CN103344537B - 一种高温高压热解反应的试验方法 - Google Patents
一种高温高压热解反应的试验方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103344537B CN103344537B CN201310220947.9A CN201310220947A CN103344537B CN 103344537 B CN103344537 B CN 103344537B CN 201310220947 A CN201310220947 A CN 201310220947A CN 103344537 B CN103344537 B CN 103344537B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- test
- test specimen
- pyrolytic reaction
- pressure
- temperature
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
- Investigating Or Analyzing Non-Biological Materials By The Use Of Chemical Means (AREA)
- Testing Resistance To Weather, Investigating Materials By Mechanical Methods (AREA)
Abstract
一种高温高压热解反应的试验方法,属于热解反应技术领域范畴。其特征在于所采用的装置为一种能够高温高压封装试件,试件尺寸分别为Ф25×50mm和Ф50×100mm,试件轴压与围压达20MPa,试件环境温度达600℃,可模拟矿物埋藏深度达800m的地质环境条件的装置。该试验方法所采用的试验装置由热解反应***、气体压力注入***、流体产物排出***与测试控制***四大***组成。本发明利用新研制的高温高压热解反应的试验装置,充分考虑地应力条件,模拟矿物大埋深的地质环境条件,克服了现有试验装置中试件处于无约束状态、对试件不进行加载的缺点与不足,对地下数百米深处的油页岩和低变质煤等进行可行性试验研究。
Description
技术领域:
本发明一种高温高压热解反应的试验方法,属于热解反应技术领域范畴。主要用于对油页岩和低变质煤等进行在高温高压条件下的热解反应试验研究,并通过对热解后的试件进行力学特性试验、渗透性试验、产物的成分含量分析,为原位注热开采提供理论依据。
背景技术:
原位注热开采属于原位溶浸采矿的范畴,它是通过在开采目标矿层上覆地表布置井网,将热解流体注入目标矿层,利用注入流体与矿层有用组分之间发生的物理、化学、热、力等耦合作用原理,对矿层进行热解并将其中有用组分转变为流体,流动传输至目标井,而后排采至地面的一种采矿方法。与露天开采或井工开采相比,具有安全、高效、节能、环保等方面的巨大优势,由于不破坏地表、不污染环境,在地下矿产资源开采、尤其是深部矿产资源开采中具有极为广阔的发展应用前景,因此,对原位注热开采进行理论研究,具有十分重要的意义与价值。
已有的热解试验研究表明,油页岩和低变质煤等均存在影响矿物热解及生成产物速率的临界温度值,贫瘦煤加热超过310℃时气体产量达到最大,而长焰煤在450~500℃为产气最佳温度段,油页岩的临界温度值在400~600℃之间。但这些结果均是在无约束状态下得到的,只是单纯的考虑了在温度的变化作用下矿物的结构变化及产物分析,其试验条件与地下矿物真实赋存条件相距甚远,不能体现深部矿物赋存的地应力条件。为更加真实模拟深部地下矿物的赋存条件,进行高温高压热解反应研究,需要对试验方法及试验装置进行重要革新。
发明内容:
本发明一种高温高压热解反应的试验方法的目的在于,克服传统试验方法的缺陷与不足,根据矿物地质赋存条件下的地应力条件,提供一种能够满足在试验室内对地下深部矿物进行高温高压热解反应的先进、高效、直观、可靠的试验方法与相应装置。
本发明一种高温高压热解反应的试验方法,其特征在于所采用的装置能够对试件在高温条件下加载轴压和围压,试件尺寸分别为Ф25×50mm和Ф50×100mm,试件轴压与围压达20MPa,试件环境温度达600℃,可模拟矿物埋藏深度达800m的地质环境条件,该试验装置由热解反应***、气体压力注入***、流体产物排出***与测试控制***四大***组成,热解反应***是***的重要组成部分,分别围绕两种试件尺寸分别为Ф25×50mm和Ф50×100mm的试件进行加热,最高可加热至600℃,以充分进行热解反应;气体压力注入***,主要将高压气体注入到釜体中,给试件加载最高可达20MPa的轴压和围压,以模拟矿物的真实埋藏地质环境;流体产物排出***,主要将试件经高温高压热解反应后生成的游离态的流体自然释放排出釜体并进行收集;测试控制***,主要通过各种温度和压力传感器对试验过程进行精确测量与控制,以保证试验条件与测试结构的可靠性,并经电脑计算分析后直接显示整个***工作状况与测试结果;采用该装置的方法:首先将试件置于样品筒16中,并将样品筒16放入釜体内腔17,盖上釜体内腔盖14并用紧固螺栓13进行密封,设定加热温度,开启加热棒18对试件进行加热,通过控温温度传感器10控制温度,当温度达到设定值并稳定30分钟后,开启气体压力注入***对试件施加轴压与围压,通过电接点压力表7控制压力至设定压力值,通过调节测试控制***使试件保持在模拟地层条件下的恒温恒压状态以充分进行热解反应,反应时间为24~48小时,而后,开启流体产物排出***,将试件经高温高压热解反应后生成的游离态的流体自然释放排出釜体,并分别通过排气孔21、排气阀22和排液孔24、排液阀25进入到气体收集***23和液体收集***26;通过对生成产物的成分和含量的分析进行注入产出分析,并对试件进行渗透性试验和岩石力学特性试验,对该试验条件下,油页岩或低变质煤的热解效益进行评价分析,改变样品与相应作用温度压力地质环境条件,重复上述步骤即可进行不同条件下的油页岩或低变质煤热解效益评价分析,其具体实施的步骤为:
