一种二氧化碳驱替甲烷过程中二氧化碳分布监测模拟系统技术方案

一种二氧化碳驱替甲烷过程中二氧化碳分布监测模拟系统，包括甲烷钢瓶、二氧化碳钢瓶、煤储层模拟系统、气体注入系统和气体监测系统，煤储层模拟系统内设置有煤储层，甲烷钢瓶和二氧化碳钢瓶的出气端均通过气体注入系统与煤储层模拟系统的进气端连接，气体注入系统分别将甲烷和二氧化碳注入到煤储层中，气体监测系统的监测端插设在煤储层中，气体监测系统实时监测煤储层中气体浓度和压力变化。本实用新型专利技术能够模拟真实的煤储层条件，实现不同注入压力和注入流量条件下监测二氧化碳在煤储层中分布规律，为现场二氧化碳煤层封存提供依据。据。据。

【技术实现步骤摘要】
一种二氧化碳驱替甲烷过程中二氧化碳分布监测模拟系统


[0001]本技术涉及二氧化碳地质封存
，具体的说，涉及一种二氧化碳驱替甲烷过程中二氧化碳分布监测模拟系统。

技术介绍

[0002]近年来，由于二氧化碳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，亟待采取积极措施促使温室气体实现“净零排放”，即人为移除与人为排放之间实现平衡，也称为“碳中和（Carbon Neutrality）”。煤层CO2地质存储与CH4强化开采（CO2‑
ECBM）通过将二氧化碳注入煤层，驱替煤层中的甲烷，具有经济和环境双重效益，受到国内外广泛关注。
[0003]二氧化碳注入煤层后，二氧化碳在煤层中如何分布，不同的注入压力等条件如何影响二氧化碳的分布，人们不能给予比较客观的评价，如何实现二氧化碳在煤层中的分布监测，成为人们亟需解决的问题。

