本发明专利技术提供一种有机质岩石层热解模拟实验装置及方法,通过地应力加载系统对加载板施加力,以模拟不同的实际地层的地应力,通过热气流供给系统产出热气流进行热解,更加贴合实际原位热解过程,保证模拟实验的可靠性,其包括模型系统、热气流供给系统、注水系统、油气收集装置和地应力加载系统;所述模型系统由顶部为敞口的箱体和加载板组成,所述箱体为透明材质,所述箱体内下部铺设有机岩石试样层,所述有机岩石试样层顶面铺设覆岩层,所述加载板嵌装在所述箱体的敞口进行封闭。装在所述箱体的敞口进行封闭。装在所述箱体的敞口进行封闭。
【技术实现步骤摘要】
一种有机质岩石层热解模拟实验装置及方法
[0001]本专利技术涉及有机质岩石层热解
,具体涉及一种有机质岩石层热解模拟实验装置及方法。
技术介绍
[0002]有机质岩石(例如油页岩)作为一种特种煤炭资源,可通过热解转变为油气资源。随着地下原位开采技术的发展,极大地降低富油煤开采成本,提高能源利用效率,同时具有环境污染小、开采深度适应性强等优点,采用富油煤原位热解是未来实现煤炭清洁高效利用、提高经济效益和改善环境问题的必然趋势。
[0003]然而,针对有机质岩石的原位热解的研究处于起步阶段,主要是通过实验室分析、数值模拟及理论计算等手段针对富油煤热解后的产物、相应热解过程中的温度场、应力场和裂隙带进行研究。如公开号为CN 114199924 A的专利技术专利公开一种富油煤原位热解过程相似模拟试验装置及方法,尽管其建立的模型能够预测富油煤原位热解过程中物理场的改变,但其可靠性仍无法验证,原因如下:现有技术中实际的有机岩石热解过程中,需要加热气体通过注热井进入有机岩石层内进行热解,而且有机岩层往往位于地下几十米深,地层应力对有机岩石热解也具有影响。而现有技术中试验模拟方法并没有考虑两点,导致模拟实验数据不可靠。
技术实现思路
[0004]本专利技术要解决的技术问题是提供一种有机质岩石层热解模拟实验装置及方法,通过地应力加载系统对加载板施加力,以模拟不同的实际地层的地应力,通过热气流供给系统产出热气流进行热解,更加贴合实际原位热解过程,保证模拟实验的可靠性。
[0005]本专利技术是通过以下技术方案实现的:
[0006]一种有机质岩石层热解模拟实验装置,包括模型系统、热气流供给系统、注水系统、油气收集装置和地应力加载系统;
[0007]所述模型系统由顶部为敞口的箱体和加载板组成,所述箱体为透明材质,所述箱体内下部铺设有机岩石试样层,所述有机岩石试样层顶面铺设覆岩层,所述加载板嵌装在所述箱体的敞口进行封闭;
[0008]所述地应力加载系统对所述加载板进行地应力加载模拟,所述加载板上设置有注水口,所述注入系统连通所述注水口;
[0009]所述热气流供给系统包括气源和等离子加热炉,所述等离子加热炉包括炉体,所述炉体的顶壁设置有多个等离子发生器,所述炉体内设置有气流通道,所述气源的出气口连通所述气流通道的进口端,所述气流通道的出口端连通所述箱体的侧壁下部位置,所述箱体另一侧壁下部位置连通所述油收集装置。
[0010]进一步的,所述地应力加载系统包括压力机主体,所述压力机主体的输出端与所述加载板连接。
[0011]进一步的,所述注水系统包括水箱和水泵,所述水箱的出口连通水泵,所述水泵的出口连通所述注水口。
[0012]进一步的,所述等离子发生器的数量为4
‑
6个,其功率为5
‑
10kw,所述炉体内的温度控制范围在400
‑
1000℃。
[0013]进一步的,所述箱体的侧壁均为石英玻璃板,所述箱体的外侧设置有网状肋板,相邻网状肋板通过螺栓紧固件进行连接。
[0014]进一步的,所述箱体的前侧壁下部设置有可密封关闭的门体,所述箱体的尺寸为长2
‑
3m、宽1
‑
2m、高1
‑
1.5m。
[0015]进一步的,所述油收集装置包括依次连通的冷凝器和油收集罐,所述冷凝器的进口连通所述箱体的侧壁下部。
[0016]进一步的,所述机岩石试样层内、覆岩层内以及两者交界处均设有多个压力传感器。
[0017]一种有机质岩石层热解模拟实验方法,包括以下步骤:
[0018]S1、在箱体内下部铺设机岩石试样层,然后铺设覆岩层,在铺设过程中,在机岩石试样层内、覆岩层内以及两者交界处均放置有多个压力传感器;
[0019]S2、将加载板放置在覆岩层的表面,使加载板与地应力加载系统连接,将注水系统与加载板的注水口连接,油收集装置接通箱体的侧壁;
[0020]S3、打开门体采用致裂手段在机岩石试样层内形成横向的致裂缝隙充当流体通道;关闭门体,将热气流供给系统连接箱体侧壁;
[0021]S4、开启注水系统对覆岩层进行注水,以模拟实际地层的地下水含水层,开启地应力加载系统通过加载板施加力,以模拟不同的实际地层的地应力,通过压力传感器记录各个的压力;
