煤层原位微生物与ScCO2协同增产甲烷的实验装置及方法制造方法及图纸

本申请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，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有实验腔，实验腔用于设置煤芯试件，原位环境模拟系统还用于为煤芯试件提供实验温度及压力，泵注系统与原位环境模拟系统相接，用于向实验腔内通入CO2与N2的混合气体和溶液，产物收集系统与实验腔相接，用于收集实验腔内的气体和溶液。该实验装置能向实验腔通入超临界CO2气源和微生物溶液，为煤芯试件提供实验温度及压力，使CO2达到超临界态，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，为评价超临界CO2参与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。层长期力学稳定性提供条件。层长期力学稳定性提供条件。

【技术实现步骤摘要】
煤层原位微生物与ScCO2协同增产甲烷的实验装置及方法


[0001]本申请属于能源开采
，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。

技术介绍

[0002]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CO2‑
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(CO2‑
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。
[0003]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CO2‑
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。
[0004]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。

技术实现思路

[0005]因此，本申请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。
[0006]为了解决上述问题，本申请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。
[0007]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；
[0008]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；
[0009]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。
[0010]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；
[0011]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。
[0012]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。
[0013]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；
[0014]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；
[0015]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；
[0016]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。
[0017]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。
[0018]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。
[0019]本申请的另一方面，提供了一种煤层原位微生物与ScCO2协同增产本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种煤层原位微生物与ScCO2协同增产甲烷的实验装置，其特征在于，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(20)，所述原位环境模拟系统还用于为所述煤芯试件(20)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。2.根据权利要求1所述的煤层原位微生物与ScCO2协同增产甲烷的实验装置，其特征在于，所述原位环境模拟系统包括岩芯夹持器(19)，所述实验腔设置在所述岩芯夹持器(19)内；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(19)相接，且伸入所述实验腔内，用于沿所述煤芯试件(20)的径向和轴向以预设压力挤压煤芯试件(20)；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(30)和温度调整器，所述温度传感器(30)用于获取所述岩芯夹持器(19)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(19)所在空间的温度。3.根据权利要求2所述的煤层原位微生物与ScCO2协同增产甲烷的实验装置，其特征在于，所述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)，所述胶筒(27)同轴套设在所述岩芯夹持器(19)内，所述多孔曲面板(26)同轴套设在所述胶筒(27)内，所述煤芯试件(20)设置在所述多孔曲面板(26)所围成的空间内，所述多孔曲面板(26)上开设有让位缝(33)，所述让位缝(33)沿径向和轴向贯穿所述多孔曲面板(26)，所述伺服液压泵(29)与所述岩芯夹持器(19)的围压注入端相连通，用于向所述胶筒(27)的外周壁与所述岩芯夹持器(19)的内周壁之间注入液压介质，以通过所述胶筒(27)和所述多孔曲面板(26)沿径向对所述煤芯试件(20)施加压力；所述伺服液压泵(29)与所述岩芯夹持器(19)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(20)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(20)施加压力。4.根据权利要求3所述的煤层原位微生物与ScCO2协同增产甲烷的实验装置，其特征在于，所述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)，所述岩芯夹持器(19)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(21)设置在气体入口端处，所述第二压力传感器(22)设置在所述轴压注入端处，所述第三压力传感器(25)设置在所述围压注入端处。5.根据权利要求2所述的煤层原位微生物与ScCO2协同增产甲烷的实验装置，其特征在于，所述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)；所述混合气源(1)、所述气源减压器(2)、所述气动增压器(3)和所述岩芯夹持器(19)依次连接，以使所述CO2与N2的混合气体从所述混合气源(1)排出后依次流过所述气源减压器(2)和所述气动增压器(3)后，进入至所述岩芯夹持器(19)内的所述实验腔内，所述气动增压器(3)还与所述空气压缩机(4)相连接；所述气动增压器(3)与所述岩芯夹持器(19)之间的流路上还连接有活塞式中间容器
(6)，所述活塞式中间容器(6)还与电动液压泵(5)连接，以使所述电动液压泵(5)带动所述活塞式中间容器(6)压缩所述气动增压器(3)与所述岩芯夹持器(19)之间流路内的所述CO2与N2的混合气体至预设气压；所述电动液压泵(5)还与微生物溶液储罐(7)的输入端相连接，所述微生物溶液储罐(7)的输出端与所述岩芯夹持器(19)相连接，所述电动液压泵(5)用于带动所述微生物溶液储罐(7)内的溶液流至所述岩芯夹持器(19)的所述实验腔内。6.根据权利要求5所述的煤层原位微生物与ScCO2协同增产甲烷的实验装置，其特征在于，所述控温装置还包括恒温箱(32)，所述温度传感器(30)、所述温度调整器、所述活塞式中间容器(6)、所述微生物溶液储罐(7)和所述岩芯夹持器(19)设置在所述恒温箱(32)内。7.根据权利要求5所述的煤层原位微生物与ScCO2协同增产甲烷的实验装置，其特征在于，所述产物收集系统包括气体收集罐(15)和溶液收集罐(16)，所述气体收集罐(15)连接在所述气动增压器(3)与所述岩芯夹持器(19)之间的流路上，所述溶液收集罐(16)连接在所述微生物溶液储罐(7)与所述岩芯夹持器(19)之间的流路上。8.一种煤层原位微生物与ScCO2协同增产甲烷的实验方法，其特征在于，通过如权利要求1
‑
7任意一项所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：将所述煤芯试件(20)放入所述原位环境模拟系统的所述实验腔内；通过所述原位环境模拟系统调整所...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱万成，王文星，刘书源，黄薇羽，张秀凤，魏晨慧，牛雷雷，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：