CN101275936A - 煤异常热变装置 - Google Patents
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Abstract
一种用于煤成气模拟的一种煤异常热变装置，包括组合式保温套(1)、高温高压热变仓(2)等，高温高压热变仓(2)上装有组合式保温套(1)，高温高压热变仓(2)、四通(5)、进气管线(11)依次连接，出气管线(12)、四通(5)、安全阀(6)依次连接，高温高压热变仓(2)上安装有独杆加热棒(8)，能够模拟高温和高压条件下的煤变质作用过程；能够模拟不同阶段的煤岩生气过程，同时能够精确计量生成气体的数量，分析各个阶段煤的割理裂隙发育特征，研究储层物性的变化规律；能够模拟岩浆热变质作用引起的异常构造热事件，探索煤成气运聚规律及构造热事件对煤成气改造、破坏和富集的控制作用。
Description
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***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***及其计算机采集处理***所组成。其中控制***包括温度控制、平流泵控制、真空泵控制；计算机采集处理***中包括温度传感器、压力传感器，以及计算机处理***，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***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。
本发明是这样实现的：包括组合式保温套1、高温高压热变仓2、放空阀门3、进气阀门4、四通5、安全阀6、压力表7、独杆加热棒8、温度控制表9、温度控制表10、进气管线11、出气管线12，高温高压热变仓2上装有组合式保温套1，高温高压热变仓2、四通5、进气管线11依次连接，出气管线12、四通5、安全阀6依次连接，高温高压热变仓2上安装有独杆加热棒8。
高温高压热变仓2与压力表7连接。
高温高压热变仓2与温度控制表9连通，组合式保温套1与温度控制表10连通。
高温高压热变仓2由下堵头13、筒体14、煤粉15、焊接接头16、密封卡套17、压帽18、通液环19、过滤网20、封头压帽23、上堵头24、收紧帽25组成，下堵头13与筒体14连接，下堵头13、筒体14、上堵头24形成的封闭空间中装有、煤粉15，焊接接头16通过卡套17、压帽18固定安装在筒体14上。
上堵头24的一侧装有过滤网20，过滤网上装有通液环19，另一侧与收紧帽25连接。
上堵头24与筒体14之间设有封头压帽23。
本发明的有益效果是，该装置采用高温高压热变仓结构，在实验前不需要对煤心做加工处理，直接采用钻井岩心，克服了二次采样对煤心的污染和误差。本发明的高温高压热变仓可以对煤进行高温(＞1000度)、高压(＞50MPa)条件下的煤变质作用的物理模拟实验，可以模拟煤成气的生成、运聚和富集的过程，从而研究煤成气的富集机理。通过采用本发明进行了多次实验收到了很好的效果，能实现对煤异常热变的模拟和煤成气生成、运聚和富集过程的模拟，加深了对中国煤成气成因的认识和理解。
新装置或仪器能够完成以下三方面的工作：
(1)能够模拟高温和高压条件下的煤变质作用过程。
(2)能够模拟不同阶段的煤岩生气过程，同时能够精确计量生成气体的数量，分析各个阶段煤的割理裂隙发育特征，研究储层物性的变化规律。
(3)能够模拟岩浆热变质作用引起的异常构造热事件，探索煤成气运聚规律及构造热事件对煤成气改造、破坏和富集的控制作用。
附图说明
附图1为本发明的结构示意图；
附图2为高温高压热变仓2的结构示意图。
具体实施方式
如附图1所示：1.组合式保温套，2.高温高压热变仓，3.放空阀门，4.进气阀门，5.四通，6.安全阀，7.压力表，8.独杆加热棒，9.温度控制表，10温度控制表，11.进气管线，12.出气管线，高温高压热变仓2上装有组合式保温套1，高温高压热变仓2、四通5、进气管线11依次连接，出气管线12、四通5、安全阀6依次连接，高温高压热变仓2上安装有独杆加热棒8。温度传感器共安装两个，即温度控制表9、温度控制表10，温度传感器分别安装在高温高压热变仓2内和组合式保温套1内。高温高压热变仓2与压力表7连接。
如附图2所示，高温高压热变仓(2)是一个耐高温高压的容器，最高温度可达1200度，压力可达60MPa，高温高压热变仓2由下堵头13、筒体14、煤粉15、焊接接头16、密封卡套17、压帽18、通液环19、过滤网20、密封圈21、垫圈22、封头压帽23、上堵头24、收紧帽25组成，下堵头13与筒体14连接，下堵头13、筒体14、上堵头24形成的封闭空间中装有、煤粉15，焊接接头16通过卡套17、压帽18固定安装在筒体14上。上堵头24的一侧装有过滤网20，过滤网上装有通液环19，另一侧与收紧帽25连接。上堵头24与筒体14之间设有封头压帽23。
