CN102680373A

CN102680373A - 蒸汽及电加热两用三轴解吸渗透实验装置

Info

Publication number: CN102680373A
Application number: CN2012101611408A
Authority: CN
Inventors: 杨新乐; 李惟慷; 苏畅; 任常在; 戴文智; 张永利; 董子贤
Original assignee: Liaoning Technical University
Current assignee: Liaoning Technical University
Priority date: 2012-05-23
Filing date: 2012-05-23
Publication date: 2012-09-19
Anticipated expiration: 2032-05-23
Also published as: CN102680373B

Abstract

本发明属于煤矿煤层中瓦斯含量实验设备，特别涉及一种蒸汽及电加热两用三轴解吸渗透实验装置。三轴压力室（6）的套筒（26）上端螺纹连接上压帽（7），在套筒（26）下端螺纹连接下压帽（10），在套筒（26）中间处装有煤样（28），煤样（28）的上方装有上压头（27），煤样（28）的下方装有下压头（25），在上压头（27）上的套筒（26）与上压帽（7）连接处装有挡板（8），在上压头（27）的台阶处装活塞（5），在下压帽孔（10-1）中装热电偶传感器（9），在上压头（27）和煤样（28）装电加热器（30），在上、下压头（27、25）及煤样（28）中设蒸汽通道（21），上压头气孔（27-1）用管路（18）和调压阀（13）连接甲烷气瓶（15），使吸附瓦斯量降低，增大煤层内瓦斯解吸量和渗透量。

Description

蒸汽及电加热两用三轴解吸渗透实验装置

技术领域

本发明属于煤矿煤层中瓦斯含量实验设备，特别涉及一种蒸汽及电加热两用三轴解吸渗透实验装置。

背景技术

煤矿瓦斯对煤矿安全生产是重大威胁，但如果加以利用又是优质清洁能源，搞好煤层气的抽采利用，就可以化害为利、变废为宝。

我国地质条件复杂，煤层气储层具有低压、低渗、低饱和、高含气量的特征，除沁水盆款曲部和阜新、铁法矿区等极少数煤储层高渗透地区的煤层气进入商业开发外，绝大多数煤炭产区煤层气井未能达到工业生产气流的要求，其中最为关键的问题是我国煤储层渗透率普遍偏低，煤层气产出过程是一个经历解吸-扩散-渗流的复杂过程，目前已陆续在低渗透煤层气田上开展试验的增产措施主要有水力压裂、注气开采和羽状水平分支井技术等。但上述技术的应用目前均存在一定的局限性，例如，水力压裂技术仅适用于相对坚硬的裂缝性储层煤层气开采，对煤层软、孔隙裂缝复杂的煤储层，水力化作用十分有限，而且由于煤层具有很强的吸水性，煤层吸水后***，支撑剂嵌入煤层，泄压后易造成压裂缝重新闭合；注气开采通过向煤层中注入CO₂气体通过竞相吸附原理增产煤层气效果明显，但CO₂气源和经济性使其应用范围十分有限；羽状水平井仅是通过煤储层钻孔的方法，减小了煤层气进入井筒的阻力，但从根本上并未改变煤储层低渗透性质。通过人为卸压技术，使处于煤层之间的游离态的瓦斯渗透出来，可一定程度上提高瓦斯抽采量；但煤层中以游离态存在的瓦斯气体仅占有整个煤层瓦斯气体量的10%~20%，通常吸附瓦斯量占80%~90%，利用水力压裂技术抽采的瓦斯量较小，大部分吸附状态的瓦斯会随着煤层的开采而被排放到大气，使瓦斯资源不能得到很好的利用。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术不足，提供一种可准确获得煤岩中瓦斯含量渗透率解吸量性能参数，操作方便的蒸汽及电加热两用三轴解吸渗透实验装置。

