[发明专利]多场耦合条件下二氧化碳煤层封存模拟试验方法

权利要求书

1.一种多场耦合条件下二氧化碳煤层封存模拟试验方法，其特征在于：包括以下步骤，

步骤1、试验准备

1a)将煤样破碎筛分备用，准备相似材料备用，所述相似材料用于模拟煤层之间的岩层，对传感器进行编号备用；

1b)型煤成型，在试件箱内对煤样和相似材料进行成型，使试件箱内形成至少两个模拟煤层和间隔在模拟煤层之间的模拟岩层，并在试件箱内埋入注气管和多个传感器；

所述试件箱包括箱体和箱盖，在所述箱体沿长度方向的一端插装有第一水平压头，所述第一水平压头的内端固定有位于箱体内的竖向的第一压板，在所述箱体沿宽度方向的一侧插装有至少两个第二水平压头，所述第二水平压头沿箱体的长度方向均匀布置，在每一所述第二水平压头的内端均固定有竖向的第二压板，在所述箱盖上插装有与第二水平压头一一对应的竖向压头，在每一所述竖向压头的内端均固定有位于箱体内的水平的第三压板；

所述模拟煤层和模拟岩层均与第一压板平行布置，并且选定其中至少一个模拟煤层为注气煤层，在所述箱体内底设有与模拟煤层一一对应的透气板，在每一所述透气板下方设有气流通道，所述气流通道的一端通过透气板与对应的模拟煤层连通，气流通道的另一端贯穿箱体外壁并连接有管接头，在每一所述管接头上各自连接有进气管路；

所述注气管沿箱体长度方向布置，在注气管内设有与注气煤层一一对应的注气通道，所述注气通道的内端与对应的注气煤层连通，注气通道的外端各自通过注气管连接有二氧化碳气源；

1c)检查密封效果；

1d)连接传感器和电脑，将所有的进气管路均与真空泵连接；

步骤2、加载应力

开启应力加载及数据采集系统，通过各个压头施加试验设定的预应力；

步骤3、甲烷吸附

关闭注气管，启动真空泵进行抽真空排出空气杂质，抽真空完成后关闭真空泵和进气管路，将进气管路与各自的甲烷气瓶连接，打开甲烷气瓶和进气管路进行充气，按照试验设定的吸附平衡气压对各个模拟煤层进行充分吸附；

步骤4、注入二氧化碳

关闭进气甲烷气瓶和进气管路，打开注气管向注气煤层注入二氧化碳，直到注气煤层的气压达到试验设定值；

步骤5、地应力循环加卸载

先对第一水平压头、第二水平压头和竖向压头同步从试验设定的低压力值逐渐加载到试验设定的高压力值，然后对第一水平压头、第二水平压头和竖向压头同步从试验设定的高压力值逐渐卸载到试验设定的低压力值，并按照试验设定循环加载和卸载多次，并实时监控各传感器的参数变化；

步骤6、同组其他试验

改变模拟煤层与模拟岩层的布置方式，或者选定其他模拟煤层为注气煤层，或者改变甲烷吸附的平衡气压，或者改变注入二氧化碳的气压值，或者改变地应力循环加卸载的低压力值与高压力值，重复进行试验。

2.根据权利要求1所述的多场耦合条件下二氧化碳煤层封存模拟试验方法，其特征在于：在所述步骤1进行型煤成型时，对型煤沿竖直方向分四次铺设和加压成型，即先在箱体底部相应位置铺设煤样和相似材料，同时在煤样内埋入传感器，然后加压成型；接着进行第二次煤样和相似材料的铺设和加压成型，然后安装注气管；再进行第三次、第四次铺设和加压成型，并埋入相应位置的传感器。

3.根据权利要求2所述的多场耦合条件下二氧化碳煤层封存模拟试验方法，其特征在于：步骤1中型煤成型在压制平台上进行，所述压制平台包括长条形的底座，在所述底座上通过四个支撑柱安装有左右两个反力座，所述支撑柱的下端与底座固定，所述反力座的前后两端各自固套在支撑柱上，并且在底座上还固定有竖向的支撑螺杆，在所述支撑螺杆上套装有支撑螺母，所述反力座活套在支撑螺杆上并通过支撑螺母支撑，在底座上安装有两根滑轨，所述滑轨位于两个反力座之间，所述试件箱的底部与滑轨配合；在每一反力座上均插装有至少两个夹紧杆，所述夹紧杆与反力座螺纹配合，夹紧杆的内端与试件箱侧壁抵紧，夹紧杆的外端固定有手轮。

4.根据权利要求1或2或3所述的多场耦合条件下二氧化碳煤层封存模拟试验方法，其特征在于：所述传感器包括气体压力传感器、声发射探头和二氧化碳浓度传感器，其中气体压力传感器在各个模拟煤层内分布有多个，所述声发射探头布置在与注气煤层接界的模拟岩层的顶部，并且声发射探头在对应的模拟岩层顶部均匀布置有多个，所述二氧化碳浓度传感器在各个模拟煤层内分布有多个。

5.根据权利要求4所述的多场耦合条件下二氧化碳煤层封存模拟试验方法，其特征在于：步骤5中，第一水平压头、第二水平压头和竖向压头的加卸载速率均为0.1MPa/h。