CO2闷压条件下CH4解吸检测设备及其检测方法技术

本发明专利技术公开了CO2闷压条件下CH4解吸检测设备及其检测方法，包括CO2气源、CH4气源、He气源、参考腔体、样品腔体和气体回收设备，所述CH4气源和He气源与气体回收设备之间装配有主管路，主管路装配有高精度气体流量计；所述参考腔体和样品腔体的内部均设置有恒温机构，所述样品腔体的内部装配有围压加压机构和轴压加压机构，且所述样品腔体的外侧装配有核磁共振系统。本发明专利技术的有益效果是：能够快速并更准确地测量并实时监测二氧化闷压后CH4解吸过程中吸附态CH4和游离态CH4之间的相互转化量；能够通过定量评价不同CO2闷压时长条件下CH4的解吸效率和CO2的驱替效率，快速确定不同煤储层条件下的最佳CO2闷压时长。层条件下的最佳CO2闷压时长。层条件下的最佳CO2闷压时长。

【技术实现步骤摘要】
CO2闷压条件下CH4解吸检测设备及其检测方法


[0001]本专利技术涉及CH4解吸检测设备，具体为CO2闷压条件下CH4解吸检测设备及其检测方法，属于CO2的地质利用及煤层气开发领域。

技术介绍

[0002]CO2的捕集、利用和封存是实现化石能源零排放的有效措施，能够在较短时间内达到减排CO2的目的，受到国际社会的高度重视。利用CO2驱替深部煤层气不仅为封存人类活动产生的大量CO2提供了场所，而且还提高了煤层气的采收率，具有环境和经济上的双重效益。中国于2010年首次完成CO2开采煤层气项目，成为继美国、加拿大之后的第三个掌握深部煤层注入CO2开采煤层气技术的国家。目前我国在进行CO2驱替煤层气方面做了许多微型的先导性实验。
[0003]由于中国大部分煤层往往具有较低孔隙度和渗透率的特征，导致气体在煤储层中的流动性很差，在CO2驱替置换煤层CH4实践中不能迅速置换完全，与现场实践仍有一定的差距。向煤层中注CO2进行闷压从而提高CH4解吸效率是现场实践中常用的手段，大多数学者都采用了数值模拟手段进行CO2驱替模拟，对现场实践中大部分细节进行了简化，与实施相差较大。然而，CO2注入的煤层往往是较深区域，大部分条件下CO2已处于超临界状态，现场注入CO2的闷压时长对煤层气解吸效率的影响尚不明确，当前缺少一种确定CO2最佳闷压时长的方法用以现场实践。只有确定最佳闷压时长才能有效提高CO2驱替煤层CH4的效率，从而达到高效驱替封存的效果。为此，需要探索一种快速确定原位储层条件下注入CO2最佳闷压时长的方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的就在于为了解决上述问题而提供CO2闷压条件下CH4解吸检测设备及其检测方法，能够快速并更准确地测量并实时监测二氧化闷压后CH4解吸过程中吸附态CH4和游离态CH4之间的相互转化量；能够通过定量评价不同CO2闷压时长条件下CH4的解吸效率和CO2的驱替效率，快速确定不同煤储层条件下的最佳CO2闷压时长。。
[0005]本专利技术通过以下技术方案来实现上述目的，CO2闷压条件下CH4解吸检测设备及其检测方法，包括CO2气源、CH4气源、He气源、参考腔体、样品腔体和气体回收设备，所述CH4气源和He气源与气体回收设备之间装配有主管路，主管路装配有高精度气体流量计；
[0006]所述CO2气源、参考腔体和样品腔体与主管路之间分别装配有第一支管、第二支管和第三支管；
[0007]所述参考腔体和样品腔体的内部均设置有恒温机构，所述样品腔体的内部装配有围压加压机构和轴压加压机构，且所述样品腔体的外侧装配有核磁共振系统。
[0008]优选的，所述主管路上还装配有中间容器，且所述CH4气源和He气源与中间容器之间装配有增压泵。
[0009]优选的，所述参考腔体与主管路之间装配有参考腔压力计。
[0010]优选的，所述主管路上还装配有温度感应器；
[0011]且所述温度感应器与气体回收设备之间装配有真空泵。
[0012]CO2闷压条件下CH4解吸检测设备的检测方法，包括以下步骤：
[0013]S1、首先打开参考腔体的阀门和样品腔体的阀门，通过He气源向参考腔体和样品腔体的体内注入略高于实验最高压力的氦气，关闭参考腔体的阀门和样品腔体的阀门，静待10分钟压力稳定后观察两腔体内压力在2小时之内不发生变化则气密性达到要求，并且利用排水法测量腔体体积，反复测量3次取平均作为最终腔体体积；
[0014]S2、随后将样品放入样品腔体，调整恒温机构将实验温度设置为35℃，轴压加压机构将轴压加载至12MPa，围压加压机构将围压加载至12MPa，通过核磁共振系统测量无气体状态下样品核磁共振T2谱，以确定样品中的水分含量，随后通过CH4气源将CH4注入到参考腔体内，注入CH4压力设为16MPa，打开参考腔体与样品腔体的连接阀门，使样品腔体内CH4压力达到8MPa，直至煤样完全吸附饱和后(连续两次测量结果几乎无差异)逐级降低样品腔体压力直至废弃井压力(1.1MPa)，压力降至7MPa、5MPa、3MPa，2MPa以及1.1MPa并稳定时，期间每30min测量一次样品腔核磁共振T2谱，直至CH4完全吸附或解吸；
