CN114624278A - 一种夹持页岩油岩芯模拟地下原位电加热的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电加热模拟技术领域，公开了一种夹持页岩油岩芯模拟地下原位电加热的装置及方法，岩芯夹持器放置于高温高压样品腔内，高温高压样品腔放置于高温电炉里侧，底压装置通过金属管线与液压泵连接，当液压泵启动时，钢杆从底部厚壁圆筒孔洞中升起，对岩芯施加轴压；高温电炉上端分别与冷却装置、冷凝收集装置和真空泵连通，冷却装置通过循环冷却剂使整个系统快速降温，冷凝收集装置收集产物避免污染大气，真空泵将高温高压样品腔抽真空避免氧气对试验影响。本发明通过岩芯外侧套设的碳纤维‑石英保护套，又提供了试验所需的流体环境，外夹持器为圆心轴对称分离式，协同强力锁扣和伸缩密封装置，既保证了装置的气密性，又保证了样品完整取出。
Description
技术领域
本发明属于电加热模拟技术领域，尤其涉及一种夹持页岩油岩芯模拟地下原位电加热的装置及方法。
背景技术
目前，我国常规油气资源产量逐年下降，加大对非常规油气资源的勘探和开发力度有望缓解我国高原油对外依存度的窘境，进而保障我国能源供给，优化能源结构，促进国民经济可持续发展。美国页岩油气革命使美国从油气进口国变为出口国，但美国页岩油气多富集于海相页岩储层中，其成功的勘探开发经验帮助了我国实现海相页岩气的勘探开发，但面对储量巨大的页岩油和油页岩，由于其形成于复杂的陆相沉积环境并且具有富含黏土、成熟度低和流动性差的特点，使得海相页岩的相关地质理论不适用于陆相页岩的勘探开发。页岩油是指以页岩为主的层系中所含的石油资源，包括泥页岩层系中的致密碳酸岩或碎屑岩邻层和夹层中的石油资源。
原位电加热是指将电加热装置通过井筒放置于水平井的水平段处，对页岩储层进行加热的一种技术。原位电加热技术是目前发现可以用于中低熟页岩和未熟油页岩储层改质，提高页岩油的流动性，有望在未来帮助实现页岩油商业开采的技术手段，但直接在地下进行试验，成本较高且困难重重。国外电加热技术已经开展多年，其中壳牌进行的原位加热转换技术已经进行了近20年的室内和现场试验累计投入研发经费约30亿美元，技术成熟度已超过80％，加热工艺和关键设备等技术难题基本得到解决。与国外相比，国内对页岩原位加热开采技术的研究工作起步较晚，国内高校与科研单位相继对原位加热技术展开了探索、论证，故亟需从实验室条件下开展岩芯尺度的地下原位电加热模拟，从理论层面进行系统研究，为工程的具体实施奠定理论基础。
市面上常见两种装置，其一是为了满足模拟成岩作用的高温高压而设计的，模拟对象以颗粒样品为主，模拟颗粒变成岩块的过程，压力和温度较大，样品用量较大，精度要求较低，若使用岩芯样品进行模拟，模拟结束后岩芯大多因超高压力压实强烈，在取出过程中造成严重破损，无法开展后续的地质理论研究；其二是为了满足有机质生烃热模拟而设计的，模拟对象以粉末样品为主，样品腔较小，适用于少量样品的热模拟，同时该装置设定了固定压力模拟幕式排烃，烃类物质大多排出，会忽略部分因烃产生的物理化学过程，不能真实模拟地下原位电加热。
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
(1)现有设备在热模拟结束后，岩芯因高温高压压实强烈，基本不可直接取出，只能使用脱模设备取出，但在取出过程中极易造成严重破损，无法开展后续的CT、核磁等实验。
(2)现有设备在热模拟过程中烃类物质大多排出，会忽略烃类物质对岩石骨架的物理-化学变化，不能真实模拟地下原位电加热。
解决以上问题及缺陷的难度为：
