CN108152145A - 模拟烃源岩高温热解过程中裂缝发育的实验装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种模拟烃源岩高温热解过程中裂缝发育的实验装置和方法，其涉及岩石力学和石油地质学领域，实验装置包括：热压反应装置；加热装置，加热装置包括箱体、设置在箱体内的加热件以及热电偶单元，箱体用于装载热压反应装置；加压装置，其用于对下压头、下端盖和围压压头提供相应的压力；流体压力控制与产物收集单元，其包括能与上压头的第二流道连通的流体压力控制器、能与上压头的第二流道连通的真空泵、与下压头的第一流道连通的水泵；声发射检测装置，其包括穿设在反应釜体中的波导杆、与波导杆相连接的声发射检测探头。本申请能够模拟在三轴应力场和岩石孔隙流体压力耦合的地质环境下烃源岩高温热解过程中裂缝的发育。
Description
技术领域
本发明涉及岩石力学和石油地质学领域，特别涉及一种模拟烃源岩高温热解过程中裂缝发育的实验装置和方法。
背景技术
自然地质环境下，岩石一般处于三轴受压、孔隙流体负压的稳定状态，而随着埋藏和地层温度的升高，应力场发生改变，并伴随烃源岩有机质发生热解生烃而引起流体压力变化，最终导致在应力场失稳部位岩石破裂形成裂缝。这种裂缝在含油气系统中起着油气运移通道和储集空间的重要作用，能够极大地影响油气的空间分布和储量。通过对裂缝形成的力学机制研究，获得岩石物理力学性质参数，也是油气田开发工程、水利水电工程、采矿工程等领域的研究重点之一，其影响着工程方案决策和工程效果。
从岩石力学实验技术领域看，三轴应力实验与检测技术代表了目前最完备的技术水平。以赵阳升发明的20MN伺服控制高温高压岩体三轴试验机为例，在传统200℃以内的三轴应力实验技术基础上，通过采样固体传递位移、轴向和侧向压力独立控制使实验能力达到如下参数：最大轴向应力318MPa，围压250MPa，最高加热温度600℃，变形量通过光栅尺来测量，分辨率0.005mm，在此基础上能够开展岩体变形特征、强度特征、热流固耦合特征等研究。该仪器实现了高温、三轴应力分控条件，但没有考虑地质条件下有新流体产生并排出的动态孔隙流体压力，由于炉体和样品过大，所述四通道声发射检测系统也没有真正实现高温流体压力裂缝形成与分布的检测。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺陷，本发明实施例所要解决的技术问题是提供了一种模拟烃源岩高温热解过程中裂缝发育的实验装置和方法，其能够模拟在三轴应力场和岩石孔隙流体压力耦合的地质环境下烃源岩高温热解过程中裂缝的发育。
本发明实施例的具体技术方案是：
一种模拟烃源岩高温热解过程中裂缝发育的实验装置，其包括：
热压反应装置，其包括反应釜体、设置在所述反应釜体内的管体、对所述反应釜体和所述管体的下端进行密封的下端盖、填充在所述反应釜体和所述管体之间的粉状物质、设置在所述管体中的下压头和上压头、设置在所述反应釜体和所述管体之间并位于所述粉状物质上方的围压压头，所述下端盖上具有开孔，部分所述下压头穿出所述开孔，所述下压头内部具有第一流道，所述上压头内部具有第二流道，所述下压头和所述上压头之间用于装载所述烃源岩；
加热装置，所述加热装置包括箱体、设置在箱体内的加热件以及热电偶单元，所述箱体用于装载所述热压反应装置；
加压装置，其用于对所述下压头、下端盖和所述围压压头提供相应的压力；
流体压力控制与产物收集单元，其包括能与所述上压头的第二流道连通的流体压力控制器、能与所述上压头的第二流道连通的真空泵、与所述下压头的第一流道连通的水泵；
声发射检测装置，其包括穿设在所述反应釜体中的波导杆、与所述波导杆相连接的声发射检测探头。
在一种优选的实施方式中，所述下压头与所述管体之间设置有第一密封环。
在一种优选的实施方式中，所述围压压头与所述上压头之间设置有石墨密封环、第二密封环和楔形密封压环，所述石墨密封环位于所述管体的上方，所述第二密封环位于所述石墨密封环的上方，所述楔形密封压环位于所述第二密封环的上方。
在一种优选的实施方式中，所述热电偶单元包括用于控制加热件加热温度的第一热电偶、用于测量所述反应釜体顶部温度的第二热电偶和用于测量所述反应釜体中部温度的第三热电偶。
