带CT实时扫描的注气驱替煤层气实验系统及其实验方法技术方案

带CT实时扫描的注气驱替煤层气实验系统，包括CT实时扫描系统、储层模拟系统、气体注入与收集系统以及数据采集处理与控制系统；数据采集处理与控制系统包括第一计算机、第一采集卡、第二计算机和第二采集卡，第一计算机通过第一采集卡及数据信号线与储层模拟系统、X光机和气体注入与收集系统连接，第二计算机通过第二采集卡及数据信号线与平板探测器连接。本发明专利技术还公开了带CT实时扫描的注气驱替煤层气实验系统的实验方法。本发明专利技术主要进行不同煤质条件、注气类型、注气压力、注气速率条件下的驱替实验，同时通过CT实时扫描，对不同注气过程中气体吸附/解吸‑扩散‑渗流阶段孔裂隙的演化，煤层气运移过程进行监测。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于煤矿安全生产
，尤其涉及一种带CT实时扫描的注气驱替煤层气实验系统及其实验方法。
技术介绍
针对我国低渗煤储层特点，必须进行储层改造才能商业化开发。针对水力压裂改造的局限性，浪费水资源等特点，煤层气注气开采技术的环保性、安全性、高效性等特点，注气提高煤层气采收率(Enhancedcoalbedmethane，ECBM)受到各大企业的青睐。煤质条件、注气类型、注气压力、注气速率等参数的差异，造成煤层气运移的差异，进而造成采收率的差异。国内外多位学者进行了注气增产过程中吸附/解吸-扩散-渗流阶段孔裂隙的演化，气体运移的研究，并设计了大量注气实验装置。这些装置的特点，大多数装置只有简单的注气驱替功能，没有设置施加压力、温度等条件的操作结果，并不能很好地模拟原地层温度条件下煤岩中气体渗流以及吸附特性，只能得出最终的注气参数与采收率的关系图，并不能实时的监测注气驱替过程；少数装置把CT扫描技术应用于注气驱替过程，由于注气装置庞大，只能注气-扫描-注气-扫描反复进行，需要对煤样反复加卸载、拆卸安装，容易导致煤样的机械损坏，且操作麻烦，仍无法全程实时监测；极少数装置采用医用螺旋CT进行注气驱替过程的实时扫描，但由于现有的注气装置所用煤样尺寸较大，放大倍数小，分辨率低，扫描不到微米级裂隙，观察效果不理想。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有技术中的不足之处，提供一种操作便捷、可全程实时监测、能测试较小煤样、能施加围压、轴压、温度等参数以及提高试验数据精确度的带CT实时扫描的注气驱替煤层气实验系统及其实验方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：带CT实时扫描的注气驱替煤层气实验系统，包括CT实时扫描系统、储层模拟系统、气体注入与收集系统以及数据采集处理与控制系统；CT实时扫描系统包括水平设置的底板和位于底板上方的试验平台，底板底部设有支腿，底板上表面左侧和右侧分别设有左升降机构和右升降机构，底板上表面设有前后水平移动机构，前后水平移动机构顶部设有左右水平移动机构，试验平台固定设置在左右水平移动机构上，试验平台上设有旋转驱动机构；左升降机构和右升降机构的构造相同且左右对称设置；左升降机构和右升降机构均包括空心固定管和升降杆，空心固定管下端垂直并固定设在底板上表面，空心固定管下部与底板上表面之间设有加强筋板，升降杆的外径等于空心固定管的内径，升降杆下部插设在空心固定管内上部，空心固定管上沿径向方向开设有外插孔，外插孔沿空心固定管的长度方向均匀开设有至少三个，升降杆上沿径向方向开设有内插孔，内插孔与外插孔对应并通过一根插销插接配合；左升降机构的升降杆上端设置有可调节倾角的X光机，右升降机构的升降杆上端左侧设置平板探测器；储层模拟系统包括煤样室以及分别向煤样室提供轴压、围压和温度的轴压驱动装置、围压驱动装置和温度控制装置；煤样室包括由耐高压、耐高温纤维制成的圆筒，圆筒外壁设有保温涂层，圆筒的上端和下端分别同轴向设有上连接筒和下连接筒，下连接筒下端外圆周设有安装盘，下连接筒下端同轴向连接有下旋转密封接头；轴压驱动装置包括固定连接架、上固定块、上导向密封筒、导向限位