筒体14一端有封头压帽23，当收紧帽25收紧时，封头压帽23的端部圆锥体端口扩大紧贴筒体14内壁，起到密封的作用。封头压帽23内有上堵头24，上堵头24内有两个中心通孔，通孔接进气管线11、出气管线12。独杆加热棒8处有密封卡套17，当密封卡套17拧紧时，压帽18变小收紧起到密封作用，独杆加热棒8的密封卡套17装有温度传感器9，并与压力表7相连，可以获取仓体内的温度，通过封头压帽23装有压力传感器与压力表7相连来获取实验的压力。高温高压热变仓2的进/出气体中心通孔通过管线与四通5相连，来控制气体的进出，同时中心通孔管线上接有安全阀6，当高温高压热变仓2压力超过设定压力时，自动打开放空阀门3，以保证实验的安全性。
装置的特征是高温高压热变仓2，高温高压热变仓2的数量为一个，高温高压热变仓2仓内无胶筒。
在实验中，把设计制作好的岩心或岩心及煤心组合装入仓体内，封上堵头，盖好收紧帽，并装上加热棒和温度、压力传感器，然后将高温高压热变仓装入组合式保温箱体内，利用实验设计好的温度、增温速率及压力对样品进行加热来模拟异常构造热事件，通过控温表和电接点压力表及计算机数据采集***采集数据，并经过数据处理软件分析温度压力数据，研究不同岩心组合、不同气体介质在高温高压条件煤变质作用过程，分析变质作用过程中煤储层物性变化特征、煤成气运聚规律及构造热事件的控气机理。
组合式保温套1和高温高压热变仓2内各有一个温度控制表10、11，且高温高压热变仓2内的温度控制表10能承载高温(＞1000度)和高压(＞50MPa)。在高温高压热变仓2的一端安装有四通5，来控制气体的进出。
筒体14、封头压帽23、上堵头24之间设有密封圈21、垫圈22。
本装置的特点主要体现在高温高压热变仓体的结构设计上，可以对用绳索取心所取的直径为68mm，长度小于400mm的煤心直接进行气体生成、运聚和富集的模拟测试，避免了二次采样的负面影响，同时提高了实验效率。
Claims (6)
1. 煤异常热变装置，包括组合式保温套(1)、高温高压热变仓(2)、放空阀门(3)、进气阀门(4)、四通(5)、安全阀(6)、压力表(7)、独杆加热棒(8)、温度控制表(9)、温度控制表(10)、进气管线(11)、出气管线(12)，其特征在于：高温高压热变仓(2)上装有组合式保温套(1)，高温高压热变仓(2)、四通(5)、进气管线(11)依次连接，出气管线(12)、四通(5)、安全阀(6)依次连接，高温高压热变仓(2)上安装有独杆加热棒(8)。
2. 根据权利要求1所述的煤异常热变装置，其特征在于：高温高压热变仓(2)与压力表(7)连接。
3. 根据权利要求1所述的煤异常热变装置，其特征在于：高温高压热变仓(2)与温度控制表(9)连通，组合式保温套1与温度控制表(10)连通。
4. 根据权利要求1所述的煤异常热变装置，其特征在于：高温高压热变仓(2)由下堵头(13)、筒体(14)、煤粉(15)、焊接接头(16)、密封卡套(17)、压帽(18)、通液环(19)、过滤网(20)、封头压帽(23)、上堵头(24)、收紧帽(25)组成，下堵头(13)与筒体(14)连接，下堵头(13)、筒体(14)、上堵头(24)形成的封闭空间中装有煤粉(15)，焊接接头(16)通过卡套(17)、压帽(18)固定安装在筒体(14)上。
5. 根据权利要求4所述的煤异常热变装置，其特征在于：上堵头(24)的一侧装有过滤网(20)，过滤网(20)上装有通液环(19)，另一侧与收紧帽(25)连接。
6. 根据权利要求4所述的煤异常热变装置，其特征在于：上堵头(24)与筒体(14)之间设有封头压帽(23)。
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|---|---|---|---|---|
| CN102279420A (zh) * | 2011-04-15 | 2011-12-14 | 河南理工大学 | 煤变质演化裂隙***发育模拟测试*** |
| CN105241783A (zh) * | 2015-11-05 | 2016-01-13 | 辽宁工程技术大学 | 煤系页岩瓦斯吸附解吸渗流实验装置 |
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2007
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| CN102279420B (zh) * | 2011-04-15 | 2013-03-13 | 河南理工大学 | 煤变质演化裂隙***发育模拟测试*** |
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