本實(shí)用新型屬于煤礦安全生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于驅(qū)替煤層氣實(shí)驗(yàn)的氣體注入與收集系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

針對我國低滲煤儲層特點(diǎn)，必須進(jìn)行儲層改造才能商業(yè)化開發(fā)。針對水力壓裂改造的局限性，浪費(fèi)水資源等特點(diǎn)，煤層氣注氣開采技術(shù)的環(huán)保性、安全性、高效性等特點(diǎn)，注氣提高煤層氣采收率( Enhanced coalbed methane，ECBM)受到各大企業(yè)的青睞。

煤質(zhì)條件、注氣類型、注氣壓力、注氣速率等參數(shù)的差異，造成煤層氣運(yùn)移的差異，進(jìn)而造成采收率的差異。國內(nèi)外多位學(xué)者進(jìn)行了注氣增產(chǎn)過程中吸附/解吸-擴(kuò)散-滲流階段孔裂隙的演化，氣體運(yùn)移的研究，采用的氣體注入裝置，并沒有對驅(qū)替后的氣體進(jìn)行收集，而且結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，連接管路較多，操作過程繁瑣，影響到實(shí)驗(yàn)結(jié)果的真實(shí)可靠程度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、操作簡便、管路連接簡單、注氣與氣體收集為一體的用于驅(qū)替煤層氣實(shí)驗(yàn)的氣體注入與收集系統(tǒng)。

為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案：用于驅(qū)替煤層氣實(shí)驗(yàn)的氣體注入與收集系統(tǒng)，包括甲烷氣瓶、氮?dú)鈿馄?、真空泵、注氣管、?qū)替氣體收集管、回氣平衡管、真空管、放空管、回氣平衡器、排水集氣管、排水集氣瓶、氣相色譜儀、量筒和具有六個連接口的中轉(zhuǎn)容器；

甲烷氣瓶的出氣口通過甲烷氣管與中轉(zhuǎn)容器的第一個連接口連接，氮?dú)鈿馄康某鰵饪谕ㄟ^氮?dú)鈿夤芘c中轉(zhuǎn)容器的第二個連接口連接，注氣管的進(jìn)氣口與中轉(zhuǎn)容器的第三個連接口連接，放空管的進(jìn)氣口與中轉(zhuǎn)容器的第四個連接口連接，真空管的進(jìn)氣口與中轉(zhuǎn)容器的第五個連接口連接，回氣平衡管的進(jìn)氣口與中轉(zhuǎn)容器的第六個連接口連接；

甲烷氣管、氮?dú)鈿夤?、注氣管、放空管、真空管和回氣平衡管上分別設(shè)有第一閥門、第二閥門、第三閥門、第四閥門、第五閥門和第六閥門；注氣管上設(shè)有注氣流量計(jì)；

真空泵的抽氣口與真空管的出氣口連接，回氣平衡管的出氣口與回氣平衡器的一端連接，驅(qū)替氣體收集管的出氣口和排水集氣管的進(jìn)氣口分別與回氣平衡器的另一端連接，驅(qū)替氣體收集管上設(shè)有第七閥門，排水集氣管的出氣口與氣相色譜儀連接，排水集氣瓶位于排水集氣管下方，排水集氣瓶的頂部通過排水管與排水集氣管連接，排水集氣瓶通過溢水管與量筒連接。

回氣平衡器包括圓筒形的回流桶，回流桶的圓周內(nèi)壁滑動密封設(shè)有活塞板，回流桶一端部開設(shè)有與回氣平衡管連接的回流孔，回流桶的另一端部開設(shè)有兩個連接孔，兩個連接孔分別與驅(qū)替氣體收集管的出氣口和排水集氣管的進(jìn)氣口連接。

