控制阀门13、第六控制阀门20、第八控制阀门41，启动气体增压泵33对参考缸进行氮气气体增压，增压至第六气体压力表30显示的压力值高于最高实验压力值6mpa；调节第二气体调压阀至第四气体压力表16显示的压力数值达6mpa，向含裂隙煤样48注入氮气气体驱替煤层中的甲烷气体，开启箱体47出气端阀门44，启动第三气体压力表45和第三气体流量计46，数据采集箱采集6mpa氮气气体驱替煤层甲烷气体时的气体流量数据，并在计算机上绘制6mpa氮气气体驱替煤层甲烷气体的气体流量曲线；

对比2mpa氮气气体驱替煤层甲烷气体的气体流量曲线、4mpa氮气气体驱替煤层甲烷气体的气体流量曲线，以及6mpa氮气气体驱替煤层甲烷气体的气体流量曲线，分析氮气气体驱替煤层甲烷的最佳注入压力。

b)：二氧化碳单组分气体驱替甲烷：

完成氮气单组分气体驱替甲烷后，重复步骤（3）、（4）和（5）；

完成甲烷气体吸附平衡后，关闭所有阀门，打开二氧化碳气瓶34、打开第三控制阀门3、第四控制阀门6、第十二控制阀门11、第十五控制阀门12、第五控制阀门13、第六控制阀门20、第八控制阀门41，启动气体增压泵33对参考缸进行二氧化碳气体增压，增压至第七气体压力表28显示的压力值高于最高实验压力值6mpa；调节第二气体调压阀至第四气体压力表16显示的压力数值达2mpa，向含裂隙煤样48注入二氧化碳气体驱替煤层中的甲烷气体，开启箱体47出气端阀门44，启动第三气体压力表45和第三气体流量计46，数据采集箱采集2mpa二氧化碳气体驱替煤层甲烷气体时的气体流量数据，并在计算机上绘制2mpa二氧化碳气体驱替煤层甲烷气体的气体流量曲线；

完成2mpa二氧化碳气体驱替煤层甲烷气体实验后，重复步骤（3）、（4）和（5）；

完成甲烷气体吸附平衡后，关闭所有阀门，打开二氧化碳气瓶34、打开第三控制阀门3、第四控制阀门6、第十二控制阀门11、第十五控制阀门12、第五控制阀门13、第六控制阀门20、第八控制阀门41，启动气体增压泵33对参考缸进行二氧化碳气体增压，增压至第七气体压力表28显示的压力值高于最高实验压力值6mpa；调节第二气体调压阀至第四气体压力表16显示的压力数值达4mpa，向含裂隙煤样48注入二氧化碳气体驱替煤层中的甲烷气体，开启箱体47出气端阀门44，启动第三气体压力表45和第三气体流量计46，数据采集箱采集4mpa二氧化碳气体驱替煤层甲烷气体时的气体流量数据，并在计算机上绘制4mpa二氧化碳气体驱替煤层甲烷气体的气体流量曲线；

完成4mpa二氧化碳气体驱替煤层甲烷气体实验后，重复步骤（3）、（4）和（5）；

完成甲烷气体吸附平衡后，关闭所有阀门，打开二氧化碳气瓶34、打开第三控制阀门3、第四控制阀门6、第十二控制阀门11、第十五控制阀门12、第五控制阀门13、第六控制阀门20、第八控制阀门41，启动气体增压泵33对参考缸进行二氧化碳气体增压，增压至第七气体压力表28显示的压力值高于最高实验压力值6mpa；调节第二气体调压阀至第四气体压力表16显示的压力数值达6mpa，向含裂隙煤样48注入二氧化碳气体驱替煤层中的甲烷气体，开启箱体47出气端阀门44，启动第三气体压力表45和第三气体流量计46，数据采集箱采集6mpa二氧化碳气体驱替煤层甲烷气体时的气体流量数据，并在计算机上绘制6mpa二氧化碳气体驱替煤层甲烷气体的气体流量曲线；

对比2mpa二氧化碳气体驱替煤层甲烷气体的气体流量曲线、4mpa二氧化碳气体驱替煤层甲烷气体的气体流量曲线，以及6mpa二氧化碳气体驱替煤层甲烷气体的气体流量曲线，分析二氧化碳气体驱替煤层甲烷的最佳注入压力；

c)：氮气和二氧化碳双组分气体驱替甲烷：

①完成二氧化碳单组分气体驱替甲烷后，重复步骤（3）、（4）和（5）；

②完成甲烷气体吸附平衡后，关闭所有阀门，打开氮气气瓶35、打开第二控制阀门2、第四控制阀门6以及第十六控制阀门14，启动气体增压泵33向配气灌注入氮气，使第一气体压力表26显示为6mpa；接着，关闭所有阀门，打开二氧化碳气瓶34、打开第三控制阀门3、第四控制阀门6以及第十六控制阀门14，启动气体增压泵33向配气灌注入二氧化碳，使第一气体压力表26显示为12mpa，从而在配气罐25中配制得到氮气和二氧化碳浓度为1:1的混合气；

③配制氮气和二氧化碳浓度为1:1的混合气后，打开第九控制阀门23、第七控制阀门19和第八控制阀门41，分别调节第一气体调压阀至第二气体压力表21显示的压力数值达2mpa，向含裂隙煤样48注入二氧化碳气体驱替煤层中的甲烷气体，开启箱体47出气端阀门44，启动第三气体压力表45和第三气体流量计46，数据采集箱采集氮气和二氧化碳浓度为1:1时双组分气体2mpa气体压力驱替煤层甲烷气体时的气体流量数据，并在计算机上绘制氮气和二氧化碳浓度1:1时双组分气体2mpa气体压力驱替煤层甲烷气体的气体流量曲线；

④完成氮气和二氧化碳浓度为1:1时双组分气体2mpa气体压力驱替煤层甲烷实验后，重复步骤①和②；

⑤配制氮气和二氧化碳浓度为1:1的混合气后，进一步，打开第九控制阀门23、第七控制阀门19和第八控制阀门41，分别调节第一气体调压阀至第二气体压力表21显示的压力数值达4mpa，向含裂隙煤样48注入二氧化碳气体驱替煤层中的甲烷气体，开启箱体47出气端阀门44，启动第三气体压力表45和第三气体流量计46，数据采集箱采集氮气和二氧化碳浓度为1:1时双组分气体4mpa气体压力驱替煤层甲烷气体时的气体流量数据，并在计算机上绘制氮气和二氧化碳浓度1:1时双组分气体4mpa气体压力驱替煤层甲烷气体的气体流量曲线；

⑥完成氮气和二氧化碳浓度为1:1时双组分气体4mpa气体压力驱替煤层甲烷实验后，重复步骤①和②；

⑦配制氮气和二氧化碳浓度为1:1的混合气后，进一步，打开第九控制阀门23、第七控制阀门19和第八控制阀门41，分别调节第一气体调压阀至第二气体压力表21显示的压力数值达6mpa，向含裂隙煤样48注入二氧化碳气体驱替煤层中的甲烷气体，开启箱体47出气端阀门44，启动第三气体压力表45和第三气体流量计46，数据采集箱采集氮气和二氧化碳浓度为1:1时双组分气体6mpa气体压力驱替煤层甲烷气体时的气体流量数据，并在计算机上绘制氮气和二氧化碳浓度1:1时双组分气体6mpa气体压力驱替煤层甲烷气体的气体流量曲线；

（7）、实验结束，打开除箱体47出气端阀门44外的所有阀门，启动真空泵5对整个装置抽真空，同时对含裂隙煤样48的围压和轴压卸掉，取出箱体47内的含裂隙煤样48，然后清理现场回收材料；

（8）、数据分析，对比分析2mpa二氧化碳气体驱替煤层甲烷气体的气体流量曲线、4mpa二氧化碳气体驱替煤层甲烷气体的气体流量曲线、6mpa二氧化碳气体驱替煤层甲烷气体的气体流量曲线；及2mpa氮气气体驱替煤层甲烷气体的气体流量曲线、4mpa氮气气体驱替煤层甲烷气体的气体流量曲线、6mpa氮气气体驱替煤层甲烷气体的气体流量曲线，以及氮气和二氧化碳浓度1:1时双组分气体2mpa气体压力驱替煤层甲烷气体的气体流量曲线，氮气和二氧化碳浓度1:1时双组分气体4mpa气体压力驱替煤层甲烷气体的气体流量曲线，氮气和二氧化碳浓度1:1时双组分气体6mpa气体压力驱替煤层甲烷气体的气体流量曲线；分析不同注气方式下煤层气甲烷气体的强化开发效果，提出注气强化煤层气开发的最佳注气方式。

上述注气强化煤层气开发模拟方法在于对于单组分气体和双组分气体实验，油压泵49对含裂隙煤样48施加的轴压和围压、注气压力、时间和注气之后的平衡时间完全相同，测试结束之后数据采集箱采集测试数据，计算机绘制测试数据曲线；紧接着，多次测试系统数据对比分析得出注气强化煤层气开发的最佳注气方式。