一种注气对煤层气在煤岩中的解吸渗流影响的测试装置及
方法技术领域
本发明涉及煤层气领域，尤其涉及注气对煤层气在煤岩中的解吸渗流影响的测试
装置及方法。
背景技术
煤层气以游离自由态、吸附态和溶解态赋存于煤层中，是一种洁净能源，在我国储
量十分丰富，煤层气开采不仅可增加能源种类和数量、保护环境，而且还能降低煤矿瓦斯事
故的发生。因此，开采煤层气意义深远。
目前，我国各地煤层的透气性都普遍不高，很多煤岩还属于松软低透煤层，所以煤
层气开采还远未达到商业化阶段。通过向煤层中注气(如二氧化碳、氮气、水蒸汽等)，以提
高煤层气抽采效率，是目前煤层气开采常用方法。目前已提出的开采方法主要有：(1)煤层
气井循环注二氧化碳系统(CN201210383730.5)，该方法通过循环注气，能把煤层中更多的
甲烷气体采出来，提高煤层中甲烷的产出速率，降低了煤层气井的回采周期，提高煤层气井
的采收率和经济效益；(2)低压煤层气井氮气压裂增产方法(CN201410705002.0)，该方法利
用高压氮气压裂煤层增加煤层的透气性，从而提高煤层气的采收率；(3)一种基于注入水蒸
汽以增加煤层透气性的方法及其系统(CN201610272645.X),该方法及其系统将常压水蒸
汽、过热水蒸汽或沸水注入煤层，以此提高煤层气解吸并疏通煤层气通道，进而大量抽采煤
层气。虽然目前已提出了这些提高煤层气开采效率的方法，但注气开采对煤层气解吸及渗
流的影响程度有多大，哪一种方法更有利于煤层气的开采还有待进一步考究。
发明内容
本发明的目的是解决测试向煤岩中注入气体，如水蒸汽、氮气、二氧化碳等，比较
这些气体对煤层气解吸及渗流的影响程度问题，提供一种可靠性高、操作简便、准确度高的
煤岩注气加快煤层气解吸渗流性能的测定装置。
本发明所采用的技术方案：一种注气对煤层气在煤岩中的解吸渗流影响的测试装
置及方法，由原煤样、测量容器、煤样保护网、注气孔、集气罩、气源、增压泵、闸阀、流量计、
导气管、瓦斯解吸速度测定仪、气体注入管、软管、阀门构成，所述测量容器上部开口与集气
罩相连，测量容器底部密封但中央位置留有与气体注入管相连的孔洞，测量容器内部布置
煤样保护网；所述煤样保护网为圆柱型，内部布置煤样；所述煤样中央位置设有注气孔，上
端面完全密封，下端面除注气孔口外其他部分密封；所述煤样注气孔口与测量容器底部孔
洞的尺寸一致；所述测量容器底部注气孔洞通过气体注入管与增压泵相连；所述增压泵与
气源相连，所述气源为水蒸气、氮气或二氧化碳；所述增压泵可对气源供应的进行加压，并
以指定压力输出；所述闸阀安装于气体注入管；所述流量计安装于气体注入管，位于闸阀和
测量容器之间；所述集气罩布置于测量容器上方，一端与测量容器上部相连，另一端与导气
管相连；所述导气管一端与集气罩相连，另一端与瓦斯解吸速度测定仪相连；所述瓦斯解吸
速度测定仪上端有一开口与软管相连；所述软管上装有阀门。
本发明具体实施方法如下：
(1)准备阶段：制取尺寸合适的圆柱煤样，并在煤样中央位置开出注气孔，将煤样
上端面密封，下端面除注气孔外其他部分密封，将煤样置于煤样保护网内，关闭软管上的阀
门和气体注入管上的闸阀，将气体注入管与增压泵、测量容器连接，连接增压泵与气源，使
注气孔与气体注入管对应连通，安装集气罩与软管，将瓦斯解吸速度测定仪注满水，将导气
管与集气罩、瓦斯解吸速度测定仪连接；
(2)测定阶段：开启气体注入管上的闸阀，开启气源和增压泵，并调节增压泵出口
压力，通过气体注入管以固定流量、固定压力向煤样中注入气体，通过流量计测出注入的气
体流量。注入气体后，煤体内解吸的煤层气和注入的气体发生径向渗流流至容器内，经集气
罩聚集，沿导气管流入瓦斯解吸速度测定仪，通过瓦斯解吸速度测定仪测出气体的流量。利
用气相色谱仪对软管流出的气体浓度进行分析，得出混合气体中的甲烷浓度，根据气体中
