不同地压下二氧化碳与煤中有机质反应速率测试方法技术

不同地压下二氧化碳与煤中有机质反应速率测试方法，包括以下步骤：一、组装一种二氧化碳与煤中有机质反应速率实验系统，其包括煤样反应装置；二、将去除矿物质的煤样和煤层顶板放入煤样反应装置中；三、设定煤样反应装置内部的温度；四、将二氧化碳注入煤样反应装置内，使二氧化碳与煤样中有机质反应；五、测得二氧化碳对煤中有机质的溶蚀率；六、测出在该地压、温度压力条件下二氧化碳与煤中有机质反应速率；七、测出不同反应条件下二氧化碳与煤中有机质反应速率。本发明专利技术能够测试不同地压、不同温度、不同压力、不同煤样条件下二氧化碳与煤样中有机质的反应速率，为二氧化碳煤层封存现场试验提供一定的参考。场试验提供一定的参考。场试验提供一定的参考。

【技术实现步骤摘要】
不同地压下二氧化碳与煤中有机质反应速率测试方法


[0001]本专利技术涉及二氧化碳煤层封存
，具体的说，涉及一种不同地压下二氧化碳与煤中有机质反应速率测试方法。

技术介绍

[0002]CO2与煤岩反应是深部煤层CO2‑
ECBM的关键问题之一，深部煤层条件下，CO2会进入超临界状态，超临界二氧化碳（ScCO2）具有优异的扩散和流动能力，可以溶解煤中矿物与有机质，深部煤层条件下ScCO2与煤岩反应值得特别关注。
[0003]深部煤层CO2‑
ECBM的实施必然会对煤中有机质产生一定的影响。整体上人们对ScCO2与煤中有机质的作用过程缺乏研究，且尚未探索不同煤阶、不同地压、温压条件下二氧化碳与煤中有机质作用差异。
[0004]二氧化碳与煤中有机质反应，会引起煤储层孔隙结构的变化，进而影响二氧化碳在煤层中的分布，甚至改变煤层中二氧化碳的封存能力。目前针对不同地压、不同温度、不同压力和不同煤阶等条件下二氧化碳与煤中有机质的反应速率还缺乏实验研究，因此，本专利技术提供一种不同地压下二氧化碳与煤中有机质反应速率测试方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种不同地压下二氧化碳与煤中有机质反应速率测试方法，本专利技术能够测试不同地压、不同温度、不同压力、不同煤样条件下二氧化碳与煤样中有机质的反应速率，可为注CO2后与煤中有机质反应引起的煤储层孔隙结构变化提供一定的理论依据，为二氧化碳煤层封存现场试验提供一定的参考。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：不同地压下二氧化碳与煤中有机质反应速率测试方法，包括以下步骤：一、组装一种二氧化碳与煤中有机质反应速率实验系统，该二氧化碳与煤中有机质反应速率实验系统包括气体注入装置、煤样反应装置和有机质测量装置；二、去除煤样中矿物质后，将煤样和煤层顶板放入煤样反应装置中，并模拟地压；三、设定煤样反应装置内部的温度；四、通过气体注入装置将二氧化碳注入煤样反应装置釜，直至设计反应压力，使超临界二氧化碳与煤样中有机质反应；五、反应一定时间t后，再将煤样反应装置中反应后的二氧化碳携带有机质注入到有机质测量装置中，通过有机质测量装置测得反应时间为t时超临界二氧化碳对煤中有机质的溶蚀率；六、采用相同质量的同种煤样，将反应时间设计为2t，重复以上实验步骤（二）
‑
（五），测得反应时间为2t时的溶蚀率，计算求出单位时间t的溶蚀率；改变反应时间，重复实验即可得到不同反应时间条件下单位时间t的溶蚀率，进而得出在该地压、温度压力条件下二氧化碳与煤中有机质反应速率；
七、改变地压、温度、反应压力和煤样，重复实验，得出不同反应条件下二氧化碳与煤中有机质反应速率。
[0007]该二氧化碳与煤中有机质反应速率实验系统还包括二氧化碳钢瓶和计算机，二氧化碳钢瓶的顶部出气端通过气体注入装置与煤样反应装置的进气端连接，煤样反应装置的出气端与有机质测量装置的进气端连接，计算机分别与气体注入装置、煤样反应装置和有机质测量装置信号连接。
