煤层原位微生物与ScCO2协同增产甲烷的实验装置及方法

煤层原位微生物与scco2协同增产甲烷的实验装置及方法
技术领域
1.本技术属于能源开采技术领域，具体涉及一种煤层原位微生物与scco2协同增产甲烷的实验装置及方法。


背景技术：

2.近年来，由于二氧化碳(co2)过度排放造成的温室效应日益严重，引起冰川融化、海平面上升等一系列环境问题。在煤层气开采过程中，利用co
2-ecbm(co
2 enhanced coalbed methane)技术，通过向煤层中注入co2置换出原来附着于煤表面的ch4，以提高煤层气的采收率，同时实现了煤层中co2的地质封存，有效降低大气中co2的浓度。另外，利用微生物可以促进煤层气产出，这种增产煤层气的方法被称为mecbm(microbially enhanced coalbed methane)技术，其原理为利用煤层中的本源产甲烷菌群或注入高活性外源产甲烷菌群，通过投加营养物质激活，进行微生物群落结构调控，促进微生物降解煤、沥青质和石蜡等产生甲烷气体；同时，利用微生物对煤组分的降解以增加煤层渗透率。因此，将二氧化碳驱替煤层气(co
2-ecbm)技术和微生物促进煤层气产出(mecbm)技术相结合，通过向深部煤层注入co2和利用微生物共同提升煤层气采收率和co2封存潜力具有极其重要的价值。
3.另外，当煤层注入co2后，煤层埋藏深度超过800m时，煤岩的温度和压力很容易使co2达到超临界状态。煤层的煤基质或孔隙中的碳氢化合物和脂类等有机化合物能够被超临界co2(scco2)萃取，有利于煤体孔隙率增加，渗透性提高，有机质溶出，进而为微生物提供了更大更多的生存空间和更丰富的营养条件，而煤层微生物通过降解煤也可以增大孔隙度和渗透性。因此，超临界co2处理理论上是微生物增产煤层气效果的方法，其必然涉及到温度的(thermal)、流体压力的(hydraulic)、固体力学的(mechanical)、化学的(chemical)和生物的(biological)过程之间的多场耦合(简称thmcb耦合)作用。这种耦合作用不仅决定了甲烷抽采的效率和经济效益，而且会影响co2封存的长期有效性和安全性。如果封存不当则会引发储层煤岩破裂、盖层破坏以及断层滑动等风险事故，产生新的co2逃逸路径，造成co2泄露，产生严重的环境和安全问题。因此，我们迫切需要认清co
2-ecbm技术、mecbm技术促进煤层气产出的thmcb耦合机理，为提升煤层气的抽采效率提供理论与技术支撑。同时，为了保持co2封存的长期有效性和安全性，我们需要揭示co2在煤层长期封存过程中储层体系长期变形及失稳破坏机理，以确保储层体系的完整性，从而保证co2封存的长期力学稳定性。
4.现有技术中，涉及到微生物降解协同增产煤产甲烷的试验装置及方法处于空白状态，无法模拟煤层原位条件下微生物产气过程，导致无法研究不同阶段产气、微生物溶液变化规律，更无法获得岩石力学、渗流性能测试数据，导致无法评价反应过程中产气状况及储层力学稳定性，因此，亟需一种实验装置及实验方法以解决上述技术问题。


技术实现要素：

5.因此，本技术要解决的技术问题在于提供一种煤层原位微生物与scco2协同增产
甲烷的实验装置及方法，能够填补煤层原位增产甲烷实验的空白。
6.为了解决上述问题，本技术提供了一种煤层原位微生物与scco2协同增产甲烷的实验装置，包括泵注系统、原位环境模拟系统和产物收集系统，所述原位环境模拟系统内设置有实验腔，所述实验腔用于设置煤芯试件，所述原位环境模拟系统还用于为所述煤芯试件提供实验温度和实验压力，所述泵注系统与所述原位环境模拟系统相连接，用于向所述实验腔内通入co2与n2的混合气体和微生物溶液，所述产物收集系统与所述实验腔相接，用于收集所述实验腔内的气体和微生物溶液。
7.可选的，所述原位环境模拟系统包括岩芯夹持器，所述实验腔设置在所述岩芯夹持器内；
8.所述原位环境模拟系统包括控压装置，所述控压装置与所述岩芯夹持器相接，且伸入所述实验腔内，用于沿所述煤芯试件的径向和轴向以预设压力挤压煤芯试件；
9.所述原位环境模拟系统包括控温装置，所述控温装置包括温度传感器和温度调整器，所述温度传感器用于获取所述岩芯夹持器所在空间的温度，所述温度调整器用于调整所述岩芯夹持器所在空间的温度。
10.可选的，所述控压装置包括多孔曲面板、胶筒、轴压板和伺服液压泵，所述胶筒同轴套设在所述岩芯夹持器内，所述多孔曲面板同轴套设在所述胶筒内，所述煤芯试件设置在所述多孔曲面板所围成的空间内，所述多孔曲面板上开设有让位缝，所述让位缝沿径向和轴向贯穿所述多孔曲面板，所述伺服液压泵与所述岩芯夹持器的围压注入端相连通，用于向所述胶筒的外周壁与所述岩芯夹持器的内周壁之间注入液压介质，以通过所述胶筒和所述多孔曲面板沿径向对所述煤芯试件施加压力；
