技术特征：
1.一种煤层原位微生物与scco2协同增产甲烷的实验装置，其特征在于，包括泵注系统、原位环境模拟系统和产物收集系统，所述原位环境模拟系统内设置有实验腔，所述实验腔用于设置煤芯试件(20)，所述原位环境模拟系统还用于为所述煤芯试件(20)提供实验温度和实验压力，所述泵注系统与所述原位环境模拟系统相连接，用于向所述实验腔内通入co2与n2的混合气体和微生物溶液，所述产物收集系统与所述实验腔相接，用于收集所述实验腔内的气体和微生物溶液。2.根据权利要求1所述的煤层原位微生物与scco2协同增产甲烷的实验装置，其特征在于，所述原位环境模拟系统包括岩芯夹持器(19)，所述实验腔设置在所述岩芯夹持器(19)内；所述原位环境模拟系统包括控压装置，所述控压装置与所述岩芯夹持器(19)相接，且伸入所述实验腔内，用于沿所述煤芯试件(20)的径向和轴向以预设压力挤压煤芯试件(20)；所述原位环境模拟系统包括控温装置，所述控温装置包括温度传感器(30)和温度调整器，所述温度传感器(30)用于获取所述岩芯夹持器(19)所在空间的温度，所述温度调整器用于调整所述岩芯夹持器(19)所在空间的温度。3.根据权利要求2所述的煤层原位微生物与scco2协同增产甲烷的实验装置，其特征在于，所述控压装置包括多孔曲面板(26)、胶筒(27)、轴压板和伺服液压泵(29)，所述胶筒(27)同轴套设在所述岩芯夹持器(19)内，所述多孔曲面板(26)同轴套设在所述胶筒(27)内，所述煤芯试件(20)设置在所述多孔曲面板(26)所围成的空间内，所述多孔曲面板(26)上开设有让位缝(33)，所述让位缝(33)沿径向和轴向贯穿所述多孔曲面板(26)，所述伺服液压泵(29)与所述岩芯夹持器(19)的围压注入端相连通，用于向所述胶筒(27)的外周壁与所述岩芯夹持器(19)的内周壁之间注入液压介质，以通过所述胶筒(27)和所述多孔曲面板(26)沿径向对所述煤芯试件(20)施加压力；所述伺服液压泵(29)与所述岩芯夹持器(19)的轴压注入端相连通，用于向所述轴压板远离所述煤芯试件(20)的一侧注入液压介质，以带动所述轴压板沿轴向对所述煤芯试件(20)施加压力。4.根据权利要求3所述的煤层原位微生物与scco2协同增产甲烷的实验装置，其特征在于，所述控压装置还包括第一压力传感器(21)、第二压力传感器(22)和第三压力传感器(25)，所述岩芯夹持器(19)包括气体入口端，所述气体入口端分别与所述实验腔和所述泵注系统相连接，所述co2与n2的混合气体经由所述气体入口端进入到所述实验腔内，所述第一压力传感器(21)设置在气体入口端处，所述第二压力传感器(22)设置在所述轴压注入端处，所述第三压力传感器(25)设置在所述围压注入端处。5.根据权利要求2所述的煤层原位微生物与scco2协同增产甲烷的实验装置，其特征在于，所述泵注系统包括混合气源(1)、气源减压器(2)、气动增压器(3)和空气压缩机(4)；所述混合气源(1)、所述气源减压器(2)、所述气动增压器(3)和所述岩芯夹持器(19)依次连接，以使所述co2与n2的混合气体从所述混合气源(1)排出后依次流过所述气源减压器(2)和所述气动增压器(3)后，进入至所述岩芯夹持器(19)内的所述实验腔内，所述气动增压器(3)还与所述空气压缩机(4)相连接；所述气动增压器(3)与所述岩芯夹持器(19)之间的流路上还连接有活塞式中间容器
