一种不同类型煤层顶板封存二氧化碳效果评价方法

1.本发明涉及二氧化碳地质封存技术领域，具体的说，涉及一种不同类型煤层顶板封存二氧化碳效果评价方法。


背景技术：

2.随着全球经济的发展和工业化水平的不断提高，化石能源（煤、石油、天然气等）消费迅猛增长，随之而来的是以二氧化碳为主要代表的温室气体的大规模排放，导致近100年来全球气温持续变暖。通过二氧化碳储存降低大气中的二氧化碳浓度，是减缓全球温室效应的有效手段。二氧化碳储存技术大致分为地质储存、生物储存、海洋储存、矿物储存(矿石碳化)以及工业利用等。地质储存是最有效和经济的永久性二氧化碳储存技术，分为枯竭油气藏储存、注二氧化碳驱油提高采收率、深部盐水层储存、强化煤层气开采的深部煤层封存(co
2-ecbm)。
3.煤层二氧化碳地质存储与甲烷强化开发技术（co
2-ecbm）在提高煤层甲烷采收率的同时，亦可实现温室气体co2的有效封存。由于co2煤层封存具有潜在的泄露风险，因此需对不同类型顶板封存二氧化碳进行效果评价。
4.什么类型煤层顶板封存效果有效，什么类型煤层顶板封存无效，人们不能给予比较客观的评价，造成工程的盲目性和投资风险的增加，一定程度上限制了二氧化碳煤层封存的现场推广和应用。
5.如何对不同类型煤层顶板二氧化碳封存进行效果评价，成为广泛关注的热点。目前亟需一种二氧化碳封存效果评价方法，实现对不同类型煤层顶板封存二氧化碳效果高效和准确的评价，为现场二氧化碳煤层封存提供理论依据。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种不同类型煤层顶板封存二氧化碳效果评价方法，本发明能够模拟真实的煤层和不同类型煤层顶板，实现对不同类型煤层顶板封存二氧化碳效果进行评价，降低投资风险，为现场二氧化碳煤层封存提供依据。
7.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种不同类型煤层顶板封存二氧化碳效果评价方法，包括以下步骤：一、组装一种评价不同类型煤层顶板封存二氧化碳效果的实验系统，其包括煤层顶板模拟系统、二氧化碳注入系统和封存监测评价系统；二、根据真实煤层顶板类型，通过煤层顶板模拟系统制作煤层顶板，并模拟真实煤层压力；三、通过二氧化碳注入系统向煤层中注入二氧化碳，直至达到设计压力；四、通过封存监测评价系统监测记录煤层顶板不同位置的压力，根据所记录的压力数据，对煤层顶板封存二氧化碳效果进行评价；五、改变煤层顶板类型、煤层压力和二氧化碳注入压力，模拟不同煤层顶板条件，
再通过封存监测评价系统对二氧化碳封存效果进行评价。
8.煤层顶板模拟系统包括箱体、温度控制器、水箱和注水泵，箱体采用钢化玻璃制成，箱体的前侧敞口，箱体的前侧口左右滑动设置有钢化推拉门，箱体的内壁设置有电加热夹层，温度控制器设置在箱体外部并与电加热夹层信号连接，箱体的内部自下而上依次铺设有煤层底板、煤层、若干层不同类型煤层顶板、钢板和加压囊袋，水箱和注水泵均设置在箱体外部，水箱的出水端与注水泵的进水端通过出水管连接，注水泵的出水端连接有注水管，注水管的出水端穿过箱体的侧板上侧部并伸入箱体内，注水管的出水端与加压囊袋的进水端连接。
9.二氧化碳注入系统包括二氧化碳钢瓶，二氧化碳钢瓶的顶部出气端连接有注气管，注气管上沿气体流动方向依次设置有注气阀门、二氧化碳输送泵和第一压力传感器，注气管的出气端同中心竖直向下穿过箱体的顶板、加压囊袋和各层煤层顶板并插入到煤层中。
