油页岩高温热解时导热、膨胀与裂纹扩展的综合测试装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种油页岩高温热解时导热、膨胀与裂纹扩展的综合测试装置，包括实验系统、设置在实验系统内的加热系统、与实验系统连通的收集系统、与实验系统电性连接的控制及数据采集系统，本发明专利技术操作简单，高效，通过伺服压力机保持了岩体的垂直应力状态，能够在一次实验中系统地测定出在上覆地层自重压力作用下油页岩热解过程的线膨胀系数、油页岩的膨胀力及导热系数，提供了一种测定油页岩导热系数的新思路，该装置为可视化装置，克服了油页岩因热解，裂纹发展无规律、难以测定的难题。

【技术实现步骤摘要】
油页岩高温热解时导热、膨胀与裂纹扩展的综合测试装置
本专利技术涉及岩土热物理性质测试领域，特别是涉及一种油页岩高温热解时导热、膨胀与裂纹扩展的综合测试装置。
技术介绍
随着世界经济与科技的发展，能源对人类的重要程度日益提高。由于人类对能源的消耗，世界的能源结构不断调整。特别是21世纪后，我国经济加速发展，而我国的能源现状是“富煤贫油少气”，故我国亟需找出一种可供使用的替代能源。油页岩作为一种石油的替代能源，在全世界分布广泛，储量巨大。我国的油页岩储量远超过国内的石油储量，排名世界第二。因此，加快油页岩开发勘探，尽快实现页岩油的工业化生产十分重要。随着油页岩开采技术的发展，目前油页岩的原位转化技术是国内外研究的焦点。原位开采时，油页岩的热解发生在地下，热解后的半焦、残炭等直接留在地下，不会占用大量土地，不会对地面环境造成较大污染。但是该种开采方式目前仍处在试验阶段，对地下环境和地质的影响尚未明确，可能会引起地面塌陷地面沉降等多种地质问题，研究油页岩热解时的物理参数和热物理参数对于判断油页岩热解后地层的稳定性十分重要。由于油页岩的热解导致常规的测量仪器无法应用于油页岩的热解过程，目前国内进行了许多有关油页岩热解的研究。但由于高温状态下油页岩热解时物质发生变化，并导致裂纹萌生与扩展，使得研究油页岩高温状态下的热物理系数和裂纹的扩展有一定的困难，专利号为“CN201310220946.4”的专利技术专利公开了一种高温高压热解反应的试验装置，该装置模拟了油页岩原位热解的条件，提供了油页岩热解的渗透性和力学性质的检测方法，但是无法测得油页岩的热物理参数，也无法观察记录油页岩热解过程中裂纹的扩展。可见国内外对于测量油页岩高温热解时热物理参数与裂纹扩展的专利文献存在技术空白。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种油页岩高温热解时导热、膨胀与裂纹扩展的综合测试装置，以解决上述现有技术存在的问题，使其既能测定高温热解时油页岩的导热系数、线膨胀系数与膨胀力，又能观测油页岩热解时导致的裂纹扩展规律，达到综合测试的效果。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：本专利技术提供一种油页岩高温热解时导热、膨胀与裂纹扩展的综合测试装置，包括实验系统、设置在所述实验系统内的加热系统、与所述实验系统连通的收集系统、与所述实验系统电性连接的控制及数据采集系统；所述实验系统包括实验腔外壳，所述实验腔外壳的前后两面嵌设有耐高温隔热玻璃，所述实验腔外壳内设有试件容器，所述试件容器内放置有试件，所述试件的底部设有循环水冷装置，所述实验腔外壳的顶部设有伺服压力机，所述伺服压力机的输出端连接有传力板，所述传力板与所述试件容器上下对应设置；所述加热系统包括保温层，所述保温层固定在所述实验腔外壳的左右两侧面上，所述保温层位于实验腔外壳内侧的端面上固定有第一发热元件，所述试件的顶面上设有第二发热元件，所述第二发热元件为环形云母电热片；所述收集系统包括水浴冷却装置，所述水浴冷却装置位于所述实验腔外壳的外部，所述水浴冷却装置内设有页岩油收集容器，所述页岩油收集容器连通有导气管的一端，所述导气管的另一端连通在所述试件容器的底端；所述控制及数据采集系统包括计算机，所述计算机通过导线连接有红外测温仪、测温组件、耐高温摄像头、压力传感器、位移传感器。