本发明解决技术问题采用的技术方案是：蒸汽及电加热两用三轴解吸渗透实验装置包括：蒸汽发生器、水箱、油箱、高压油泵、体积流量计一、二、温控表、管路、导线、电加热器、热电偶传感器，其特点是三轴压力室的套筒上端螺纹连接上压帽，在套筒下端螺纹连接下压帽，在套筒中间处装有煤样，煤样的上方装有上压头，煤样的下方装有下压头，在上压头上的套筒与上压帽连接处装有挡板，在上压头的台阶处装活塞，在上压帽的顶端壁上设有上压帽孔，在下压帽的下端壁上设下压帽孔，在下压帽孔中装热电偶传感器，在上、下压头轴向均设有上、下压头气孔，在用电加热的装置中的上压头和煤样同中心孔中装电加热器，电加热器和热电偶传感器分别用导线连接温控表，在蒸汽加热的装置中的上、下压头及煤样的同中心孔中设蒸汽通道，蒸汽通道上方用管路连接蒸汽控制阀，蒸汽控制阀另一端连接蒸汽发生器，蒸汽通孔的下端连接冷凝器和气液分离器，冷凝器和气液分离器连接水箱上方，下压头气孔用真空泵控制阀连接体积流量计二和真空泵，上压头气孔用管路和调压阀连接甲烷气瓶，六通阀用管路连接上压帽孔、冷凝器、油箱、高压油泵和蒸汽通道，水箱下方用水泵连接蒸汽发生器。

本发明的有益效果是：蒸汽及电加热两用三轴解吸渗透实验装置通过向煤层注入热量增加含瓦斯煤层的温度使瓦斯分子活性增大，已吸附的瓦斯分子易于获得动能，产生脱附现象，使吸附瓦斯量降低，从而增大煤层内瓦斯解吸量和渗透量，采用三轴加载且密封瓦斯、蒸汽、油的煤体密封容器、获得煤体在注入蒸汽或电作用下渗透率及解吸量性能参数，为煤层瓦斯资源的合理抽采和综合利用提供有力技术数据。

附图说明

以下结合附图以实施例具体说明。

图1是蒸汽及电加热两用三轴解吸渗透实验装置的蒸汽加热结构图。

图2是蒸汽及电加热两用三轴解吸渗透实验装置的电加热结构图。

图中，1-蒸汽发生器；2-油箱；3-六通阀；4-蒸汽控制阀；5-活塞；6-三轴压力室；7-上压帽；7-1-上压帽孔；8-挡板；9-热电偶传感器；10-下压帽；10-1-下压帽孔；11-冷凝器；12-温控表；13-调压阀；14-体积流量计一；15-甲烷气瓶；16-气液分离器；17-水箱；18-管路；19-真空泵；20-真空泵控制阀；21-蒸汽通道；22-水泵；22-1-阀门；23-体积流量计二；24-高压油泵；25-下压头；25-1-下压头气孔；26-套筒；27-上压头；27-1-上压头气孔；28-煤样；29-导线；30-电加热器。

具体实施方式

实施例，参照附图1，蒸汽及电加热两用三轴解吸渗透实验装置的蒸汽加热装置中和电加热装置中共用一个套筒26、上、下压帽7、10及套筒26内的装置。蒸汽加热的整个装置是三轴压力室6的套筒26上端螺纹连接上压帽7，在套筒26的下端螺纹连接下压帽10，在套筒26的中间处装有煤样28。煤样28上方装上压头27、煤样28的下方装下压头25、上、下压头27、25分别伸出上、下压帽7、10的中心孔。在上、下压帽7、10和煤样28的中心孔处设蒸汽通道21。在套筒26与上压帽7的连接处装挡板8，在上压头27的台阶处装活塞5，在上压帽7的顶端壁上设有上压帽孔7-1，下压帽10的下端壁上设下压帽孔10-1，在下压帽孔10-1中装热电偶传感器9，热电偶传感器9连接温控表12，蒸汽通道21的上方用管路18连接蒸汽控制阀4，蒸汽控制阀4另一端用管路18连接蒸汽发生器1。蒸汽通道21的下方连接冷凝器11和气液分离器16，气液分离器16连接体积流量计一14。三轴压力室6上的上压帽气孔7-1用管路18连接冷凝器11，冷凝器11和气液分离器16连接水箱17上方。在上压头气孔27-1上方用管路 18和调压阀13连接甲烷气瓶15。三轴压力室6下方的下压头气孔25-1连接真空泵控制阀20，真空泵控制阀20分别连接体积流量计二23和真空泵19。六通阀3用管路18连接下压帽10、上压帽气孔7-1、油箱2和高压油泵24。水箱17的下方用阀门22-1连接水泵22，水泵22连接蒸汽发生器1。参照附图2，在电加热三轴解吸渗透实验装置中的上压头27和煤样28的中心孔中装电加热器30，电加热器30上方用导线29连接温控表12，下压帽10上的热电偶传感器9用导线29连接温控表12。