在一种优选的实施方式中，所述加压装置包括三通道液压站、对所述下压头施加压力的第一施压缸体、对所述上压头施加压力的第二施压缸体、对所述围压压头施加压力的第三施压缸体，所述三通道液压站分别与所述第一施压缸体、所述第二施压缸体、所述第三施压缸体相连接。
在一种优选的实施方式中，所述粉状物质为食盐。
在一种优选的实施方式中，所述流体压力控制与产物收集单元还包括：与所述流体压力控制器相连通的产物收集装置。
在一种优选的实施方式中，所述产物收集装置包括与所述流体压力控制器相连接的气液分离装置、与所述气液分离装置相连接的气体收集计量装置。
在一种优选的实施方式中，所述声发射检测装置还包括用于对所述波导杆进行散热的散热装置。
在一种优选的实施方式中，所述实验装置还包括：控制与数据采集系统，所述控制与数据采集系统包括控制面板和与控制面板相连接的计算机两部分，所述控制面板用于控制所述加热件、所述加压装置、所述声发射检测探头；所述计算机包括控压模块、控温模块、声发射数据采集模块、数据处理与成像模块。
在一种优选的实施方式中，所述声发射检测装置的带宽为0.005MHz至1MHz，主放增益为9Db至60Db,标准谐振频率为140KHz。
一种采用如上述任一所述的模拟烃源岩高温热解过程中裂缝发育的实验装置的实验方法，包括以下步骤：
将尺寸与所述管体相匹配的烃源岩放入至所述管体中；
向所述管体与所述反应釜体之间装填入所述粉状物质，并将所述围压压头设置在所述粉状物质上；
通过所述加压装置对所述下压头、上压头和所述围压压头提供相应的压力；
通过真空泵对所述管体内进行抽真空，并通过水泵向所述管体内泵入预设压力下的水并维持；
通过加热装置对所述反应釜体进行加热至预设温度；
在加热过程中，通过声发射检测探头对所述烃源岩高温区裂缝形成事件进行检测，并通过流体压力控制器控制第二流道，以使所述管体内流体压力维持在预设范围下。
在一种优选的实施方式中，通过产物收集装置收集自所述流体压力控制器排出的气态、液态产物。
在一种优选的实施方式中，所述声发射检测探头检测到的事件的参数至少包括以下之一：振铃计数、能量计数、持续时间、事件起止时间及振幅。
本发明的技术方案具有以下显著有益效果：
本申请中的模拟烃源岩高温热解过程中裂缝发育的实验装置通过实现应力测量与控制、高温高压密封体系下岩石热解两方面跨领域技术的联合，实现高温与检测、岩石三轴应力与孔隙流体压力、生烃化学反应与岩石应力物理作用共存的实验技术突破，从而达到检测烃源岩在高温高压热解过程中裂缝产生的条件、样式等实验研究目的，为石油地质与地下岩土工程提供科学技术支持。
参照后文的说明和附图，详细公开了本发明的特定实施方式，指明了本发明的原理可以被采用的方式。应该理解，本发明的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本发明的实施方式包括许多改变、修改和等同。针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。
附图说明
在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。
图1为本发明实施例中模拟烃源岩高温热解过程中裂缝发育的实验装置的系统图；
图2为本发明实施例中热压反应室和部分加压装置的结构示意图；
图3为本发明实施例中热压反应室和部分加压装置的俯视图；
图4为本发明实施例中500℃、轴压125MPa、围压20MPa、流体压力60Mpa下声发射事件数量柱状图；
图5为本发明实施例中500℃(恒温10h时)、轴压125MPa、围压20MPa、流体压力60MPa声发射累计裂缝定位数字模拟图像。
以上附图的附图标记：
101、烃源岩；102、管体；103、反应釜体；104、下端盖；105、第一密封环；106、下压头；107、上压头；108、石墨密封环；109、第二密封环；110、楔形密封压环；111、粉状物质；112、围压压头；200、三通道液压站；201、箱体；202、第一流道；203、第二流道；204、控制面板；205、第一施压缸体；206、第二施压缸体；207、波导杆；208：声发射检测探头；209、产物收集装置；210、水泵；211、加热件；212、计算机；213、流体压力控制器；214、第三施压缸体。
