【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及煤层注水及co2封存模拟试验，更具体的说是涉及一种煤体多流体驱替渗流的试验系统及试验方法。
技术介绍
1、在煤炭开采过程中，高瓦斯、低渗透性的煤层普遍存在，这些煤层的特性给瓦斯抽采技术的应用效果产生了显著影响。煤层注水是一种提高低渗透煤层瓦斯抽采效率的技术。通过向煤层注入高压水，可以增加煤体的孔隙率和渗透率，从而提高瓦斯的解吸和抽采效率。注水过程中，水分的注入能够驱替煤层中的瓦斯，增加瓦斯的流动性，并通过水的置换作用解吸吸附在煤体表面的瓦斯。此外，co2封存技术可有效减少大气中的co2浓度，对抗全球气候变化。该技术通过将co2注入深部煤层，以实现co2长期封存。在co2封存过程中，co2可以驱替储层中的流体，如水或油，从而提高储层的co2饱和度。co2封存不仅可以减少温室气体排放，还可以增强油气采收率。当前缺乏对低渗透煤层多流体驱替机理的深入研究，对于低渗透性的煤层瓦斯抽采效果难以达到预期。为此，需要一种能够模拟煤体多流体驱替渗流系统，并模拟“水-气”、“气-水”、“气-气”驱替渗流过程，为研究低渗透煤层复杂条件下多流体驱替特性提供依据。
技术实现思路
1、为了模拟低渗透煤层多流体驱替渗流的过程，本专利技术提供了一种煤体多流体驱替渗流的试验系统及试验方法，具体技术方案如下：
2、一种煤体多流体驱替渗流的试验系统，包括气体注入单元、液体注入单元、高压渗流单元、数据监测单元和废气收集单元；所述气体注入单元用于向所述高压渗流单元注入多种气体；所述液体注入单元用于
3、进一步地，所述气体注入单元包括ch4气瓶、co2气瓶、ar气瓶和气体分流器；所述ch4气瓶、co2气瓶、ar气瓶分别通过管道与所述气体分流器相连；所述ch4气瓶与气体分流器连通管道上依次设有第一压力控制器和ch4气体流量计；所述co2气瓶与气体分流器连通管道上依次设有第二压力控制器和co2气体流量计；所述ar气瓶与气体分流器连通管道上依次设有第三压力控制器和ar气体流量计；所述气体分流器出口连通所述岩心夹持器注入端。
4、进一步地，所述气体分流器上设有三个开关，分别连通ch4气瓶、co2气瓶和ar气瓶。
5、进一步地，所述液体注入单元包括水槽和恒速恒压泵，所述水槽连通所述恒速恒压泵入液口；所述恒速恒压泵出液口连通所述岩心夹持器注入端。
6、进一步地，所述岩心夹持器包括壳体、夹持套、夹持柱、导管、氟橡胶套和密封套；所述夹持套设置于所述壳体上下侧，用于夹持所述壳体；所述夹持套中心设置有夹持柱，上下两所述夹持柱向中心贯穿所述壳体；所述氟橡胶套裹设于煤样试件外侧，用于夹紧煤样试件，两端分别裹设于所述夹持柱外侧；所述密封套设置于所述氟橡胶套两端，用于箍紧所述氟橡胶套于所述夹持柱上；所述夹持柱中心贯穿设置所述导管；上侧所述导管一端设有流体注入口，用于连通所述气体注入单元和液体注入单元。
7、进一步地，上侧所述夹持柱下端面为流体注入界面，设有“米”字圆环设计的放射槽，所述导管下端的注入口设置于放射槽的中心位置，周围连通所述放射槽。
8、进一步地，所述高压渗流单元还包括围压装置和真空泵；下侧所述导管一端设有流体出口，用于连通所述真空泵；所述围压装置用于为煤样试件提供围压，包括油压泵和油槽；所述壳体左侧设有围压口，所述氟橡胶套、所述密封套与所述壳体侧壁之间形成储油空间；所述围压口外侧连通所述油压泵一端，用于连通所述油压泵与所述储油空间；所述油压泵另一端连通油槽。
9、进一步地，废气收集单元包括气液分离器、干燥器和废气收集装置；所述气液分离器上端入口通过三通管道连通所述真空泵入口前管道，上端出口通过管道连通所述干燥器，下端收集液体，上端气体进入所述干燥器中；所述干燥器另一端连通废气收集装置。