1)将试件尺寸为Ф25×50mm或Ф50×100mm的试件置于样品筒16中,并将其放入釜体内腔17,盖上釜体内腔盖14并用紧固螺栓13对釜体进行密封;
2)设定加热温度,开启加热棒18对试件进行加热,当温度达到设定值20~600℃并稳定30分钟后,开启气体压力注入***对试件施加轴压与围压,至设定压力值0~20MPa;
3)通过调节测试控制***使试件保持在模拟地层条件下的恒温恒压状态以充分进行热解反应,反应时间为24~48小时;
4)开启流体产物排出***,将试件经高温高压热解反应后生成的游离态的流体自然释放排出釜体,并分别通过排气孔21、排气阀22和排液孔24、排液阀25进入到气体收集***23和液体收集***26;
5)利用温度传感器10、11和压力传感器7、9动态检测试验数据,并将数据传输至计算机,通过对生成产物的成分和含量的分析进行注入产出分析,并对试件进行渗透性试验和岩石力学特性试验,对该试验条件下,油页岩或低变质煤的热解效益进行评价分析,本次高温高压热解反应试验完成。
本发明一种高温高压热解反应的试验方法的优点在于:与现有的高温高压热解试验方法与相应装置相比,该检测方法充分考虑矿物地质赋存条件下的地应力条件,利用其装置可以对试件分别加载达到20MPa的轴压和围压,试件环境温度达600℃,可模拟矿物埋藏深度达800m的地质环境条件。本发明不仅是高温高压热解反应的试验方法及试验装置的重要革新,更为大埋深不可开采矿物的原位溶浸采矿提供了可行的试验方法。
附图说明:
图1:高温高压热解反应的试验装置示意图
图中的标号:1——气体;2——过滤器;3——调压阀;4——气体增压泵;5——进气阀;6——进气孔;7——电接点压力表;8——安全阀;9——压力传感器;10——控温温度传感器;11——测温温度传感器;12——上保温盖;13——紧固螺栓;14——釜体内腔盖;15——釜体支撑架;16——样品筒;17——釜体内腔;18——加热棒;19——孔板;20——下保温盖;21——排气孔;22——排气阀;23——气体收集***;24——排液孔;25——排液阀;26——液体收集***。
具体实施方式:
实施方式1:该试验方法所采用的试验装置由热解反应***、气体压力注入***、流体产物排出***与测试控制***四大***组成。其中,热解反应***是***的重要组成部分,主要对试件进行加热,以进行热解反应;气体压力注入***,主要将高压气体注入到釜体中,给试件加载不同的轴压和围压,以模拟矿物的真实埋藏地质环境;流体产物排出***,主要将试件经高温高压热解反应后生成的游离态的流体自然释放排出釜体并进行收集;测试控制***,主要通过各种温度和压力传感器对试验过程进行精确测量与控制,以保证试验条件与测试结构的可靠性,并经电脑计算分析后直接显示整个***工作状况与测试结果。
该试验方法所采用的试验装置能够满足模拟矿物埋藏深度达400m的地质环境条件的试验要求,通过加热棒将试件加热至600℃,通过气体压力注入***给试件提供10MPa的轴压和围压,保持恒温恒压状态充分热解反应24小时,通过对生成产物的成分和含量的分析进行注入产出分析,并对试件进行渗透性试验和岩石力学特性试验,对该试验条件下,油页岩或低变质煤的热解效益进行评价分析。具体操作步骤如下:
Ⅰ. 将试件尺寸为Ф50×100mm的试件置于样品筒16中,并将其放入釜体内腔17,盖上釜体内腔盖14并用紧固螺栓13对釜体进行密封;
Ⅱ. 设定加热温度为600℃,开启加热棒18对试件进行加热,当温度达到设定值并稳定30分钟后,开启气体压力注入***对试件施加轴压与围压,至设定压力值10MPa;
Ⅲ. 通过调节控制***使试件保持在模拟地层条件下的恒温恒压状态以进行热解反应,反应时间为24小时;
Ⅳ. 开启流体产物排出***,将试件经高温高压热解反应后生成的游离态的流体自然释放排出釜体,并分别通过排气孔21、排气阀22和排液孔24、排液阀25进入到气体收集***23和液体收集***26;
Ⅴ. 通过对生成产物的成分和含量的分析进行注入产出分析,并对试件进行渗透性试验和岩石力学特性试验,对该试验条件下,油页岩或低变质煤的热解效益进行评价分析,本次高温高压热解反应试验完成。
实施方式2:该试验方法所采用的试验装置能够满足模拟矿物埋藏深度达600m的地质环境条件的试验要求,通过加热棒将试件加热至600℃,通过气体压力注入***给试件提供15MPa的轴压和围压,保持恒温恒压状态充分热解反应36小时,通过对生成产物的成分和含量的分析进行注入产出分析,并对试件进行渗透性试验和岩石力学特性试验,对该试验条件下,油页岩或低变质煤的热解效益进行评价分析。其它同实施方式1。
实施方式3:该试验方法所采用的试验装置能够满足模拟矿物埋藏深度达800m的地质环境条件的试验要求,通过加热棒将试件加热至600℃,通过气体压力注入***给试件提供20MPa的轴压和围压,保持恒温恒压状态充分热解反应48小时,通过对生成产物的成分和含量的分析进行注入产出分析,并对试件进行渗透性试验和岩石力学特性试验,对该试验条件下,油页岩或低变质煤的热解效益进行评价分析。其它同实施方式1。