具体实施方式
结合附图和本发明具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本发明的细节。但是，在此描述的本发明的具体实施方式，仅用于解释本发明的目的，而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下，技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形，这些都应被视为属于本发明的范围。需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
为了能够模拟在三轴应力场和岩石孔隙流体压力耦合的地质环境下烃源岩高温热解过程中裂缝的发育，在本申请中提出了一种模拟烃源岩高温热解过程中裂缝发育的实验装置，图1为本发明实施例中模拟烃源岩高温热解过程中裂缝发育的实验装置的系统图，图2为本发明实施例中热压反应室和部分加压装置的结构示意图，图3为本发明实施例中热压反应室和部分加压装置的俯视图，如图1至图3所示，该模拟烃源岩高温热解过程中裂缝发育的实验装置可以包括：热压反应装置，其包括反应釜体103、设置在反应釜体103内的管体102、对反应釜体103和管体102的下端进行密封的下端盖104、填充在反应釜体103和管体102之间的粉状物质111、设置在管体102中的下压头106和上压头107、设置在反应釜体103和管体102之间并位于粉状物质111上方的围压压头112，下端盖104上具有开孔，部分下压头106穿出开孔，下压头106内部具有第一流道202，上压头107内部具有第二流道203，下压头106和上压头107之间用于装载烃源岩101；加热装置，加热装置包括箱体201、设置在箱体201内的加热件211以及热电偶单元，箱体201用于装载热压反应装置；加压装置，其用于对下压头106、上压头107和围压压头112提供相应的压力；流体压力控制与产物收集单元，其包括能与上压头107的第二流道203连通的流体压力控制器213、能与上压头107的第二流道203连通的真空泵、与下压头106的第一流道202连通的水泵210；声发射检测装置，其包括穿设在反应釜体103中的波导杆207、与波导杆207相连接的声发射检测探头208。
本申请中的模拟烃源岩高温热解过程中裂缝发育的实验装置通过实现应力测量与控制、高温高压密封体系下岩石热解两方面跨领域技术的联合，实现高温与检测、岩石三轴应力与孔隙流体压力、生烃化学反应与岩石应力物理作用共存的实验技术突破，从而达到检测烃源岩在高温高压热解过程中裂缝产生的条件、样式等实验研究目的，为石油地质与地下岩土工程提供科学技术支持。
为了更好的理解本申请中的模拟烃源岩高温热解过程中裂缝发育的实验装置，下面将对其做进一步解释和说明。如图2、图3所示，热压反应装置包括反应釜体103、设置在反应釜体103内的管体102、对反应釜体103和管体102的下端进行密封的下端盖104、填充在反应釜体103和管体102之间的粉状物质111、设置在管体102中的下压头106和上压头107、设置在反应釜体103和管体102之间并位于粉状物质111上方的围压压头112。反应釜体103可以为高温高压合金釜体，其形状可以为圆筒状，例如内径可以为60mm，外径可以为72mm。管体102可以是紫铜管，厚度为3.0mm，牌号为T3，内径与实验样品界面直径相近。下端盖104对反应釜体103和管体102的下端进行密封，其与反应釜体103螺纹相连接。粉状物质111填充在反应釜体103和管体102之间，粉末物质可以是食盐等，从而利用高温下食盐的韧性变形的性质，进而传递围压压头112的压力，对管体102施加一个围压。下压头106设置在管体102中，下端盖104上具有开孔，部分下压头106穿出开孔，下压头106内部具有第一流道202，下压头106与管体102之间设置有第一密封环105，第一密封环105可以由T2牌号的紫铜制成，第一密封环105用于对下压头106与管体102之间进行密封，防止管体102内通过开孔与外界相连通。用于密封的第一密封环105高度的要求是，第一密封环105与下压头106套装后，下压头106距离下端盖104有2MM至3MM的缝隙，以作密封压缩余量。上压头107设置在管体102中的上端，其插入管体102内。下压头106和上压头107之间用于装载烃源岩101，通过上压头107和下压头106对烃源岩101样品进行加压。下压头106内部具有第一流道202，其可以用于向烃源岩101样品输送高压水。上压头107内部具有第二流道203，其可以连接真空泵，从而对反应釜体103中的管体102内腔进行抽真空，以满足生烃热解实验的需要，同时还可以排除生烃热解实验中产生的气、液态产物。
