【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于二氧化碳地質(zhì)封存，具體涉及一種高溫高壓下煤巖與二氧化碳作用模擬實(shí)驗(yàn)裝置及方法。
技術(shù)介紹
1、二氧化碳的地質(zhì)封存與利用是緩解全球變暖的重要技術(shù)手段。可用于二氧化碳地質(zhì)封存的圈閉結(jié)構(gòu)主要包括枯竭的油氣層、深部咸水層和深部不可采煤層等。其中，煤層注二氧化碳驅(qū)替煤層氣技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景。深部不可采煤層具有很大的封存潛力：一方面，煤體是一種有機(jī)結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)的有機(jī)巖，具有自發(fā)吸附流體的特性；另一方面，深部圍巖結(jié)構(gòu)使氣體不易溢出，增加儲(chǔ)存穩(wěn)定性。煤層氣是賦存在煤層中的一類清潔能源。該技術(shù)利用二氧化碳與煤層氣在煤中的競(jìng)爭(zhēng)吸附原理，實(shí)現(xiàn)二氧化碳的有效地質(zhì)封存，同時(shí)還能提高煤層氣的抽采效率。
2、以火電站，化工廠等為代表的耗煤大戶工廠同時(shí)也是大型二氧化碳排放源，它們一般為了節(jié)約能源運(yùn)輸成本都建在煤炭主產(chǎn)區(qū)附近，這也為在鄰近煤層封存二氧化碳降低二氧化碳的運(yùn)輸成本。
3、在煤層注入二氧化碳抽采煤層氣和長期地質(zhì)封存過程中，煤層強(qiáng)度和變形的改變成為至關(guān)重要的研究課題。將二氧化碳注入深部煤層中，當(dāng)?shù)販睾蛪毫^了臨界點(diǎn)（31.1℃，7.38mpa）時(shí)，二氧化碳將自然變?yōu)槌R界狀態(tài)，在這種特殊的狀態(tài)下二氧化碳會(huì)同時(shí)具有類似氣體的粘度和擴(kuò)散系數(shù)和液體的密度和溶解能力，具有超常規(guī)的物理化學(xué)活性。因此，需要開展高溫高壓下煤巖與二氧化碳相互作用研究，明確二氧化碳對(duì)煤巖的相關(guān)吸附過程以及煤巖力學(xué)性質(zhì)劣化和滲透率演化規(guī)律，從而為二氧化碳在深部煤層中長期地質(zhì)封存提供重要的理論支撐。
4、傳統(tǒng)對(duì)高溫高壓下煤巖與二氧化碳相互
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、針對(duì)上述技術(shù)問題，本專利技術(shù)提供一種高溫高壓下煤巖與二氧化碳作用模擬實(shí)驗(yàn)裝置及方法。本專利技術(shù)提供的裝置可以實(shí)現(xiàn)煤巖與二氧化碳作用地下原位條件模擬及非卸壓原位狀態(tài)下的力學(xué)性能測(cè)試，為二氧化碳在深部煤層中長期地質(zhì)封存提供理論和技術(shù)支撐。
2、為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本專利技術(shù)提供以下技術(shù)方案：
3、一種高溫高壓下煤巖與二氧化碳作用模擬實(shí)驗(yàn)裝置，包括：數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)、高溫循環(huán)控制系統(tǒng)、高壓泵注系統(tǒng)和煤巖反應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)；
4、所述煤巖反應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)包括反應(yīng)釜、放置于所述反應(yīng)釜內(nèi)部的煤巖試樣、設(shè)置在所述反應(yīng)釜中用于為煤巖試樣施加壓力的單軸壓縮儀、用于對(duì)煤巖試樣所處環(huán)境的溫度及壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的壓力溫度傳感器；
5、所述高溫循環(huán)控制系統(tǒng)用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制所述煤巖反應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)中反應(yīng)釜內(nèi)的反應(yīng)溫度；
6、所述高壓泵注系統(tǒng)用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制所述煤巖反應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)中反應(yīng)釜內(nèi)的壓力；
7、所述數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)和所述煤巖反應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)中的單軸壓縮儀、壓力溫度傳感器連接，用于控制所述單軸壓縮儀，并用于實(shí)時(shí)采集、處理、顯示、存儲(chǔ)所述單軸壓縮儀及壓力溫度傳感器獲取的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
8、進(jìn)一步地，所述煤巖反應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)中，所述反應(yīng)釜包括反應(yīng)釜本體、釜體外蓋；煤巖試樣設(shè)置于所述反應(yīng)釜本體和所述釜體外蓋組成的密閉腔體內(nèi)。