Claims (1)
1. 一种高温高压热解反应的试验方法,其特征在于所采用的装置能够对试件在高温条件下加载轴压和围压,试件尺寸分别为Ф25×50mm和Ф50×100mm,试件轴压与围压达20MPa,试件环境温度达600℃,可模拟矿物埋藏深度达800m的地质环境条件,该试验装置由热解反应***、气体压力注入***、流体产物排出***与测试控制***四大***组成,热解反应***是***的重要组成部分,分别围绕两种试件尺寸分别为Ф25×50mm和Ф50×100mm的试件进行加热,最高可加热至600℃,以充分进行热解反应;气体压力注入***,主要将高压气体注入到釜体中,给试件加载最高可达20MPa的轴压和围压,以模拟矿物的真实埋藏地质环境;流体产物排出***,主要将试件经高温高压热解反应后生成的游离态的流体自然释放排出釜体并进行收集;测试控制***,主要通过各种温度和压力传感器对试验过程进行精确测量与控制,以保证试验条件与测试结构的可靠性,并经电脑计算分析后直接显示整个***工作状况与测试结果;采用该装置的方法:首先将试件置于样品筒(16)中,并将样品筒(16)放入釜体内腔(17),盖上釜体内腔盖(14)并用紧固螺栓(13)进行密封,设定加热温度,开启加热棒(18)对试件进行加热,通过控温温度传感器(10)控制温度,当温度达到设定值并稳定30分钟后,开启气体压力注入***对试件施加轴压与围压,通过电接点压力表(7)控制压力至设定压力值,通过调节测试控制***使试件保持在模拟地层条件下的恒温恒压状态以充分进行热解反应,反应时间为24~48小时,而后,开启流体产物排出***,将试件经高温高压热解反应后生成的游离态的流体自然释放排出釜体,并分别通过排气孔(21)、排气阀(22)和排液孔(24)、排液阀(25)进入到气体收集***(23)和液体收集***(26),通过对生成产物的成分和含量的分析进行注入产出分析,并对试件进行渗透性试验和岩石力学特性试验,对该试验条件下,油页岩或低变质煤的热解效益进行评价分析,改变样品与相应作用温度压力地质环境条件,重复上述步骤即可进行不同条件下的油页岩或低变质煤热解效益评价分析,其具体实施的步骤为:
1)将试件尺寸为Ф25×50mm或Ф50×100mm的试件置于样品筒(16)中,并将其放入釜体内腔(17),盖上釜体内腔盖(14)并用紧固螺栓(13)对釜体进行密封;
2)设定加热温度,开启加热棒(18)对试件进行加热,当温度达到设定值20~600℃并稳定30分钟后,开启气体压力注入***对试件施加轴压与围压,至设定压力值0~20MPa;
3)通过调节测试控制***使试件保持在模拟地层条件下的恒温恒压状态以充分进行热解反应,反应时间为24~48小时;
4)开启流体产物排出***,将试件经高温高压热解反应后生成的游离态的流体自然释放排出釜体,并分别通过排气孔(21)、排气阀(22)和排液孔(24)、排液阀(25)进入到气体收集***(23)和液体收集***(26);
5)利用温度传感器(10)、(11)和压力传感器(7)、(9)动态检测试验数据,并将数据传输至计算机,通过对生成产物的成分和含量的分析进行注入产出分析,并对试件进行渗透性试验和岩石力学特性试验,对该试验条件下,油页岩或低变质煤的热解效益进行评价分析,本次高温高压热解反应试验完成。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201310220947.9A CN103344537B (zh) | 2013-06-05 | 2013-06-05 | 一种高温高压热解反应的试验方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201310220947.9A CN103344537B (zh) | 2013-06-05 | 2013-06-05 | 一种高温高压热解反应的试验方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN103344537A CN103344537A (zh) | 2013-10-09 |
CN103344537B true CN103344537B (zh) | 2015-10-21 |
Family
ID=49279351
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201310220947.9A Active CN103344537B (zh) | 2013-06-05 | 2013-06-05 | 一种高温高压热解反应的试验方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN103344537B (zh) |
Families Citing this family (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103822842B (zh) * | 2014-02-13 | 2019-02-26 | 中国科学院过程工程研究所 | 一种固体燃料热解生产过程中的采样及定量分析方法 |
CN104849172B (zh) * | 2014-02-18 | 2017-08-04 | 中国石油化工股份有限公司 | 油页岩含油率测试实验装置及其测试方法 |
