一种地下水对煤层气影响模拟装置及方法
【专利摘要】本发明公开了一种地下水对煤层气影响模拟装置及方法，所述装置包括样品仓和高压瓦斯瓶；所述样品仓主要由压力罐组成，所述压力罐整体呈圆柱状，由两个半圆柱可分离地结合而成；所述压力罐上设有压力表和气水分离器；所述压力罐和高压瓦斯瓶相连通。本发明装置和方法简单有效，可适用大体积煤样，且无需破碎。还可适应不同温度条件下，考察不同压力、水质、煤质、煤水比对煤层气存储的影响。
【专利说明】
一种地下水对煤层气影响模拟装置及方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种对煤层气的实验装置和方法，具体涉及一种地下水对煤层气影响模拟装置及方法。
【背景技术】
[0002]煤层气主要是吸附状态存储于煤的双孔介质中。在煤层气存储运移研究中，地下水对煤层气的存储影响研究一直是煤层气存储研究的重点。
[0003]中国专利授权号为CN100487755C，它公开了一种煤层气成藏模拟装置，该模拟装置由气体增压栗、恒温柜、控制系统及计算机处理系统组成。
[0004]申请公布号为CNl01799466A，它公布了一种煤层气产生物理模拟装置及模拟方法，该模拟装置包括样品仓、恒温水浴系统、气/水计量系统和压力监测系统，样品仓通过气/水配置生产管线相互连接形成模拟系统，模拟系统周围设置恒温水浴系统，模拟系统的样品仓接入围压模拟管路，样品仓端部的气/水配置生产管路上设置压力监测系统，模拟系统末端的气/水配置生产管路上的连接模拟井口，模拟井口连接气/水计量系统。
[0005]以上模拟装置结构较为复杂，无法满足大块煤样的模拟，控制温度最高为100°C.此外无法确认不同固液比对煤层气存储的影响。
【发明内容】
[0006]针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种地下水对煤层气影响模拟装置及方法，装置结构简单，可适用大体积煤样，且无需破碎。还可适应不同温度(最高温度可达400°C)条件下，考察不同压力、水质、煤质、煤水比对煤层气存储的影响。
[0007]为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0008]—种地下水对煤层气影响模拟装置，包括样品仓和高压瓦斯瓶;所述样品仓主要由压力罐组成，所述压力罐整体呈圆柱状，由两个半圆柱可分离地结合而成;所述压力罐上设有压力表和气水分离器;所述压力罐和高压瓦斯瓶相连通。
[0009]需要说明的是，所述压力罐上还设有安全阀。所述安全阀可以提升压力罐使用的安全性。
[0010]需要说明的是，所述高压瓦斯瓶连通有减压阀，所述压力罐上设有进气连接阀，所述减压阀和所述进气连接阀相连通。
[0011]需要说明的是，两个半圆柱通过螺丝结合，并且两个半圆柱的相接处设有密封垫。通过螺丝结合使得两个半圆柱可以随意打开或结合，密封垫的设置则使得两个半圆柱结合后具有更尚的密封性能。
[0012]需要说明的是，所述压力罐的外表面缠绕有感应加热线圈，所述感应加热线圈主要由感应线圈和控温器组成，所述感应线圈电性连接于所述控温器。通过设置感应加热线圈，还可以对压力罐的温度进行控制，从而可以实现研究温度对煤层气的影响。
[0013]上述地下水对煤层气影响模拟装置的使用方法包括如下步骤:
[0014]SI确定压力、煤水比、水质和煤质中作为待研究的影响因素，然后设定其它三个因素的固定取值，并设定若干个待研究的影响因素的不同取值；
[0015]S2对待研究的影响因素的每个取值均进行如下操作；
[0016]分开所述压力罐的两个半圆柱，将煤样和水按设定的煤水比放入，水质和煤质均需要符合设定的要求;合上压力罐，将感应加热线圈的感应线圈缠绕在所述压力罐表面；