11.所述伺服液压泵与所述岩芯夹持器的轴压注入端相连通，用于向所述轴压板远离所述煤芯试件的一侧注入液压介质，以带动所述轴压板沿轴向对所述煤芯试件施加压力。
12.可选的，所述控压装置还包括第一压力传感器、第二压力传感器和第三压力传感器，所述岩芯夹持器包括气体入口端，所述气体入口端分别与所述实验腔和所述泵注系统相连接，所述co2与n2的混合气体经由所述气体入口端进入到所述实验腔内，所述第一压力传感器设置在气体入口端处，所述第二压力传感器设置在所述轴压注入端处，所述第三压力传感器设置在所述围压注入端处。
13.可选的，所述泵注系统包括混合气源、气源减压器、气动增压器和空气压缩机；
14.所述混合气源、所述气源减压器、所述气动增压器和所述岩芯夹持器依次连接，以使所述co2与n2的混合气体从所述混合气源排出后依次流过所述气源减压器和所述气动增压器后，进入至所述岩芯夹持器内的所述实验腔内，所述气动增压器还与所述空气压缩机相连接；
15.所述气动增压器与所述岩芯夹持器之间的流路上还连接有活塞式中间容器，所述活塞式中间容器还与电动液压泵连接，以使所述电动液压泵带动所述活塞式中间容器压缩所述气动增压器与所述岩芯夹持器之间流路内的所述co2与n2的混合气体至预设气压；
16.所述电动液压泵还与微生物溶液储罐的输入端相连接，所述微生物溶液储罐的输出端与所述岩芯夹持器相连接，所述电动液压泵用于带动所述微生物溶液储罐内的溶液流至所述岩芯夹持器的所述实验腔内。
17.可选的，所述控温装置还包括恒温箱，所述温度传感器、所述温度调整器、所述活
塞式中间容器、所述微生物溶液储罐和所述岩芯夹持器设置在所述恒温箱内。
18.可选的，所述产物收集系统包括气体收集罐和溶液收集罐，所述气体收集罐连接在所述气动增压器与所述岩芯夹持器之间的流路上，所述溶液收集罐连接在所述微生物溶液储罐与所述岩芯夹持器之间的流路上。
19.本技术的另一方面，提供了一种煤层原位微生物与scco2协同增产甲烷的实验方法，通过如上述的煤层原位增产甲烷的实验装置进行实验，所述实验方法包括：
20.将所述煤芯试件放入所述原位环境模拟系统的所述实验腔内；
21.通过所述原位环境模拟系统调整所述实验腔内的温度和压力，使所述煤芯试件处于实验温度和实验压力中；
22.通过所述泵注系统向所述实验腔内通入co2与n2的混合气体和微生物溶液；
23.根据预设时间间隔，通过所述产物收集系统收集实验腔内的气体和溶液，并对气体和溶液进行检测分析，得到分析数据；
24.根据预设实验时长，从所述实验腔内取出所述煤芯试件，并对所述煤芯试件进行测试分析，得到实验数据。
25.可选的，在所述将所述煤芯试件放入所述原位环境模拟系统的所述实验腔内之前，还包括：
26.对所述煤芯试件进行渗透率测试，获取所述煤芯试件的初始渗透率；
27.获取与所述煤芯试件出自同一块煤层加工的参考试件，对所述参考试件进行三轴压缩实验，获得初始三轴抗压强度；从三轴压缩实验后已经破坏的所述参考试件中取出第一部分煤样进行压汞测试，获得初始孔隙结构信息；从三轴压缩实验后已经破坏的所述参考试件中取出第二部分煤样进行xrd测试，获得初始矿物组分信息。
28.可选的，所述原位环境模拟系统包括岩芯夹持器，所述实验腔设置在所述岩芯夹持器内；
29.所述原位环境模拟系统包括控压装置，所述控压装置包括多孔曲面板、胶筒、轴压板、伺服液压泵、第一压力传感器、第二压力传感器和第三压力传感器，所述原位环境模拟系统包括控温装置，所述控温装置包括温度传感器和温度调整器；
30.所述泵注系统包括混合气源、气源减压器、气动增压器、空气压缩机、活塞式中间容器、电动液压泵和微生物溶液储罐；
31.所述产物收集系统包括气体收集罐和溶液收集罐；
32.所述将所述煤芯试件放入所述原位环境模拟系统的所述实验腔内，包括：将所述煤芯试件放入所述岩芯夹持器的所述实验腔内，并使所述煤芯试件位于所述多孔曲面板所围成的空间内；
33.所述通过所述原位环境模拟系统调整所述实验腔内的温度和压力，使所述煤芯试件处于实验温度和实验压力中，包括：通过所述温度传感器获取所述岩芯夹持器所在空间的温度，通过所述温度调整器调整所述岩芯夹持器所在空间的温度至所述实验温度，通过所述伺服液压泵带动所述胶筒和所述多孔曲面板沿径向对所述煤芯试件施加压力，通过所述伺服液压泵带动所述轴压板沿轴向对所述煤芯试件施加压力，使所述煤芯试件处于实验压力中，通过所述第一压力传感器获取所述co2与n2的混合气体进入到所述实验腔时的压力，通过所述第二压力传感器获取所述煤芯试件的轴压，通过所述第三压力传感器获取所
述煤芯试件的围压；