[0008]气体注入装置包括第一注气管和空气压缩机，第一注气管的进气端与二氧化碳钢瓶的顶部出气端连接，第一注气管的出气端与煤样反应装置的进气端连接，第一注气管上沿气体流动方向依次设置有第一阀门、第一气体压力传感器、注入泵、第二阀门和第二气体压力传感器，空气压缩机与注入泵通过气压管路连接，空气压缩机提供压缩动力给注入泵并控制注入泵工作，计算机分别与第一气体压力传感器和第二气体压力传感器信号连接。
[0009]煤样反应装置包括高压反应釜、水箱、注水泵和温度控制器，高压反应釜采用特制钢材制成，高压反应釜内由下至上依次铺设有底板、煤样、煤层顶板、聚气盖板、顶压钢板和加压囊袋，加压囊袋的顶部与高压反应釜的顶板内壁接触，高压反应釜的底部一体成型有位于底板下方且上大下小的锥形壳体结构，底板和煤层顶板上均开设有若干个上下通透的透气孔，聚气盖板为上小下大的锥形盖结构，第一注气管的出气端同中心竖直向下穿过高压反应釜的顶板、加压囊袋、顶压钢板和聚气盖板并连接在聚气盖板上，水箱和注水泵均设置在高压反应釜外部，水箱的出水口与注水泵的进水口通过出水管连接，注水泵的出水口连接有注水管，注水管的出水口穿过高压反应釜的侧板上侧部并伸入到高压反应釜内，注水管的出水口与加压囊袋的侧部进水口连接，高压反应釜的内壁设置有电加热夹层，温度控制器与电加热夹层信号连接，高压反应釜的底部出气端连接有第二注气管，煤样和煤层顶板之间设有若干个应力传感器，计算机与各个应力传感器信号连接。
[0010]有机质测量装置包括玻璃罩、有机质收集瓶、电子秤和废气收集瓶，电子秤设置在玻璃罩内底部，有机质收集瓶固定支撑在电子秤的顶部，废气收集瓶设置在玻璃罩的外部，有机质收集瓶内中部上侧设置有隔板，隔板将有机质收集瓶内腔上下分隔为两个空腔，有机质收集瓶的内部下侧空腔中装有用于吸收有机质的吸收溶液，有机质收集瓶的内部上侧空腔中填满有用于吸收有机质的吸收材料，第二注气管的下端竖直向下依次穿过玻璃罩的顶板、有机质收集瓶的瓶口、吸收材料和隔板后伸入到吸收溶液中，第二注气管上沿气体流动方向依次设置有第三阀门和单向阀，第二注气管与玻璃罩的顶板之间密封接触，第二注气管与有机质收集瓶的瓶口和隔板之间均具有间隙，玻璃罩的顶板上设有排气口，排气口连接有排气管，废气收集瓶内装有氢氧化钙溶液，排气管的出气端竖直向下穿过废气收集瓶的进气端并伸入到氢氧化钙溶液中，计算机与电子秤信号连接。
[0011]步骤（二）具体为：将煤样酸化，去除煤样中矿物质，酸化方法参考国标GB/T7560
‑
2001，采用盐酸
‑
氢氟酸方法对煤样进行酸化，然后打开高压反应釜，将底板、煤样、煤层顶板、聚气盖板、顶压钢板和加压囊袋由下至上依次铺设在高压反应釜内，煤样质量为m1，在铺设煤样和煤层顶板的过程中，将各个应力传感器均匀放置在煤样和煤层顶板之间，再将第一注气管的出气端同中心竖直向下穿过高压反应釜的顶板、加压囊袋、顶压钢板和聚气盖板并连接在聚气盖板上，关闭高压反应釜，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，使加压囊袋向下施压，加压囊袋通过顶压钢板便向下紧压煤层顶板，煤
层顶板便向下紧压煤样，模拟地压，通过各个应力传感器监测煤样所受的地压。
[0012]步骤（三）具体为：打开温度控制器，启动电加热夹层，通过温度控制器设定电加热夹层的温度，将高压反应釜内部温度设定在31.04℃以上。