10、进一步地，数据监测单元包括压力跟踪泵、第一压力传感器、第二压力传感器、气液两相流量计、电子天平和数据收集中心；所述第一压力传感器设置于所述岩心夹持器注入端，用于检测岩心夹持器的注入压力；所述压力跟踪泵连通所述高压渗流单元，用于保持煤样试件内外压力差恒定；所述岩心夹持器出口管道上依次设置第二压力传感器和气液两相流量计，监测岩心夹持器出口管道的气液两相混合流体总流量；所述电子天平连通所述废气收集单元，用于称量岩心夹持器排出液体的质量；所述压力跟踪泵、第一压力传感器、第二压力传感器、气液两相流量计以及电子天平均通过传输线连接所述数据收集中心。
11、一种煤体多流体驱替渗流的试验方法，利用所述的煤体多流体驱替渗流的试验系统，包括：
12、(1)水驱替甲烷渗流试验
13、步骤a.选取煤层样本，制作煤样并将煤样试件放置于岩芯夹持器内，连接管道；
14、步骤b.打开真空泵排空岩芯夹持器内气体，关闭真空泵，启动油压泵至设定压力，关闭油压泵，打开气体分流器的ar开关，打开ar气瓶至设定压力，关闭ar气瓶，打开岩芯夹持器出气口，记录压力流量数据；
15、步骤c.打开真空泵排空岩芯夹持器内气体，关闭真空泵，打开气体分流器的ch4开关，打开ch4气瓶至设定值，吸附24小时，启动恒速恒压泵注入液体至设定值，启动压力跟踪泵保持设定压力差值，记录压力数据；
16、步骤d.打开岩芯夹持器出口，记录流体流量数据，通过气液分离器与电子天平记录排出液体质量，静置48小时；
17、步骤e.打开ar气瓶至设定压力，打开岩芯夹持器出气口，记录压力流量数据；
18、(2)co2驱替水渗流试验
19、步骤a.选取煤层样本，制作煤样并将煤样试件放置于岩芯夹持器内，连接管道；
20、步骤b.打开真空泵排空岩芯夹持器内气体，关闭真空泵，启动油压泵至设定压力，关闭油压泵，打开气体分流器的ar开关，打开ar气瓶至设定压力，关闭ar气瓶，打开岩芯夹持器出气口，记录压力流量数据；
21、步骤c.打开真空泵排空岩芯夹持器内气体，关闭真空泵，启动恒速恒压泵注入液体至设定值，打开气体分流器的co2开关，打开co2气瓶至设定值，启动压力跟踪泵保持设定压力差值，记录数据；
22、步骤d.打开岩芯夹持器出口，记录流体流量数据，通过气液分离器与电子天平记录排出液体质量，静置48小时；
23、步骤e.打开ar气瓶至设定压力，打开岩芯夹持器出口，记录压力流量数据；
24、(3)co2驱替甲烷渗流试验
25、步骤a.选取煤层样本，制作煤样并将煤样试件放置于岩芯夹持器内，连接管道；
26、步骤b.打开真空泵排空岩芯夹持器内气体，关闭真空泵，启动油压泵至设定压力，关闭油压泵，打开气体分流器的ar开关，打开ar气瓶至设定压本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种煤体多流体驱替渗流的试验系统，其特征在于，包括气体注入单元、液体注入单元、高压渗流单元、数据监测单元和废气收集单元；所述气体注入单元用于向所述高压渗流单元注入多种气体；所述液体注入单元用于向所述高压渗流单元中恒速恒压注入液体；所述高压渗流单元包括岩心夹持器(13)，用于夹持煤样试件；所述废气收集单元用于收集所述高压渗流单元排出的液体和气体，所述数据监测单元用于检测所述高压渗流单元排出的液体质量以及记录收集所述高压渗流单元的压力和流量数据。