[0017]打开减压阀和进气连接阀，通过高压瓦斯瓶按一定流速向压力罐释放瓦斯，通过压力表考察压力罐的压力，直至达到设定的压力值;通过所述感应线圈对压力罐进行加热，并由控温器对感应线圈的运行进行控制，直至将压力罐加热至设定的温度；
[0018]当达到需要压力时关闭减压阀，然后从压力罐中放出少量气体并通过所述气水分离器进行采集，对其中的气体样品和水样进行样品分析，测定压力罐内的气体成分和浓度；
[0019]S3对待研究的影响因素的所有设定值均进行步骤S2的操作后，对不同的设定值下所得的压力罐内的气体成分和浓度进行对比，即可获知该因素对煤层气的影响。
[0020]本发明的有益效果在于:
[0021]1、本发明通过简单有效的装置和方法就能实现考察不同压力、水质、煤质、煤水比对煤层气存储的影响，并且可适用大体积煤样，并无需破碎。
[0022]2、可适应不同温度条件下，考察不同压力、水质、煤质、煤水比对煤层气存储的影响。
【附图说明】
[0023]图1为本发明装置的总体结构示意图。
【具体实施方式】
[0024]以下将结合附图对本发明作进一步的描述，需要说明的是，本实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围并不限于本实施例。
[0025]如图1所示，一种地下水对煤层气影响模拟装置，包括样品仓和高压瓦斯瓶2;所述样品仓主要由压力罐I组成，所述压力罐I整体呈圆柱状，由两个半圆柱11和12可分离地结合而成;所述压力罐I上设有压力表3和气水分离器4;所述压力罐I和高压瓦斯瓶2相连通。
[0026]作为一种优选方案，所述压力罐I上还设有安全阀5。
[0027]作为一种优选方案，所述高压瓦斯2瓶连通有减压阀6，所述压力罐I上设有进气连接阀I，所述减压阀6和所述进气连接阀7相连通。
[0028]作为一种优选方案，两个半圆柱11和12通过螺丝结合，并且两个半圆柱的相接处设有密封垫8。
[0029]需要说明的是，所述压力罐的外表面缠绕有感应加热线圈，所述感应加热线圈主要由感应线圈9和控温器组成，所述感应线圈电性连接于所述控温器。
[0030]上述地下水对煤层气影响模拟装置的使用方法包括如下步骤:
[0031]SI确定压力、煤水比、水质和煤质中作为待研究的影响因素，然后设定其它三个因素的固定取值，并设定若干个待研究的影响因素的不同取值；
[0032]S2对待研究的影响因素的每个取值均进行如下操作；
[0033]分开所述压力罐的两个半圆柱，将煤样和水按设定的煤水比放入，水质和煤质均需要符合设定的要求;合上压力罐，将感应加热线圈的感应线圈缠绕在所述压力罐表面；
[0034]打开减压阀和进气连接阀，通过高压瓦斯瓶按一定流速向压力罐释放瓦斯，通过压力表考察压力罐的压力，直至达到设定的压力值;通过所述感应线圈对压力罐进行加热，并由控温器对感应线圈的运行进行控制，直至将压力罐加热至设定的温度；
[0035]当达到需要压力时关闭减压阀，然后从压力罐中放出少量气体并通过所述气水分离器进行采集，对其中的气体样品和水样进行样品分析，测定压力罐内的气体成分和浓度；
[0036]S3对待研究的影响因素的所有设定值均进行步骤S2的操作后，对不同的设定值下所得的压力罐内的气体成分和浓度进行对比，即可获知该因素对煤层气的影响。
[0037]实施例一
[0038]SI确定研究压力对煤层气的影响，然后设定煤水质量比、水质和煤质分别为20:1、总矿化度0.5g/L、褐煤，并设定压力的不同取值为IMPa、5MPa、I OMPa、15MPa。
[0039]S2对压力的每个取值均进行如下操作；
[0040]分开所述压力罐的两个半圆柱，将煤样和水按设定的比例20:1放入，其中水的水质需要满足总矿化度0.5g/L的条件，合上压力罐;并感应加热线圈的感应线圈缠绕在压力罐表面；