筒、上压环板、中导向筒、下压筒、活动压套和上旋转密封接头，上固定块固定设在固定连接架上，上固定块中心开设有注气孔，上旋转密封接头与注气孔上端固定连接，圆筒、注气孔、上导向密封筒、导向限位筒、上压环板、中导向筒、下压筒和活动压套具有同一条中心线；导向限位筒、上压环板、中导向筒和下压筒自上而下依次同轴向固定连接为一体，下压筒下部插设并滑动密封配合在上连接筒内，中导向筒外套设有压缩弹簧，压缩弹簧的上端和下端分别与上压环板下表面和上连接筒上端面顶压配合，上导向密封筒上端与上固定块下表面固定连接，上导向密封筒下部伸入到导向限位筒内，上导向密封筒外壁与导向限位筒内壁之间设有密封套，活动压套套在导向限位筒外部，活动压套下端面与上压环板上表面顶压接触，活动压套上端面与上固定块下表面顶压接触，活动压套上端面与上固定块下表面之间设有四组驱动调节机构，四组驱动调节机构沿注气孔的中心线均匀布置；上固定块底部设有底部敞口的环形槽，每组驱动调节机构均包括沿注气孔的径向方向开设在上固定块下部的螺纹孔，螺纹孔内端与环形槽连通，活动压套上端伸到环形槽内，活动压套上端开设有半圆锥孔，半圆锥孔呈外大内小且顶部敞口的圆锥形结构，螺纹孔内螺纹连接有调节螺杆，调节螺杆的内端同轴固定连接有与半圆锥孔顶压配合的锥形压头；气体注入与收集系统包括甲烷气瓶、氮气气瓶、真空泵、注气管、驱替气体收集管、回气平衡管、真空管、放空管、回气平衡器、排水集气管、排水集气瓶、气相色谱仪、量筒和具有六个连接口的中转容器；甲烷气瓶的出气口通过甲烷气管与中转容器的第一个连接口连接，氮气气瓶的出气口通过氮气气管与中转容器的第二个连接口连接，注气管的进气口与中转容器的第三个连接口连接，放空管的进气口与中转容器的第四个连接口连接，真空管的进气口与中转容器的第五个连接口连接，回气平衡管的进气口与中转容器的第六个连接口连接；甲烷气管、氮气气管、注气管、放空管、真空管和回气平衡管上分别设有第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门、第五阀门和第六阀门；注气管上设有注气流量计；真空泵的抽气口与真空管的出气口连接，回气平衡管的出气口与回气平衡器的一端连接，驱替气体收集管的出气口和排水集气管的进气口分别与回气平衡器的另一端连接，驱替气体收集管上设有第七阀门，排水集气管的出气口与气相色谱仪连接，排水集气瓶位于排水集气管下方，排水集气瓶的顶部通过排水管与排水集气管连接，排水集气瓶通过溢水管与量筒连接；安装盘和固定连接架分别固定安装到CT扫描系统上的旋转驱动机构上，注气管的出气口与上旋转密封接头上端的进气口连接，驱替气体收集管的进气口与下旋转密封接头下端的出气口连接；数据采集处理与控制系统包括第一计算机、第一采集卡、第二计算机和第二采集卡，第一计算机通过第一采集卡及数据信号线与储层模拟系统、X光机和气体注入与收集系统连接，第二计算机通过第二采集卡及数据信号线与平板探测器连接。回气平衡器包括圆筒形的回流桶，回流桶的圆周内壁滑动密封设有活塞板，回流桶一端部开设有与回气平衡管连接的回流孔，回流桶的另一端部开设有两个连接孔，两个连接孔分别与驱替气体收集管的出气口和排水集气管的进气口连接。前后水平移动机构包括设在底板上表面的下平板，下平板与底板之间沿前后水平方向设置有燕尾槽式滑轨结构，底板前侧设置有第一步进电机，第一步进电机通过螺母丝杆结构与下平板传动连接。左右水平移动机构包括移动框架、固定链条、行走齿轮和第二步进电机，固定链条沿左右水平方向设置在下平板的上表面，第二步进电机设置移动框架底部，行走齿轮同轴向设在第二步进电机的主轴上，移动框架底部设有沿下平板上表面左右滚动的支撑滚轮，行走齿轮与固定链条啮合。试验平台固定设在移动框架上，试验平台上开设有上下通透的下安装孔；旋转驱动机构包括固定架、旋转驱动电机、驱动齿轮和圆盘，固定架设置在试验平台右侧，旋转驱动电机固定设在固定架上，圆盘位于试验平台上方，试验平台上表面开设有与下环形槽，圆盘上表面开设有与下环形槽上下对应的上环形槽，圆盘上开设有上下通透的上安装孔，上安装孔、上环形槽、下环形槽和下安装孔本文档来自技高网...