2.根据权利要求1所述的煤体多流体驱替渗流的试验系统，其特征在于，所述气体注入单元包括CH4气瓶(1)、CO2气瓶(3)、Ar气瓶(5)和气体分流器(10)；所述CH4气瓶(1)、CO2气瓶(3)、Ar气瓶(5)分别通过管道与所述气体分流器(10)相连；所述CH4气瓶(1)与气体分流器(10)连通管道上依次设有第一压力控制器(2)和CH4气体流量计(9)；所述CO2气瓶(3)与气体分流器(10)连通管道上依次设有第二压力控制器(4)和CO2气体流量计(8)；所述Ar气瓶(5)与气体分流器(10)连通管道上依次设有第三压力控制
3.根据权利要求2所述的煤体多流体驱替渗流的试验系统，其特征在于，所述气体分流器(10)上设有三个开关，分别连通CH4气瓶(1)、CO2气瓶(3)和Ar气瓶(5)。
4.根据权利要求1所述的煤体多流体驱替渗流的试验系统，其特征在于，所述液体注入单元包括水槽(19)和恒速恒压泵(21)，所述水槽(19)连通所述恒速恒压泵(21)入液口；所述恒速恒压泵(21)出液口连通所述岩心夹持器(13)注入端。
5.根据权利要求1所述的煤体多流体驱替渗流的试验系统，其特征在于，所述岩心夹持器(13)包括壳体(42)、夹持套(44)、夹持柱(48)、导管(37)、氟橡胶套(38)和密封套(36)；所述夹持套(44)设置于所述壳体(42)上下侧，用于夹持所述壳体(42)；所述夹持套(44)中心设置有夹持柱(48)，上下两所述夹持柱(48)向中心贯穿所述壳体(42)；所述氟橡胶套(38)裹设于煤样试件外侧，用于夹紧煤样试件，两端分别裹设于所述夹持柱(48)外侧；所述密封套(36)设置于所述氟橡胶套(38)两端，用于箍紧所述氟橡胶套(38)于所述夹持柱(48)上；所述夹持柱(48)中心贯穿设置所述导管(37)；上侧所述导管(37)一端设有流体注入口(35)，用于连通所述气体注入单元和液体注入单元。
6.根据权利要求5所述的煤体多流体驱替渗流的试验系统，其特征在于，上侧所述夹持柱(48)下端面为流体注入界面，设有“米”字圆环设计的放射槽(46)，所述导管(37)下端的注入口(47)设置于放射槽(46)的中心位置，周围连通所述放射槽(46)。
7.根据权利要求5所述的煤体多流体驱替渗流的试验系统，其特征在于，所述高压渗流单元还包括围压装置和真空泵(16)；下侧所述导管(37)一端设有流体出口(45)，用于连通所述真空泵(16)；所述围压装置用于为煤样试件提供围压，包括油压泵(26)和油槽(23)；所述壳体(42)左侧设有围压口(40)，所述氟橡胶套(38)、所述密封套(36)与所述壳体(42)侧壁之间形成储油空间(39)；所述围压口(40)外侧连通所述油压泵(26)一端，用于连通所述油压泵(26)与所述储油空间(39)；所述油压泵(26)另一端连通油槽(23)。
8.根据权利要求7所述的煤体多流体驱替渗流的试验系统，其特征在于，废气收集单元包括气液分离器(31)、干燥器(34)和废气收集装置(18)；所述气液分离器(31)上端入口通过三通管道连通所述真空泵(16)入口前管道，上端出口通过管道连通所述干燥器(34)，下端收集液体，上端气体进入所述干燥器(34)中；所述干燥器(34)另一端连通废气收集装置(18)。
9.根据权利要求1所述的煤体多流体驱替渗流的试验系统，其特征在于，数据监测单元包括压力跟踪泵(14)、第一压力传感器(12)、第二压力传感器(27)、气液两相流量计(29)、电子天平(33)和数据收集中心(17)；所述第一压力传感器(12)设置于所述岩心夹持器(13)注入端，用于检测岩心夹持器(13)的注入压力；所述压力跟踪泵(14)连通所述高压渗流单元，用于保持煤样试件内外压力差恒定；所述岩心夹持器(13)出口管道上依次设置第二压力传感器(27)和气液两相流量计(29)，监测岩心夹持器(13)出口管道的气液两相混合流体总流量；所述电子天平(33)连通所述废气收集单元，用于称量岩心夹持器(1...
