本發(fā)明涉及煤層氣增采技術領域范疇，尤其涉及一種超臨界CO2提高煤層滲透性的方法。
背景技術：
我國煤層氣資源豐富，煤層氣賦存條件復雜，高瓦斯煤層和突出礦井煤層普遍為低滲透煤層。目前，主要采用鉆孔抽采、水壓致裂抽采、水力割縫抽采和注水驅氣等方法提高煤層氣的采收率，但效果不理想。并且隨著煤層開采深度增加，地應力、煤層氣孔隙壓力和地溫增加，煤層透氣性降低，也造成煤層氣采收率較低。利用CO2強化儲存煤層氣回采方法(ECBM)可以顯著提高采收率，但降低煤層滲透性，并且容易誘發(fā)煤與CO2突出事故。
當煤層埋藏深度超過800m，煤層的原巖溫度和壓力使CO2達到超臨界狀態(tài)，超臨界CO2黏度與氣態(tài)CO2相近，密度與液態(tài)CO2相近，具有零表面張力、高擴散系數等特點。煤層注入超臨界CO2可以有效驅替煤層CH4、提高煤層氣采收率，還可以改善煤層結構、提高煤層滲透性。為了詳細研究超臨界CO2提高煤層滲透性規(guī)律，需要對原有方法進行革新。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明一種超臨界CO2提高煤層滲透性的方法的目的在于，提供一種可以提高煤層滲透性的方法，不僅可以提高煤層氣采收率，還可以有效改變煤層結構、提高煤層滲透性。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案為：
一種超臨界CO2提高煤層滲透性的方法，所采用的裝置為一種超臨界CO2提高煤層滲透性的裝置，該裝置包括注氣系統(tǒng)21、增壓裝置22、壓力釜7、溫度控制系統(tǒng)23、三軸滲流裝置9、加載系統(tǒng)24、集氣系統(tǒng)25、抽真空系統(tǒng)26和數據采集系統(tǒng)27；所述注氣系統(tǒng)21由N2瓶1和液態(tài)CO2瓶2組成，所述N2瓶1通過六通閥6與壓力釜7一端相連，所述液態(tài)CO2瓶2通過增壓裝置22與壓力釜7連接，壓力釜7另一端通過閥門8與三軸滲流裝置9注入端連接，三軸滲流裝置9出氣端通過六通閥15分別與加載系統(tǒng)24集氣系統(tǒng)25和抽真空系統(tǒng)26連接；所述壓力釜7與三軸滲流裝置9均位于溫度控制系統(tǒng)23中；數據采集系統(tǒng)27與六通閥6或六通閥15連接；增壓裝置22由增壓泵3和空氣壓縮機4構成；溫度控制系統(tǒng)23包括水浴箱5；加載系統(tǒng)24由手動壓力泵11和穩(wěn)壓器10構成；抽真空系統(tǒng)26包括真空泵14；集氣系統(tǒng)25由取氣裝置12和流量計13組成；數據采集系統(tǒng)27包括數據采集儀16、17；該方法的具體操作步驟為：
(1)制備煤試件，利用煤巖切割機沿煤層層理方向鉆取煤試件，將煤試件放入至裝置系統(tǒng)中；
(2)檢查裝置氣密性，調節(jié)外置溫控器將水浴箱5加熱至試驗最高溫度，利用手動壓力泵11交替施加軸壓和圍壓至試驗最大值；利用增壓裝置22對CO2增壓注入壓力釜7，CO2達到超臨界狀態(tài)；穩(wěn)定1小時后檢查試驗系統(tǒng)，若數據采集系統(tǒng)27中壓力無變化表明試驗系統(tǒng)氣密性良好；
(3)開啟抽真空系統(tǒng)26，將系統(tǒng)抽真空；
(4)預熱試驗裝置并開啟注氣系統(tǒng)21，打開增壓裝置22，控制增壓泵3液態(tài)CO2加壓再通入壓力釜7內，經過水浴加熱，CO2達到超臨界狀態(tài)；