34.所述通过所述泵注系统向所述实验腔内通入co2与n2的混合气体和微生物溶液，包括：通过压缩机带动所述co2与n2的混合气体从所述混合气源排出后依次流过所述气源减压器和所述气动增压器后，进入至所述岩芯夹持器内的所述实验腔内，通过所述电动液压泵带动所述活塞式中间容器压缩所述气动增压器与所述岩芯夹持器之间流路内的所述co2与n2的混合气体至预设气压，将配置好的含甲烷菌群的微生物溶液置于所述微生物溶液储罐中，通过所述电动液压泵带动所述微生物溶液储罐内的溶液流至所述岩芯夹持器的所述实验腔内；
35.所述根据预设时间间隔，收集实验腔内的气体和溶液，并对气体和溶液进行检测分析，得到分析数据，包括：通过所述气体收集罐对所述气动增压器与所述岩芯夹持器之间的流路上的气体进行额定体积收集，通过所述溶液收集罐对所述微生物溶液储罐与所述岩芯夹持器之间的流路上的溶液进行额定体积收集，通过气相色谱检测仪对的收集的气体进行组分测试分析，对收集的溶液进行dna的纯度和浓度检测，检测合格后进行16srrna基因高通量测序；
36.所述根据预设实验时长，从所述实验腔内取出所述煤芯试件，并对所述煤芯试件进行测试分析，得到实验数据，包括：将取出的所述煤芯试件烘干，对烘干后的所述煤芯试件进行渗透率测试获得最终渗透率，将所述初始渗透率与所述初始渗透率进行对比，得到对比实验数据；对烘干后的所述煤芯试件进行三轴压缩实验得到最终三轴抗压强度，将所述最终三轴抗压强度与所述初始三轴抗压强度进行对比，得到对比实验数据；从三轴压缩实验后已经破坏的烘干后的所述煤芯试件中取出第一部分煤样进行压汞测试，获得最终孔隙结构信息，将所述最终孔隙结构信息与所述初始孔隙结构信息进行对比，得到对比实验数据；从三轴压缩实验后已经破坏的烘干后的所述煤芯试件取出第二部分煤样进行xrd测试，获得最终矿物组分信息，将所述最终矿物组分信息与所述初始矿物组分信息进行对比，得到对比实验数据。
37.有益效果
38.本发明的实施例中所提供的一种煤层原位微生物与scco2协同增产甲烷的实验装置及方法，其中实验装置通过设置泵注系统，能够实现稳定且准确地向实验腔内通入超临界co2气源，同时为煤芯试件提供微生物溶液。通过设置原位环境模拟系统，并在原位环境模拟系统内设置实验腔，为煤芯试件提供了设置位置的同时，并为煤芯试件提供实验温度和实验压力，使co2达到超临界态，利用超临界co2和微生物协同产甲烷实验，可开展原位储层的地应力、地温条件下，煤体的超临界co2萃取与微生物反应协同产甲烷实验，可实现模拟原位环境下煤层微生物与超临界co2协同产甲烷过程，同时可以获得煤体强度、渗透率、孔隙结构等参数，并与实验前的数据进行对比，可为评价超临界co2参与下煤层原位生物增产甲烷规律及煤层长期力学稳定性提供条件。其中实验方法通过向实验腔内通入超临界co2气源，同时为煤芯试件提供微生物溶液，并为煤芯试件提供实验温度和实验压力，使co2达到超临界态，利用超临界co2和微生物协同产甲烷实验，可开展原位储层的地应力、地温条件下，煤体的超临界co2萃取与微生物反应协同产甲烷实验，可实现模拟原位环境下煤层微生物与超临界co2协同产甲烷过程，同时可以获得煤体强度、渗透率、孔隙结构等参数，并与实验前的数据进行对比，可为评价超临界co2参与下煤层原位生物增产甲烷规律及煤层
长期力学稳定性提供条件。
附图说明
39.图1为本技术实施例的煤层原位增产甲烷的实验装置的流程原理示意图；
40.图2为本技术实施例的多孔曲面板的立体结构示意图。
41.附图标记表示为：
42.1、混合气源；2、气源减压器；3、气动增压器；4、空气压缩机；5、电动液压泵；6、活塞式中间容器；7、微生物溶液储罐；8、第一截止阀；9、第五截止阀；10、第九截止阀；11、第二截止阀；12、第六截止阀；13、第四截止阀；14、第八截止阀；15、气体收集罐；16、溶液收集罐；17、第三截止阀；18、第七截止阀；19、岩芯夹持器；20、煤芯试件；21、第一压力传感器；22、第二压力传感器；23、第十截止阀；24、第十一截止阀；25、第三压力传感器；26、多孔曲面板；27、胶筒；28、支架；29、伺服液压泵；30、温度传感器；31、控制主机；32、恒温箱；33、让位缝；34、孔道。
具体实施方式
43.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
44.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
45.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