蒸汽及电加热两用三轴解吸渗透实验装置的实验方法：1、蒸汽三轴解吸渗透实验装置是关闭蒸汽控制阀门4、甲烷气瓶15上方的调压阀13、冷凝器11前面的阀门、六通阀3和体积流量计一14前面的阀门，打开真空泵19和真空泵控制阀20抽三轴压力室6中的煤样28中的各种残留气体，抽真空时间一般为8小时，真空度达100Pa，关闭真空泵控制阀20，打开六通阀3和高压油泵24，对煤样28进行加压，达到规定范围压停止加压。打开甲烷气瓶15上面的调压阀13，让煤样28充分吸附，吸附时间为12小时，吸附完毕后打开蒸汽控制阀4，让蒸汽沿煤样28中的蒸汽通道21流入进行加热，同时让冷凝器11、气液分离器16、体积流量计一14进行工作，并不断观察温控表12是否达到设定值，当达到设定值后，关闭蒸汽控制阀4后打开体积流量计一14前面的阀门对煤样28进行解吸，解吸时间为12小时，并对解吸量进行记录；2、电加热三轴解吸渗透实验实验过程是用电加热器30对煤样28进行加热，同时打开温控表12，当温度达到要求后电加热器30自动关闭，打开体积流量计二23前面的阀门对煤样28进行解吸，其它吸附过程均与蒸汽加热三轴实验装置相同。

Claims

1.一种蒸汽及电加热两用三轴解吸渗透实验装置，包括蒸汽发生器（1）、水箱（17）、油箱（2)、高压油泵（24）、体积流量计一、二（14、23）、温控表（12）、管路（18）、导线（29）、电加热器（30）、热电偶传感器（9），其特征在于三轴压力室（6）的套筒（26）上端螺纹连接上压帽（7），在套筒（26）下端螺纹连接下压帽（10），在套筒（26）中间处装有煤样（28），煤样（28）的上方装有上压头（27），煤样（28）的下方装有下压头（25），在上压头（27）上的套筒（26）与上压帽（7）连接处装有挡板（8），在上压头（27）的台阶处装活塞（5），在上压帽（7）的顶端壁上设有上压帽孔（7-1），在下压帽（10）的下端壁上设下压帽孔（10-1），在下压帽孔（10-1）中装热电偶传感器（9），在上、下压头（27、25）轴向均设有上、下压头气孔（27-1、25-1），在用电加热的装置中的上压头（27）和煤样（28）同中心孔中装电加热器（30），电加热器（30）和热电偶传感器（9）分别用导线（29）连接温控表（12），在蒸汽加热的装置中的上、下压头（27、25）及煤样（28）的同中心孔中设蒸汽通道（21），蒸汽通道（21）上方用管路（18）连接蒸汽控制阀（4），蒸汽控制阀（4）另一端连接蒸汽发生器（1），蒸汽通孔（21）的下端连接冷凝器（11）和气液分离器（16），冷凝器（11）和气液分离器（16）连接水箱（17）上方，下压头气孔（25-1）用真空泵控制阀（20）连接体积流量计二（23）和真空泵（19），上压头气孔（27-1）用管路（18）和调压阀（13）连接甲烷气瓶（15），六通阀（3）用管路（18）连接上压帽孔（7-1）、冷凝器（11）、油箱（2）、高压油泵（24）和蒸汽通道（21），水箱（17）下方用水泵（22）连接蒸汽发生器（1）。