采用上述技術(shù)方案，將注氣管的出氣口與儲層模擬系統(tǒng)的進(jìn)氣口連接，將驅(qū)替氣體收集管的進(jìn)氣口與儲層模擬系統(tǒng)的出氣口連接。本實(shí)用新型的具體工作過程為：先打開第五閥門和第三閥門，開啟真空泵，對儲層模擬系統(tǒng)進(jìn)行抽真空，抽真空結(jié)束后，關(guān)閉第五閥門和第三閥門。接著打開第一閥門和第六閥門，甲烷氣瓶釋放出來的甲烷依次通過甲烷氣管、中轉(zhuǎn)容器、回氣平衡管進(jìn)入到回流桶內(nèi)，回流桶內(nèi)達(dá)到一定的回壓值后關(guān)閉第六閥門，打開第三閥門，調(diào)節(jié)甲烷氣瓶上的壓力表至模擬設(shè)定壓力，甲烷依次通過甲烷氣管、中轉(zhuǎn)容器、注氣管進(jìn)入到儲層模擬系統(tǒng)內(nèi)，注氣流量計(jì)記錄甲烷注氣量，持續(xù)注入24h，關(guān)閉第一閥門和第三閥門，保證甲烷在儲層模擬系統(tǒng)內(nèi)的樣品孔裂中吸附飽和，在整個吸附過程中，設(shè)定每1h對儲層模擬系統(tǒng)內(nèi)的樣品進(jìn)行1次CT掃描。然后打開第七閥門，讓儲層模擬系統(tǒng)內(nèi)游離甲烷氣體自由釋放，游離甲烷氣體通過驅(qū)替氣體收集管流入到回流桶內(nèi)并驅(qū)動活塞板在回流桶內(nèi)移動，驅(qū)替氣體收集管與排水集氣管連通，游離甲烷氣體將排水集氣瓶內(nèi)的水壓入到量筒內(nèi)，通過量筒記錄釋放體積。關(guān)閉第七閥門，打第二閥門和第三閥門，以設(shè)定壓力向儲層模擬系統(tǒng)注入N₂，由注氣流量計(jì)記錄N₂注入量，持續(xù)注入24h。關(guān)閉第三閥門，讓N₂在樣品中充分吸附、置換。在整個注氮過程中，設(shè)定每1h進(jìn)行1次CT掃描。再打開第七閥門，開啟氣相色譜儀，進(jìn)行混合游離氣組分的測定，通過排水集氣瓶溢出的水在量筒內(nèi)記錄混合氣體總量。最后通過氣體甲烷注入與產(chǎn)出來定量研究驅(qū)替效果。試驗(yàn)結(jié)束后，放空管上的第四閥門用于將中轉(zhuǎn)容器內(nèi)以及與其相連的管道內(nèi)的氣體排空放出。

回氣平衡器內(nèi)預(yù)先注入一定壓力的甲烷氣體，用于平衡儲層模擬系統(tǒng)內(nèi)被驅(qū)替的氣體，平衡儲層模擬系統(tǒng)內(nèi)的壓力小于回氣平衡器內(nèi)預(yù)先注入的甲烷氣體的壓力時，平衡儲層模擬系統(tǒng)內(nèi)被驅(qū)替的氣體是不能被驅(qū)替排出的，從而更精確地模擬了儲層的情況。

綜上所述，本實(shí)用新型設(shè)計(jì)合理、結(jié)構(gòu)緊湊、管路較少，操作便捷，將注氣和驅(qū)替出的氣體測試結(jié)合為一體，增加了試驗(yàn)數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，本實(shí)用新型的用于驅(qū)替煤層氣實(shí)驗(yàn)的氣體注入與收集系統(tǒng)，包括甲烷氣瓶62、氮?dú)鈿馄?3、真空泵64、注氣管65、驅(qū)替氣體收集管66、回氣平衡管67、真空管68、放空管69、回氣平衡器、排水集氣管71、排水集氣瓶72、氣相色譜儀73、量筒74和具有六個連接口的中轉(zhuǎn)容器75。

甲烷氣瓶62的出氣口通過甲烷氣管76與中轉(zhuǎn)容器75的第一個連接口連接，氮?dú)鈿馄?3的出氣口通過氮?dú)鈿夤?7與中轉(zhuǎn)容器75的第二個連接口連接，注氣管65的進(jìn)氣口與中轉(zhuǎn)容器75的第三個連接口連接，放空管69的進(jìn)氣口與中轉(zhuǎn)容器75的第四個連接口連接，真空管68的進(jìn)氣口與中轉(zhuǎn)容器75的第五個連接口連接，回氣平衡管67的進(jìn)氣口與中轉(zhuǎn)容器75的第六個連接口連接。

甲烷氣管76、氮?dú)鈿夤?7、注氣管65、放空管69、真空管68和回氣平衡管67上分別設(shè)有第一閥門78、第二閥門79、第三閥門80、第四閥門81、第五閥門82和第六閥門83；注氣管65上設(shè)有注氣流量計(jì)84。