以往仪器为了保证气密性，夹持器均为一体成型，但在高温高压条件下，有机质的生烃增压效应和岩石物理性质转变会使岩芯发生膨胀，完整取出的可能性较低。若使用分离式夹持器，整体气密性会受到影响，进而影响生成的烃类物质收集，这就违背了仪器设计的初衷，同时烃类物质的排出收集会忽略部分因烃产生的物理化学过程，综上不可能在原有仪器上进行改进，需进行重新设计。
解决以上问题及缺陷的意义为：
页岩油原位加热开采技术美国已经试验了几十年，加热工艺和关键设备等技术难题基本得到解决，而我国是近些年才开始页岩油开采，技术不成熟，理论研究滞后，而以往仪器设计既不能保证样品完整取出，又忽略了因烃产生的物理化学过程，存在较大缺陷，本发明对仪器重新设计，增加岩芯保护套、伸缩硬密封装置和分离式夹持器，既保证岩芯完整取出，又尽力模拟地下原位加热过程，为页岩油原位加热过程中地质理论研究提供优质样品，推进我国页岩油原位加热技术突破。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种夹持页岩油岩芯模拟地下原位电加热的装置及方法。
本发明是这样实现的，一种夹持页岩油岩芯模拟地下原位电加热的装置包括：高温高压样品腔、岩芯保护套、高温电炉、冷却装置、底压装置、液压泵、真空装置和冷凝收集装置；
所述岩芯夹持器放置于高温高压样品腔内，所述高温高压样品腔放置于高温电炉里侧，所述高温高压样品腔放置于底压装置上，与高温高压样品腔底部圆桶孔洞对齐，所述底压装置与液压泵连接，所述高温高压样品腔外侧上端分别与冷却装置、真空装置和冷凝收集装置连接；
进一步，所述冷却装置套在高温高压样品腔外侧上端，位于电炉外部，通过循环冷却剂对整个装置快速降温，所述冷凝收集装置和真空泵通过金属管线与高温高压样品腔上端连通，并由两个电磁阀分别控制开关，既防止真空泵吸入生成产物，又可根据需求收集不同阶段产物。
所述高温高压样品腔设置有岩芯保护套、外夹持器、伸缩密封装置、底压装置和底部拧盖式厚壁圆筒。所述岩芯保护套放置在外夹持器里侧，位于伸缩密封装置和底压装置中间，所述岩芯保护套封口端与伸缩密封装置底部对齐即可。
进一步，所述高温高压样品腔内设置有压力传感器和温度传感器，所述底压装置与液压泵之间连接有压力传感器，方便精准控制高温高压样品腔内温压和施加在岩芯上压力的大小。
进一步，所述岩芯保护套为两层结构，里层为薄层碳纤维材料，略大于岩芯直径，紧紧包裹保护岩芯，外层为厚层石英材料，略大于碳纤维保护套直径，方便试验过程中注入流体和试验结束后取出岩芯。
进一步，所述外夹持器为圆心轴对称分离式，外侧顶部为一次成型实心圆柱，所述顶部一次成型实心圆柱留有气道，外部连接金属管线，与内部连通。所述外夹持器里侧上端与伸缩密封装置相连，二者之间设有环形密封圈。所述外夹持器外侧底部为螺纹结构，与底部拧盖式厚壁圆筒旋转连接，所述外夹持器里侧底部固定有环形压片，所述环形压片上下两侧分别设置有第一环形密封圈和第二环形密封圈，所述底压装置从拧盖式厚壁圆桶中间穿出。
进一步，所述外夹持器正反两面分别固定有正面中部锁扣和反面中部锁扣，所述顶部一次成型实心圆柱外侧固定有顶部强力锁扣。
进一步，所述岩芯保护套放置在外夹持器里侧，位于伸缩硬密封装置和底压装置中间，所述岩芯保护套上下两端分别与顶部一次成型实心圆柱和底部拧盖式厚壁圆筒对齐。
本发明的另一目的在于提供一种夹持页岩油岩芯模拟地下原位电加热的方法包括：
步骤一：选取原位电加热目的层样品，样品规格为直径25mm，长度大于3cm，将岩芯样品使用脱脂棉蘸取酒精擦拭干净，缓慢放入岩芯保护套中；
步骤二：将包裹后的岩芯放入外夹持器中，岩芯保护套封口端与外夹持器伸缩密封装置底部对齐，随后将顶、底强力锁扣和正、反锁扣全部扣紧；
