一种CO<sub>2</sub>注入与煤层气强化开采地球化学效应模拟试验方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于在试验室内模拟深部煤层CO2地质存储与CH4强化开采过程的试验方法，特别是涉及一种用于实现超临界co2/h2o体系与煤岩样品高温、高压环境下的地球化学反应的试验方法，属于煤层气开采领域。
【背景技术】
[0002]随着我国国民经济的发展，传统能源的供应量逐渐减少，而且在生产生活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、清洁能源的需求越来越大，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具有重要意义。如何从煤层中开采煤层气及提高煤层气产量是当前研宄的重要的课题，利用竞争吸附优势原理，将CO2注入煤层可有效置换或驱替煤层CH4，这已成为新的煤层气强化开发方式。煤层CO2地质存储与014强化开采(CO2-ECBM,即CO2Geo1gicalStorage-Enhanced Coal Bed Methane Recovery)技术融温室气体减排与新能源开发为一体，受到全球高度关注。超临界CO2可与煤岩发生地球化学反应，致使煤中矿物质元素迀移以及碳氢化合物和类脂有机化合物溶解，改变煤物理化学结构和煤层渗透性及储存能力，对有效地应用煤层CO2-ECBM技术尤为关键。
[0003]鉴于此，在试验室内模拟深部煤层高温、高压、密封环境对于研宄CO2-ECBM技术至关重要，设计一种可用于在试验室内实现超临界co2/H2o体系与煤岩样品在深部煤层条件下地球化学反应的试验方法，是煤层CO2地质存储与CH4强化开采研宄亟待解决的一项课题，对具体的深部煤层中煤层气的开采具有重要的理论指导。而现有的试验方法并没有模拟深部煤层高温高压的试验环境，且试验方法中也没有实时采集试验样品以实时得到试验数据。
【发明内容】
[0004]为了解决上述问题，本发明提供一种CO2注入与煤层气强化开采地球化学效应模拟试验方法，该方法能够在试验室内模拟深部煤层高温高压的环境，实现超临界co2/h2o体系与煤岩样品在深部煤层条件下地球化学反应的模拟试验，并能够在试验的过程中采集气体样品和液体样品进行数据分析。
[0005]为了达到上述目的，本CO2注入与煤层气强化开采地球化学效应模拟试验方法由加压系统、升温系统向高压试验容器提供压力和温度，在高压试验容器中模拟深部煤层高温、高压、密封环境，由电气控制及监控系统进行整个试验过程的监控和数据采集、显示、存储，通过液体样品采集系统以及气体样品采集系统完成试验中与试验后试验样品的收集、冷凝、泄压、固液分离、气液分离等操作，具体步骤如下:
[0006](a)试样装罐:对煤样进行平衡水分或其他的预处理；接通电源，接通氦气高压气瓶、甲烷高压气瓶、二氧化碳高压气瓶、水源、空压机和气液增压泵；打开高压试验容器的螺母，通过支架上的电机，将顶盖提升，将煤样放入筒体内，如在放入过程中，有少量样品漏出，需用脱脂棉将漏出的样品擦拭干净，确保高压试验容器密封面干净，通过支架的电机，将顶盖下降，关闭高压试验容器的螺母，将高压试验容器接入气路；
[0007](b)气密性检查:抽真空系统抽真空，打开下出料口，运行控制软件，执行手动操作程序，向高压试验容器注入高纯氦气，清洗高压试验容器；关闭下出料口，继续注入高纯氦气，使高压试验容器压力高于试验最高压力IMPa ;设置并调节升温系统，使高压试验容器的温度稳定在试验温度；压力变送器采集高压试验容器的压力数据，压力平稳则视为系统气密性良好；如有漏气现象，打开顶盖，重复步骤；
[0008](c)煤岩地球化学反应试验:
[0009]抽真空系统抽真空，打开下出料口，运行控制软件，执行手动操作程序，向高压试验容器注入少量高纯甲烷，清洗高压试验容器，抽真空系统再抽真空，重复3-5次，确保高压试验容器内氦气清洗干净；
[0010]关闭下出料口，设置并调节升温系统，使高压试验容器的温度稳定在试验温度；
[0011]加压系统向高压试验容器充入甲烷气体，至高压试验容器内压力达到煤储层或试验设计压力，加压系统停止注入气体，待高压试验容器内压力稳定，加压系统继续向高压试验容器注入甲烷气体，直至高压试验容器内压力稳定在煤储层或试验设计压力；