9、進(jìn)一步地，所述單軸壓縮儀固定設(shè)置在所述釜體外蓋的下方，在所述單軸壓縮儀和所述煤巖試樣之間設(shè)置墊片。
10、進(jìn)一步地，所述高溫循環(huán)控制系統(tǒng)包括溫度控制器、加熱循環(huán)器、環(huán)形加熱爐和回流加熱管道；
11、所述環(huán)形加熱爐圍繞設(shè)置在所述反應(yīng)釜本體的周圍及底部，所述環(huán)形加熱爐的環(huán)形內(nèi)凈尺寸與所述反應(yīng)釜的外形尺寸相適配；
12、所述溫度控制器和所述加熱循環(huán)器連接，所述加熱循環(huán)器通過所述回流加熱管道和所述環(huán)形加熱爐連接；
13、所述溫度控制器用于控制所述加熱循環(huán)器產(chǎn)生熱液，所述熱液通過所述回流加熱管道流到反應(yīng)釜外圍的所述環(huán)形加熱爐。
14、進(jìn)一步地，所述高溫循環(huán)控制系統(tǒng)通過控制所述環(huán)形加熱爐中流體容積及外循環(huán)流量來控制所述反應(yīng)釜內(nèi)的溫度；
15、控制所述熱液流體容積為5-8l、外循環(huán)流量為8-10l/min；控制所述反應(yīng)釜內(nèi)的溫度在室溫到300℃。
16、進(jìn)一步地，所述高壓泵注系統(tǒng)包括氣瓶、空氣壓縮機(jī)、升壓泵及水源；
17、所述氣瓶、所述空氣壓縮機(jī)、所述水源均和所述升壓泵連接，所述氣瓶和所述升壓泵之間連接控壓閥門；所述空氣壓縮機(jī)用于給所述升壓泵提供壓力；
18、所述升壓泵的輸出端和反應(yīng)釜的進(jìn)氣口連接，用于給反應(yīng)釜施加高壓二氧化碳?xì)怏w，通過控制所述高壓泵注系統(tǒng)，將反應(yīng)釜內(nèi)壓力控制在7.3mpa-20mpa。
19、進(jìn)一步地，所述數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)傳輸線；所述計(jì)算機(jī)中包括單軸壓縮儀控制模塊、數(shù)據(jù)采集模塊和數(shù)據(jù)處理模塊；
20、所述計(jì)算機(jī)通過所述數(shù)據(jù)傳輸線和所述壓力溫度傳感器及所述單軸壓縮儀連接；
21、所述單軸壓縮儀控制模塊用于控制單軸壓縮儀的開啟、關(guān)閉及控制單軸壓縮儀對(duì)試樣施加壓力的大小；
22、所述數(shù)據(jù)采集模塊用于實(shí)時(shí)觀測(cè)、采集、顯示所述壓力溫度傳感器和所述單軸壓縮儀的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；
23、所述數(shù)據(jù)處理模塊用于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理、導(dǎo)出與存儲(chǔ)。
24、一種高溫高壓下煤巖與二氧化碳作用模擬實(shí)驗(yàn)方法，所述方法包括以下步驟：
25、（1）將試樣放入反應(yīng)釜中，將墊片置于試樣上方，安裝固定有單軸壓縮儀的安裝釜體外蓋；
26、（2）打開高溫循環(huán)控制系統(tǒng)，熱液通過回流加熱管道流到反應(yīng)釜外圍的所述環(huán)形加熱爐，對(duì)反應(yīng)釜進(jìn)行加熱，使裝有煤巖試樣的反應(yīng)釜模擬實(shí)現(xiàn)地下原位溫度條件；
27、反應(yīng)釜的溫度達(dá)到預(yù)設(shè)溫度后持續(xù)監(jiān)測(cè)至少半小時(shí)，當(dāng)反應(yīng)釜內(nèi)溫度不再變化時(shí)進(jìn)入步驟（3），進(jìn)行加壓實(shí)驗(yàn)；
28、（3）升溫完成后，打開氣瓶、升壓泵和空氣壓縮機(jī)開關(guān)，給反應(yīng)釜施加高壓二氧化碳?xì)怏w；將反應(yīng)釜中二氧化碳的壓力提高到7.38mpa以上，達(dá)到超臨界狀態(tài)；
29、（4）逐漸將反應(yīng)釜內(nèi)壓力增加到設(shè)定壓力，停止進(jìn)氣，檢查裝置氣密性；
30、保持溫度和壓力都達(dá)到預(yù)設(shè)值且半小時(shí)以上不再發(fā)生變化后，至少每隔24小時(shí)觀察、調(diào)整一次反應(yīng)釜內(nèi)溫度和壓力，使反應(yīng)釜內(nèi)溫度和壓力保持在設(shè)定值；煤巖樣品在設(shè)定溫度和壓力條件下保留時(shí)間滿足設(shè)定時(shí)間后進(jìn)入步驟（5）；
31、（5）開啟單軸壓縮儀，在計(jì)算機(jī)上設(shè)定加載速率為0.5-1mpa/s，對(duì)煤巖進(jìn)行加載，直至試樣破壞后，停止加載并卸除對(duì)試樣的載荷；
32、（6）力學(xué)測(cè)試完成后，導(dǎo)出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)記錄的溫度、壓力、時(shí)間、變形數(shù)值，繪制溫度數(shù)值、壓力數(shù)值隨時(shí)間變化曲線及應(yīng)力應(yīng)變曲線，存儲(chǔ)并導(dǎo)出數(shù)據(jù)，進(jìn)行后處理數(shù)據(jù)分析。