如图2所示，围压压头112与上压头107之间可以设置有石墨密封环108、第二密封环109和楔形密封压环110，石墨密封环108位于管体102的上方，第二密封环109位于石墨密封环108的上方，楔形密封压环110位于第二密封环109的上方。通过上述方式可以对围压压头112和上压头107之间进行有效密封，避免生烃热解实验中产生的气、液态产物从围压压头112和上压头107之间溢出。
如图1所示，加热装置可以包括箱体201、设置在箱体201内的加热件211以及热电偶单元，箱体201用于装载热压反应装置。箱体201可以为具有保温性能的施压加热柱箱，加热件211可以为设置在施压加热柱箱内的和反应釜体103中的、并联的加热棒。热电偶单元包括用于控制加热件211加热温度的第一热电偶、用于测量反应釜体103顶部温度的第二热电偶和用于测量反应釜体103中部温度的第三热电偶。施压加热柱箱可以由多根刚性强的、垂直向上的钢柱为支撑骨架、顶板和底板为刚性强的铸钢构成的四方箱体201。箱体201内用于安装施压缸体，以及承受施压缸体工作时施压的反作用力。加热件211与箱体201之间用隔热石棉、陶土耐火材料作为保温层的箱体201壁。
如图1所示，加压装置包括三通道液压站200、对下端盖104施加压力的第一施压缸体205、对上压头107施加压力的第二施压缸体206、对围压压头112施加压力的第三施压缸体214，三通道液压站200分别与第一施压缸体205、第二施压缸体206、第三施压缸体214相连接。第一施压缸体205上下分别抵住下压头106和箱体201的底板，第二施压缸体206上下分别抵住上压头107和箱体201的顶板，第三施压缸体214上下分别抵住上压头107和箱体201的顶板。三通道液压站200是通过电动泵来实现施压缸体输出50MPa以内的液压油压力，通过三根耐高压油管，分别与第一施压缸体205、第二施压缸体206、第三施压缸体214相连接，实现向上压头107、围压头、下端盖104施加不同的压力，以分别完成轴向静压压力、水平轴围压和密封反应釜体103的目的。
流体压力控制与产物收集单元可以包括能与上压头107的第二流道203连通的流体压力控制器213、能与上压头107的第二流道203连通的真空泵、与下压头106的第一流道202连通的水泵210。流体压力控制与产物收集单元还包括：与流体压力控制器213相连通的产物收集装置209。产物收集装置209包括与流体压力控制器213相连接的气液分离装置、与气液分离装置相连接的气体收集计量装置。真空泵能与上压头107的第二流道203相连接，从而将管体102内部进行抽真空。流体压力控制器213通过不同直径上下活塞体的力学转化，用低压气体来控制反应釜体103内的高压流体的排放。流体压力控制器213通过哈氏合金管线与上压头107的第二流道203相连，其右端能续接气液分离装置、气体收集计量装置。压力控制器是通过计算机212控制气动阀上的电磁阀来改变气压的大小实现流体产物的排放，从而控制反应釜体103内的流体压力。气液分离装置通过含进出口的容器置入冷凝器中实现的气液分离，即对高温流体产物进行低温冷却，使得常温下的气液相分离，并收集液体，让气体通过出口管路通向气体收集计量装置。气体收集计量装置是一连接有测压仪表的容器，通过气体压力状态方程获得常温常压下的气体产物计量。气体收集计量装置有一出口，可以通过硅胶管用排水法收集气体，用于对气体进行其它化学分析检测。
