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原文传递一种大尺寸富油煤原位热解开采物理模拟实验装置及方法

专利名称：	一种大尺寸富油煤原位热解开采物理模拟实验装置及方法
摘要：	本发明公开了一种大尺寸富油煤原位热解开采物理模拟实验装置及方法，包括反应釜体，与反应釜体连通的深部地应力加载系统、可冲击波压裂系统、载热流体注入系统、超声波检测系统、光纤温度‑应力应变感测系统和热解油气收集与分离系统；通过对反应釜体内大尺寸富油煤试样施加围压、实施冲击波压裂、注入高温载热流体激发富油煤热解反应，利用超声波检测富油煤试样预裂前后的裂隙发育状态，通过实时监测热解过程中反应釜体内富油煤温度、应变、热解油气运移参数，对富油煤原位热解效果进行评价，为探索不同注热方式及参数条件下富油煤原位高效注热开采方法，实现富油煤原位注热工程放大和热解开采工业化试验提供可靠的实验依据。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	陕西;61
申请人：	西安科技大学
发明人：	高喜才;刘政辉;唐博文;徐立;李卓霖;童小兵;穆易天;吴茂涛
专利状态：	有效
申请日期：	2023-08-01T00:00:00+0800
发布日期：	2023-11-14T00:00:00+0800
申请号：	CN202310959348.2
公开号：	CN117054471A
代理机构：	西安通大专利代理有限责任公司
代理人：	姚咏华
分类号：	G01N25/00;G01N33/24;G01N29/04;G01D21/02;G;G01;G01N;G01D;G01N25;G01N33;G01N29;G01D21;G01N25/00;G01N33/24;G01N29/04;G01D21/02
申请人地址：	710054 陕西省西安市雁塔中路58号
主权项：	1.一种大尺寸富油煤原位热解开采物理模拟实验装置，其特征在于，包括：深部地应力加载系统，对反应釜体实验仓内富油煤试样实施施加围压；载热流体注入系统，用于向反应釜体实验仓内富油煤试样注入高温载热流体激发富油煤热解反应；可控冲击波压裂系统，对反应釜体实验仓内富油煤试样施加冲击波压裂；超声波检测系统，超声波检测富油煤样压裂前后裂隙发育信息；光纤温度-应力应变感测系统，用于进行分布式光纤应力应变测试；热解油气收集与分离系统，实时监测热解过程中反应釜体内富油煤温度、应变和热解油气运移参数信息，对富油煤原位热解效果进行评价。 2.根据权利要求1所述的大尺寸富油煤原位热解开采物理模拟实验装置，其特征在于，反应釜体为圆柱形钢构釜体，在钢构釜体内部设置长方体实验仓；实验仓仓壁之间布置隔热层，实验仓内置包裹密封胶体的富油煤试样；实验仓内设有连通载热流体注入系统和可控冲击波压裂系统的通道。 3.根据权利要求1所述的大尺寸富油煤原位热解开采物理模拟实验装置，其特征在于，深部地应力加载系统包括依次连通的氮气瓶组、增压泵和冷却系统，空压机连通增压泵，气体注入泵连通冷却系统。 4.根据权利要求1所述的大尺寸富油煤原位热解开采物理模拟实验装置，其特征在于，光纤温度-应力应变感测系统包括布置在富油煤试样内部的光纤温度传感器和应力应变传感器，光纤温度传感器和应力应变传感器分别通过绝缘耐热保温铠装光缆连接光纤温度测试系统和应力应变测试系统。 5.根据权利要求1所述的大尺寸富油煤原位热解开采物理模拟实验装置，其特征在于，在实验仓内的富油煤试样中布置有高温水蒸汽注入井和热解产物收集井，以及光纤温度测孔和应力应变测孔。 6.根据权利要求5所述的大尺寸富油煤原位热解开采物理模拟实验装置，其特征在于，载热流体注入系统包括依次连通的水容器、液体注入泵和蒸汽发生器，蒸汽发生器连通高温水蒸汽注入井至实验仓内的富油煤试样内部，蒸汽发生器连通管路上设有冷却口。 7.根据权利要求1所述的大尺寸富油煤原位热解开采物理模拟实验装置，其特征在于，热解油气收集与分离系统包括依次连通的气液分离器、过滤器、干燥器、气相色谱分析仪和计算机采集系统；气液分离器上连接有取样瓶。 8.根据权利要求1所述的大尺寸富油煤原位热解开采物理模拟实验装置，其特征在于，可控冲击波压裂系统包括电机，电机通过动力控制线经通道连接至放置于富油煤试样内部的冲击波作用端。 9.根据权利要求1所述的大尺寸富油煤原位热解开采物理模拟实验装置，其特征在于，超声波检测系统包括布置在富油煤试样两侧的超声波激发换能器和超声波接收换能器，超声波激发换能器和超声波接收换能器与波形发生器连接，波形发生器依次连接高频高压放大器、示波器和计算机控制系统。 10.一种如权利要求1-9任一项所述装置的大尺寸富油煤原位热解开采物理模拟实验方法，其特征在于，包括：将富油煤试样顶端放置可控冲击波作用端和高温水蒸汽注入井，煤试样底端放置热解产物收集井；将连接光纤温度传感器和应力应变传感器的光纤深入富油煤试样内，在富油煤试样两侧分别布置一个超声波激发换能器和超声波接收换能器；将富油煤试样密封装入布置隔热层的实验仓，将铠装光缆接头与反应釜体外的接头密封连接；向反应釜体内充入高压氮气，通过深部地应力加载系统逐级施加围压至预定荷载；启动可控冲击波压裂系统对实验仓中富油煤试样进行预先压裂，超声波示波器实时监测富油煤试样不同位置的裂隙发育状态，使试样内部形成水平和垂直裂隙网络；通过排气口释放氮气，逐级减少围压至正常大气压，结束超声波检测；启动深部地应力加载系统逐级施加围压至预定荷载，通过反应釜体上的压力传感器监测围压；启动载热流体注入系统，按照一定的压力和温度向实验仓富油煤试样内部注入高温水蒸汽，激发富油煤热解反应产生；光纤温度传感器、应力应变传感器实时监测富油煤试样在热解过程中不同位置的温度、应力应变特征；对比分析富油煤试样温度场变化规律，对传热效果及热解反应范围进行评价；启动热解油气收集与分离系统，采集测定实验仓内富油煤试样热解气体组分及含量，对比确定富油煤不同位置热解反应阶段，对富油煤试样热解效果进行评价；修改试验参数，重复启动深部地应力加载系统-可控冲击波压裂系统-深部地应力加载系统-载热流体注入系统；直至完成不同应力状态、不同注热方式作用下富油煤原位热解开采物理模拟实验。
所属类别：	发明专利