46.以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
47.结合参见图1至图2所示，根据本技术的实施例，一种煤层原位微生物与scco2协同增产甲烷的实验装置，包括泵注系统、原位环境模拟系统和产物收集系统，原位环境模拟系统内设置有实验腔，实验腔用于设置煤芯试件20，原位环境模拟系统还用于为煤芯试件20提供实验温度和实验压力，泵注系统与原位环境模拟系统相连接，用于向实验腔内通入co2与n2的混合气体和微生物溶液，产物收集系统与实验腔相接，用于收集实验腔内的气体和微生物溶液。
48.通过设置泵注系统，能够实现稳定且准确地向实验腔内通入超临界co2气源，同时为煤芯试件20提供微生物溶液。通过设置原位环境模拟系统，并在原位环境模拟系统内设
置实验腔，为煤芯试件20提供了设置位置的同时，并为煤芯试件20提供实验温度和实验压力，使co2达到超临界态，利用超临界co2和微生物协同产甲烷实验，可开展原位储层的地应力、地温条件下，煤体的超临界co2萃取与微生物反应协同产甲烷实验，可实现模拟原位环境下煤层微生物与超临界co2协同产甲烷过程，同时可以获得煤体强度、渗透率、孔隙结构等参数，并与实验前的数据进行对比，可为评价超临界co2参与下煤层原位生物增产甲烷规律及煤层长期力学稳定性提供条件。
49.其中，煤芯试件20为实验对象，在通入co2与n2的混合气体和微生物溶液后，实验腔能够关闭，形成封闭腔室，模拟真实储层温度及应力状态的实验环境。
50.其中，co2和n2混合比例为8:2，添加n2可有效地促进生物甲烷的生成。
51.原位环境模拟系统包括岩芯夹持器19，实验腔设置在岩芯夹持器19内；
52.原位环境模拟系统包括控压装置，控压装置与岩芯夹持器19相接，且伸入实验腔内，用于沿煤芯试件20的径向和轴向以预设压力挤压煤芯试件20；
53.原位环境模拟系统包括控温装置，控温装置包括温度传感器30和温度调整器，温度传感器30用于获取岩芯夹持器19所在空间的温度，温度调整器用于调整岩芯夹持器19所在空间的温度。
54.通过设置岩芯夹持器19，为实验腔提供了开设位置，进而为煤芯试件20提供了稳定的设置位置。通过设置控压装置，能够实现沿煤芯试件20的径向和轴向以预设压力对煤芯试件20施压，进而可模拟实际压力，以模拟原位实验，通过设置控温装置，可对煤芯试件20所在空间的温度进行检测和控制，进而可模拟实际温度，能够更为逼真的模拟现场工作条件，从而使测量结果更为真实、准确，进而为研究煤层原位微生物与超临界co2协同增产甲烷规律和储层力学稳定性评价提供有力保障。
55.其中，岩芯夹持器19为中空结构，中空部分即为实验腔。
56.其中，岩芯夹持器19的底部设置有支架28，用于固定岩芯夹持器19。
57.其中，控压装置用于实时获取压力，并对压力大小进行控制。
58.其中，控温装置用于实时获取温度，并对温度高低进行控制。
59.具体的，控温装置通过温度传感器30实时获取温度，温度调整器包括控制单元和加热单元，加热单元用于加热，控制单元与加热单元电性连接，用于控制加热单元的开关和加热温度。
60.控压装置包括多孔曲面板26、胶筒27、轴压板和伺服液压泵29，胶筒27同轴套设在岩芯夹持器19内，多孔曲面板26同轴套设在胶筒27内，煤芯试件20设置在多孔曲面板26所围成的空间内，多孔曲面板26上开设有让位缝33，让位缝33沿径向和轴向贯穿多孔曲面板26，伺服液压泵29与岩芯夹持器19的围压注入端相连通，用于向胶筒27的外周壁与岩芯夹持器19的内周壁之间注入液压介质，以通过胶筒27和多孔曲面板26沿径向对煤芯试件20施加压力；
61.伺服液压泵29与岩芯夹持器19的轴压注入端相连通，用于向轴压板远离煤芯试件20的一侧注入液压介质，以带动轴压板沿轴向对煤芯试件20施加压力。
62.通过设置伺服液压泵29，能够为对煤芯试件20施压提供动力。通过设置多孔曲面板26和胶筒27，并在多孔曲面板26上开设有让位缝33，能够实现沿径向对煤芯试件20施加压力，也即施加围压。通过设置轴压板，能够实现沿轴向对煤芯试件20施加压力，也即施加
轴压。
63.其中，多孔曲面板26设置在煤芯试件20周向外侧，轴压板设置在煤芯试件20的两端。
64.其中，多孔曲面板26大致围成筒形，多让位缝33沿多孔曲面板26的径向和轴向同时贯穿多孔曲面板26，以使孔曲面板中垂直于中轴线的截面大致为c字形。
65.其中，多孔曲面板26上沿径向和轴向开设有交汇贯通的孔道34，孔道34不随多孔曲面板26受力而产生变形，孔道34的直径为2mm。孔道34用于存储注入岩芯夹持器19的微生物溶液和超临界co2以及实验反应阶段生成的甲烷。