【技术保护点】
带CT实时扫描的注气驱替煤层气实验系统，其特征在于：包括CT实时扫描系统、储层模拟系统、气体注入与收集系统以及数据采集处理与控制系统；CT实时扫描系统包括水平设置的底板和位于底板上方的试验平台，底板底部设有支腿，底板上表面左侧和右侧分别设有左升降机构和右升降机构，底板上表面设有前后水平移动机构，前后水平移动机构顶部设有左右水平移动机构，试验平台固定设置在左右水平移动机构上，试验平台上设有旋转驱动机构；左升降机构和右升降机构的构造相同且左右对称设置；左升降机构和右升降机构均包括空心固定管和升降杆，空心固定管下端垂直并固定设在底板上表面，空心固定管下部与底板上表面之间设有加强筋板，升降杆的外径等于空心固定管的内径，升降杆下部插设在空心固定管内上部，空心固定管上沿径向方向开设有外插孔，外插孔沿空心固定管的长度方向均匀开设有至少三个，升降杆上沿径向方向开设有内插孔，内插孔与外插孔对应并通过一根插销插接配合；左升降机构的升降杆上端设置有可调节倾角的X光机，右升降机构的升降杆上端左侧设置平板探测器；储层模拟系统包括煤样室以及分别向煤样室提供轴压、围压和温度的轴压驱动装置、围压驱动装置和温度控制装置；煤样室包括由耐高压、耐高温纤维制成的圆筒，圆筒外壁设有保温涂层，圆筒的上端和下端分别同轴向设有上连接筒和下连接筒，下连接筒下端外圆周设有安装盘，下连接筒下端同轴向连接有下旋转密封接头；轴压驱动装置包括固定连接架、上固定块、上导向密封筒、导向限位筒、上压环板、中导向筒、下压筒、活动压套和上旋转密封接头，上固定块固定设在固定连接架上，上固定块中心开设有注气孔，上旋转密封接头与注气孔上端固定连接，圆筒、注气孔、上导向密封筒、导向限位筒、上压环板、中导向筒、下压筒和活动压套具有同一条中心线；导向限位筒、上压环板、中导向筒和下压筒自上而下依次同轴向固定连接为一体，下压筒下部插设并滑动密封配合在上连接筒内，中导向筒外套设有压缩弹簧，压缩弹簧的上端和下端分别与上压环板下表面和上连接筒上端面顶压配合，上导向密封筒上端与上固定块下表面固定连接，上导向密封筒下部伸入到导向限位筒内，上导向密封筒外壁与导向限位筒内壁之间设有密封套，活动压套套在导向限位筒外部，活动压套下端面与上压环板上表面顶压接触，活动压套上端面与上固定块下表面顶压接触，活动压套上端面与上固定块下表面之间设有四组驱动调节机构，四组驱动调节机构沿注气孔的中心线均匀布置；上固定块底部设有底部敞口的环形槽，每组驱动调节机构均包括沿注气孔的径向方向开设在上固定块下部的螺纹孔，螺纹孔内端与环形槽连通，活动压套上端伸到环形槽内，活动压套上端开设有半圆锥孔，半圆锥孔呈外大内小且顶部敞口的圆锥形结构，螺纹孔内螺纹连接有调节螺杆，调节螺杆的内端同轴固定连接有与半圆锥孔顶压配合的锥形压头；气体注入与收集系统包括甲烷气瓶、氮气气瓶、真空泵、注气管、驱替气体收集管、回气平衡管、真空管、放空管、回气平衡器、排水集气管、排水集气瓶、气相色谱仪、量筒和具有六个连接口的中转容器；甲烷气瓶的出气口通过甲烷气管与中转容器的第一个连接口连接，氮气气瓶的出气口通过氮气气管与中转容器的第二个连接口连接，注气管的进气口与中转容器的第三个连接口连接，放空管的进气口与中转容器的第四个连接口连接，真空管的进气口与中转容器的第五个连接口连接，回气平衡管的进气口与中转容器的第六个连接口连接；甲烷气管、氮气气管、注气管、放空管、真空管和回气平衡管上分别设有第