[0022]S5、开启等离子加热炉,调节炉体的温度,当炉体温度稳定后,开启气源,使气体经过等离子加热炉加热后进入机岩石试样层的致裂缝隙内模拟有机岩石层原位热解过程;
[0023]S6、在热解过程中,通过油收集装置收集油样,并观察箱体内的变化进行记录。
[0024]进一步的,在步骤S5中,炉体的温度调节到500
‑
800℃。
[0025]本专利技术与现有技术相比所取得的有益效果如下:
[0026]1、通过地应力加载系统对加载板施加力,以模拟不同的实际地层的地应力,通过热气流供给系统产出热气流进行热解,更加贴合实际原位热解过程,使模拟实验装置更加接近实际原位热解过程,保证模拟实验的可靠性,为进一步研究原位热解技术打下基础;
[0027]热气流供给系统包括气源和等离子加热炉,所述等离子加热炉包括炉体,所述炉体的顶壁设置有多个等离子发生器,所述炉体内设置有气流通道,通过等离子发生器对气体进行加热,升温快、热量稳定;
[0028]2、箱体的侧壁均为石英玻璃板,能够方便观察内部热解变化过程,箱体的外侧设置有网状肋板,相邻网状肋板通过螺栓紧固件进行连接,保证箱体的牢固性,避免在压力下损坏;
[0029]3、本专利技术整体结构紧凑,使用方便,即可以单体进行试验,也可以多组进行对比试验,方便探究原位热解技术。
附图说明
[0030]图1为本专利技术所述有机质岩石层热解模拟实验装置示意图;
[0031]图2为本专利技术所述箱体示意图;
[0032]图3为本专利技术所述等离子加热炉示意图;
[0033]图中:1、箱体,2、加载板,3、网状肋板,4、有机岩石试样层,5、覆岩层,6、压力机主体,7、水箱,8、气源,9、等离子加热炉,10、等离子发生器,11、气流通道,12、油收集罐,13、压力传感器,14、致裂缝隙。
具体实施方式
[0034]下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述,显然,所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。
[0035]在专利技术的描述中,需要理解的是,术语“前”、“后”、“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本专利技术和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本专利技术的限制。下面结合附图与实施例对本专利技术作进本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种有机质岩石层热解模拟实验装置,其特征在于,包括模型系统、热气流供给系统、注水系统、油气收集装置和地应力加载系统;所述模型系统由顶部为敞口的箱体和加载板组成,所述箱体为透明材质,所述箱体内下部铺设有机岩石试样层,所述有机岩石试样层顶面铺设覆岩层,所述加载板嵌装在所述箱体的敞口进行封闭;所述地应力加载系统对所述加载板进行地应力加载模拟,所述加载板上设置有注水口,所述注入系统连通所述注水口;所述热气流供给系统包括气源和等离子加热炉,所述等离子加热炉包括炉体,所述炉体的顶壁设置有多个等离子发生器,所述炉体内设置有气流通道,所述气源的出气口连通所述气流通道的进口端,所述气流通道的出口端连通所述箱体的侧壁下部位置,所述箱体另一侧壁下部位置连通所述油收集装置。2.根据权利要求1所述的有机质岩石层热解模拟实验装置,其特征在于,所述地应力加载系统包括压力机主体,所述压力机主体的输出端与所述加载板连接。3.根据权利要求2所述的有机质岩石层热解模拟实验装置,其特征在于,所述注水系统包括水箱和水泵,所述水箱的出口连通水泵,所述水泵的出口连通所述注水口。4.根据权利要求1所述的有机质岩石层热解模拟实验装置,其特征在于,所述等离子发生器的数量为4
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6个,其功率为5
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10kw,所述炉体内的温度控制范围在400
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1000℃。5.根据权利要求1所述的有机质岩石层热解模拟实验装置,其特征在于,所述箱体的侧壁均为石英玻璃板,所述箱体的外侧设置有网状肋板,相邻网状肋板通过螺栓紧固件进行连接。6.根据权利要求5所述的有机质岩石层热解模拟实验装置,其特征在于,所述箱体的前侧壁下部设置有可密...
【专利技术属性】
技术研发人员:牛永杰,戴霜,尚乐乐,郭东宝,张晓兰,
申请(专利权)人:兰州大学,
类型:发明
国别省市:
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