[0041]打开减压阀和进气连接阀，通过高压瓦斯瓶按一定流速向压力罐释放瓦斯，通过压力表考察压力罐的压力，直至达到设定的压力值(IMPa、5MPa、1MPa、15MPa)；通过所述感应线圈对压力罐进行加热，并由控温器对感应线圈的运行进行控制，直至将压力罐加热至设定的温度(根据需要设定即可)；
[0042]当达到需要压力时关闭减压阀，然后从压力罐中放出少量气体并通过所述气水分离器进行采集，对其中的气体样品和水样进行样品分析，测定压力罐内的气体成分和浓度；
[0043]S3对压力的所有设定值均进行步骤S2的操作后，对不同的设定值(lMPa、5MPa、10MPa、15MPa)下所得的压力罐内的气体成分和浓度进行对比，即可获知压力对煤层气的影响。
[0044]实施例二
[0045]SI确定研究煤水质量比对煤层气的影响，然后设定压力、水质和煤质分别为IMPa、总矿化度0.5g/L、褐煤，并设定煤水质量比的不同取值为20:1、10:1、5:1、1: 1、1:10、1:20;
[0046]S2对煤水质量比的每个取值均进行如下操作；
[0047]分开所述压力罐的两个半圆柱，将煤样和水按设定的比例(20:1、10:1、5:1、1:1、1:10、1: 20)放入，其中水的水质需要满足总矿化度0.5g/L的条件，合上压力罐;并感应加热线圈的感应线圈缠绕在压力罐表面；
[0048]打开减压阀和进气连接阀，通过高压瓦斯瓶按一定流速向压力罐释放瓦斯，通过压力表考察压力罐的压力，直至达到设定的压力值IMPa;通过所述感应线圈对压力罐进行加热，并由控温器对感应线圈的运行进行控制，直至将压力罐加热至设定的温度(根据需要设定即可)；
[0049]当达到需要压力时关闭减压阀，然后从压力罐中放出少量气体并通过所述气水分离器进行采集，对其中的气体样品和水样进行样品分析，测定压力罐内的气体成分和浓度；
[0050]S3对煤水质量比的所有设定值均进行步骤S2的操作后，对不同的设定值(20:1、10:1、5:1、1: 1、1:10、1: 20)下所得的压力罐内的气体成分和浓度进行对比，即可获知煤水质量比对煤层气的影响。
[0051 ] 实施例三
[0052]SI确定研究水质对煤层气的影响，然后设定压力、煤水质量比和煤质分别为IMPa、20:1、褐煤，并设定水质的不同取值为总矿化度0.5g/L、总矿化度2g/L、总矿化度8g/L、总矿化度25g/L、总矿化度60g/L;
[0053]S2对水质的每个取值均进行如下操作；
[0054]分开所述压力罐的两个半圆柱，将煤样和水按设定的比例20:1放入，其中水的水质值满足设定的条件(总矿化度0.5g/L、总矿化度2g/L、总矿化度8g/L、总矿化度25g/L、总矿化度60g/L)，合上压力罐;并感应加热线圈的感应线圈缠绕在压力罐表面；
[0055]打开减压阀和进气连接阀，通过高压瓦斯瓶按一定流速向压力罐释放瓦斯，通过压力表考察压力罐的压力，直至达到设定的压力值IMPa;通过所述感应线圈对压力罐进行加热，并由控温器对感应线圈的运行进行控制，直至将压力罐加热至设定的温度(根据需要设定即可)；
[0056]当达到需要压力时关闭减压阀，然后从压力罐中放出少量气体并通过所述气水分离器进行采集，对其中的气体样品和水样进行样品分析，测定压力罐内的气体成分和浓度；
[0057]S3对水质的所有设定值均进行步骤S2的操作后，对不同的设定值(总矿化度0.5g/L、总矿化度2g/L、总矿化度8g/L、总矿化度25g/L、总矿化度60g/L)下所得的压力罐内的气体成分和浓度进行对比，即可获知水质对煤层气的影响。
[0058]实施例四
[0059]SI确定研究煤质对煤层气的影响，然后设定压力、煤水质量比和水质分别为IMPa、20:1、总矿化度0.5g/L，并设定煤质分别取为褐煤、烟煤、无烟煤；