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门、第五阀门和第六阀门；注气管上设有注气流量计；真空泵的抽气口与真空管的出气口连接，回气平衡管的出气口与回气平衡器的一端连接，驱替气体收集管的出气口和排水集气管的进气口分别与回气平衡器的另一端连接，驱替气体收集管上设有第七阀门，排水集气管的出气口与气相色谱仪连接，排水集气瓶位于排水集气管下方，排水集气瓶的顶部通过排水管与排水集气管连接，排水集气瓶通过溢水管与量筒连接；安装盘和固定连接架分别固定安装到CT扫描系统上的旋转驱动机构上，注气管的出气口与上旋转密封接头上端的进气口连接，驱替气体收集管的进气口与下旋转密封接头下端的出气口连接；数据采集处理与控制系统包括第一计算机、第一采集卡、第二计算机和第二采集卡，第一计算机通过第一采集卡及数据信号线与储层模拟系统、X光机和气体注入与收集系统连接，第二计算机通过第二采集卡及数据信号线与平板探测器连接。...

【技术特征摘要】
1.带CT实时扫描的注气驱替煤层气实验系统，其特征在于：包括CT实时扫描系统、储层模拟系统、气体注入与收集系统以及数据采集处理与控制系统；CT实时扫描系统包括水平设置的底板和位于底板上方的试验平台，底板底部设有支腿，底板上表面左侧和右侧分别设有左升降机构和右升降机构，底板上表面设有前后水平移动机构，前后水平移动机构顶部设有左右水平移动机构，试验平台固定设置在左右水平移动机构上，试验平台上设有旋转驱动机构；左升降机构和右升降机构的构造相同且左右对称设置；左升降机构和右升降机构均包括空心固定管和升降杆，空心固定管下端垂直并固定设在底板上表面，空心固定管下部与底板上表面之间设有加强筋板，升降杆的外径等于空心固定管的内径，升降杆下部插设在空心固定管内上部，空心固定管上沿径向方向开设有外插孔，外插孔沿空心固定管的长度方向均匀开设有至少三个，升降杆上沿径向方向开设有内插孔，内插孔与外插孔对应并通过一根插销插接配合；左升降机构的升降杆上端设置有可调节倾角的X光机，右升降机构的升降杆上端左侧设置平板探测器；储层模拟系统包括煤样室以及分别向煤样室提供轴压、围压和温度的轴压驱动装置、围压驱动装置和温度控制装置；煤样室包括由耐高压、耐高温纤维制成的圆筒，圆筒外壁设有保温涂层，圆筒的上端和下端分别同轴向设有上连接筒和下连接筒，下连接筒下端外圆周设有安装盘，下连接筒下端同轴向连接有下旋转密封接头；轴压驱动装置包括固定连接架、上固定块、上导向密封筒、导向限位筒、上压环板、中导向筒、下压筒、活动压套和上旋转密封接头，上固定块固定设在固定连接架上，上固定块中心开设有注气孔，上旋转密封接头与注气孔上端固定连接，圆筒、注气孔、上导向密封筒、导向限位筒、上压环板、中导向筒、下压筒和活动压套具有同一条中心线；导向限位筒、上压环板、中导向筒和下压筒自上而下依次同轴向固定连接为一体，下压筒下部插设并滑动密封配合在上连接筒内，中导向筒外套设有压缩弹簧，压缩弹簧的上端和下端分别与上压环板下表面和上连接筒上端面顶压配合，上导向密封筒上端与上固定块下表面固定连接，上导向密封筒下部伸入到导向限位筒内，上导向密封筒外壁与导向限位筒内壁之间设有密封套，活动压套套在导向限位筒外部，活动压套下端面与上压环板上表面顶压接触，活动压套上端面与上固定块下表面顶压接触，活动压套上端面与上固定块下表面之间设有四组驱动调节机构，四组驱动调节机构沿注气孔的中心线均匀布置；上固定块底部设有底部敞口的环形槽，每组驱动调节机构均