[0012]达到目标压力，且温度稳定后，根据试验设计，加压系统向高压试验容器内注入一定量的反应用水；
[0013]温度稳定后，向高压试验容器注入二氧化碳，至高压试验容器内压力达到试验设计压力，待压力稳定后，继续向高压试验容器注入反应用水或二氧化碳，使高压试验容器内压力稳定在试验设计压力；
[0014]启动控制软件自动采集高压试验容器内的时间、压力、温度等相关数据，并将数据记录为数据文件；
[0015](d)采集试验中的液体样品:关闭阀门，打开下出料口，使样品流入取样管，关闭下出料口，样品泄压，关闭阀门，打开阀门，使样品流入固液分离器；
[0016](e)采集试验中的气体样品:关闭阀门和阀门，打开出气口，使气体依次通过冷却器、过滤器、减压阀、气体流量控制器，进入冷凝装置，关闭出气口，关闭阀门，打开阀门和阀门，通过阀门采集气体样品，液体样品流入接收罐；
[0017](f)试验系统清理:试验结束后，通过出气口和气体样品采集系统将高压试验容器内气体慢慢泄放；解除气路连接，卸下气体样品采集系统、液体样品采集系统等；打开高压试验容器螺母，通过支架上的电机，将顶盖提升；清洗高压试验容器；将筒体翻转90°，取出反应后样品，用细毛刷刷洗筒体；将筒体复位，打开高压试验容器2下出料口，从筒体上端注入去离子水清洗；
[0018]进一步的，所述的高压试验容器内的工作压力为35MPa，工作温度为350°C ；
[0019]进一步的，所述的高压试验容器为立式布置；
[0020]进一步的，高压试验容器保压过程中，管路和容器密封圈无泄漏时，管路和容器密封圈无泄漏时，压力波动范围控制在0.05MPa以下，温度波动控制在0.5°C以内。
[0021]本发明通过加压系统加压和升温系统加热保温能够使得高压试验容器内的压力和温度能够达到深部煤层的压力和温度，通过抽真空系统在试验开始之前排空整个试验装置内的空气，使得试验装置内尽可能达到真空的状态，保证试验数据的可靠性；通过液体样品采集系统和气体样品采集系统能够在试验的过程中和试验后采集液体样品和气体样品，便于及时分析数据；整个试验过程通过电气控制及监控系统控制操作，能够对压力容器外状态进行视频监控，并且能够拍摄、录制试验过程，能够保障系统安全。本试验方法控温精度高，热平衡时间短，温度波动性小，均匀性好，数据显示准确、直观，结构紧凑。本发明便于控制、操作简单、安全可靠，能够实现模拟超临界co2/h2o体系与煤岩样品高温、高压环境下的地球化学反应的试验。
【附图说明】
[0022]图1是本发明所使用的试验装置的结构示意图。
[0023]图2是高压试验容器顶盖上工作孔的分布图。
[0024]图中:1、加压系统，Ι-la、氦气高压气瓶，Ι-lb、甲烷高压气瓶，1-lc、二氧化碳高压气瓶，l-2a?l_2c、气体流量控制器，1-3、空压机，1_4、电磁阀，1_5、气液增压泵，1_6、水源，1-7、压力变送器，l-8a?l-81、阀门；2、高压试验容器，2_1、牵制环，2_2、压垫，2_3、四合环，2-4、顶盖，2-4-1、抽真空口，2-4-2、压力变送器口，2-4-3、测温口，2-4-4、进水口，2-4-5、进气P，2-4-6、出气口，2-4-7、爆破及压力表口，2-4-8、备用口，2-5、筒体，2-6、封头；3、升温系统，3-1、加热元件，3-2、保温层；4、抽真空系统，4-1、真空泵，4-2、阀门；5、液体样品米集系统，5-1、下出料口，5-2、取样管，5-3、固液分离罐，5_4a、5_4b、阀门；6、气体样品采集系统，6-1、冷却器，6-2、过滤器，6-3、减压阀，6-4、气体流量控制器，6_5、冷凝装置，6-6、接收罐，6-7a?6-7c、阀门；7、管路；8、支架。
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图对本发明作进一步说明。
[0026]图1和图2所示为本发明所使用的试验装置的结构示意图，实验装置包括:
[0027]高压试验容器2，该装置的反应室，用于模拟地层高温、高压、密封环境；
[0028]加压系统1，用于通过管路7向高压试验容器2中注入试验用气体和水，且可调节高压试验容器2中的压力；
[0029]升温系统3，用于对高压试验容器2加热及对其温度进行调整，并使其在试验过程中保持恒温；
[0030]抽真空系统4，与高压试验容器2连接，用于将高压试验容器2中的气体排空；