(6)，所述活塞式中间容器(6)还与电动液压泵(5)连接，以使所述电动液压泵(5)带动所述活塞式中间容器(6)压缩所述气动增压器(3)与所述岩芯夹持器(19)之间流路内的所述co2与n2的混合气体至预设气压；所述电动液压泵(5)还与微生物溶液储罐(7)的输入端相连接，所述微生物溶液储罐(7)的输出端与所述岩芯夹持器(19)相连接，所述电动液压泵(5)用于带动所述微生物溶液储罐(7)内的溶液流至所述岩芯夹持器(19)的所述实验腔内。6.根据权利要求5所述的煤层原位微生物与scco2协同增产甲烷的实验装置，其特征在于，所述控温装置还包括恒温箱(32)，所述温度传感器(30)、所述温度调整器、所述活塞式中间容器(6)、所述微生物溶液储罐(7)和所述岩芯夹持器(19)设置在所述恒温箱(32)内。7.根据权利要求5所述的煤层原位微生物与scco2协同增产甲烷的实验装置，其特征在于，所述产物收集系统包括气体收集罐(15)和溶液收集罐(16)，所述气体收集罐(15)连接在所述气动增压器(3)与所述岩芯夹持器(19)之间的流路上，所述溶液收集罐(16)连接在所述微生物溶液储罐(7)与所述岩芯夹持器(19)之间的流路上。8.一种煤层原位微生物与scco2协同增产甲烷的实验方法，其特征在于，通过如权利要求1-7任意一项所述的煤层原位增产甲烷的实验装置进行实验，所述实验方法包括：将所述煤芯试件(20)放入所述原位环境模拟系统的所述实验腔内；通过所述原位环境模拟系统调整所述实验腔内的温度和压力，使所述煤芯试件(20)处于实验温度和实验压力中；通过所述泵注系统向所述实验腔内通入co2与n2的混合气体和微生物溶液；根据预设时间间隔，通过所述产物收集系统收集实验腔内的气体和溶液，并对气体和溶液进行检测分析，得到分析数据；根据预设实验时长，从所述实验腔内取出所述煤芯试件(20)，并对所述煤芯试件(20)进行测试分析，得到实验数据。9.根据权利要求8所述的实验方法，其特征在于，在所述将所述煤芯试件(20)放入所述原位环境模拟系统的所述实验腔内之前，还包括：对所述煤芯试件(20)进行渗透率测试，获取所述煤芯试件(20)的初始渗透率；获取与所述煤芯试件(20)出自同一块煤层加工的参考试件，对所述参考试件进行三轴压缩实验，获得初始三轴抗压强度；从三轴压缩实验后已经破坏的所述参考试件中取出第一部分煤样进行压汞测试，获得初始孔隙结构信息；从三轴压缩实验后已经破坏的所述参考试件中取出第二部分煤样进行xrd测试，获得初始矿物组分信息。10.根据权利要求9所述的实验方法，其特征在于，所述原位环境模拟系统包括岩芯夹持器(19)，所述实验腔设置在所述岩芯夹持器(19)内；所述原位环境模拟系统包括控压装置，所述控压装置包括多孔曲面板(26)、胶筒(27)、轴压板、伺服液压泵(29)、第一压力传感器(21)、第二压力传感器(22)和第三压力传感器(25)，所述原位环境模拟系统包括控温装置，所述控温装置包括温度传感器(30)和温度调整器；所述泵注系统包括混合气源(1)、气源减压器(2)、气动增压器(3)、空气压缩机(4)、活塞式中间容器(6)、电动液压泵(5)和微生物溶液储罐(7)；所述产物收集系统包括气体收集罐(15)和溶液收集罐(16)；
所述将所述煤芯试件(20)放入所述原位环境模拟系统的所述实验腔内，包括：将所述煤芯试件(20)放入所述岩芯夹持器(19)的所述实验腔内，并使所述煤芯试件(20)位于所述多孔曲面板(26)所围成的空间内；所述通过所述原位环境模拟系统调整所述实验腔内的温度和压力，使所述煤芯试件(20)处于实验温度和实验压力中，包括：通过所述温度传感器(30)获取所述岩芯夹持器(19)所在空间的温度，通过所述温度调整器调整所述岩芯夹持器(19)所在空间的温度至所述实验温度，通过所述伺服液压泵(29)带动所