[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

说明书

本发明公开了一种多场耦合条件下二氧化碳煤层封存模拟试验方法，通过在试件箱内利用煤样和相似材料模拟煤层和岩层，并在箱体内设置与模拟煤层一一对应的透气板和气流通道，以便于对各个模拟煤层进行抽真空和甲烷吸附，然后通过注气管对选定的注气煤层进行二氧化碳注入封存，最后通过三相应力加载系统，对型煤进行应力循环加载，以模拟外界扰动造成的地应力循环变化，并监控各个传感器的参数变化，从而为研究二氧化碳煤层封存提供了试验基础。

技术领域

本发明属于二氧化碳地质封存技术领域，具体地讲，特别涉及一种多场耦合条件下二氧化碳煤层封存模拟试验方法。

背景技术

目前，尽管各国都在积极开发太阳能、核能、风能、水能、潮汐能、生物质能等新能源，但这些新能源所占比例较有限，以煤、石油、天然气为主的化石能源仍将在21世纪人类能源消费结构中占主体地位。这就意味着本世纪直接消耗化石燃料所产生的温室气体排放量将持续增加，如不采取措施加以遏制，由此引发的全球气候变暖、环境恶化状况将继续加剧。为避免全球气候变暖给人类和整个地球环境系统带来的灾难性后果，积极采取减缓全球气候变暖和地球环境恶化的措施迫在眉睫。

二氧化碳地质封存(CCS)，简称碳封存，是一项重要的节能减排措施，在全球清洁能源创新形势下，该技术的重要性日益凸显，成熟度逐渐提高。CCS技术是指将从大型燃煤电厂、煤化工企业等大型排放点源收集的二氧化碳集中注入到深部咸水层、枯竭的油气藏等地下储层中。二氧化碳地质封存实质上就是把二氧化碳这一主要的温室气体注入到地下深处具有适当封闭条件的地层中进行长期安全(千年至万年尺度)的封存和隔离。其目的是在一段时间内减少大气中二氧化碳排放量，减缓全球变暖与地球环境恶化，为开发新的可再生清洁能源利用技术提供充足的缓冲时间。

现有的二氧化碳地质封存主要有以下四中方式：咸水层封存、废弃油气田封存、不可开采的煤田封存、海洋封存。二氧化碳地质封存通常具备以下几个特征：①封存的规模大，工业上二氧化碳的单井注入量通常在百万吨量级上；②封存的时间跨度长，封存年限设计通常考虑数百年；③涉及到温度、渗流、力学和化学反应多场耦合问题(HTMC)。

大量的二氧化碳注入地层容易引起若干安全问题：气体泄露、地表隆起变形、降低盖层力学完整性和诱发地震等。而目前对于二氧化碳地质封存的研究多集中在咸水层方面，且以现场示范和数值模拟手段为主，存在以下不足：①对于二氧化碳煤层地质封存的研究较少；②现场示范花费极高，且一般示范期限只有几年，难以长期进行深入持续地研究；③数值模拟手段在一定程度上简化了现场地质条件，且基于一些假设的基础上开展，难以真实、全面地反应现场真实情况。良好的盖层是实现二氧化碳有效封存的必要条件，也是二氧化碳地质封存选址的关键指标之一。因此，有必要提出一种可在室内开展的二氧化碳煤层封存模拟试验方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种多场耦合条件下二氧化碳煤层封存模拟试验方法，用于模拟二氧化碳的煤层封存，为二氧化碳煤层封存的研究提供试验基础。

本发明的技术方案如下：一种多场耦合条件下二氧化碳煤层封存模拟试验方法，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；