优选的，所述位移传感器位于所述实验腔外壳的顶部，所述位移传感器的一侧对应设置有位移传递棒，所述位移传递棒伸入所述实验腔外壳的顶面并连接在所述传力板的顶面上。优选的，所述实验腔外壳的顶面上开设有通孔，所述位移传递棒伸入通孔连接传力板，所述通孔内安装有保温装置，所述保温装置、保温层均为耐火纤维保温层材料。优选的，所述测温组件包括第一K型热电偶和第二K型热电偶，所述实验腔外壳的底面上开设有凹槽，所述第一K型热电偶固定在凹槽内，所述第一K型热电偶设置在所述试件的底面上，所述传力板的底面上开设有凹槽，所述第二K型热电偶固定在凹槽内，所述第二K型热电偶与所述试件的顶面对应设置。优选的，所述试件容器的内侧壁上开设有凹槽，所述压力传感器固定在所述凹槽内，所述红外测温仪设置在实验腔外壳内。优选的，所述耐高温摄像头嵌设在所述实验腔外壳的左侧，所述耐高温摄像头的镜头端套接有隔热玻璃罩。优选的，所述伺服压力机连接有第一控制开关，所述第一发热元件连接有第二控制开关，所述第二发热元件连接有第三控制开关。优选的，所述第一控制开关、第二控制开关、第三控制开关分别连接计算机。优选的，所述导气管上安装有阀门。一种油页岩高温热解时导热、膨胀与裂纹扩展的测试方法，其具体步骤为：步骤1：将油页岩制备成高200mm，半径50mm的圆柱形试件，将试件放入试件容器中,通过第一控制开关控制伺服压力机，为试件提供恒定的竖向压力；步骤2：将实验装置密封好，通过第二控制开关控制第一发热元件的加热功率，当红外测温仪测定达到设定温度后，通过伺服控制系统保持实验腔恒温，同时记录油页岩样品每上升10℃位移传感器所检测的位移值X，通过公式：计算油页岩的线膨胀系数，其中：α——油页岩线膨胀系数ΔX——位移传感器两次检测位移差值L——试件长度ΔT——两次记录的温差；步骤3：在观察无页岩油产生后说明油页岩热解完全，通过第一控制开关逐步加大伺服压力机所提供的压力值直到位移传感器归零，记录竖直方向增加的压力及侧向压力传感器测得的数值，即为热解后油页岩竖直方向和水平方向的膨胀力；步骤4：关闭第一发热元件，关闭阀门，使实验腔恒温密封隔热，打开循环水冷装置,通过第三控制开关设定第二发热元件的恒定加热功率Q，待该状态下装置再次达到稳定，即在红外测温仪测定实验腔温度再次恒定后，记录第二K型热电偶、第一K型热电偶所记录的试件上下表面的温度T1、T2，通过公式:计算热解后高温条件下的导热系数，其中：λ——油页岩导热系数Q——发热元件15的恒定加热功率QF——试件横截面面积L——试件长度。本专利技术公开了以下技术效果：1.本专利技术操作简单，高效，提供一种油页岩热解导热、膨胀与裂纹扩展可视的一体化综合试验装置，通过伺服压力机保持了岩体的垂直应力状态，能够在一次实验中系统地测定出在上覆地层自重压力作用下油页岩热解过程的线膨胀系数、油页岩的膨胀力及导热系数。2.本专利技术提供了一种测定油页岩导热系数的新思路，先将油页岩加热到一定温度，待反应完全将气相和液相全部排出后，再通过二次加热，由导热系数定义计算该温度时油页岩的导热系数。克服了热解过程油页岩物质发生变化导致无法测定高温时油页岩导热系数的难题，可以测定指定温度下的油页岩的导热系数，并且该思路也可以用于其他随温度发生物质变化的材料的导热系数的测定。3.该装置为可视化装置，克服了油页岩因热解导致的裂纹发展无规律、难以测定的难题，实验全程可通过人眼观察，实现实时观测，并且仪器内部摄像机会记录油页岩热解的全过程，记录油页岩热解过程油气的产出和裂纹的扩展。...