[0060]S2对每种煤质均进行如下操作；
[0061]分开所述压力罐的两个半圆柱，将煤样和水按设定的比例20:1放入，其中煤质满足预设条件(褐煤、烟煤、无烟煤)，水质值满足总矿化度0.5g/L，合上压力罐;并感应加热线圈的感应线圈缠绕在压力罐表面；
[0062]打开减压阀和进气连接阀，通过高压瓦斯瓶按一定流速向压力罐释放瓦斯，通过压力表考察压力罐的压力，直至达到设定的压力值IMPa;通过所述感应线圈对压力罐进行加热，并由控温器对感应线圈的运行进行控制，直至将压力罐加热至设定的温度(根据需要设定即可)；
[0063]当达到需要压力时关闭减压阀，然后从压力罐中放出少量气体并通过所述气水分离器进行采集，对其中的气体样品和水样进行样品分析，测定压力罐内的气体成分和浓度；
[0064]S3对所有种类的煤质均进行步骤S2的操作后，对不同的煤质(褐煤、烟煤、无烟煤)下所得的压力罐内的气体成分和浓度进行对比，即可获知煤质对煤层气的影响。
[0065]实施例一至四中，均采用控制三个因素保持在一个水平，考察第四个因素不同水平对煤层气存储的影响，从而模拟出不同压力、水质、煤质、煤水质量比对煤层气存储的影响。
[0066]对于本领域的技术人员来说，可以根据以上的技术方案和构思，作出各种相应的改变和变形，而所有的这些改变和变形都应该包括在本发明权利要求的保护范围之内。
【主权项】
1.一种地下水对煤层气影响模拟装置，其特征在于，包括样品仓和高压瓦斯瓶;所述样品仓主要由压力罐组成，所述压力罐整体呈圆柱状，由两个半圆柱可分离地结合而成;所述压力罐上设有压力表和气水分离器;所述压力罐和高压瓦斯瓶相连通。2.根据权利要求1所述的地下水对煤层气影响模拟装置，其特征在于，所述压力罐上还设有安全阀。3.根据权利要求1所述的地下水对煤层气影响模拟装置，其特征在于，所述高压瓦斯瓶连通有减压阀，所述压力罐上设有进气连接阀，所述减压阀和所述进气连接阀相连通。4.根据权利要求1所述的地下水对煤层气影响模拟装置，其特征在于，两个半圆柱通过螺丝结合，并且两个半圆柱的相接处设有密封垫。5.根据权利要求1所述的地下水对煤层气影响模拟装置，其特征在于，所述压力罐的外表面缠绕有感应加热线圈，所述感应加热线圈主要由感应线圈和控温器组成，所述感应线圈电性连接于所述控温器。6.—种上述任一权利要求所述的地下水对煤层气影响模拟装置的使用方法，其特征在于，包括如下步骤: SI确定压力、煤水比、水质和煤质中作为待研究的影响因素，然后设定其它三个因素的固定取值，并设定若干个待研究的影响因素的不同取值； S2对待研究的影响因素的每个取值均进行如下操作； 分开所述压力罐的两个半圆柱，将煤样和水按设定的煤水比放入，水质和煤质均需要符合设定的要求;合上压力罐，将感应加热线圈的感应线圈缠绕在所述压力罐表面； 打开减压阀和进气连接阀，通过高压瓦斯瓶按一定流速向压力罐释放瓦斯，通过压力表考察压力罐的压力，直至达到设定的压力值;通过所述感应线圈对压力罐进行加热，并由控温器对感应线圈的运行进行控制，直至将压力罐加热至设定的温度； 当达到需要压力时关闭减压阀，然后从压力罐中放出少量气体并通过所述气水分离器进行采集，对其中的气体样品和水样进行样品分析，测定压力罐内的气体成分和浓度； S3对待研究的影响因素的所有设定值均进行步骤S2的操作后，对不同的设定值下所得的压力罐内的气体成分和浓度进行对比，即可获知该因素对煤层气的影响。
【文档编号】G01N33/00GK105974070SQ201610583232
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年7月22日
【发明人】熊集兵, 卞正富, 雷少刚, 杨德军, 王涛
【申请人】中国矿业大学