66.其中，胶筒27为软质材质制成，在压力作用下能够产生形变，进而挤压多孔曲面板26。
67.控压装置还包括第一压力传感器21、第二压力传感器22和第三压力传感器25，岩芯夹持器19包括气体入口端，气体入口端分别与实验腔和泵注系统相连接，co2与n2的混合气体经由气体入口端进入到实验腔内，第一压力传感器21设置在气体入口端处，第二压力传感器22设置在轴压注入端处，第三压力传感器25设置在围压注入端处。
68.通过设置第一压力传感器21、第二压力传感器22和第三压力传感器25，能够实现对压力的实时检测，能够更为准确的获取压力信息，保证实验的准确性。
69.泵注系统包括混合气源1、气源减压器2、气动增压器3和空气压缩机4；
70.混合气源1、气源减压器2、气动增压器3和岩芯夹持器19依次连接，以使co2与n2的混合气体从混合气源1排出后依次流过气源减压器2和气动增压器3后，进入至岩芯夹持器19内的实验腔内，气动增压器3还与空气压缩机4相连接；
71.气动增压器3与岩芯夹持器19之间的流路上还连接有活塞式中间容器6，活塞式中间容器6还与电动液压泵5连接，以使电动液压泵5带动活塞式中间容器6压缩气动增压器3与岩芯夹持器19之间流路内的co2与n2的混合气体至预设气压；
72.电动液压泵5还与微生物溶液储罐7的输入端相连接，微生物溶液储罐7的输出端与岩芯夹持器19相连接，电动液压泵5用于带动微生物溶液储罐7内的溶液流至岩芯夹持器19的实验腔内。
73.通过设置混合气源1，能够为实验提供co2与n2的混合气体。通过设置微生物溶液储罐7，能够为实验提供所需的微生物，进而能够实现逼真的模拟实际条件。通过设置气源减压器2和气动增压器3能够实现气压的压力调整。通过设置空气压缩机4为co2与n2的混合气体流动提供动力，保证co2与n2的混合气体的顺畅流动。通过设置活塞式中间容器6，能够压缩co2与n2的混合气体使其达到超临界状态以上的实验压力，保证实验的准确性。
74.其中，活塞式中间容器6为活塞式耐高压中间容器。
75.其中，电动液压泵5为高压高速电动液压泵5。
76.控温装置还包括恒温箱32，温度传感器30、温度调整器、活塞式中间容器6、微生物溶液储罐7和岩芯夹持器19设置在恒温箱32内。
77.通过设置恒温箱32，能够保证实验温度稳定，避免实验因温度出现较大变化而受影响。将温度传感器30设置在恒温箱32内，能够更为准确的检测温度。将活塞式中间容器6、微生物溶液储罐7和岩芯夹持器19设置在恒温箱32内，能够确保注入煤芯试件20的介质为超临界co2与n2的混合气体。
78.产物收集系统包括气体收集罐15和溶液收集罐16，气体收集罐15连接在气动增压器3与岩芯夹持器19之间的流路上，溶液收集罐16连接在微生物溶液储罐7与岩芯夹持器19之间的流路上。
79.通过设置产物收集系统，且使产物收集系统包括气体收集罐15和溶液收集罐16，能够实现收集不同反应阶段气体和微生物溶液，进而对不同反应阶段气体和微生物溶液进行实验分析。
80.煤层原位增产甲烷的实验装置还包括控制主机31，控制主机31与电动液压泵5、伺服液压泵29、第一压力传感器21、第二压力传感器22、第三压力传感器25和温度传感器30电性连接。用于控制电动液压泵5和伺服液压泵29，同时还用于存储第一压力传感器21、第二压力传感器22、第三压力传感器25和温度传感器30的采集数据。
81.在一个实施例中，混合气源1与气源减压器2连接，气源减压器2与气动增压器3连接，气动增压器3与空气压缩机4连接，气动增压器3的输出端设置有第一连接管，活塞式中间容器6与第一连接管相连接，第一连接管上设置有第一截止阀8，活塞式中间容器6的输出端设置有第二连接管，活塞式中间容器6的输出端与岩芯夹持器19的气体入口端通过第二连接管连接，第二连接管上设置有第二截止阀11和第三截止阀17。活塞式中间容器6的输入端设置有第三连接管，活塞式中间容器6与电动液压泵5通过第三连接管连接，第三连接管上设置有第五截止阀9。
82.微生物溶液储罐7的输出端设置有第四连接管，微生物溶液储罐7与岩芯夹持器19的溶液入口端通过第四连接管连接，第四连接管上设置有第六截止阀12和第七截止阀18。微生物溶液储罐7的输入端设置有第五连接管，微生物溶液储罐7与电动液压泵5通过第五连接管连接，第五连接管上设置有第九截止阀10。
83.活塞式中间容器6和微生物溶液储罐7均采用体积为1l的不锈钢材质活塞式容器，最高耐压70mpa。
84.伺服液压泵29通过第六连接管与岩芯夹持器19的轴压注入端连通，第六连接管上设置有第十截止阀23。伺服液压泵29通过第七连接管与岩芯夹持器19的围压注入端连通，第七连接管上设置有第十一截止阀24，伺服液压泵29能够向岩芯夹持器19中注入高压液压介质，以提供轴向压力(轴压)和径向压力(围压)。