CN105203583B (zh) * | 2014-05-30 | 2018-04-27 | 宝山钢铁股份有限公司 | 一种测试煤热解成焦过程的试验装置和方法 |
CN106404585A (zh) * | 2016-08-23 | 2017-02-15 | 上海交通大学 | 一种分析生物质热裂解过程物料平衡的方法 |
CN107064450B (zh) * | 2017-03-14 | 2019-04-26 | 中国矿业大学 | 一种模拟热力耦合下煤体流固热化多场耦合的实验方法 |
CN109632868B (zh) * | 2019-01-14 | 2021-05-28 | 中南大学 | 一种封闭体系生烃热模拟实验装置及其使用方法 |
CN112782209B (zh) * | 2020-12-17 | 2022-11-25 | 中国石油大学(华东) | 一种可研究地下原位转化过程的成岩模拟实验装置及方法 |
CN112730503B (zh) * | 2021-01-20 | 2023-07-11 | 太原理工大学 | 一种高温流体开采油页岩的模拟装置的操作方法 |
CN113092279A (zh) * | 2021-04-02 | 2021-07-09 | 太原理工大学 | 一种煤岩热流固耦合作用下三轴压裂渗流装置和试验方法 |
CN114527255A (zh) * | 2022-02-18 | 2022-05-24 | 中国矿业大学 | 一种定量评价高温模拟过程中煤中元素迁移率的方法 |
CN114660266B (zh) * | 2022-03-21 | 2023-05-16 | 西安交通大学 | 模拟地下有机质岩原位热解提油气的试验***及工作方法 |
CN114509378B (zh) * | 2022-04-13 | 2022-07-01 | 太原理工大学 | 一种有机岩原位开采渗流与热解的模拟装置及实验方法 |
CN114922601A (zh) * | 2022-05-16 | 2022-08-19 | 中国石油大学(华东) | 一种高温对流热作用下页岩裂缝扩展模拟实验装置及方法 |
CN116626088A (zh) * | 2023-03-13 | 2023-08-22 | 陕西省煤田地质集团有限公司 | 一种富油煤高温热解时的变形特性测试装置及方法 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4886521A (en) * | 1988-05-05 | 1989-12-12 | U.S. Department Of Energy | Decaking of coal or oil shale during pyrolysis in the presence of iron oxides |
JPH06179871A (ja) * | 1992-12-11 | 1994-06-28 | Nippon Steel Corp | 石炭の急速熱分解方法 |
CN101710048A (zh) * | 2009-10-21 | 2010-05-19 | 中国矿业大学 | 一种三轴压力下岩样加热装置及方法 |
CN101813604A (zh) * | 2010-04-23 | 2010-08-25 | 同济大学 | 一种抗水压注浆岩体耐久性试验装置 |
-
2013
- 2013-06-05 CN CN201310220947.9A patent/CN103344537B/zh active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4886521A (en) * | 1988-05-05 | 1989-12-12 | U.S. Department Of Energy | Decaking of coal or oil shale during pyrolysis in the presence of iron oxides |
JPH06179871A (ja) * | 1992-12-11 | 1994-06-28 | Nippon Steel Corp | 石炭の急速熱分解方法 |
CN101710048A (zh) * | 2009-10-21 | 2010-05-19 | 中国矿业大学 | 一种三轴压力下岩样加热装置及方法 |
CN101813604A (zh) * | 2010-04-23 | 2010-08-25 | 同济大学 | 一种抗水压注浆岩体耐久性试验装置 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
高温高压实验及原位测量技术;王慧媛 等;《地学前缘》;20090131;第16卷(第1期);第17-24页 * |
高温高压热模拟装置的研制;杜洪文 等;《石油仪器》;20011231(第6期);第16-17页第1-4节,第18页第3节及倒数第1段,表1,图1 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN103344537A (zh) | 2013-10-09 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN103344537B (zh) | 一种高温高压热解反应的试验方法 | |
CN103293087B (zh) | 一种高温高压热解反应的试验装置 | |
