[发明专利]超临界CO2与水力压裂复合致裂煤体的模拟装置及方法

说明书

本发明公开了一种超临界CO₂与水力压裂复合致裂煤体的模拟装置及方法。模拟装置包括超临界CO₂与水力压裂复合致裂装置、密封罐装置、数据采集装置、真空泵、瓦斯气样罐和安全阀；所述超临界CO₂与水力压裂复合致裂装置包括超临界CO₂致裂部分和水力压裂部分；所述密封罐装置的罐体内放置有煤样；数据采集装置、真空泵和瓦斯气样罐分别与煤样直接连接。本发明通过真空泵对密封罐抽真空，通过压头挤压煤样实现单轴加压，根据实验要求对煤样进行复合致裂，并采集实验数据，分析得出煤矿井下超临界二氧化碳与水力压裂复合致裂煤体的效果。本发明采用相似模拟方法真实模拟了井下煤层周围应力和瓦斯赋存情况，数据科学性、精准度和可靠性更高。

技术领域

本发明涉及一种超临界CO₂与水力压裂复合致裂煤体的模拟装置及方法，具体涉及一种煤矿井下超临界二氧化碳与水力压裂复合致裂煤体的实验模拟装置及方法。

背景技术

近年来，我国煤矿事故时有发生，其中瓦斯事故占总事故的百分之八十以上，瓦斯灾害是严重制约煤矿安全高效生产的重要难题。目前，解决瓦斯灾害的最为有效措施之一是瓦斯抽采。随着煤矿采深的增加，煤层瓦斯压力高和低透气性煤层多的问题会越来越显著，单一的水力压裂措施效果会越来越差，难以在煤体内形成大范围的裂隙网，导致瓦斯抽采率低，瓦斯事故频繁。

超临界二氧化碳具有类似气体的扩散性及液体的溶解能力，同时兼具低粘度、低表面张力的特性，能够迅速渗透进入微孔隙的物质，因此用于萃取时萃取速率比液体快速而有效。水力压裂作为常用的煤体致裂手段，技术成熟可靠，适应范围广，可行性高。水力压裂后煤层含水率升高，容易产生水锁效应，抑制瓦斯逸出，而二氧化碳溶于水可以破除水锁效应。超临界二氧化碳与水力压裂致裂煤体技术同时具有超临界二氧化碳和水力压裂的优点，是对水力压裂这一传统技术进一步优化的合理探索，使其更加适用于高瓦斯低透气性煤层。

目前各国对超临界二氧化碳与水力压裂复合致裂煤体的研究较少，相关的实验装置还不完善。为了避免单纯理论分析和数值模拟所得结果与实际不符，同时以较小成本深入探究超临界二氧化碳与水力压裂复合致裂煤体的机理和影响因素，设计一种煤矿井下超临界二氧化碳和水力压裂致裂煤体模拟装置，并开展相应模拟实验就显得尤为重要。

发明内容

本发明旨在提供一种超临界CO₂与水力压裂复合致裂煤体的模拟装置及方法，能真实反映煤矿井下超临界CO₂与水力压裂复合致裂煤体的过程。

本发明提供了一种超临界CO₂与水力压裂复合致裂煤体的模拟装置，包括超临界CO₂与水力压裂复合致裂装置、密封罐装置、数据采集装置、真空泵、瓦斯气样罐和安全阀；

所述超临界CO₂与水力压裂复合致裂装置包括超临界CO₂致裂部分和水力压裂部分；所述超临界CO₂致裂部分包括二氧化碳储气罐、加压泵和超临界二氧化碳储气罐，三者之间通过不锈钢连通管连接，每段不锈钢连通管之间设有可控开关，超临界二氧化碳储气罐上装有压力表；所述水力压裂部分包括水箱、加压泵和高压水箱，三者之间通过不锈钢连通管连接，每段不锈钢连通管之间设有可控开关，通过水压传感器和水压记录仪监测和控制水压力；

所述密封罐装置，罐体内放置有煤样；所述安全阀可以防止密封罐因腔内气压过大发生事故；所述超临界CO₂与水力压裂复合致裂装置通过H型钢管与所述密封罐装置的煤样直接连接，所述数据采集装置、真空泵和瓦斯气样罐分别设置在密封罐装置的外侧，且与密封罐中的煤样直接连接。

上述装置中，所述密封罐装置分为罐盖和罐体，所述罐体采用6cm厚的不锈钢板制成，所述罐体与罐盖通过四个螺栓连接构成内部为空腔的四方体结构，内部空腔为边长40cm的正方体。