85.恒温箱32的工作温度范围为-20℃-100℃。为确保注入煤芯试件20的介质为超临界co2与n2的混合气体，活塞式中间容器6、微生物溶液储罐7、岩芯夹持器19及其互联管路均置于恒温箱32内。第一压力传感器21安装在岩芯夹持器19的气体入口端，用于监测岩芯夹持器19的气体入口端的气体压力。第二压力传感器22用于监测岩芯夹持器19内的轴向压力。第三压力传感器25用于监测岩芯夹持器19内的围压。温度传感器30用于监测恒温箱32内的温度。
86.岩芯夹持器19为三轴夹持器，岩芯夹持器19的主要功能是夹持、保护煤芯试件20并密封柱面，煤芯试件20为圆柱，煤芯试件20的直径为50mm，高度为100mm。岩芯夹持器19和胶筒27具有耐高温及耐腐蚀性能。
87.多孔曲面板26同轴设置在胶筒27内，胶筒27同轴设置在岩芯夹持器19内，岩芯夹持器19对胶筒27施加的围压通过多孔曲面板26传递给煤芯试件20。
88.多孔曲面板26为周壁上开设有让位缝33的钢管结构，让位缝33的宽度为5mm，多孔
曲面板26的高度为120mm，厚度为30mm。多孔曲面板26上沿径向和轴向开设有交汇贯通的孔道34，孔道34不随多孔曲面板26受力而产生变形，孔道34的直径为2mm。孔道34用于存储注入岩芯夹持器19的微生物溶液和超临界co2以及实验反应阶段生成的甲烷。岩芯夹持器19对胶筒27施加的围压作用在多孔曲面板26上，通过环向挤压多孔曲面板26产生环向位移，减小让位缝33的宽度，实现紧密地包裹煤芯试件20，并为煤芯试件20提供围压。
89.气体收集罐15与第二连接管之间通过第七连接管连接，第七连接管上设置有第四截止阀13。溶液收集罐16与第四连接管之间通过第八连接管连接，第八连接管上设置有第八截止阀14。
90.煤层原位增产甲烷的实验装置中所用的管线、接头和阀门均采用不锈钢材质，具有耐高温耐腐蚀性能，管线外径为3mm，壁厚为1mm，可承受最大压力为70mpa。
91.煤层原位增产甲烷的实验装置还包括控制主机31，控制主机31用于控制电动液压泵5和伺服液压泵29，同时还用于存储第一压力传感器21、第二压力传感器22、第三压力传感器25和温度传感器30的采集数据。
92.本实施例的另一方面，提供了一种煤层原位微生物与scco2协同增产甲烷的实验方法，通过如上述的煤层原位增产甲烷的实验装置进行实验，实验方法包括：
93.将煤芯试件20放入原位环境模拟系统的实验腔内；
94.通过原位环境模拟系统调整实验腔内的温度和压力，使煤芯试件20处于实验温度和实验压力中；
95.通过泵注系统向实验腔内通入co2与n2的混合气体和微生物溶液；
96.根据预设时间间隔，通过产物收集系统收集实验腔内的气体和溶液，并对气体和溶液进行检测分析，得到分析数据；
97.根据预设实验时长，从实验腔内取出煤芯试件20，并对煤芯试件20进行测试分析，得到实验数据。
98.通过向实验腔内通入超临界co2气源，同时为煤芯试件20提供微生物溶液，并为煤芯试件20提供实验温度和实验压力，使co2达到超临界态，利用超临界co2和微生物协同产甲烷实验，可开展原位储层的地应力、地温条件下，煤体的超临界co2萃取与微生物反应协同产甲烷实验，可实现模拟原位环境下煤层微生物与超临界co2协同产甲烷过程，同时可以获得煤体强度、渗透率、孔隙结构等参数，并与实验前的数据进行对比，可为评价超临界co2参与下煤层原位生物增产甲烷规律及煤层长期力学稳定性提供条件。
99.其中，预设时间间隔和预设实验时长可根据实验需求设置。
100.在将煤芯试件20放入原位环境模拟系统的实验腔内之前，还包括：
101.对煤芯试件20进行渗透率测试，获取煤芯试件20的初始渗透率；
102.获取与煤芯试件20出自同一块煤层加工的参考试件，对参考试件进行三轴压缩实验，获得初始三轴抗压强度；从三轴压缩实验后已经破坏的参考试件中取出第一部分煤样进行压汞测试，获得初始孔隙结构信息；从三轴压缩实验后已经破坏的参考试件中取出第二部分煤样进行xrd测试，获得初始矿物组分信息。
103.通过获取煤芯试件20的初始渗透率、初始三轴抗压强度、初始孔隙结构信息和初始矿物组分信息，能够实现实验前后数据对比，可为评价超临界co2参与下煤层原位生物增产甲烷规律及煤层长期力学稳定性提供条件。
104.原位环境模拟系统包括岩芯夹持器19，实验腔设置在岩芯夹持器19内；
105.原位环境模拟系统包括控压装置，控压装置包括多孔曲面板26、胶筒27、轴压板、伺服液压泵29、第一压力传感器21、第二压力传感器22和第三压力传感器25，原位环境模拟系统包括控温装置，控温装置包括温度传感器30和温度调整器；