10.封存监测评价系统包括计算机和若干排第二压力传感器，各排第二压力传感器上下间隔分别对应安装在各层煤层顶板中，各排第二压力传感器与煤层的顶面之间距离分别为x、3x、5x、、、，每排第二压力传感器均包括三个第二压力传感器，三个第二压力传感器左右间隔等间距均匀设置在相应的煤层顶板中，计算机分别与第一压力传感器和各个第二压力传感器信号连接。
11.步骤（二）具体为：打开钢化推拉门，根据真实煤层顶板类型，按照相似比，将煤层底板、煤层、各层煤层顶板、钢板和加压囊袋自下而上依次铺设在箱体内，在铺设的过程中，将各排第二压力传感器上下间隔依次安装在各层不同类型煤层顶板中，再将注气管的出气端同中心竖直向下穿过箱体的顶板、加压囊袋和各层煤层顶板并插入到煤层中，再关闭钢化推拉门，将箱体的前侧口封堵，然后启动注水泵，注水泵将水箱中的水通过注水管注入到加压囊袋中，使加压囊袋向下施加压力，模拟真实煤层压力，组成完整的实验系统。
12.步骤（三）具体为：打开注气阀门，启动二氧化碳输送泵，二氧化碳输送泵将二氧化碳钢瓶中的二氧化碳气体通过注气管注入到煤层中，通过第一压力传感器实时监测注气管中的压力，当注气管中的压力达到设计压力时，关闭注气阀门和二氧化碳输送泵，停止注入二氧化碳。
13.步骤（四）具体为：各排第二压力传感器分别对应监测各层煤层顶板中的气体压力，并将监测的压力数据传输给计算机，第一排第二压力传感器监测的压力数据为x1、x2和x3，则第一层煤层顶板中的气体压力记录为（x1+x2+x3）/3；第二排第二压力传感器监测的压力数据为x4、x5和x6，则第二层煤层顶板中的气体压力记录为（x4+x5+x6）/3；第三排第二压力传感器监测的压力数据为x7、x8和x9，则第三层煤层顶板中的气体压力记录为（x7+x8+x9）/3；各层煤层顶板中的气体压力记录便通过相应各排第二压力传感器监测得出，根据所记录的压力数据，对煤层顶板封存二氧化碳效果进行评价。
14.本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体地说，本发明能够模拟真实的煤层和不同类型煤层顶板，实现对不同类型煤层顶板封存二氧化碳效果进行评价，降低投资风险，为现场二氧化碳煤层封存提供依据。
15.箱体采用钢化玻璃制成，钢化玻璃不但能够承受一定的压力，而且可以方便工作人员观测箱体内部煤层和各层煤层顶板的情况。
附图说明
16.图1是本发明的实验系统的结构示意图。
17.图2是本发明的煤层顶板模拟系统的结构示意图。
18.图3是本发明的各排第二压力传感器在各层煤层顶板中的分布图。
具体实施方式
19.以下结合附图进一步说明本发明的实施例。
20.如图1-3所示，一种不同类型煤层顶板封存二氧化碳效果评价方法，包括以下步骤：一、组装一种评价不同类型煤层顶板封存二氧化碳效果的实验系统，其包括煤层顶板模拟系统、二氧化碳注入系统和封存监测评价系统；二、根据真实煤层顶板类型，通过煤层顶板模拟系统制作煤层顶板1，并模拟真实煤层压力；三、通过二氧化碳注入系统向煤层中注入二氧化碳，直至达到设计压力；四、通过封存监测评价系统监测记录煤层顶板1不同位置的压力，根据所记录的压力数据，对煤层顶板1封存二氧化碳效果进行评价；五、改变煤层顶板1类型、煤层压力和二氧化碳注入压力，模拟不同煤层顶板条件，再通过封存监测评价系统对二氧化碳封存效果进行评价。