真空泵64的抽氣口與真空管68的出氣口連接，回氣平衡管67的出氣口與回氣平衡器的一端連接，驅(qū)替氣體收集管66的出氣口和排水集氣管71的進(jìn)氣口分別與回氣平衡器的另一端連接，驅(qū)替氣體收集管66上設(shè)有第七閥門70，排水集氣管71的出氣口與氣相色譜儀73連接，排水集氣瓶72位于排水集氣管71下方，排水集氣瓶72的頂部通過排水管85與排水集氣管71連接，排水集氣瓶72通過溢水管88與量筒74連接。

回氣平衡器包括圓筒形的回流桶86，回流桶86的圓周內(nèi)壁滑動密封設(shè)有活塞板87，回流桶86一端部開設(shè)有與回氣平衡管67連接的回流孔，回流桶86的另一端部開設(shè)有兩個連接孔，兩個連接孔分別與驅(qū)替氣體收集管66的出氣口和排水集氣管71的進(jìn)氣口連接。

本實(shí)用新型在工作使用時，將注氣管65的出氣口與儲層模擬系統(tǒng)的進(jìn)氣口連接，將驅(qū)替氣體收集管66的進(jìn)氣口與儲層模擬系統(tǒng)的出氣口連接。本實(shí)用新型的具體工作過程為：先打開第五閥門82和第三閥門80，開啟真空泵64，對儲層模擬系統(tǒng)進(jìn)行抽真空，抽真空結(jié)束后，關(guān)閉第五閥門82和第三閥門80。接著打開第一閥門78和第六閥門83，甲烷氣瓶62釋放出來的甲烷依次通過甲烷氣管76、中轉(zhuǎn)容器75、回氣平衡管67進(jìn)入到回流桶86內(nèi)，回流桶86內(nèi)達(dá)到一定的回壓值后關(guān)閉第六閥門83，打開第三閥門80，調(diào)節(jié)甲烷氣瓶62上的壓力表至模擬設(shè)定壓力，甲烷依次通過甲烷氣管76、中轉(zhuǎn)容器75、注氣管65進(jìn)入到儲層模擬系統(tǒng)內(nèi)，注氣流量計(jì)84記錄甲烷注氣量，持續(xù)注入24h，關(guān)閉第一閥門78和第三閥門80，保證甲烷在儲層模擬系統(tǒng)內(nèi)的樣品孔裂中吸附飽和，在整個吸附過程中，設(shè)定每1h對儲層模擬系統(tǒng)內(nèi)的樣品進(jìn)行1次CT掃描。然后打開第七閥門70，讓儲層模擬系統(tǒng)內(nèi)游離甲烷氣體自由釋放，游離甲烷氣體通過驅(qū)替氣體收集管66流入到回流桶86內(nèi)并驅(qū)動活塞板87在回流桶86內(nèi)移動，驅(qū)替氣體收集管66與排水集氣管71連通，游離甲烷氣體將排水集氣瓶72內(nèi)的水壓入到量筒74內(nèi)，通過量筒74記錄釋放體積。關(guān)閉第七閥門70，打第二閥門79和第三閥門80，以設(shè)定壓力向儲層模擬系統(tǒng)注入N₂，由注氣流量計(jì)84記錄N₂注入量，持續(xù)注入24h。關(guān)閉第三閥門80，讓N₂在樣品中充分吸附、置換。在整個注氮過程中，設(shè)定每1h進(jìn)行1次CT掃描。再打開第七閥門70，開啟氣相色譜儀73，進(jìn)行混合游離氣組分的測定，通過排水集氣瓶72溢出的水在量筒74內(nèi)記錄混合氣體總量。最后通過氣體甲烷注入與產(chǎn)出來定量研究驅(qū)替效果。試驗(yàn)結(jié)束后，放空管69上的第四閥門81用于將中轉(zhuǎn)容器75內(nèi)以及與其相連的管道內(nèi)的氣體排空放出。

回氣平衡器內(nèi)預(yù)先注入一定壓力的甲烷氣體，用于平衡儲層模擬系統(tǒng)內(nèi)被驅(qū)替的氣體，平衡儲層模擬系統(tǒng)內(nèi)的壓力小于回氣平衡器內(nèi)預(yù)先注入的甲烷氣體的壓力時，平衡儲層模擬系統(tǒng)內(nèi)被驅(qū)替的氣體是不能被驅(qū)替排出的，從而更精確地模擬了儲層的情況。

本實(shí)施例并非對本實(shí)用新型的形狀、材料、結(jié)構(gòu)等作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均屬于本實(shí)用新型技術(shù)方案的保護(hù)范圍。