[发明专利]煤异常热变装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于煤成气模拟的专用实验设备，具体地说，是一种煤异常热变装置，主要适用于在实验室进行煤成气运聚、富集机制和富集模式的模拟实验。

3.背景技术

煤成气不同于煤层气，煤层气仅仅指煤岩生成后保存在煤层中天然气称为煤层气，而煤成气指煤岩或煤系地层生成的一切气体，可以保存在煤层中，也可以保存在煤层之外的地层中，比如砂岩中。我国煤成气资源量巨大，其中高煤阶煤成气资源量也很丰富，达6.8×10¹²m³之多。因此成为我国新能源战略发展中较为重要的一部分。中国很多地区的天然气资源为煤成气，这与中国的多数煤层在沉积后经历了多期次的构造运动以及岩浆热变质事件密切相关。由于美国地质条件简单，煤变质以深成变质作用为主，没有经历异常高古地热场演化，没有研制相关的实验设备来开展异常热事件的物理模拟工作。

国内开展的常规油气生油岩的热模拟工作的较多。卢双舫等(1996)借助热解实验技术和PY-GC分析技术分别建立了烃源岩有机质成油和成气的动力学模型，并在数学优化求解上作了比较深入的工作；刘全有等(2001，2002)对塔里木盆地侏罗系烃源岩以及烃源岩加不同介质等4个系列以50℃为一温阶，从250～550℃进行热模拟实验，并对其气体产物、液态有机质进行了系统分析，进而研究成烃过程及各组分产气率；段毅等在20℃/h和2℃/h两种升温速率条件下对沁水盆地上古生界烃源岩开展热模拟实验，探讨了温度变化对煤成气组分、烃类气体产率、非烃类气体产率的影响；吴保祥等采用高温高压多冷阱热解实验装置，在温度和压力分别为336.8～600℃和50MPa，升温速率为20℃/h和2℃/h条件下对泥炭进行热解生气的模拟实验，获得了烃类甲烷和C₂～C₅气体以及非烃二氧化碳、氢气和硫化氢气体的产率和体积分数数据，研究了热模拟产物气体的组分特征和热演化过程。以上工作用到的实验设备及其实验结果主要是来研究烃源岩在不同温度和压力下的产气率、气体组分等特征，而没有对煤的生成、运聚和富集的机理和模式进行研究。但以上实验设备仅仅针对常规的石油天然气特点设计和制造。由于煤成气的生成、运聚和富集的机制与常规天然气有本质的差别，常规的石油天然气领域的设备不能应用到煤成气实验技术的领域。

工程技术人员为解决常规油气设备不能应用到煤成气实验的问题，针对煤成气的特点研制了实验仪器。目前已经定型的国内外煤成气领域的试验设备和技术方法很多，如煤层工业分析、含气量测试、吸附等温线测定、煤储层孔隙度、相对渗透率等等，但基本上围绕着储层特征评价和盖层特征评价展开，为煤成气资源评价和地质选区服务的，测试参数主要为孔隙度、渗透率、煤灰分、挥发分、固定碳、吨煤含气量、吸附量、扩散系数和封盖性能等，没有专门用于深入研究构造热事件引起的高煤阶煤成气生气过程、运聚特征及富集机理的试验装置。如中国专利申请号为200410074732.1的煤层气成藏模拟装置。该装置有气体增压泵、恒温柜、控制系统及其计算机采集处理系统所组成。其中控制系统包括温度控制、平流泵控制、真空泵控制；计算机采集处理系统中包括温度传感器、压力传感器，以及计算机处理系统，将传感器采集到的数据直接输入到计算机进行处理。其特征是在恒温柜中有一个多功能岩心仓，该发明设计了煤粉支架，解决了煤粉模拟的问题。这种实验装置能模拟不同温度和压力下煤层气的保存条件，可以研究煤层气的运移方式和封盖能力。该仪器设备仅仅对煤层气这种气体的成藏机理和过程进行研究，模拟所使用的煤层气来源于工厂所提供的成品气体，不是该成藏模拟装置所生成的煤成气，也就是所该装置本身不生成气体，需要人工或外界往系统注入气体才能开展煤层气成藏模拟实验。该仪器设备不能研究煤岩生气过程，无法对生成后的煤成气进行运聚和富集研究，存在一定不足。另外该装置对煤成气成藏模拟研究中，在实施方式中提到所能达到的最高温度为100度，仅仅能模拟低温条件，对高温条件无法进行模拟研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种煤异常热变装置，它有效的克服了现有的煤成气成藏模拟成藏装置不能自身生成气体和不能进行高温、高压模拟(温度在1000度，压力在40MPa以上)的缺点。该装置不仅能完成煤岩煤岩生气过程的模拟，而且能完成煤成气运聚和富集的模拟，同时煤心不需要特殊处理，避免加工处理造成的各种负面影响。