包括沿注气孔的径向方向开设在上固定块下部的螺纹孔，螺纹孔内端与环形槽连通，活动压套上端伸到环形槽内，活动压套上端开设有半圆锥孔，半圆锥孔呈外大内小且顶部敞口的圆锥形结构，螺纹孔内螺纹连接有调节螺杆，调节螺杆的内端同轴固定连接有与半圆锥孔顶压配合的锥形压头；气体注入与收集系统包括甲烷气瓶、氮气气瓶、真空泵、注气管、驱替气体收集管、回气平衡管、真空管、放空管、回气平衡器、排水集气管、排水集气瓶、气相色谱仪、量筒和具有六个连接口的中转容器；甲烷气瓶的出气口通过甲烷气管与中转容器的第一个连接口连接，氮气气瓶的出气口通过氮气气管与中转容器的第二个连接口连接，注气管的进气口与中转容器的第三个连接口连接，放空管的进气口与中转容器的第四个连接口连接，真空管的进气口与中转容器的第五个连接口连接，回气平衡管的进气口与中转容器的第六个连接口连接；甲烷气管、氮气气管、注气管、放空管、真空管和回气平衡管上分别设有第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门、第五阀门和第六阀门；注气管上设有注气流量计；真空泵的抽气口与真空管的出气口连接，回气平衡管的出气口与回气平衡器的一端连接，驱替气体收集管的出气口和排水集气管的进气口分别与回气平衡器的另一端连接，驱替气体收集管上设有第七阀门，排水集气管的出气口与气相色谱仪连接，排水集气瓶位于排水集气管下方，排水集气瓶的顶部通过排水管与排水集气管连接，排水集气瓶通过溢水管与量筒连接；安装盘和固定连接架分别固定安装到CT扫描系统上的旋转驱动机构上，注气管的出气口与上旋转密封接头上端的进气口连接，驱替气体收集管的进气口与下旋转密封接头下端的出气口连接；数据采集处理与控制系统包括第一计算机、第一采集卡、第二计算机和第二采集卡，第一计算机通过第一采集卡及数据信号线与储层模拟系统、X光机和气体注入与收集系统连接，第二计算机通过第二采集卡及数据信号线与平板探测器连接。2.根据权利要求1所述的带CT实时扫描的注气驱替煤层气实验系统，其特征在于：回气平衡器包括圆筒形的回流桶，回流桶的圆周内壁滑动密封设有活塞板，回流桶一端部开设有与回气平衡管连接的回流孔，回流桶的另一端部开设有两个连接孔，两个连接孔分别与驱替气体收集管的出气口和排水集气管的进气口连接。3.根据权利要求2所述的带CT实时扫描的注气驱替煤层气实验系统，其特征在于：前后水平移动机构包括设在底板上表面的下平板，下平板与底板之间沿前后水平方向设置有燕尾槽式滑轨结构，底板前侧设置有第一步进电机，第一步进电机通过螺母丝杆结构与下平板传动连接。4.根据权利要求3所述的带CT实时扫描的注气驱替煤层气实验系统，其特征在于：左右水平移动机构包括移动框架、固定链条、行走齿轮和第二步进电机，固定链条沿左右水平方向设置在下平板的上表面，第二步进电机设置移动框架底部，行走齿轮同轴向设在第二步进电机的主轴上，移动框架底部设有沿下平板上表面左右滚动的支撑滚轮，行走齿轮与固定链条啮合。5.根据权利要求4所述的带CT实时扫描的注气驱替煤层气实验系统，其特征在于：试验平台固定设在移动框架上，试验平台上开设有上下通透的下安装孔；旋转驱动机构包括固定架、旋转驱动电机、驱动齿轮和圆盘，固定架设置在...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭军杰，苗杰，程晓阳，李松涛，
申请(专利权)人：河南工程学院，
类型：发明
国别省市：河南;41