(5)當超臨界CO2壓力值至預定值，關閉注氣系統(tǒng)21，打開閥門8，充分吸附24小時，通過數據采集系統(tǒng)27記錄壓力釜7內初始壓力和吸附飽和時壓力值；
(6)關閉閥門8，打開與三軸滲流裝置相連的六通閥15，釋放游離氣體；
(7)開啟加載系統(tǒng)24，利用手動壓力泵11對煤樣交替施加軸壓和圍壓至預定值，關閉加載系統(tǒng)24；開啟注氣系統(tǒng)21，通入一定壓力N2，N2壓力值低于圍壓，待氣體流速穩(wěn)定后，打開取氣裝置12，再利用流量計13測取流量，測量三次求平均值。
所述試驗系統(tǒng)流體注入壓力范圍為0.1MPa-20MPa，加載系統(tǒng)24提供最大體積應力為45MPa，溫度控制系統(tǒng)23提供溫度范圍為20℃-60℃。
本發(fā)明一種超臨界CO2提高煤層滲透性的方法的有效益處：
常規(guī)煤層氣增產技術是借鑒油氣開采技術，但由于我國煤層滲透性較差，利用現(xiàn)有技術難以實現(xiàn)高產。已有的CO2強化儲存煤氣層氣回采方法雖然可以提高采收率，但易造成煤體膨脹、降低了煤層的滲透性，并且容易誘發(fā)煤與CO2突出事故。本發(fā)明一種超臨界CO2提高煤層滲透性方法安全無污染、操作性強，并且CO2來源廣泛、易于獲取。超臨界CO2粘度低、擴散系數高，容易滲透擴散到煤體微孔中，并且有良好的溶解能力。因此，本發(fā)明一種超臨界CO2提高煤層滲透性方法可以改變煤層結構，從根本上顯著提高煤層滲透性，從而提高煤層氣采收率。
附圖說明
圖1為本發(fā)明一種超臨界CO2提高煤層滲透性的方法所采用裝置的系統(tǒng)示意圖；
圖1中，1-N2瓶；2-液態(tài)CO2瓶；3-增壓泵；4-空氣壓縮機；5-水浴箱；6-六通閥；7-壓力釜；8-閥門；9-三軸滲流裝置；10-穩(wěn)壓器；11-手動壓力泵；12-取氣裝置；13-流量計；14-真空泵；15-六通閥；16、17-數據采集儀；21-注氣系統(tǒng)；22-增壓裝置；23-溫度控制系統(tǒng)；24-加載系統(tǒng)；25-集氣系統(tǒng)；26-抽真空系統(tǒng)；27-數據采集系統(tǒng)。
具體實施方式
為了使發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
一種超臨界CO2提高煤層滲透性的方法，所采用的裝置為一種超臨界CO2提高煤層滲透性的裝置，該裝置包括注氣系統(tǒng)21、增壓裝置22、壓力釜7、溫度控制系統(tǒng)23、三軸滲流裝置9、加載系統(tǒng)24、集氣系統(tǒng)25、抽真空系統(tǒng)26和數據采集系統(tǒng)27；所述注氣系統(tǒng)21由N2瓶1和液態(tài)CO2瓶2組成，所述N2瓶1通過六通閥6與壓力釜7一端相連，所述液態(tài)CO2瓶2通過增壓裝置22與壓力釜7連接，壓力釜7另一端通過閥門8與三軸滲流裝置9注入端連接，三軸滲流裝置9出氣端通過六通閥15分別與加載系統(tǒng)24集氣系統(tǒng)25和抽真空系統(tǒng)26連接；所述壓力釜7與三軸滲流裝置9均位于溫度控制系統(tǒng)23中；數據采集系統(tǒng)27與六通閥6或六通閥15連接；增壓裝置22由增壓泵3和空氣壓縮機4構成；溫度控制系統(tǒng)23包括水浴箱5；加載系統(tǒng)24由手動壓力泵11和穩(wěn)壓器10構成；抽真空系統(tǒng)26包括真空泵14；集氣系統(tǒng)25由取氣裝置12和流量計13組成；數據采集系統(tǒng)27包括數據采集儀16、17；該方法的具體操作步驟為：
