CO2-N2混合状态气体驱替煤层瓦斯的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了CO2‑

【技术实现步骤摘要】
CO2-N2混合状态气体驱替煤层瓦斯的装置及方法


[0001]本专利技术属于煤层瓦斯抽采利用
，尤其涉及一种CO2‑
N2混合状态气体驱替煤层瓦斯的装置及方法。

技术介绍

[0002]由于瓦斯抽采周围煤层渗透率普遍较低，超临界CO2既能致裂低渗透煤体，又能驱替煤体瓦斯。但实际抽采过程中，由于工艺条件难以实现、操作复杂等诸多问题，严重影响超临界CO2在瓦斯抽采中的应用。有关学者试图利用改进煤体透气性提高抽采效率，例如水力压裂、深孔松动爆破等，使煤体有效形成裂隙。但是由于煤体的高吸附特性、水的表面张力影响、煤体的泥化、流体和煤体间的流固作用，难以大量推广使用。目前，在多数矿区均接受使用注气驱替作为煤层瓦斯高效抽采的技术措施，但是普通CO2、空气等会降低CH4和注入气体分子的扩散系数，不利于瓦斯的采收，制约瓦斯抽采效率的提高。并且，在瓦斯抽采的过程中，由于注入气体分子的存在，所抽采的瓦斯浓度被稀释，严重影响瓦斯的抽采浓度。虽有一定的实用价值，但存在上述情况，导致瓦斯利用率下降，抽采周期变短。
[0003]因此，提出CO2‑
N2混合状态气体驱替煤层瓦斯的装置及方法，利用超临界CO2气体的扩散性、液体的溶解能力、低黏度、低表面张力、高极化率、高电离势的特点，致裂煤体形成孔隙，CO2溶解于水后呈弱酸性溶解钙质碳酸盐，形成漏气通道，超临界CO2解吸驱替瓦斯，CO2在煤层中封存，实现比液体快速有效的驱替速率；并添加一定比例的烟道气N2代替纯组分CO2来减弱CO2造成的负面影响，对瓦斯高效抽采具有重要意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种CO2‑
N2混合状态气体驱替煤层瓦斯的装置及方法。利用注气装置将CO2注气罐中的CO2气体注入耐高压防爆加热器及气体增压器，在加热升压后进入超临界状态检测装置，在调节系统中对超临界状态加以调节，保证进入煤层的CO2气体达到超临界状态，并和N2注气罐中的N2气体以4:1的比例形成混合气体，从而实现超临界CO2对煤体有机分子的萃取、矿物质的溶蚀等物理化学作用，以及在煤层中相变为气态CO2和N2协同驱替煤体吸附态瓦斯的作用。为煤层瓦斯抽采方法提供途径参考，煤矿开发材料的开发提供合理的思路，抽采系统与技术提供新的使用技术方法，从而提高煤层瓦斯的抽采效率。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种CO2‑
N2混合状态气体驱替煤层瓦斯的装置，包括注气系统，调节注气系统的调节系统以及位于煤层钻孔中的瓦斯抽采系统，所述注气系统包括CO2注气组件和N2注气组件，所述CO2注气组件包括CO2注气罐，与CO2注气罐出口通过管道相连的加热器，与加热器出口相连的增压器，与增压器出口管路相连的超临界状态监测器，超临界状态监测器出口管路上设有控制模块，所述控制模块与调节系统电连接，所述调节系统包括自动调节模块、材料识别器、报警器、干燥调节单元和冷凝调节单元，所述控制模块出口管路分两路，第一路直接与N2管道汇合至混合气输送管，第二路通过调节系统后再汇合至混合气输送管，所述
混合气输送管末端位于煤层钻孔内。
[0006]进一步的，所述自动调节模块、材料识别器、报警器、干燥调节单元和冷凝调节单元集成于调节系统内，并由控制模块控制，控制模块（汉邦NS8001超临界流体色谱系统）与调节模块电连接，实现压力及密度线性/非线性变化，数据处理及显示。材料识别器与控制模块电连接，材料识别器（MH
‑
Z19B CO2气体传感器）对输入的CO2进行探测，具有很好的选择性。干燥调节单元（SFE
‑
2型超临界干燥装置）接收并分析CO2信息，控制调整功率和时间，再经冷凝调节单元（宏达SA
‑
240 304 CO2冷凝器）控制调整，使出门的CO2达到超临界状态。材料识别器，干燥调节单元，冷凝调节单元，与报警器电连接，构成自动调节模块。其中，报警器（DS
‑
1DX架空型智能短路故障指示器）用于检测系统电路故障，并实现报警功能。自动调节模块与2#温度传感器和1#压力指示表构成调节单元。
[0007]进一步的，所述N2注气组件包括N2注气罐，位于N2注气罐出口管路上的8#阀门和N2进气流量计，管路出口汇合至混合气输送管，混合气输送管上还设有9#阀门。