技术实现思路

[0004]本技术的目的是提供一种二氧化碳驱替甲烷过程中二氧化碳分布监测模拟系统，本技术能够模拟真实的煤储层条件，实现不同注入压力和注入流量条件下监测二氧化碳在煤储层中分布规律，即监测二氧化碳驱替甲烷过程中二氧化碳在煤储层中的扩散情况，降低投资风险，为现场二氧化碳煤层封存提供依据。
[0005]为实现上述目的，本技术采用如下技术方案：
[0006]一种二氧化碳驱替甲烷过程中二氧化碳分布监测模拟系统，包括甲烷钢瓶、二氧化碳钢瓶、煤储层模拟系统、气体注入系统和气体监测系统，煤储层模拟系统内设置有煤储层，甲烷钢瓶和二氧化碳钢瓶的出气端均通过气体注入系统与煤储层模拟系统的进气端连接，气体注入系统分别将甲烷和二氧化碳注入到煤储层中，气体监测系统的监测端插设在煤储层中，气体监测系统实时监测煤储层中气体浓度和压力变化。
[0007]煤储层模拟系统包括箱体、水箱、注水泵和温度控制器，箱体的前侧敞口，箱体的前侧口左右滑动设置有推拉门，箱体和推拉门均采用钢化玻璃制成，箱体内由下至上依次铺设有煤层底板、煤储层、若干层不同类型的煤层顶板、均压钢板和加压囊袋，加压囊袋的顶部与箱体顶板内壁接触，水箱和注水泵均设置在箱体外部，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箱体的侧板上侧部并伸入到箱体内，注水管的出水口与加压囊袋的侧部进水口连接，箱体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。
[0008]气体注入系统包括第一注气管，甲烷钢瓶的顶部出气端与第一注气管的进气端连接，第一注气管的出气端同中心竖直向下穿过箱体的顶板、加压囊袋、均压钢板和各层煤层顶板并插入到煤储层中，第一注气管上沿气体流动方向依次设置有第一阀门、第一注入泵、流量传感器、第二阀门和第一气体压力传感器，二氧化碳钢瓶的顶部出气端连接有第二注
气管，第二注气管的出气端连接在第一注入泵和流量传感器之间的第一注气管上，第二注气管上沿气体流动方向依次设置有第三阀门和第二注入泵。
[0009]气体监测系统包括计算机、若干根色谱取样管和若干根压力取样管，各根色谱取样管和各根压力取样管均呈若干个同心圆均匀排列竖直贯穿煤层底板布置，位于同一圆周上的色谱取样管和压力取样管在圆周方向上间隔布置，各根色谱取样管和各根压力取样管的上端均插入到煤储层中，各根色谱取样管的下端均连接有气相色谱仪，各根压力取样管的下端均连接有第二气体压力传感器，计算机分别与第一气体压力传感器、气相色谱仪和各个第二气体压力传感器信号连接。
[0010]采用上述技术方案，一种二氧化碳驱替甲烷过程中二氧化碳分布监测模拟方法，具体包括以下步骤：
[0011]一、组装该二氧化碳驱替甲烷过程中二氧化碳分布监测模拟系统；
[0012]二、根据真实煤层顶板类型，通过煤储层模拟系统制备煤储层和煤层顶板，并模拟真实顶板压力；
[0013]三、通过气体注入系统将甲烷注入到煤储层中，甲烷在煤储层中扩散，直至达到设计压力；
[0014]四、通过气体注入系统将二氧化碳注入到煤储层中，二氧化碳开始进入煤储层中扩散并驱替甲烷，直至达到设计压力；
[0015]五、在二氧化碳注入过程中，通过气体监测系统实时监测煤储层中不同位置的气体浓度变化和压力变化，根据监测结果，分析二氧化碳在煤储层中分布规律；
[0016]六、改变气体注入压力、注入流量和顶板压力，模拟不同煤储层条件，重复以上实验步骤，分析气体注入压力、注入流量和顶板压力对煤储层中二氧化碳分布的影响。
[0017]步骤（二）具体为：打开推拉门，根据真实煤层顶板类型，按照相似比，将煤层底板、煤储层、各层煤层顶板、均压钢板和加压囊袋由下至上依次铺设在箱体内部，在铺设煤层底板和煤储层的过程中，将各根色谱取样管和各根压力取样管均呈若干个同心圆均匀排列竖直贯穿煤层底板布置，各根色谱取样管和各根压力取样管的上端均插入到煤储层中，然后第一注气管的出气端同中心竖直向下穿过箱体的顶板、加压囊袋、均压钢板和各层煤层顶板并插入到煤储层中，关闭推拉门，再通过温度控制器调节电加热夹层，使箱体内部温度调至设计温度，模拟地下不同地层温度，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，模拟真实煤层压力。
[0018]步骤（三）具体为：打开第一阀门和第二阀门，启动第一注入泵，第一注入泵将甲烷钢瓶中的甲烷通过第一注气管注入到煤储层中，通过流量传感器实时监测甲烷的注入流量，通过第一气体压力传感器实时监测甲烷的注入压力，当达到设计压力时，关闭第一阀门、第二阀门和第一注入泵，停止注入甲烷。
[0019]步骤（四）具体为：打开第二阀门和第三阀门，启动第二注入泵，第二注入泵将二氧化碳钢瓶中的二氧化碳通过第二注气管和第一注气管注入到煤储层中，则二氧化碳开始进入煤储层中扩散并驱替甲烷，通过流量传感器实时监测二氧化碳的注入流量，通过第一气体压力传感器实时监测二氧化碳的注入压力，当达到设计压力时，关闭第二阀门、第三阀门和第二注入泵，停止注入二氧化碳。
[0020]步骤（五）具体为：在二氧化碳注入过程中，各个气相色谱仪分别通过相应的各根
色谱取样管实时监测煤储层中不同位置的气体浓度变化，即分别得到煤储层不同位置的二氧化碳浓度和甲烷浓度，同时各个第二气体压力传感器分别通过相应的各根压力取样管实时监测煤储层中不同位置的气体压力变化，计算机记录各个气相色谱仪和各个第二气体压力传感器监测的数据，并根据监测结果，那么，在煤储层不同位置的二氧化碳的压力和甲烷压力均可计算得到，由此得出二氧化碳在煤储层中不同位置的分布规律。
[0021]本技术相对现有技术具有实质性特点和进步，具体地说，本技术能够模拟真实的煤储层条件，实现不同注入压力和注入流量条件下监测二氧化碳在煤储层中分布规律，即监测二氧化碳驱替甲烷过程中二氧化碳在煤储层中的扩散情况，降低投资风险，为现场二氧化碳煤层封存提供依据。
[0022]箱体和推拉门均采用钢化玻璃制成，钢化玻璃不但能够承受一定的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二氧化碳驱替甲烷过程中二氧化碳分布监测模拟系统，其特征在于：包括甲烷钢瓶、二氧化碳钢瓶、煤储层模拟系统、气体注入系统和气体监测系统，煤储层模拟系统内设置有煤储层，甲烷钢瓶和二氧化碳钢瓶的出气端均通过气体注入系统与煤储层模拟系统的进气端连接，气体注入系统分别将甲烷和二氧化碳注入到煤储层中，气体监测系统的监测端插设在煤储层中，气体监测系统实时监测煤储层中气体浓度和压力变化。2.根据权利要求1所述的二氧化碳驱替甲烷过程中二氧化碳分布监测模拟系统，其特征在于：煤储层模拟系统包括箱体、水箱、注水泵和温度控制器，箱体的前侧敞口，箱体的前侧口左右滑动设置有推拉门，箱体和推拉门均采用钢化玻璃制成，箱体内由下至上依次铺设有煤层底板、煤储层、若干层不同类型的煤层顶板、均压钢板和加压囊袋，加压囊袋的顶部与箱体顶板内壁接触，水箱和注水泵均设置在箱体外部，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箱体的侧板上侧部并伸入到箱体内，注水管的出水口与加压囊袋的侧部进水口连接，箱体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。3.根据权利要求2所述的二氧化...

【专利技术属性】
技术研发人员：李昊楠，王向阳，王昱叡，李全中，任洵杰，耿进军，刘敏，郭潮彬，陈宜红，吉柯南，张紫微，
申请(专利权)人：山西工程技术学院，
类型：新型
国别省市：