33、進(jìn)一步地，所述方法還包括以下步驟：...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種高溫高壓下煤巖與二氧化碳作用模擬實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，包括：數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)、高溫循環(huán)控制系統(tǒng)、高壓泵注系統(tǒng)和煤巖反應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種高溫高壓下煤巖與二氧化碳作用模擬實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述煤巖反應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)中，所述反應(yīng)釜包括反應(yīng)釜本體、釜體外蓋；煤巖試樣設(shè)置于所述反應(yīng)釜本體和所述釜體外蓋組成的密閉腔體內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種高溫高壓下煤巖與二氧化碳作用模擬實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述單軸壓縮儀固定設(shè)置在所述釜體外蓋的下方，在所述單軸壓縮儀和所述煤巖試樣之間設(shè)置墊片。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種高溫高壓下煤巖與二氧化碳作用模擬實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述高溫循環(huán)控制系統(tǒng)包括溫度控制器、加熱循環(huán)器、環(huán)形加熱爐和回流加熱管道；
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述一種高溫高壓下煤巖與二氧化碳作用模擬實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述高溫循環(huán)控制系統(tǒng)通過控制所述環(huán)形加熱爐中流體容積及外循環(huán)流量來控制所述反應(yīng)釜內(nèi)的溫度；
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種高溫高壓下煤巖與二氧化碳作用模擬實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述高壓泵注系統(tǒng)
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種高溫高壓下煤巖與二氧化碳作用模擬實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)傳輸線；所述計(jì)算機(jī)中包括單軸壓縮儀控制模塊、數(shù)據(jù)采集模塊和數(shù)據(jù)處理模塊；
8.一種高溫高壓下煤巖與二氧化碳作用模擬實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述一種高溫高壓下煤巖與二氧化碳作用模擬實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于，所述方法還包括以下步驟：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種高溫高壓下煤巖與二氧化碳作用模擬實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，包括：數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)、高溫循環(huán)控制系統(tǒng)、高壓泵注系統(tǒng)和煤巖反應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種高溫高壓下煤巖與二氧化碳作用模擬實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述煤巖反應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)中，所述反應(yīng)釜包括反應(yīng)釜本體、釜體外蓋；煤巖試樣設(shè)置于所述反應(yīng)釜本體和所述釜體外蓋組成的密閉腔體內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種高溫高壓下煤巖與二氧化碳作用模擬實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述單軸壓縮儀固定設(shè)置在所述釜體外蓋的下方，在所述單軸壓縮儀和所述煤巖試樣之間設(shè)置墊片。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種高溫高壓下煤巖與二氧化碳作用模擬實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述高溫循環(huán)控制系統(tǒng)包括溫度控制器、加熱循環(huán)器、環(huán)形加熱爐和回流加熱管道；
5.根據(jù)權(quán)...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉力源，王濤，鄧鑫宇，姜乃生，汪炯，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：北京科技大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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