[0008]进一步的，所述抽采系统包括位于煤层钻孔内的多个抽采支管，多个抽采支管汇至抽采干管，抽采干管与抽采设备连接，每个抽采支管出口均设有安全阀和2#压力指示表，抽采干管上还设有11#阀门。
[0009]进一步的，所述CO2出口管道上设有1#阀门和CO2进气流量计，所述加热器出口管路上设有2#阀门，增压器上设有1#温度传感器，增压器出口管路上设有3#阀门，所述超临界状态监测器上设有4#阀门，控制模块出口第一管路上设有5#阀门，第二管路设有6#阀门，所述调节系统还设有2#温度传感器和1#压力指示表，调节系统出口管路上设有7#阀门。
[0010]进一步的，还包括供水系统，所述供水系统包括供水箱和供水管路，供水管路上设有10#阀门且供水管路末端延伸至钻孔底部。
[0011]一种CO2‑
N2混合状态气体驱替煤层瓦斯的装置的抽采方法，包括以下步骤：S1.对系统气密性检验，充入惰性气体He气6h，观察压力表的变化，若压力表无变化，证明系统的气密性完好，开始下一步；否则，检查系统的漏气位置，到气密性完好为止；S2.打开1#阀门，将CO2注气罐中的CO2气体从进气口注入加热器，升温后进入气体增压器，再进入超临界状态检测器，检测结果上传至控制模块，控制模块显示器若显示处于超临界状态，则打开5#阀门，否则，打开6#阀门，将CO2气体送入自动调节系统调节使CO2气体达到31.26℃、72.9atm的临界状态，打开8#阀门，N2注气罐中的N2气体进入管道，使超临界状态的CO2气体和N2按照4:1的质量分数混合形成混合气体；S3.混合气体进入混合气输送管，超临界CO2和N2气体形成的混合气体进入煤层致裂煤体，打开裂隙通道，瓦斯抽采管对驱替出的瓦斯进行抽采，当钻孔内混合气体压力过高时，打开安全阀降压使其重新达到超临界状态致裂煤体形成孔隙并驱替瓦斯；或者打开10#阀门通入水使CO2溶解于水后呈弱酸性，溶解钙质碳酸盐从而提高煤体的孔隙度和渗透率，达到打开裂隙通道的目的。
[0012]本专利技术具有的优点是：本专利技术的测试装置和测定方法能够通过升温加压把CO2气体输送到检测装置和调节装置以确保CO2的超临界状态，超临界CO2致裂煤体提高孔隙度和渗透率；压力表指示钻孔内压力，安全阀进行相应的泄压，或者通入部分水分使其呈弱酸性溶解钙质碳酸盐，提高孔隙度和渗透率；N2的加入改善了纯组分CO2和CH4分子扩散系数降低的负面影响。
附图说明
[0013]图1是本专利技术CO2‑
N2混合状态气体驱替煤层瓦斯的装置的结构示意图；图2是本专利技术不同分子驱替瓦斯的作用示意图。
[0014]图中：1
‑
CO2气体、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种CO2‑
N2混合状态气体驱替煤层瓦斯的装置，其特征在于：包括注气系统，调节注气系统的调节系统以及位于煤层钻孔中的瓦斯抽采系统，所述注气系统包括CO2注气组件和N2注气组件，所述CO2注气组件包括CO2注气罐，与CO2注气罐出口通过管道相连的加热器，与加热器出口相连的增压器，与增压器出口管路相连的超临界状态监测器，超临界状态监测器出口管路上设有控制模块，所述控制模块与调节系统电连接，所述调节系统包括自动调节模块、材料识别器、报警器、干燥调节单元和冷凝调节单元，所述控制模块出口管路分两路，第一路直接与N2管道汇合至混合气输送管，第二路通过调节系统后再汇合至混合气输送管，所述混合气输送管末端位于煤层钻孔内。2.如权利要求1所述的CO2‑
N2混合状态气体驱替煤层瓦斯的装置，其特征在于：所述自动调节模块、材料识别器、报警器、干燥调节单元和冷凝调节单元集成于调节系统内。3.如权利要求1所述的CO2‑
N2混合状态气体驱替煤层瓦斯的装置，其特征在于：所述N2注气组件包括N2注气罐，位于N2注气罐出口管路上的8#阀门和N2进气流量计，管路出口汇合至混合气输送管，混合气输送管上还设有9#阀门。4.如权利要求1所述的CO2‑
N2混合状态气体驱替煤层瓦斯的装置，其特征在于：所述抽采系统包括位于煤层钻孔内的多个抽采支管，多个抽采支管汇至抽采干管，抽采干管与抽采设备连接，每个抽采支管出口均设有安全阀和2#压力指示表，抽采干管上还设有11#阀门。5.如权利要求1所述的CO2‑
N2混合状态气体驱替煤层瓦斯的装置，其特征在于：所述CO2出口管道上设有1#阀门和CO2进气流量计，所述加热器出口管路上设有2#阀门，增压器上设有1#温...

【专利技术属性】
技术研发人员：李峰，王博，段宝燕，王琛琛，刘汉武，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：