[实用新型]一种含有机质岩体的高温高压三轴试验装置有效

专利信息
申请号: 201120339175.7 申请日: 2011-09-13
公开(公告)号: CN202256206U 公开(公告)日: 2012-05-30
发明(设计)人: 万志军;赵阳升;马进功;刘渝;杜广立;朱成坦 申请(专利权)人: 中国矿业大学
主分类号: G01N25/00 分类号: G01N25/00
代理公司: 江苏圣典律师事务所 32237 代理人: 程化铭
地址: 221116 江苏省*** 国省代码: 江苏;32
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摘要:
搜索关键词: 一种 有机质 高温 高压 试验装置
【说明书】:

技术领域

本实用新型涉及一种高温高压三轴试验装置,尤其是一种适用于研究有机质岩体的热解或干馏和力学特性、煤炭地下气化、矿井火灾发生及发展机理研究和新能源开发利用的含有机质岩体的高温高压三轴试验装置。

背景技术

煤和油页岩都是由高分子碳氢化合物和有机矿物质组成的复杂聚合体,对热作用十分敏感。在隔绝空气或惰性气氛中对其加热,将会发生一系列复杂的物理和化学变化,其中随着温度的升高,伴随着不同组分和数量气态物质(液态物质)的大量生成而发生的热解反应(干馏反应)是其最显著的特征之一。目前国内外有关有机质岩体热解或干馏的研究很多,但主要研究对象是粒度很小的粉样品,对大块有机质岩体试样热解或干馏特性的研究很少。

在煤炭地下气化研究中,煤热解过程中的传热和传质是一个不可避免的问题。由于煤是热的不良导体,传热效率非常低,所以在块状煤的热解研究中,既要考虑热解反应引起的化学过程,又要考虑传热传质、煤块破裂及体积收缩等物理过程。因此块状煤的热解研究要比粉煤更为复杂,而在地层压力条件下,原始煤层中发生的热解反应要比在块煤中发生的热解反应更为复杂。因为在这种条件下,不仅存在着在粉煤中的热解反应、块煤中传热传质,而且还存在着围岩施加给煤层的外部压力,此时在煤中发生的热解是实体煤处于原始应力状态下的热解反应。根据已掌握的资料,针对原始煤层的热解尚未进行系统的研究。在煤炭地下气化工程的干燥干馏带和煤炭自燃燃烧面的内部所发生的化学反应就是在上述情况下发生的煤层热解反应。气体的大量产出是煤热解反应的必然产物,对于煤炭地下气化而言,这些气体是高热值的燃气;而对于煤层自燃火灾,这些气体逸出将加剧火灾的发展。研究煤层在原始应力状态下的产气规律,对于提高煤炭地下气化的产量及热值、探讨煤层自燃火灾的发生与发展规律以及揭示原始煤层热解的机理具有重要的理论意义和工程价值。

油页岩作为石油的补充能源,不但可以用于干馏炼油和燃烧产气发电,还可以用于制取水泥等建材。据国土资源部和国家发改委发布的油页岩资源评价称,中国油页岩资源储量丰富,高达7199亿t,折算成页岩油资源为476亿t。资源的开发和干馏制取页岩油对于每年进口大量原油的中国来说,不仅关系到国计民生,更重要的是能源安全问题,对于我国石油资源的补充和新能源工业的发展具有巨大的潜力。20世纪50~80年代,美国等一些国外大学和能源研究机构,开展了对颗粒油页岩动力学的研究,为块状油页岩热解动力学奠定了基础,对块状页岩干馏工艺及其内部传热和传质研究有重要的参考意义。中国石油大学自行建立了单块页岩热解反应装置,对块状油页岩(20~60mm)进行干馏实验,建立了包括传热等因素在内的热解动力学模型。而对于大尺寸近似原位应力状态下油页岩的干馏实验,国内尚未开展系统的研究。对油页岩裂隙分形演化规律的研究,因其在高温下热解加压破裂,破坏了岩体的完整性,导致了岩体力学性能的不连续性、非均匀性和各向异性,而且作为地下流体的主要通道,其几何形态、发育程度以及空间结构等影响和控制着地下流体的流动与运移、放射性核素的迁移与扩散、裂缝型储集层油气的发育与分布等。由于受技术条件和研究成本的限制,目前直接进行原位地下热解开发油页岩资源的实地研究还仍属于国家重大科研项目,为此,进行该过程的实验室模拟试验成为解决这一问题的有效手段。

发明内容

技术问题:本实用新型的目的是针对已有技术中存在的问题,提供一种结构简单、操作简便、效果好的含有机质岩体的高温高压三轴试验装置。

技术方案:本实用新型的含有机质岩体的高温高压三轴试验装置,包括设有有机质岩体试样的高温压力室、设在有机质岩体试样上下两端的上、下导气压头,上、下导气压头和有机质岩体试样的外部套装有侧压固体,所述的下导气压头的中部开有中心孔,下导气压头与有机质岩体试样之间设有高温防堵网,与有机质岩体试样相接触的下导气压头的端面上布有围绕在其中心孔周围的多个小盲孔和导流槽,下导气压头的外部设有置于冷凝水槽内的收集瓶和充满水的集气瓶,收集瓶的顶盖上设有与下导气压头中心孔相连的进气管和另一端插入集气瓶内的出气管,出气管上设有控制进入集气瓶气体的进气阀门,集气瓶的下部设有装有出水阀门的排水管;所述的高温防堵网的直径与有机质岩体试样直径相同,其厚度为1.7mm。

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