【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于二氧化碳地质封存，具体涉及一种高温高压下煤岩与二氧化碳作用模拟实验装置及方法。
技术介绍
1、二氧化碳的地质封存与利用是缓解全球变暖的重要技术手段。可用于二氧化碳地质封存的圈闭结构主要包括枯竭的油气层、深部咸水层和深部不可采煤层等。其中，煤层注二氧化碳驱替煤层气技术具有广阔的应用前景。深部不可采煤层具有很大的封存潜力：一方面，煤体是一种有机结构发达的有机岩，具有自发吸附流体的特性；另一方面，深部围岩结构使气体不易溢出，增加储存稳定性。煤层气是赋存在煤层中的一类清洁能源。该技术利用二氧化碳与煤层气在煤中的竞争吸附原理，实现二氧化碳的有效地质封存，同时还能提高煤层气的抽采效率。
2、以火电站，化工厂等为代表的耗煤大户工厂同时也是大型二氧化碳排放源，它们一般为了节约能源运输成本都建在煤炭主产区附近，这也为在邻近煤层封存二氧化碳降低二氧化碳的运输成本。
3、在煤层注入二氧化碳抽采煤层气和长期地质封存过程中，煤层强度和变形的改变成为至关重要的研究课题。将二氧化碳注入深部煤层中，当地温和压力均超过了临界点（31.1℃，7.38mpa）时，二氧化碳将自然变为超临界状态，在这种特殊的状态下二氧化碳会同时具有类似气体的粘度和扩散系数和液体的密度和溶解能力，具有超常规的物理化学活性。因此，需要开展高温高压下煤岩与二氧化碳相互作用研究，明确二氧化碳对煤岩的相关吸附过程以及煤岩力学性质劣化和渗透率演化规律，从而为二氧化碳在深部煤层中长期地质封存提供重要的理论支撑。
4、传统对高温高压下煤岩与二氧化碳相互
技术实现思路
1、针对上述技术问题，本专利技术提供一种高温高压下煤岩与二氧化碳作用模拟实验装置及方法。本专利技术提供的装置可以实现煤岩与二氧化碳作用地下原位条件模拟及非卸压原位状态下的力学性能测试，为二氧化碳在深部煤层中长期地质封存提供理论和技术支撑。
2、为了实现上述技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
3、一种高温高压下煤岩与二氧化碳作用模拟实验装置，包括：数据采集处理系统、高温循环控制系统、高压泵注系统和煤岩反应测试系统；
4、所述煤岩反应测试系统包括反应釜、放置于所述反应釜内部的煤岩试样、设置在所述反应釜中用于为煤岩试样施加压力的单轴压缩仪、用于对煤岩试样所处环境的温度及压力进行实时监测的压力温度传感器；
5、所述高温循环控制系统用于实时监测和控制所述煤岩反应测试系统中反应釜内的反应温度；
6、所述高压泵注系统用于实时监测和控制所述煤岩反应测试系统中反应釜内的压力；
7、所述数据采集处理系统和所述煤岩反应测试系统中的单轴压缩仪、压力温度传感器连接，用于控制所述单轴压缩仪，并用于实时采集、处理、显示、存储所述单轴压缩仪及压力温度传感器获取的实验数据。
8、进一步地，所述煤岩反应测试系统中，所述反应釜包括反应釜本体、釜体外盖；煤岩试样设置于所述反应釜本体和所述釜体外盖组成的密闭腔体内。
9、进一步地，所述单轴压缩仪固定设置在所述釜体外盖的下方，在所述单轴压缩仪和所述煤岩试样之间设置垫片。
10、进一步地，所述高温循环控制系统包括温度控制器、加热循环器、环形加热炉和回流加热管道；
11、所述环形加热炉围绕设置在所述反应釜本体的周围及底部，所述环形加热炉的环形内净尺寸与所述反应釜的外形尺寸相适配；
12、所述温度控制器和所述加热循环器连接，所述加热循环器通过所述回流加热管道和所述环形加热炉连接；
13、所述温度控制器用于控制所述加热循环器产生热液，所述热液通过所述回流加热管道流到反应釜外围的所述环形加热炉。
14、进一步地，所述高温循环控制系统通过控制所述环形加热炉中流体容积及外循环流量来控制所述反应釜内的温度；
15、控制所述热液流体容积为5-8l、外循环流量为8-10l/min；控制所述反应釜内的温度在室温到300℃。
16、进一步地，所述高压泵注系统包括气瓶、空气压缩机、升压泵及水源；
17、所述气瓶、所述空气压缩机、所述水源均和所述升压泵连接，所述气瓶和所述升压泵之间连接控压阀门；所述空气压缩机用于给所述升压泵提供压力；
18、所述升压泵的输出端和反应釜的进气口连接，用于给反应釜施加高压二氧化碳气体，通过控制所述高压泵注系统，将反应釜内压力控制在7.3mpa-20mpa。
19、进一步地，所述数据采集处理系统包括计算机、数据传输线；所述计算机中包括单轴压缩仪控制模块、数据采集模块和数据处理模块；
20、所述计算机通过所述数据传输线和所述压力温度传感器及所述单轴压缩仪连接；