如图1所示，声发射检测装置包括穿设在反应釜体103中的波导杆207、与波导杆207相连接的声发射检测探头208。波导杆207贯穿施压加热柱箱，并通过磁力吸附于反应釜体103表面上，其材质要求耐高温，能够达到大于600℃。波导杆207顶部连接声发射检测探头208，连接处涂抹耦合剂以保证两者间接触良好。波导杆207和声发射检测探头208共有多套，其可以按照平面正交十字样式、纵向间隔2cm分布式紧密贴至反应釜体103的外壁，最下部的波导杆207在反应釜体103底端上部2cm开始排布。声发射检测装置的带宽可以为0.005MHz至1MHz，主放增益可以为9Db至60Db，标准谐振频率可以为140KHz。
声发射检测装置还包括用于对波导杆207进行散热的散热装置。散热装置包括波导杆207露出施压加热柱箱的部分套设的黄铜散热环。通过制冷机把冷却水注入黄铜散热环，以水循环的方式达到冷却波导干的目的。
为了便于控制加热装置、加压装置、声发射检测装置等，在一种优选的实施方式中，实验装置还包括：控制与数据采集系统，控制与数据采集系统包括控制面板204和与控制面板204相连接的计算机212两部分，控制面板204用于控制加热件211、加压装置、声发射检测探头208；计算机212包括控压模块、控温模块、声发射数据采集模块、数据处理与成像模块。控制面板204可以以硬连接和PCL耦合器等构成，用于温度、压力、声发射检测探头208等的控制，而计算机212包括控压模块、控温模块、声发射数据采集模块、数据处理与成像模块，各模块通过多通道接口主板接入芯片。控压模块是实验要求轴向压力、围压、流体压力控制器213的压力大小控制指令的输入端，又是实测压力值数据采集端。控温模块是实验温度程序输入、指令控制和数据采集端。声发射数据采集模块是声发射信号的采集端。数据处理与成像模块是利用上述输入和采集的数据，进行温度、压力、声信号随时间的关系制图，以及反演实验样品内裂缝形成的时间和空间位置。
上述模拟烃源岩高温热解过程中裂缝发育的实验装置具有如下优点：加热装置和加压装置相互独立，从而实现可达600℃岩石热解的高温加热能力，而又不失岩石力学的三轴加压；通过声发射检测装置实现了对烃源岩高温区裂缝形成事件的检测；同时模拟了烃源岩的热解生烃和三轴受力的裂缝形成过程；本发明装置占地小，操作简单，实现了包括轴向压力、围压、流体压力在内的3种压力的加载、高温加热、产物收集及应力检测。
本申请中提出还提出了一种模拟烃源岩高温热解过程中裂缝发育的实验方法，其可以包括以下步骤：
S101：将尺寸与管体102相匹配的烃源岩101放入至管体102中。
为了模拟5000m地质埋深下的泥质烃源岩101生烃，以认识其生烃过程中裂缝形成的规律，因此需要的纵向轴压可以为125MPa，围压可以为20MPa，流体压力可以为60MPa。
在本步骤中，采自四川盆地剑阁地区的二叠系大隆组的块状硅质泥岩用数控机床钼丝切割方法制作直径为38mm、长度为80mm的烃源岩101。在车床上加工出内径为38mm、厚度为3mm、长为105mm的管体102。把反应釜体103放平，在底端旋上下端盖104，然后直立放在装样支架上，如图3所示，依次在反应釜体103内放入管体102、第一密封环105、下压头106；再放入烃源岩101，如无法放入，则用800目以上的砂纸卷筒轻微打磨烃源岩101；依次安装上压头107、石墨密封环108、第二密封环109、楔形密封压环110。
S102：向管体102与反应釜体103之间装填入粉状物质111，并将围压压头112设置在粉状物质111上。
在本步骤中，可以在管体102与反应釜体103之间的间隙装填粉状物质111，例如食盐粉，其颗粒粒径需要小于60目，用围压压头112压实，粉状物质111充填高度为操作人员手臂力压实后，粉状物质111顶面距离反应釜体103顶10mm左右，最终装上围压压头112。
S103：通过加压装置对下压头106、上压头107和围压压头112提供相应的压力。
在本步骤中，将上述装样完毕的反应釜体103置入加热装置内，连接好与上压头107和下压头106连接的流体输入管线、输出管线。操作控制面板204的压力站开关，使第一施压缸体205对下端盖104施压，使得釜楔形密封压环110顶在施压加热柱箱的顶面，表头压力达到10MPA至15MPA后，锁死第一施压缸体205的位置。按照实验要求，通过第二施压缸体206对上压头107施压，通过第三施压缸体214对围压压头112施加围压，从而给样品烃源岩101施加纵向轴向压力。上述第一施压缸体205、第而施压缸体、第三施压缸体214的压柱动力来源于三通道液压站200。