【技术特征摘要】
1.一种煤体多流体驱替渗流的试验系统，其特征在于，包括气体注入单元、液体注入单元、高压渗流单元、数据监测单元和废气收集单元；所述气体注入单元用于向所述高压渗流单元注入多种气体；所述液体注入单元用于向所述高压渗流单元中恒速恒压注入液体；所述高压渗流单元包括岩心夹持器(13)，用于夹持煤样试件；所述废气收集单元用于收集所述高压渗流单元排出的液体和气体，所述数据监测单元用于检测所述高压渗流单元排出的液体质量以及记录收集所述高压渗流单元的压力和流量数据。
2.根据权利要求1所述的煤体多流体驱替渗流的试验系统，其特征在于，所述气体注入单元包括ch4气瓶(1)、co2气瓶(3)、ar气瓶(5)和气体分流器(10)；所述ch4气瓶(1)、co2气瓶(3)、ar气瓶(5)分别通过管道与所述气体分流器(10)相连；所述ch4气瓶(1)与气体分流器(10)连通管道上依次设有第一压力控制器(2)和ch4气体流量计(9)；所述co2气瓶(3)与气体分流器(10)连通管道上依次设有第二压力控制器(4)和co2气体流量计(8)；所述ar气瓶(5)与气体分流器(10)连通管道上依次设有第三压力控制器(6)和ar气体流量计(7)；所述气体分流器(10)出口连通所述岩心夹持器(13)注入端。
3.根据权利要求2所述的煤体多流体驱替渗流的试验系统，其特征在于，所述气体分流器(10)上设有三个开关，分别连通ch4气瓶(1)、co2气瓶(3)和ar气瓶(5)。
4.根据权利要求1所述的煤体多流体驱替渗流的试验系统，其特征在于，所述液体注入单元包括水槽(19)和恒速恒压泵(21)，所述水槽(19)连通所述恒速恒压泵(21)入液口；所述恒速恒压泵(21)出液口连通所述岩心夹持器(13)注入端。
5.根据权利要求1所述的煤体多流体驱替渗流的试验系统，其特征在于，所述岩心夹持器(13)包括壳体(42)、夹持套(44)、夹持柱(48)、导管(37)、氟橡胶套(38)和密封套(36)；所述夹持套(44)设置于所述壳体(42)上下侧，用于夹持所述壳体(42)；所述夹持套(44)中心设置有夹持柱(48)，上下两所述夹持柱(48)向中心贯穿所述壳体(42)；所述氟橡胶套(38)裹设于煤样试件外侧，用于夹紧煤样试件，两端分别裹设于所述夹持柱(48)外侧；所述密封套(36)设置于所述氟橡胶套(38)两端，用于箍紧所述氟橡胶套(38)于所述夹持柱(48)上；所述夹持柱(48)中心贯穿设置所述导管(37)；上侧所述导管(37)一端设...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘震，董帅，杨赫，朱慕尧，李正，于泽涵，孙朝晖，刘思睿，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：
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