Zhang et al. | A global review of deep geothermal energy exploration: from a view of rock mechanics and engineering | |
Xue et al. | Investigation of the influence of gas fracturing on fracturing characteristics of coal mass and gas extraction efficiency based on a multi-physical field model | |
CN107894383B (zh) | 三轴应力条件下含水合物沉积物渗透率测量装置及其方法 | |
Men et al. | Experimental study on gas mass transfer process in a heterogeneous coal reservoir | |
CN104655495B (zh) | 一种煤岩高温高压真三轴压裂渗流试验装置与试验方法 | |
Zhang et al. | An experimental investigation into the characteristics of hydraulic fracturing and fracture permeability after hydraulic fracturing in granite | |
CN103278615B (zh) | 一种二氧化碳煤层地质储存的试验方法 | |
Teng et al. | Modeling and simulation on heat-injection enhanced coal seam gas recovery with experimentally validated non-Darcy gas flow | |
CN103306665B (zh) | 一种二氧化碳煤层地质储存的试验装置 | |
Cheng et al. | An investigation on hydraulic fracturing characteristics in granite geothermal reservoir | |
Wang et al. | Time-dependent coal permeability: Impact of gas transport from coal cleats to matrices | |
CN111075441B (zh) | 一种边底水稠油油藏热采后冷采三维物理模拟实验装置及方法 | |
CN103075147A (zh) | 一种井下环境模拟装置及方法 | |
CN205982015U (zh) | 一种高温高压条件下岩石裂隙渗流参数测试装置 | |
Zhang et al. | Reservoir stimulation design and evaluation of heat exploitation of a two-horizontal-well enhanced geothermal system (EGS) in the Zhacang geothermal field, Northwest China | |
Qian et al. | Advances in Laboratory‐Scale Hydraulic Fracturing Experiments | |
Zhu et al. | Experimental study on dynamic sealing capacity and safe threshold of caprock in underground gas storages | |
Zhan et al. | Improved test method for convection heat transfer characteristics of carbonate fractures after acidizing etching | |
Qiu et al. | Quantitative reconstruction of formation paleo-pressure in sedimentary basins and case studies | |
Li et al. | Triaxial creep tests and the visco-elastic-plastic constitutive model of hydrate formations | |
Wei et al. | Investigation and prediction of thermal cracking and permeability enhancement in ultra-low permeability rocks by in-situ thermal stimulation | |
CN106483268B (zh) | 油页岩热压原位转化试验装置 | |
Shen et al. | Novel method for calculating the effective stress coefficient in a tight sandstone reservoir |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant |