一种气水煤精细分离、收集与水净化循环处理试验方法与流程

本发明涉及一种用于在试验室内模拟构造煤原位煤层气水平井卸压开发过程中产生的气、水、煤分离与水净化的试验方法，特别是涉及一种用于实现构造煤发育地区原位煤层气水平井卸压开发过程产生的气、水、煤的高效快速分离与水资源净化处理试验方法，属于煤层气开采领域。

背景技术

随着我国国民经济的发展，传统能源的供应形势日趋严峻，而且在人类活动中排放的大量二氧化碳所产生的温室效应已经严重威胁到整个自然的生态安全，人类对新型、清洁的能源需求越来越大，因而煤层气作为一种新型、清洁能源受到了广泛关注。

我国构造煤发育，且构造煤区具有丰富的煤层气资源，煤层气开发对缓解我国油气资源紧张现状、减轻矿井灾害程度、减少温室气体排放等均具有重要意义。构造煤发育区实现原位煤层气开发势必产生大量的气、水、煤煤水混合物，如何实现气、水、煤的高效快速分离和气、水、煤的资源回收与利用是构造煤发育区采用原位煤层气水平井开发过程中的重要理论与技术问题，也是当前对构造煤发育区提高煤层气井产量的研究的重要课题。目前构造煤发育区是原位煤层气开发的禁区，对于构造煤发育区采用原位煤层气开发未见深入的报道，对气、水、煤的高效快速分离与水资源净化均未见研究和报道。构造煤发育区通过原位煤层气开发会产生大量高粘度含煤、水和气的流体煤水混合物，水、煤的高效快速分离与水净化循环处理实现高效采煤、采气和水资源循环利用对有效应用构造发育区原位水平井开发技术尤为关键。

鉴于此，在试验室内通过模拟构造煤发育区原位煤层气开发过程中产生的高浓度气、水、煤煤水混合物的分离、收集与处理对于研究构造煤发育区实现原位煤层气开发至关重要，设计一种可用于在试验室内实现构造煤发育区原位煤层气开发过程产生的高浓度气、水、煤的精细分离、收集和水净化循环处理的试验方法，是构造煤发育区原位煤层气开采研究中亟待解决的一项课题，对构造煤发育区原位煤层气开采具有重要的理论指导。而现有试验方法并没有模拟构造煤发育区原位煤层气开采的高浓度气、水、煤煤水混合物的分离、收集与处理，且试验方法中也没有实时采集试验样品以实现实时采样得到试验分析数据，实现实时监控。

技术实现要素：

本发明针对现有技术的不足，提供一种可用于在试验室内实现构造煤发育区原位煤层气开发过程产生的高浓度气、水、煤的精细分离、收集和水净化循环处理的试验方法。

本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：

一种气水煤精细分离、收集与水净化循环处理试验方法，包括以下步骤：

(1)判断煤水混合物中水和煤的含量，煤水混合物以水为主时，将煤水混合物进行一级沉淀分离，煤水混合物以煤为主时，将煤水混合物进行三级沉淀分离；在沉淀分离的过程中，实时取样进行数据分析；

(2)在步骤(1)沉淀分离的过程中，对煤水混合物中气体进行收集；

(3)沉淀分离后的水质达标则可用于循环作业，不达标则继续进行一级沉淀分离；

(4)试验完成后对各设备进行清洗，以备下次使用。

一种用于气水煤精细分离、收集与水净化循环处理试验方法的试验装置，包括三级沉淀分离装置、一级沉淀分离装置、净化水池、煤层气收集装置，所述三级沉淀分离装置和净化水池连接，所述煤层气收集装置和三级沉淀分离装置、一级沉淀分离装置连接。

优选的，所述三级沉淀分离装置包括第一沉淀分离池、第二沉淀分离池和第三沉淀分离池，所述一级沉淀分离装置包括第四沉淀分离池，所述第一沉淀分离池、第二沉淀分离池、第三沉淀分离池、第四沉淀分离池内都安装有分割墙体，所述分割墙体将第一沉淀分离池、第二沉淀分离池、第三沉淀分离池、第四沉淀分离池都分割为主沉淀分离室和副沉淀分离室，所述第一沉淀分离池、第二沉淀分离池、第三沉淀分离池的主沉淀分离室和副沉淀分离室上都设置有溢流口，所述第一沉淀分离池、第二沉淀分离池、第三沉淀分离池的主沉淀分离室通过溢流口相互连通，所述第一沉淀分离池、第二沉淀分离池、第三沉淀分离池的副沉淀分离室通过溢流口连通，所述第三沉淀分离池的主沉淀分离室、副沉淀分离室都通过溢流口和净化水池连通，所述主沉淀分离室和副沉淀分离室内都安装有滤网，所述第一沉淀分离池、第四沉淀分离池的主沉淀分离室和副沉淀分离室上都设置有煤水混合物接入口，所述第一沉淀分离池、第二沉淀分离池、第三沉淀分离池的主沉淀分离室之间、副沉淀分离室之间都安装有煤层气导排管道，所述第三沉淀分离池的主沉淀分离室、副沉淀分离室和净化水池之间也安装有煤层气导排管道，主沉淀分离室和副沉淀分离室位于滤网过滤后的一侧都设置有取样兼煤泥清运口，主沉淀分离室和副沉淀分离室位于滤网过滤前的一侧都设置有煤泥清运控制门。

优选的，所述煤层气收集装置包括干燥罐和真空集气瓶，所述真空集气瓶和干燥罐通过管道连接，所述所述第一沉淀分离池、第四沉淀分离池的主沉淀分离室和副沉淀分离室都通过管道和干燥罐连通。

优选的，所述第四沉淀分离池的主沉淀分离室和副沉淀分离室位于滤网过滤后的一侧都安装有水泵，所述净化水池上也安装有水泵。

优选的，所述真空集气瓶和干燥罐之间的管道上及真空集气瓶上都安装有压力表。

本发明的优点在于：本发明提供的一种气水煤精细分离与水净化循环处理试验方法能够在试验室内模拟构造煤发育区原位煤层气开发过程产生的高浓度气、水、煤混合物，实现气、水、煤的精细分离、收集与水净化循环处理试验，并能够在试验的过程中采集水样进行数据分析。本装置可控程度高、易于控制、安装方便、操作简单、安全可靠。

附图说明

图1为本发明试验装置的结构示意图。

图2为第二沉淀分离池的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种气水煤精细分离、收集与水净化循环处理试验方法，包括以下步骤：

(1)将试验装置中的所有管路连接好，关闭各个净化池的煤泥清运控制门17和取样兼煤泥清运口16，并检查装置的密封性；

(2)①混合物以煤为主时，向第一沉淀分离池5的主沉淀分离室10注入煤水混合物，混合物中的气体质轻，聚集在装置顶部，通过管道运移到真空集气瓶19；②混合物以水为主时(可以是上述①情况下，最后净化的产物水煤比例仍不达标，但以水为主的情况)，向第四沉淀分离池8的主沉淀分离室10注入水煤混合物，混合物中的气体质轻，聚集在装置顶部，通过管道运移到真空集气瓶19；

(3)①煤水混合物流入第一沉淀分离池5，经过滤网13过滤并且伴随重力沉淀，漫出溢流口12，然后依次经过第二沉淀分离池6和第三沉淀分离池7分离、沉淀，最终进入净化水池3沉淀，由水泵20循环；水质达标的水可用于继续作业，不满足要求则需要重复过滤；整个过程中，混合物中的气体通过煤层气导排管道15和各连接管道运移到真空集气瓶中；②以水为主的水煤混合物流入第四沉淀分离池8，经过滤网13过滤并且伴随重力沉淀，过滤后的水通过水泵20循环；混合物中的气体通过管道运移到真空集气瓶中19；