[0015]S3、将吸附饱和的煤样注入10MPa CO2进行闷压处理，分别进行闷压时长为2小时、4小时、8小时、16小时的闷压和解吸实验，闷压过程中每隔30min测量核磁T2谱；闷压完成后，逐级降低样品腔压力直至废弃井压力(1.1MPa)，压力降至7MPa、5MPa、3MPa，2MPa以及1.1MPa并稳定时，测量样品腔体内核磁共振T2谱，直至CH4完全解吸；最后根据闷压解吸后CH4的T2谱变化计算出CH4吸附态和游离态转化数据，从而获得CH4的解吸效率，确定最佳CO2闷压时长。
[0016]本专利技术的有益效果是：低场核磁共振技术可探测到CH4的氢原子，核磁信号的幅度与CH4的质量成正比。煤样中的CH4大致可分为吸附态和游离态，在核磁T2谱中吸附态CH4对应第一个峰值信号，之后的1个或2个峰值信号代表吸附态CH4。通过低场核磁共振技术来监测不同CO2闷压时长条件下圆柱形煤样吸附和解吸CH4过程中吸附态和游离态CH4质量变化。CH4在吸附和解吸过程中，T2谱中的峰值会发生变化，代表吸附态CH4和游离态CH4之间的相互转化。在不同CO2闷压时长条件下，CH4状态的转化率不同，对比不同闷压时间作用后CH4自然解吸过程中，单位时间内CH4从吸附态转变为游离态的时长和质量来评价CH4的解吸效率。
[0017]能够快速并更准确地测量并实时监测二氧化闷压后CH4解吸过程中吸附态CH4和游离态CH4之间的相互转化量；能够通过定量评价不同CO2闷压时长条件下CH4的解吸效率和CO2的驱替效率，快速确定不同煤储层条件下的最佳CO2闷压时长。
附图说明
[0018]图1为本专利技术的结构示意图。
[0019]图中：1、CO2气源；2、CH4气源；3、He气源；4、增压泵；5、中间容器；6、参考腔压力计；7、参考腔体；8、高精度气体流量计；9、温度感应器；10、围压加压机构；11、恒温机构；12、轴压加压机构；13、样品腔体；14、核磁共振系统；15、真空泵；16、样品腔压力计；17、气体回收设备。
具体实施方式
[0020]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0021]本专利技术实施例公开CO2闷压条件下CH4解吸检测设备。
[0022]根据附图1所示，包括CO2气源1、CH4气源2、He气源3、参考腔体7、样品腔体13和气体回收设备17，CH4气源2和He气源3与气体回收设备17之间装配有主管路，主管路装配有高精度气体流量计8；
[0023]CO2气源1、参考腔体7和样品腔本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.CO2闷压条件下CH4解吸检测设备，包括CO2气源(1)、CH4气源(2)、He气源(3)、参考腔体(7)、样品腔体(13)和气体回收设备(17)，其特征在于：所述CH4气源(2)和He气源(3)与气体回收设备(17)之间装配有主管路，主管路装配有高精度气体流量计(8)；所述CO2气源(1)、参考腔体(7)和样品腔体(13)与主管路之间分别装配有第一支管、第二支管和第三支管；所述参考腔体(7)和样品腔体(13)的内部均设置有恒温机构(11)，所述样品腔体(13)的内部装配有围压加压机构(10)和轴压加压机构(12)，且所述样品腔体(13)的外侧装配有核磁共振系统(14)。2.根据权利要求1所述的CO2闷压条件下CH4解吸检测设备，其特征在于：所述主管路上还装配有中间容器(5)，且所述CH4气源(2)和He气源(3)与中间容器(5)之间装配有增压泵(4)。3.根据权利要求1所述的CO2闷压条件下CH4解吸检测设备其特征在于：所述参考腔体(7)与主管路之间装配有参考腔压力计(6)。4.根据权利要求1所述的CO2闷压条件下CH4解吸检测设备，其特征在于：所述主管路上还装配有温度感应器(9)；且所述温度感应器(9)与气体回收设备(17)之间装配有真空泵(15)。5.CO2闷压条件下CH4解吸检测设备的检测方法，基于权利要求1
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4任一项所述的CO2闷压条件下CH4解吸检测设备，其特征在于，包括以下步骤：S1、首先打开参考腔体(7)的阀门和样品腔体(13)的阀门，通过He气源(3)向参考腔体(7)和样品腔体(13)的体内注入略高于实验最高压...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵琛，韦波，胡永，李鑫，姜维，
申请(专利权)人：新疆维吾尔自治区煤田地质局一五六煤田地质勘探队，
类型：发明
国别省市：