同时在热压反应装置上安装声发射检测装置。连接有波导杆207的声发射探头共多套，按照平面正交十字样式、纵向间隔2cm分布式紧密贴至反应釜体103的外壁，最下部的波导杆207在反应釜体103底端上部2cm开始排布。声发射探头的带宽可以为0.005MHz至1MHz，主放增益可以为9Db至60Db,标准谐振频率可以为140KHz。
S104：通过真空泵对管体102内进行抽真空，并通过水泵210向管体102内泵入预设压力下的水并维持。
在本步骤中，从上压头107的第二流道203连接真空泵，对反应釜体103内的管体102内腔抽真空，以满足生烃热解实验的需要；然后从下压头106的第一流道202连接水泵210，用高压水泵210泵入20MPa的水，并维持。
S105：通过加热装置对反应釜体103进行加热至预设温度。
在本步骤中，通过计算机212的控温模块输入加热程序，计算机212把指令传递给控制面板204，从而接通加热件211，对反应釜体103进行加热。加热程序可以从室温20℃开始，以20℃/HOUR的速率升至500℃，恒温72小时。在加热开始时，可以通过计算机212设定完毕实验条件，包括流体压力、纵向轴向压力、加热程序等。
S106：在加热过程中，通过声发射检测探头208对烃源岩101高温区裂缝形成事件进行检测，并通过流体压力控制器213控制第二流道203，以使管体102内流体压力维持在预设范围下。
在本步骤中，在加热过程中记录实验过程中的温度、压力、声发射检测探头208检测到的事件。实验过程中由于热膨胀和岩石热解生烃，反应体系内的流体压力会增大，通过流体压力控制器213来控制启闭第二流道203以实现流体的排放，以使管体102内流体压力维持在预设范围下。在加热过程中，同时通过产物收集装置209收集自流体压力控制器213排出的气态、液态产物。其中，声发射检测探头208检测到的事件的参数至少包括以下之一：振铃计数、能量计数、持续时间、事件起止时间及振幅。图4为本发明实施例中500℃、轴压125MPa、围压20MPa、流体压力60Mpa下声发射事件数量柱状图，如图4所示，通过数据处理与成像模块分析声发射数据采集模块获得的数据可以形成声发射事件数量的柱状图。图5为本发明实施例中500℃(恒温10h时)、轴压125MPa、围压20MPa、流体压力60MPa声发射累计裂缝定位数字模拟图像，如图5所示，通过数据处理与成像模块得到数据可以形成烃源岩101中裂缝位置的定位图。
本申请中的模拟烃源岩高温热解过程中裂缝发育的实验装置及其方法为烃源岩热解生烃过程中裂缝的形成研究提供了可能，同时也满足了岩石在高温条件下三轴实验的需要，可以用于探寻地质条件下的岩石及有机质在应力和热环境中的科学规律。
披露的所有文章和参考资料，包括专利申请和出版物，出于各种目的通过援引结合于此。描述组合的术语“基本由…构成”应该包括所确定的元件、成分、部件或步骤以及实质上没有影响该组合的基本新颖特征的其他元件、成分、部件或步骤。使用术语“包含”或“包括”来描述这里的元件、成分、部件或步骤的组合也想到了基本由这些元件、成分、部件或步骤构成的实施方式。这里通过使用术语“可以”，旨在说明“可以”包括的所描述的任何属性都是可选的。多个元件、成分、部件或步骤能够由单个集成元件、成分、部件或步骤来提供。另选地，单个集成元件、成分、部件或步骤可以被分成分离的多个元件、成分、部件或步骤。用来描述元件、成分、部件或步骤的公开“一”或“一个”并不说为了排除其他的元件、成分、部件或步骤。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (14)
1.一种模拟烃源岩高温热解过程中裂缝发育的实验装置，其特征在于，其包括：
热压反应装置，其包括反应釜体、设置在所述反应釜体内的管体、对所述反应釜体和所述管体的下端进行密封的下端盖、填充在所述反应釜体和所述管体之间的粉状物质、设置在所述管体中的下压头和上压头、设置在所述反应釜体和所述管体之间并位于所述粉状物质上方的围压压头，所述下端盖上具有开孔，部分所述下压头穿出所述开孔，所述下压头内部具有第一流道，所述上压头内部具有第二流道，所述下压头和所述上压头之间用于装载所述烃源岩；