(1)制備煤試件，利用煤巖切割機沿煤層層理方向鉆取煤試件，將煤試件放入至裝置系統(tǒng)中；
(2)檢查裝置氣密性，調節(jié)外置溫控器將水浴箱5加熱至試驗最高溫度，利用手動壓力泵11交替施加軸壓和圍壓至試驗最大值；利用增壓裝置22對CO2增壓注入壓力釜7，CO2達到超臨界狀態(tài)；穩(wěn)定1小時后檢查試驗系統(tǒng)，若數據采集系統(tǒng)27中壓力無變化表明試驗系統(tǒng)氣密性良好；
(3)開啟抽真空系統(tǒng)26，將系統(tǒng)抽真空；
(4)預熱試驗裝置并開啟注氣系統(tǒng)21，打開增壓裝置22，控制增壓泵3液態(tài)CO2加壓再通入壓力釜7內，經過水浴加熱，CO2達到超臨界狀態(tài)；
(5)當超臨界CO2壓力值至預定值，關閉注氣系統(tǒng)21，打開閥門8，充分吸附24小時，通過數據采集系統(tǒng)27記錄壓力釜7內初始壓力和吸附飽和時壓力值；
(6)關閉閥門8，打開與三軸滲流裝置相連的六通閥15，釋放游離氣體；
(7)開啟加載系統(tǒng)24，利用手動壓力泵11對煤樣交替施加軸壓和圍壓至預定值，關閉加載系統(tǒng)24；開啟注氣系統(tǒng)21，通入一定壓力N2，N2壓力值低于圍壓，待氣體流速穩(wěn)定后，打開取氣裝置12，再利用流量計13測取流量，測量三次求平均值。
所述試驗系統(tǒng)流體注入壓力范圍為0.1MPa-20MPa，加載系統(tǒng)24提供最大體積應力為45MPa，溫度控制系統(tǒng)23提供溫度范圍為20℃-60℃。
參見附圖1，本發(fā)明一種超臨界CO2提高煤層滲透性的方法具體步驟如下：
(1)制備煤試件。利用煤巖切割機沿煤層層理方向鉆取煤試件，尺寸為φ50×100mm；
(2)將煤試件放入裝置中；
(3)檢查裝置氣密性。調節(jié)外置溫控器將水浴箱5加熱至試驗最高溫度55℃，利用手動壓力泵11交替施加軸壓和圍壓至試驗最大值12MPa；利用增壓裝置22對CO2增壓至試驗最高壓力14MPa，注入壓力釜7內，CO2達到超臨界狀態(tài)；穩(wěn)定1小時后檢查試驗系統(tǒng)，若數據采集系統(tǒng)中壓力無變化表明試驗系統(tǒng)氣密性良好；
(4)開啟抽真空系統(tǒng)26，將系統(tǒng)抽真空；
(5)關閉閥門8、六通閥15，打開六通閥6；預熱試驗系統(tǒng)，打開增壓裝置22，控制增壓泵3對液態(tài)CO2加壓再通入壓力釜7內，經過水浴加熱，CO2達到超臨界狀態(tài)；
(6)當超臨界CO2壓力值至預定值，關閉六通閥6，打開閥門8，充分吸附24小時；通過數據采集系統(tǒng)27記錄壓力釜7內初始壓力和吸附飽和時壓力值；
(7)關閉閥門8，打開六通閥15，釋放游離氣體；
(8)開啟加載系統(tǒng)24，利用手動壓力泵11對煤樣交替施加軸壓和圍壓至預定值，打開六通閥6，通入一定壓力N2，N2壓力低于圍壓，待氣體流速穩(wěn)定后，打開取氣裝置12，再利用流量計13測取流量，測量三次求平均值。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。