21、所述单轴压缩仪控制模块用于控制单轴压缩仪的开启、关闭及控制单轴压缩仪对试样施加压力的大小；
22、所述数据采集模块用于实时观测、采集、显示所述压力温度传感器和所述单轴压缩仪的实验数据；
23、所述数据处理模块用于实验数据的处理、导出与存储。
24、一种高温高压下煤岩与二氧化碳作用模拟实验方法，所述方法包括以下步骤：
25、（1）将试样放入反应釜中，将垫片置于试样上方，安装固定有单轴压缩仪的安装釜体外盖；
26、（2）打开高温循环控制系统，热液通过回流加热管道流到反应釜外围的所述环形加热炉，对反应釜进行加热，使装有煤岩试样的反应釜模拟实现地下原位温度条件；
27、反应釜的温度达到预设温度后持续监测至少半小时，当反应釜内温度不再变化时进入步骤（3），进行加压实验；
28、（3）升温完成后，打开气瓶、升压泵和空气压缩机开关，给反应釜施加高压二氧化碳气体；将反应釜中二氧化碳的压力提高到7.38mpa以上，达到超临界状态；
29、（4）逐渐将反应釜内压力增加到设定压力，停止进气，检查装置气密性；
30、保持温度和压力都达到预设值且半小时以上不再发生变化后，至少每隔24小时观察、调整一次反应釜内温度和压力，使反应釜内温度和压力保持在设定值；煤岩样品在设定温度和压力条件下保留时间满足设定时间后进入步骤（5）；
31、（5）开启单轴压缩仪，在计算机上设定加载速率为0.5-1mpa/s，对煤岩进行加载，直至试样破坏后，停止加载并卸除对试样的载荷；
32、（6）力学测试完成后，导出实验数据，根据数据采集处理系统记录的温度、压力、时间、变形数值，绘制温度数值、压力数值随时间变化曲线及应力应变曲线，存储并导出数据，进行后处理数据分析。
33、进一步地，所述方法还包括以下步骤：...
【技术保护点】
1.一种高温高压下煤岩与二氧化碳作用模拟实验装置，其特征在于，包括：数据采集处理系统、高温循环控制系统、高压泵注系统和煤岩反应测试系统；
2.根据权利要求1所述一种高温高压下煤岩与二氧化碳作用模拟实验装置，其特征在于，所述煤岩反应测试系统中，所述反应釜包括反应釜本体、釜体外盖；煤岩试样设置于所述反应釜本体和所述釜体外盖组成的密闭腔体内。
3.根据权利要求2所述一种高温高压下煤岩与二氧化碳作用模拟实验装置，其特征在于，所述单轴压缩仪固定设置在所述釜体外盖的下方，在所述单轴压缩仪和所述煤岩试样之间设置垫片。
4.根据权利要求1所述一种高温高压下煤岩与二氧化碳作用模拟实验装置，其特征在于，所述高温循环控制系统包括温度控制器、加热循环器、环形加热炉和回流加热管道；
5.根据权利要求4所述一种高温高压下煤岩与二氧化碳作用模拟实验装置，其特征在于，所述高温循环控制系统通过控制所述环形加热炉中流体容积及外循环流量来控制所述反应釜内的温度；
6.根据权利要求1所述一种高温高压下煤岩与二氧化碳作用模拟实验装置，其特征在于，所述高压泵注系统
7.根据权利要求1所述一种高温高压下煤岩与二氧化碳作用模拟实验装置，其特征在于，所述数据采集处理系统包括计算机、数据传输线；所述计算机中包括单轴压缩仪控制模块、数据采集模块和数据处理模块；
8.一种高温高压下煤岩与二氧化碳作用模拟实验方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述一种高温高压下煤岩与二氧化碳作用模拟实验方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种高温高压下煤岩与二氧化碳作用模拟实验装置，其特征在于，包括：数据采集处理系统、高温循环控制系统、高压泵注系统和煤岩反应测试系统；
2.根据权利要求1所述一种高温高压下煤岩与二氧化碳作用模拟实验装置，其特征在于，所述煤岩反应测试系统中，所述反应釜包括反应釜本体、釜体外盖；煤岩试样设置于所述反应釜本体和所述釜体外盖组成的密闭腔体内。
3.根据权利要求2所述一种高温高压下煤岩与二氧化碳作用模拟实验装置，其特征在于，所述单轴压缩仪固定设置在所述釜体外盖的下方，在所述单轴压缩仪和所述煤岩试样之间设置垫片。
4.根据权利要求1所述一种高温高压下煤岩与二氧化碳作用模拟实验装置，其特征在于，所述高温循环控制系统包括温度控制器、加热循环器、环形加热炉和回流加热管道；
5.根据权...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘力源，王涛，邓鑫宇，姜乃生，汪炯，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：
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