述胶筒(27)和所述多孔曲面板(26)沿径向对所述煤芯试件(20)施加压力，通过所述伺服液压泵(29)带动所述轴压板沿轴向对所述煤芯试件(20)施加压力，使所述煤芯试件(20)处于实验压力中，通过所述第一压力传感器(21)获取所述co2与n2的混合气体进入到所述实验腔时的压力，通过所述第二压力传感器(22)获取所述煤芯试件(20)的轴压，通过所述第三压力传感器(25)获取所述煤芯试件(20)的围压；所述通过所述泵注系统向所述实验腔内通入co2与n2的混合气体和微生物溶液，包括：通过压缩机带动所述co2与n2的混合气体从所述混合气源(1)排出后依次流过所述气源减压器(2)和所述气动增压器(3)后，进入至所述岩芯夹持器(19)内的所述实验腔内，通过所述电动液压泵(5)带动所述活塞式中间容器(6)压缩所述气动增压器(3)与所述岩芯夹持器(19)之间流路内的所述co2与n2的混合气体至预设气压，将配置好的含甲烷菌群的微生物溶液置于所述微生物溶液储罐(7)中，通过所述电动液压泵(5)带动所述微生物溶液储罐(7)内的溶液流至所述岩芯夹持器(19)的所述实验腔内；所述根据预设时间间隔，收集实验腔内的气体和溶液，并对气体和溶液进行检测分析，得到分析数据，包括：通过所述气体收集罐(15)对所述气动增压器(3)与所述岩芯夹持器(19)之间的流路上的气体进行额定体积收集，通过所述溶液收集罐(16)对所述微生物溶液储罐(7)与所述岩芯夹持器(19)之间的流路上的溶液进行额定体积收集，通过气相色谱检测仪对的收集的气体进行组分测试分析，对收集的溶液进行dna的纯度和浓度检测，检测合格后进行16srrna基因高通量测序；所述根据预设实验时长，从所述实验腔内取出所述煤芯试件(20)，并对所述煤芯试件(20)进行测试分析，得到实验数据，包括：将取出的所述煤芯试件(20)烘干，对烘干后的所述煤芯试件(20)进行渗透率测试获得最终渗透率，将所述初始渗透率与所述初始渗透率进行对比，得到对比实验数据；对烘干后的所述煤芯试件(20)进行三轴压缩实验得到最终三轴抗压强度，将所述最终三轴抗压强度与所述初始三轴抗压强度进行对比，得到对比实验数据；从三轴压缩实验后已经破坏的烘干后的所述煤芯试件(20)中取出第一部分煤样进行压汞测试，获得最终孔隙结构信息，将所述最终孔隙结构信息与所述初始孔隙结构信息进行对比，得到对比实验数据；从三轴压缩实验后已经破坏的烘干后的所述煤芯试件(20)取出第二部分煤样进行xrd测试，获得最终矿物组分信息，将所述最终矿物组分信息与所述初始矿物组分信息进行对比，得到对比实验数据。
技术总结
本申请提供一种煤层原位微生物与ScCO2协同增产甲烷的实验装置及方法，包括泵注系统、原位环境模拟系统和产物收集系统，原位环境模拟系统内设有实验腔，实验腔用于设置煤芯试件，原位环境模拟系统还用于为煤芯试件提供实验温度及压力，泵注系统与原位环境模拟系统相接，用于向实验腔内通入CO2与N2的混合气体和溶液，产物收集系统与实验腔相接，用于收集实验腔内的气体和溶液。该实验装置能向实验腔通入超临界CO2气源和微生物溶液，为煤芯试件提供实验温度及压力，使CO2达到超临界态，可开展原位储层的地应力、地温条件下，煤体的超临界CO2萃取与微生物反应协同产甲烷实验，为评价超临界CO2参与煤层原位生物增产甲烷规律及煤层长期力学稳定性提供条件。层长期力学稳定性提供条件。层长期力学稳定性提供条件。
技术研发人员：朱万成 王文星 刘书源 黄薇羽 张秀凤 魏晨慧 牛雷雷
受保护的技术使用者：东北大学
技术研发日：2022.06.22
技术公布日：2022/10/25