106.泵注系统包括混合气源1、气源减压器2、气动增压器3、空气压缩机4、活塞式中间容器6、电动液压泵5和微生物溶液储罐7；
107.产物收集系统包括气体收集罐15和溶液收集罐16；
108.将煤芯试件20放入原位环境模拟系统的实验腔内，包括：将煤芯试件20放入岩芯夹持器19的实验腔内，并使煤芯试件20位于多孔曲面板26所围成的空间内；
109.通过原位环境模拟系统调整实验腔内的温度和压力，使煤芯试件20处于实验温度和实验压力中，包括：通过温度传感器30获取岩芯夹持器19所在空间的温度，通过温度调整器调整岩芯夹持器19所在空间的温度至实验温度，通过伺服液压泵29带动胶筒27和多孔曲面板26沿径向对煤芯试件20施加压力，通过伺服液压泵29带动轴压板沿轴向对煤芯试件20施加压力，使煤芯试件20处于实验压力中，通过第一压力传感器21获取co2与n2的混合气体进入到实验腔时的压力，通过第二压力传感器22获取煤芯试件20的轴压，通过第三压力传感器25获取煤芯试件20的围压；
110.通过泵注系统向实验腔内通入co2与n2的混合气体和微生物溶液，包括：通过压缩机带动co2与n2的混合气体从混合气源1排出后依次流过气源减压器2和气动增压器3后，进入至岩芯夹持器19内的实验腔内，通过电动液压泵5带动活塞式中间容器6压缩气动增压器3与岩芯夹持器19之间流路内的co2与n2的混合气体至预设气压，将配置好的含甲烷菌群的微生物溶液置于微生物溶液储罐7中，通过电动液压泵5带动微生物溶液储罐7内的溶液流至岩芯夹持器19的实验腔内。
111.根据预设时间间隔，收集实验腔内的气体和溶液，并对气体和溶液进行检测分析，得到分析数据，包括：通过气体收集罐15对气动增压器3与岩芯夹持器19之间的流路上的气体进行额定体积收集，通过溶液收集罐16对微生物溶液储罐7与岩芯夹持器19之间的流路上的溶液进行额定体积收集，通过气相色谱检测仪对的收集的气体进行组分测试分析，对收集的溶液进行dna的纯度和浓度检测，检测合格后进行16srrna基因高通量测序；
112.根据预设实验时长，从实验腔内取出煤芯试件20，并对煤芯试件20进行测试分析，得到实验数据，包括：将取出的煤芯试件20烘干，对烘干后的煤芯试件20进行渗透率测试获得最终渗透率，将初始渗透率与初始渗透率进行对比，得到对比实验数据；对烘干后的煤芯试件20进行三轴压缩实验得到最终三轴抗压强度，将最终三轴抗压强度与初始三轴抗压强度进行对比，得到对比实验数据；从三轴压缩实验后已经破坏的烘干后的煤芯试件20中取出第一部分煤样进行压汞测试，获得最终孔隙结构信息，将最终孔隙结构信息与初始孔隙结构信息进行对比，得到对比实验数据；从三轴压缩实验后已经破坏的烘干后的煤芯试件20取出第二部分煤样进行xrd测试，获得最终矿物组分信息，将最终矿物组分信息与初始矿物组分信息进行对比，得到对比实验数据。
113.其中，将取出的煤芯试件20进行低温烘干24小时。
114.在一个实施例中，实验方法包括以下步骤：
115.s1：对煤芯试件20进行渗透率测试，获得煤芯试件20的初始渗透率，获取与煤芯试
件20出自同一块煤层加工的参考煤芯试件20，对参考煤芯试件20进行三轴压缩实验，获得其初始三轴抗压强度，从三轴压缩实验后已经破坏的参考煤芯试件20中取出第一部分煤样开展压汞测试，获得其初始孔隙结构信息。从三轴压缩实验后已经破坏的煤芯试件20中取出第二部分煤样用于xrd测试，获得其初始矿物组分信息。认为参考煤芯试件20的测试岩石力学性能及矿物组分结果的平均值与煤芯试件20相似。随后将煤芯试件20放入岩芯夹持器19内的多孔曲面板26中，启动原位环境模拟系统，通过控温装置将恒温箱32的温度设置为实验温度。开启第十截止阀23、第十一截止阀24，启动伺服液压泵29，分别为岩芯夹持器19提供轴压及围压，使煤芯试件20处于实验要求的温度及应力环境中。
116.s2：对实验装置抽真空后，从原位煤样中富集得到高效产甲烷菌群，并在实验室长期驯化，培养基组成可为(/l)：nacl0.50g，kcl0.30g，kh2po40.20g，nh4cl0.25g,mgcl20.10g，cacl20.10g，na2so41.00g，naac1.00g，10.00ml微量元素，10.00ml维他命。微量元素溶液组成(mg/l)：生物素2.0，叶酸2.0，核黄素5.0，硫辛酸5.0，维生素b120.1，维生素b610.0，硫胺素5.0，烟酸5.0，对氨基苯甲酸5.0。维生素溶液组成(mg/l)：fecl2·
4h2o1.5，zncl270.0，mncl2·
4h2o100.0，cucl22.0，cocl2·