甲烷的浓度和流量，通过计算得到实验过程煤层气的解吸量。
更换煤样，改变注入气体的种类、注入的压力和流量，重复上述步骤，所用煤样均取自
同一地点。
(3)分析：根据瓦斯解吸速度测定仪测出的流量和其中的甲烷含量，比较分析得出
注入不同流体种类、压力和流量对煤层气解吸渗流的影响。
本发明的有益效果：
(1)径向渗流实验方法与实际煤层气开采过程更为吻合。
(2)可测定不同气体和不同注气压力、流量对煤层气解吸及渗流的影响程度。
附图说明
图1为本发明测定装置结构示意图。
图中：1—煤样，2—测量容器，3—煤样保护网，4—注气孔，5—集气罩，6—气源，
7—增压泵，8—闸阀，9—流量计，10—气体注入管，11—导气管，12—瓦斯解吸速度测定仪，
13—阀门，14—软管。
具体实施方式：
下面结合附图与具体实例对本发明进行详细说明。
如图1所示，本发明的装置由煤样(1)、测量容器(2)、煤样保护网(3)、注气孔(4)、
集气罩(5)、气源(6)、增压泵(7)、闸阀(8)、流量计(9)、气体注入管(10)、导气管(11)、瓦斯
解吸速度测定仪(12)、阀门(13)、软管(14)构成，所述测量容器(2)上部接集气罩(5)，底部
密封但中央位置留有与气体注入管(10)相连的孔洞；所述煤样(1)布置于测量容器(2)内，
中央位置有注气孔(4)，上端面完全密封，下端面除注气孔(4)口外其他部分密封；所述煤样
置于煤样保护网(3)内；所述注气孔(4)位于煤样(1)中央位置，下部与气体注入管(10)相
连；所述气体注入管(10)一端与测量容器(2)底部相连并与注气孔(4)连通，另一端与增压
泵(7)连接；所述气源(6)与增压泵(7)相连，供应气体为水蒸气、氮气或二氧化碳；所述增压
泵(7)对上述气源(6)供应的气体进行加压，并以指定压力输出；所述闸阀(8)安装于气体注
入管(10)上；所述流量计(9)安装于气体注入管(10)上，位于闸阀(8)与测量容器(2)之间；
所述集气罩(5)置于测量容器(2)上方，一端封住测量容器(2)上部的开口，另一端与导气管
(11)相连；所述导气管(11)一端与集气罩(5)相连，另一端与瓦斯解吸速度测定仪(12)相
连；所述瓦斯解吸速度测定仪(12)上端有一开口与软管(14)相连；所述软管(14)上装有阀
门(13)。
制取尺寸合适的圆柱煤样(1)，并在煤样(1)中央位置开出注气孔(4)，煤样(1)上
端面密封，下端面除注气孔(4)口外的其他部分密封，为煤样(1)套上煤样保护网(3)以免煤
样(1)在测定过程中崩碎，关闭阀门(13)、闸阀(8)，将气体注入管(10)与测量容器(2)、增压
泵(7)连接，连接气源(6)和增压泵(7)，将煤样(1)放入测量容器(2)内，使注气孔(4)与气体
注入管(10)对应，安装集气罩(5)，连接软管(11)和瓦斯解吸速度测定仪(12)，向瓦斯解吸
速度测定仪(12)注满水，将导气管(11)与集气罩(5)、瓦斯解吸速度测定仪(12)连接。
开启闸阀(8)，打开气源(6)和增压泵(7)，调节增压泵出口压力，通过气体注入管
(10)和注气孔(4)向煤样(1)中以一定流量和压力注入气体，通过流量计(9)测出注入气体
的流量。然后注入的气体和煤样(1)中解吸的煤层气沿径向渗流，流出煤体(1)进入测量容
器(2)，集气罩(5)将气体收集并通过导气管(11)将气体导入瓦斯解吸速度测定仪(12)，进
行流量测定。流出的混合气体导入气相色谱仪进行分析，分析流出气体中甲烷的含量。更换
煤样(1)，改变注入流体的种类、注气压力和流量，重复上述步骤进行实验，所用煤样(1)均
取自同一地点。
根据瓦斯解吸速度测定仪(12)测出的流量以及色谱仪分析出的甲烷的含量，比较
分析得出注入不同流体、不同注入压力和流量对煤层气解吸渗流的影响。