21.煤层顶板模拟系统包括箱体2、温度控制器3、水箱4和注水泵5，箱体2采用钢化玻璃制成，箱体2的前侧敞口，箱体2的前侧口左右滑动设置有钢化推拉门6，箱体2的内壁设置有电加热夹层（图未示），温度控制器3设置在箱体2外部并与电加热夹层信号连接，箱体2的内部自下而上依次铺设有煤层底板7、煤层8、三层不同类型煤层顶板1、钢板9和加压囊袋10，水箱4和注水泵5均设置在箱体2外部，水箱4的出水端与注水泵5的进水端通过出水管11连接，注水泵5的出水端连接有注水管12，注水管12的出水端穿过箱体2的侧板上侧部并伸入箱体2内，注水管12的出水端与加压囊袋10的进水端连接。
22.二氧化碳注入系统包括二氧化碳钢瓶13，二氧化碳钢瓶13的顶部出气端连接有注气管14，注气管14上沿气体流动方向依次设置有注气阀门15、二氧化碳输送泵16和第一压力传感器17，注气管14的出气端同中心竖直向下穿过箱体2的顶板、加压囊袋10和各层煤层顶板1并插入到煤层8中。
23.封存监测评价系统包括计算机18和三排第二压力传感器19，各排第二压力传感器19上下间隔分别对应安装在各层煤层顶板1中，各排第二压力传感器19与煤层8的顶面之间距离分别为x、3x、5x，每排第二压力传感器19均包括三个第二压力传感器19，三个第二压力传感器19左右间隔等间距均匀设置在相应的煤层顶板1中，计算机18分别与第一压力传感器17和各个第二压力传感器19信号连接。
24.步骤（二）具体为：打开钢化推拉门6，根据真实煤层顶板类型，按照相似比，将煤层底板7、煤层8、各层煤层顶板1、钢板9和加压囊袋10自下而上依次铺设在箱体2内，在铺设的过程中，将各排第二压力传感器19上下间隔依次安装在各层不同类型煤层顶板1中，再将注气管14的出气端同中心竖直向下穿过箱体2的顶板、加压囊袋10和各层煤层顶板1并插入到煤层8中，再关闭钢化推拉门6，将箱体2的前侧口封堵，然后启动注水泵5，注水泵5将水箱4
中的水通过注水管12注入到加压囊袋10中，使加压囊袋10向下施加压力，模拟真实煤层压力，组成完整的实验系统。
25.步骤（三）具体为：打开注气阀门15，启动二氧化碳输送泵16，二氧化碳输送泵16将二氧化碳钢瓶13中的二氧化碳气体通过注气管14注入到煤层8中，通过第一压力传感器17实时监测注气管14中的压力，当注气管14中的压力达到设计压力时，关闭注气阀门15和二氧化碳输送泵16，停止注入二氧化碳。
26.步骤（四）具体为：各排第二压力传感器19分别对应监测各层煤层顶板1中的气体压力，并将监测的压力数据传输给计算机18，第一排第二压力传感器19监测的压力数据为x1、x2和x3，则第一层煤层顶板1中的气体压力记录为（x1+x2+x3）/3；第二排第二压力传感器19监测的压力数据为x4、x5和x6，则第二层煤层顶板1中的气体压力记录为（x4+x5+x6）/3；第三排第二压力传感器19监测的压力数据为x7、x8和x9，则第三层煤层顶板1中的气体压力记录为（x7+x8+x9）/3；各层煤层顶板1中的气体压力记录便通过相应各排第二压力传感器19监测得出，根据所记录的压力数据，对煤层顶板1封存二氧化碳效果进行评价。
27.本发明能够模拟真实的煤层和不同类型煤层顶板，实现对不同类型煤层顶板封存二氧化碳效果进行评价，降低投资风险，为现场二氧化碳煤层封存提供依据。
28.箱体2采用钢化玻璃制成，钢化玻璃不但能够承受一定的压力，而且可以方便工作人员观测箱体内部煤层和各层煤层顶板的情况。
29.温度控制器3、电加热夹层、钢化推拉门6、注水泵5、二氧化碳输送泵16、第一压力传感器17和第二压力传感器19均为常规技术，具体构造和工作原理不再赘述。
30.以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解；依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。