加热装置，所述加热装置包括箱体、设置在箱体内的加热件以及热电偶单元，所述箱体用于装载所述热压反应装置；
加压装置，其用于对所述下压头、下端盖和所述围压压头提供相应的压力；
流体压力控制与产物收集单元，其包括能与所述上压头的第二流道连通的流体压力控制器、能与所述上压头的第二流道连通的真空泵、与所述下压头的第一流道连通的水泵；
声发射检测装置，其包括穿设在所述反应釜体中的波导杆、与所述波导杆相连接的声发射检测探头。
2.根据权利要求1所述的模拟烃源岩高温热解过程中裂缝发育的实验装置，其特征在于，所述下压头与所述管体之间设置有第一密封环。
3.根据权利要求1所述的模拟烃源岩高温热解过程中裂缝发育的实验装置，其特征在于，所述围压压头与所述上压头之间设置有石墨密封环、第二密封环和楔形密封压环，所述石墨密封环位于所述管体的上方，所述第二密封环位于所述石墨密封环的上方，所述楔形密封压环位于所述第二密封环的上方。
4.根据权利要求1所述的模拟烃源岩高温热解过程中裂缝发育的实验装置，其特征在于，所述热电偶单元包括用于控制加热件加热温度的第一热电偶、用于测量所述反应釜体顶部温度的第二热电偶和用于测量所述反应釜体中部温度的第三热电偶。
5.根据权利要求1所述的模拟烃源岩高温热解过程中裂缝发育的实验装置，其特征在于，所述加压装置包括三通道液压站、对所述下压头施加压力的第一施压缸体、对所述上压头施加压力的第二施压缸体、对所述围压压头施加压力的第三施压缸体，所述三通道液压站分别与所述第一施压缸体、所述第二施压缸体、所述第三施压缸体相连接。
6.根据权利要求1所述的模拟烃源岩高温热解过程中裂缝发育的实验装置，其特征在于，所述粉状物质为食盐。
7.根据权利要求1所述的模拟烃源岩高温热解过程中裂缝发育的实验装置，其特征在于，所述流体压力控制与产物收集单元还包括：与所述流体压力控制器相连通的产物收集装置。
8.根据权利要求7所述的模拟烃源岩高温热解过程中裂缝发育的实验装置，其特征在于，所述产物收集装置包括与所述流体压力控制器相连接的气液分离装置、与所述气液分离装置相连接的气体收集计量装置。
9.根据权利要求1所述的模拟烃源岩高温热解过程中裂缝发育的实验装置，其特征在于，所述声发射检测装置还包括用于对所述波导杆进行散热的散热装置。
10.根据权利要求1所述的模拟烃源岩高温热解过程中裂缝发育的实验装置，其特征在于，所述实验装置还包括：控制与数据采集系统，所述控制与数据采集系统包括控制面板和与控制面板相连接的计算机两部分，所述控制面板用于控制所述加热件、所述加压装置、所述声发射检测探头；所述计算机包括控压模块、控温模块、声发射数据采集模块、数据处理与成像模块。
11.根据权利要求1所述的模拟烃源岩高温热解过程中裂缝发育的实验装置，其特征在于，所述声发射检测装置的带宽为0.005MHz至1MHz，主放增益为9Db至60Db,标准谐振频率为140KHz。
12.一种采用如权利要求1所述的模拟烃源岩高温热解过程中裂缝发育的实验装置的实验方法，其特征在于，包括以下步骤：
将尺寸与所述管体相匹配的烃源岩放入至所述管体中；
向所述管体与所述反应釜体之间装填入所述粉状物质，并将所述围压压头设置在所述粉状物质上；
通过所述加压装置对所述下压头、上压头和所述围压压头提供相应的压力；
通过真空泵对所述管体内进行抽真空，并通过水泵向所述管体内泵入预设压力下的水并维持；
通过加热装置对所述反应釜体进行加热至预设温度；
在加热过程中，通过声发射检测探头对所述烃源岩高温区裂缝形成事件进行检测，并通过流体压力控制器控制第二流道，以使所述管体内流体压力维持在预设范围下。
13.根据权利要求12所述模拟烃源岩高温热解过程中裂缝发育的实验方法，其特征在于，通过产物收集装置收集自所述流体压力控制器排出的气态、液态产物。
14.根据权利要求12所述模拟烃源岩高温热解过程中裂缝发育的实验方法，其特征在于，所述声发射检测探头检测到的事件的参数至少包括以下之一：振铃计数、能量计数、持续时间、事件起止时间及振幅。
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