[发明专利]测量煤体吸附和解吸煤层气过程温度及热量的系统及方法

说明书

测量煤体吸附和解吸煤层气过程温度及热量的系统及方法，属于煤层气开采技术领域。所述测量煤体吸附和解吸煤层气过程温度及热量的系统包括：三轴压力腔、三轴应力加载装置、温度检测装置、气体量测装置和数据处理装置，三轴压力腔包括第一腔体和第二腔体，第一腔体位于第二腔体之上，第一腔体内设有上压头和下压头，煤样的一端固定在上压头上，另一端固定在下压头上；三轴应力加载装置包括油缸、油泵、多通阀和瓦斯高压气瓶；温度检测装置包括宽带光源、光纤耦合器、光纤布拉格光栅传感器阵列和光纤解调器；气体测量装置包括量筒；数据处理装置包括单片机和显示器。该系统能够模拟煤层气的吸附和解吸过程，并对吸附热和解吸热进行测量。

技术领域

本发明涉及煤层气开采技术领域，特别涉及一种测量煤体吸附和解吸煤层气过程温度及热量的系统及方法。

背景技术

我国煤层气储量丰富，其主要成分为甲烷，由于我国煤层气具有“高储低渗”的特点，因此大部分煤层气矿区均为低渗透储层，开发困难，低渗透储层煤层气的增产渗流对能源危机的缓解、矿井瓦斯灾害事故的防治以及大气环境的保护均有积极的意义。

理论和实验研究均表明，通过向低渗透煤储层注入热量能够提高煤储层渗透性能和煤层气解吸量及解吸速率，从而实现低渗透储层煤层气增产增渗的目的，而煤层气注热开采正是基于这一原理，在工程上得到足够的重视。注热开采相对其它煤层气开采技术来说，热力开采具有环境影响小、适用于多种不同储藏特性等优点，因而有必要对注热开采过程中的能量开采效率及经济性等因素做进一步评价以获得热力开采煤层气方法的商业应用及推广。其中，煤体会对煤层气气体进行吸附，也会对煤层气气体进行解吸，解吸即是煤体中的煤层气由吸附态转变为游离态气体的过程，煤体在吸附煤层气或者解吸煤层气的过程中均会产生热量的变化，分别称为吸附热和解吸热，而吸附热和解吸热对于注热开采技术中热量注入煤体后在各种介质上迁移的研究极为重要，因此吸附热和解吸热的测定对注热开采过程中的能量开采效率及经济性评价体系的建立起到重要的作用。

目前吸附热和解吸热的测定中多采用间接法，即通过Clausius-Clapeyron方程，利用两个不同温度下测量的吸附等温线来计算恒定覆盖度下吸附剂的吸附热，并基于吸附解吸为互逆过程这一原理，以吸附热近似代替解吸热，然而采用间接法获得的吸附热和解吸热在计算的过程中假设条件均为理想状态，与实际煤体的真实吸附热和解吸热有明显的差异，因此导致采用间接法测得的数据严重偏离实际的吸附热和解吸热变化规律。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，一方面本发明提供了一种测量煤体吸附和解吸煤层气过程温度及热量的系统，所述测量煤体吸附和解吸煤层气过程温度及热量的系统包括：三轴压力腔、三轴应力加载装置、温度检测装置、气体量测装置和数据处理装置；

三轴压力腔包括第一腔体和第二腔体，第一腔体位于第二腔体之上，第一腔体内设有上压头和下压头，上压头固定在第一腔体顶部，煤样的一端固定在上压头上，另一端固定在下压头上，轴压头位于第二腔体内，且轴压头的一端伸入第一腔体与下压头连接，煤样、上压头和下压头外套有热塑套；

三轴应力加载装置包括油缸、油泵、多通阀和瓦斯高压气瓶，油缸和油泵连接，油泵和多通阀连接，第一腔体顶部设有围压孔，围压孔与多通阀的一个阀门通过第一管路连接；第二腔体底部设有轴压孔，轴压孔与多通阀的另一个阀门通过第二管路连接；上压头上设有进气孔，进气孔在上压头内延伸至上压头与煤样接触的端面，进气孔与瓦斯高压气瓶通过第三管路连接，第三管路上设有进气阀和高压调节阀；

温度检测装置包括宽带光源、光纤耦合器、光纤布拉格光栅传感器阵列和光纤解调器，煤样内设有传感器安装孔，光纤布拉格光栅传感器阵列安装在传感器安装孔内，光纤耦合器通过光纤与光纤布拉格光栅传感器阵列中的每个光纤布拉格光栅传感器连接，每个光纤布拉格光栅传感器的检测点的位置均不同，宽带光源与光纤耦合器通过光纤连接，光纤耦合器与光纤解调器通过光纤连接；