【技术保护点】
1.一种油页岩高温热解时导热、膨胀与裂纹扩展的综合测试装置，其特征在于：包括实验系统(A)、设置在所述实验系统(A)内的加热系统(B)、与所述实验系统(A)连通的收集系统(C)、与所述实验系统(A)电性连接的控制及数据采集系统(D)；/n所述实验系统(A)包括实验腔外壳(1)，所述实验腔外壳(1)的前后两面嵌设有耐高温隔热玻璃(26)，所述实验腔外壳(1)内设有试件容器(7)，所述试件容器(7)内放置有试件，所述试件的底部设有循环水冷装置(25)，所述实验腔外壳(1)的顶部设有伺服压力机(2)，所述伺服压力机(2)的输出端连接有传力板(3)，所述传力板(3)与所述试件容器(7)上下对应设置；/n所述加热系统(B)包括保温层(4)，所述保温层(4)固定在所述实验腔外壳(1)的左右两侧面上，所述保温层(4)位于实验腔外壳(1)内侧的端面上固定有第一发热元件(5)，所述试件的顶面上设有第二发热元件(14)，所述第二发热元件(14)为环形云母电热片；/n所述收集系统(C)包括水浴冷却装置(11)，所述水浴冷却装置(11)位于所述实验腔外壳(1)的外部，所述水浴冷却装置(11)内设有页岩油收集容器(12)，所述页岩油收集容器(12)连通有导气管(9)的一端，所述导气管(9)的另一端连通在所述试件容器(7)的底端；/n所述控制及数据采集系统(D)包括计算机(19)，所述计算机(19)通过导线连接有红外测温仪(6)、测温组件、耐高温摄像头(23)、压力传感器(13)、位移传感器(18)。/n...

【技术特征摘要】
1.一种油页岩高温热解时导热、膨胀与裂纹扩展的综合测试装置，其特征在于：包括实验系统(A)、设置在所述实验系统(A)内的加热系统(B)、与所述实验系统(A)连通的收集系统(C)、与所述实验系统(A)电性连接的控制及数据采集系统(D)；
所述实验系统(A)包括实验腔外壳(1)，所述实验腔外壳(1)的前后两面嵌设有耐高温隔热玻璃(26)，所述实验腔外壳(1)内设有试件容器(7)，所述试件容器(7)内放置有试件，所述试件的底部设有循环水冷装置(25)，所述实验腔外壳(1)的顶部设有伺服压力机(2)，所述伺服压力机(2)的输出端连接有传力板(3)，所述传力板(3)与所述试件容器(7)上下对应设置；
所述加热系统(B)包括保温层(4)，所述保温层(4)固定在所述实验腔外壳(1)的左右两侧面上，所述保温层(4)位于实验腔外壳(1)内侧的端面上固定有第一发热元件(5)，所述试件的顶面上设有第二发热元件(14)，所述第二发热元件(14)为环形云母电热片；
所述收集系统(C)包括水浴冷却装置(11)，所述水浴冷却装置(11)位于所述实验腔外壳(1)的外部，所述水浴冷却装置(11)内设有页岩油收集容器(12)，所述页岩油收集容器(12)连通有导气管(9)的一端，所述导气管(9)的另一端连通在所述试件容器(7)的底端；
所述控制及数据采集系统(D)包括计算机(19)，所述计算机(19)通过导线连接有红外测温仪(6)、测温组件、耐高温摄像头(23)、压力传感器(13)、位移传感器(18)。


2.根据权利要求1所述的油页岩高温热解时导热、膨胀与裂纹扩展的综合测试装置，其特征在于：所述位移传感器(18)位于所述实验腔外壳(1)的顶部，所述位移传感器(18)的一侧对应设置有位移传递棒(17)，所述位移传递棒(17)伸入所述实验腔外壳(1)的顶面并连接在所述传力板(3)的顶面上。


3.根据权利要求2所述的油页岩高温热解时导热、膨胀与裂纹扩展的综合测试装置，其特征在于：所述实验腔外壳(1)的顶面上开设有通孔，所述位移传递棒(17)伸入通孔连接传力板(3)，所述通孔内安装有保温装置(16)，所述保温装置(16)、保温层(4)均为耐火纤维保温层材料。


4.根据权利要求1所述的油页岩高温热解时导热、膨胀与裂纹扩展的综合测试装置，其特征在于：所述测温组件包括第一K型热电偶(8)和第二K型热电偶(15)，所述实验腔外壳(1)的底面上开设有凹槽，所述第一K型热电偶(8)固定在凹槽内，所述第一K型热电偶(8)设置在所述试件的底面上，所述传力板(3)的底面上开设有凹槽，所述第二K型热电偶(15)固定在凹槽内，所述第二K型热电偶(15)与所述试件的顶面对应设置。


5.根据权利要求1所述的油页岩高温热解时导热、膨胀与裂纹扩展的综合测试装置，其特征在于：所述试件容器(7)的内...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋盛渊，张烁，郭威，张文，马文良，胡莹，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22