[0013]步骤（四）具体为：打开第一阀门和第二阀门，关闭第三阀门，启动注入泵和空气压缩机，注入泵和空气压缩机将二氧化碳钢瓶中的二氧化碳通过第一注气管注入到高压反应釜中且聚集在聚气盖板下方空间，第一气体压力传感器实时监测二氧化碳钢瓶中的压力并传至计算机得以记录，第二气体压力传感器实时监测注入到高压反应釜中的压力，直至高压反应釜中的压力大于7.386MPa，将注入到高压反应釜中的二氧化碳加压成为超临界二氧化碳，关闭第一阀门、第二阀门、注入泵和空气压缩机，停止注入二氧化碳本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.不同地压下二氧化碳与煤中有机质反应速率测试方法，其特征在于：包括以下步骤：一、组装一种二氧化碳与煤中有机质反应速率实验系统，该二氧化碳与煤中有机质反应速率实验系统包括气体注入装置、煤样反应装置和有机质测量装置；二、去除煤样中矿物质后，将煤样和煤层顶板放入煤样反应装置中，并模拟地压；三、设定煤样反应装置内部的温度；四、通过气体注入装置将二氧化碳注入煤样反应装置，直至设计反应压力，使超临界二氧化碳与煤样中有机质反应；五、反应一定时间t后，再将煤样反应装置中反应后的二氧化碳携带有机质注入到有机质测量装置中，通过有机质测量装置测得反应时间为t时超临界二氧化碳对煤中有机质的溶蚀率；六、采用相同质量的同种煤样，将反应时间设计为2t，重复以上实验步骤（二）
‑
（五），测得反应时间为2t时的溶蚀率，计算求出单位时间t的溶蚀率；改变反应时间，重复实验即可得到不同反应时间条件下单位时间t的溶蚀率，进而得出在该地压、温度压力条件下二氧化碳与煤中有机质反应速率；七、改变地压、温度、反应压力和煤样，重复实验，得出不同反应条件下二氧化碳与煤中有机质反应速率。2.根据权利要求1所述的不同地压下二氧化碳与煤中有机质反应速率测试方法，其特征在于：该二氧化碳与煤中有机质反应速率实验系统还包括二氧化碳钢瓶和计算机，二氧化碳钢瓶的顶部出气端通过气体注入装置与煤样反应装置的进气端连接，煤样反应装置的出气端与有机质测量装置的进气端连接，计算机分别与气体注入装置、煤样反应装置和有机质测量装置信号连接。3.根据权利要求2所述的不同地压下二氧化碳与煤中有机质反应速率测试方法，其特征在于：气体注入装置包括第一注气管和空气压缩机，第一注气管的进气端与二氧化碳钢瓶的顶部出气端连接，第一注气管的出气端与煤样反应装置的进气端连接，第一注气管上沿气体流动方向依次设置有第一阀门、第一气体压力传感器、注入泵、第二阀门和第二气体压力传感器，空气压缩机与注入泵通过气压管路连接，空气压缩机提供压缩动力给注入泵并控制注入泵工作，计算机分别与第一气体压力传感器和第二气体压力传感器信号连接。4.根据权利要求3所述的不同地压下二氧化碳与煤中有机质反应速率测试方法，其特征在于：煤样反应装置包括高压反应釜、水箱、注水泵和温度控制器，高压反应釜采用特制钢材制成，高压反应釜内由下至上依次铺设有底板、煤样、煤层顶板、聚气盖板、顶压钢板和加压囊袋，加压囊袋的顶部与高压反应釜的顶板内壁接触，高压反应釜的底部一体成型有位于底板下方且上大下小的锥形壳体结构，底板和煤层顶板上均开设有若干个上下通透的透气孔，聚气盖板为上小下大的锥形盖结构，第一注气管的出气端同中心竖直向下穿过高压反应釜的顶板、加压囊袋、顶压钢板和聚气盖板并连接在聚气盖板上，水箱和注水泵均设置在高压反应釜外部，水箱的出水口与注水泵的进水口通过出水管连接，注水泵的出水口连接有注水管，注水管的出水口穿过高压反应釜的侧板上侧部并伸入到高压反应釜内，注水管的出水口与加压囊袋的侧部进水口连接，高压反应釜的内壁设置有电加热夹层，温度控制器与电加热夹层信号连接，高压反应釜的底部出气端连接有第二注气管，煤样和煤层顶板之间设有若干个应力传感器，计算机与各个应力传感器信号连接。
5.根据权利要求4所述的不同地压下二氧化碳与煤中有机质反应速率测试方法，其特征在于：有机质测量装置包括玻璃罩、有机质收集瓶、电子秤和废气收集瓶，电子秤设置在玻璃罩内底部，有机质收集瓶固定支撑在电子秤的顶部，废气收集瓶设置在玻璃罩的外部，有机质收集瓶内中部上侧设置有隔板，隔板将有机质收集瓶内腔上下分隔为两个空腔，有机质收集瓶的内部下侧空腔中装有用于吸收有机质的吸收溶液，有机质...

【专利技术属性】
技术研发人员：吉小峰，贺永亮，李全中，简阔，李昊楠，王向阳，任洵杰，刘敏，王昱叡，
申请(专利权)人：太原科技大学，
类型：发明
国别省市：