(4)进入真空集气瓶19的气体首先经过干燥罐18吸收水分，同时要观察真空集气瓶19和干燥罐18之间的管道上及真空集气瓶19上的压力表21，当真空集气瓶19上的压力表21大于真空集气瓶19和干燥罐18之间的管道上的压力表21时，更换真空集气瓶19；

(5)随着净化的进行，第一沉淀分离池5、第二沉淀分离池6、第三沉淀分离池7、第四沉淀分离池8中底部沉淀的煤泥越来越厚，为了不影响后续净化的进行，需要对煤泥进行清运；清运时，利用各个副沉淀分离室11继续试验，通过各个主沉淀分离室10的煤泥清运控制门17和取样兼煤泥清运口16进行清运煤泥；

(6)试验完成后清洗各试验装置，准备下次使用；

一种用于气水煤精细分离、收集与水净化循环处理试验方法的试验装置，包括三级沉淀分离装置1、一级沉淀分离装置2、净化水池3、煤层气收集装置4，所述三级沉淀分离装置1和净化水池3连接，所述煤层气收集装置4和三级沉淀分离装置1、一级沉淀分离装置2连接。

优选的，所述三级沉淀分离装置包括第一沉淀分离池5、第二沉淀分离池6和第三沉淀分离池7，所述一级沉淀分离装置2包括第四沉淀分离池8，所述第一沉淀分离池5、第二沉淀分离池6、第三沉淀分离池7、第四沉淀分离池8内都安装有分割墙体9，所述分割墙体9将第一沉淀分离池5、第二沉淀分离池6、第三沉淀分离池7、第四沉淀分离池8都分割为主沉淀分离室10和副沉淀分离室11，所述第一沉淀分离池5、第二沉淀分离池6、第三沉淀分离池7的主沉淀分离室10和副沉淀分离室11上都设置有溢流口12，所述第一沉淀分离池5、第二沉淀分离池6、第三沉淀分离池7的主沉淀分离室10通过溢流口12相互连通，所述第一沉淀分离池5、第二沉淀分离池6、第三沉淀分离池7的副沉淀分离室11通过溢流口12连通，所述第三沉淀分离池7的主沉淀分离室10、副沉淀分离室11都通过溢流口12和净化水池3连通，所述主沉淀分离室10和副沉淀分离室11内都安装有滤网13，所述第一沉淀分离池5、第四沉淀分离池8的主沉淀分离室10和副沉淀分离室11上都设置有煤水混合物接入口14，所述第一沉淀分离池5、第二沉淀分离池6、第三沉淀分离池7的主沉淀分离室10之间、副沉淀分离室11之间都安装有煤层气导排管道15，所述第三沉淀分离池7的主沉淀分离室10、副沉淀分离室11和净化水池3之间也安装有煤层气导排管道15，主沉淀分离室10和副沉淀分离室11位于滤网13过滤后的一侧都设置有取样兼煤泥清运口16，主沉淀分离室10和副沉淀分离室11位于滤网13过滤前的一侧都设置有煤泥清运控制门17。

优选的，所述煤层气收集装置4包括干燥罐18和真空集气瓶19，所述真空集气瓶19和干燥罐18通过管道连接，所述所述第一沉淀分离池5、第四沉淀分离池8的主沉淀分离室10和副沉淀分离室11都通过管道和干燥罐18连通。

优选的，所述第四沉淀分离池8的主沉淀分离室10和副沉淀分离室11位于滤网13过滤后的一侧都安装有水泵20，所述净化水池3上也安装有水泵20。

优选的，所述真空集气瓶19和干燥罐18之间的管道上及真空集气瓶上都安装有压力表21。

本发明提供的一种气水煤精细分离与水净化循环处理试验方法能够在试验室内模拟构造煤发育区原位煤层气开发过程产生的高浓度气、水、煤混合物，实现气、水、煤的精细分离、收集与水净化循环处理试验，并能够在试验的过程中采集水样进行数据分析。本装置可控程度高、易于控制、安装方便、操作简单、安全可靠。

需要说明的是，在本文中，如若存在第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。