6h2o190.0，alk(so4)210.0，nicl2·
6h2o24.0，namoo46.0，h3bo336.0，并添加10ml的25％hcl。将配置好的含高效产甲烷菌群的微生物溶液置于微生物溶液储罐7中，开启第六截止阀12、第七截止阀18和第九截止阀10，启动电动液压泵5，以设定的速度推动微生物溶液储罐7内的活塞，生物溶液经第六截止阀12和第七截止阀18注入岩芯夹持器19内的多孔曲面板26的孔道34中，当注入的微生物溶液与煤芯试件20的上端面水平高度平齐时，关闭第六截止阀12、第七截止阀18和第九截止阀10，停止注液。微生物溶液将存在于多孔曲面板26的孔道34中，并与煤芯试件20侧面接触。
117.s3：打开第一截止阀8、第二截止阀11、第三截止阀17和第五截止阀9，调节气源减压器2、气动增压器3及空气压缩机4，电动液压泵5以设定的速度推动活塞式中间容器6的活塞，压缩co2与n2的混合气体使其达到预设气压，也即超临界状态以上的实验压力。通过岩芯夹持器19的气体入口端，将高压co2与n2的混合气体注入到多孔曲面板26的未充满微生物溶液的孔道34(煤芯试件20上端面水平高度平齐以上的孔道34)中，记录第一压力传感器21测得的岩芯夹持器19的气体入口端的压力，若压力降低，通过电动液压泵5自动恢复其压力。
118.s4：根据预设时间间隔，例如一周、一个月、两个月、三个月或四个月等，对孔道34内的气体及溶液产物进行分阶段收集。首先打开第七截止阀18和第八截止阀14，通过溶液收集罐16对孔道34内的生物溶液进行额定体积的收集，收集完毕后关闭第七截止阀18和第八截止阀14。关闭第二截止阀11，打开第四截止阀13，通过气体收集罐15对孔道34内的气体进行额定体积的收集，收集完毕后关闭第四截止阀13，打开第二截止阀11，以保证孔道34内气压保持在预设气压。通过气相色谱检测仪(gc-4000a)对的收集到的气相产物进行组分测试分析，对收集的溶液进行dna的纯度和浓度检测，检测合格后进行16srrna基因高通量测序。
119.s5：反应阶段实验结束后，将煤芯试件20取出低温烘干24小时，对烘干后的煤芯试件20进行渗透率测试获得最终渗透率，将初始渗透率与初始渗透率进行对比，得到对比实验数据；对烘干后的煤芯试件20进行三轴压缩实验得到最终三轴抗压强度，将最终三轴抗压强度与初始三轴抗压强度进行对比，得到对比实验数据；从三轴压缩实验后已经破坏的烘干后的煤芯试件20中取出第一部分煤样进行压汞测试，获得最终孔隙结构信息，将最终
孔隙结构信息与初始孔隙结构信息进行对比，得到对比实验数据；从三轴压缩实验后已经破坏的烘干后的煤芯试件20取出第二部分煤样进行xrd测试，获得最终矿物组分信息，将最终矿物组分信息与初始矿物组分信息进行对比，得到对比实验数据。
120.本发明的实施例中所提供的一种煤层原位微生物与scco2协同增产甲烷的实验装置及方法，其中实验装置通过设置泵注系统，能够实现稳定且准确地向实验腔内通入超临界co2气源，同时为煤芯试件20提供微生物溶液。通过设置原位环境模拟系统，并在原位环境模拟系统内设置实验腔，为煤芯试件20提供了设置位置的同时，并为煤芯试件20提供实验温度和实验压力，使co2达到超临界态，利用超临界co2和微生物协同产甲烷实验，可开展原位储层的地应力、地温条件下，煤体的超临界co2萃取与微生物反应协同产甲烷实验，可实现模拟原位环境下煤层微生物与超临界co2协同产甲烷过程，同时可以获得煤体强度、渗透率、孔隙结构等参数，并与实验前的数据进行对比，可为评价超临界co2参与下煤层原位生物增产甲烷规律及煤层长期力学稳定性提供条件。其中实验方法通过向实验腔内通入超临界co2气源，同时为煤芯试件20提供微生物溶液，并为煤芯试件20提供实验温度和实验压力，使co2达到超临界态，利用超临界co2和微生物协同产甲烷实验，可开展原位储层的地应力、地温条件下，煤体的超临界co2萃取与微生物反应协同产甲烷实验，可实现模拟原位环境下煤层微生物与超临界co2协同产甲烷过程，同时可以获得煤体强度、渗透率、孔隙结构等参数，并与实验前的数据进行对比，可为评价超临界co2参与下煤层原位生物增产甲烷规律及煤层长期力学稳定性提供条件。
121.本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
122.以上仅为本技术的较佳实施例而已，并不用以限制本技术，凡在本技术的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。以上仅是本技术的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本技术的保护范围。