步骤三：放入压力传感器和温度传感器后，通过装填装置先后压入第一密封圈、压片和第二密封圈，随后拧紧底部拧盖式厚壁圆筒；
步骤四：将岩芯夹持器放入高温高压样品腔内，底部开孔对准底压装置钢杆，打开液压泵将钢杆升起略微顶住岩芯，封闭好高温电炉，打开真空泵开始对整个系统内部抽真空，保证样品腔呈真空状态，检查气密性；
步骤五：将液压泵设定至试验所需压力，待压力升至指定压力并平衡后，关闭真空泵，打开电炉开关，将电炉设定至试验所需温度，开始试验；
步骤六：待热模拟实验完成后，关闭高温电炉开关，打开冷凝收集装置电磁阀，逐渐排出高温高压烃类气体，收集至冷凝收集装置，以免污染大气；
步骤七：待无气体排出时，打开循环-冷却装置，注入冷却液，待样品腔自然降温至室温后，打开电阻炉取出岩心夹持装置，打开外夹持器，取出含保护套的岩芯。
结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：
本发明为了解决电加热模拟过程中样品因生烃增压膨胀破裂的问题，通过岩芯外侧套设的碳纤维-石英保护套，即起到了保护岩芯完整性的作用，生烃增压产生的裂缝可以得到较好的固定保留，方便后续观察，又为岩芯提供了一个相对封闭的液体环境，以模拟地下含水情况下的热模拟；热模拟过程中岩芯产生形变后难以取出，设置了圆心轴对称分离式外夹持器，但为了保证高温高压样品腔一定的气密性，除了给外夹持器增加多组强力固定锁扣，还在样品腔里侧顶部设计了伸缩密封装置，协同样品腔顶底的密封圈和压片共同保证夹持器的密闭性；样品从高温冷却至室温时间较长，在样品腔顶部一次成型圆柱套上环形冷却装置，冷却液在循环泵的带动下使得样品腔能快速冷却至室温，又可以将样品腔内高温气体进行冷却，以免排出污染大气。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的夹持页岩油岩芯模拟地下原位电加热的装置的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的岩芯夹持器正面的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的岩芯夹持器反面的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的高温高压样品腔的结构示意图；
图5是本发明实施例提供的夹持页岩油岩芯模拟地下原位电加热的方法流程图；
图6是本发明实施例提供的假定模拟区域外边界不受加热的影响，加热井加热功率为1000kW，页岩热传导系数和介电常数随温度变化图；其中，图6(a)温度-导热系数；图6(b)温度-介电常数；
图7是本发明实施例提供的加热过程中，油页岩温度不断升高，但其升温速率不断下降图，其中图7(a)升温速率随时间变化曲线；图7(b)有效加热体积随时间变化曲线；
图8是本发明实施例提供的在第3年时候达到相对稳定状态，基于该模拟结果设置热模拟仪器的升温速率、电炉终温等参数即可更好的模拟地下原位加热过程中的温度变化图；
图中：1、高温高压样品腔；2、岩芯保护套；3、高温电炉；4、底压装置；5、液压泵；6、循环-冷却装置；7、真空泵；8、冷凝收集装置；9、温度传感器；10、触端压力传感器；11、泵端压力传感器；12、碳纤维岩芯保护套；13、石英岩芯保护套；14、外夹持器；15、正面中部锁扣；16、顶部一次成型圆柱；17、顶部强力锁扣；18、底部拧盖式厚壁圆筒；19、反面中部锁扣；20、金属管线；21、上密封圈；22、伸缩密封装置；23、底压装置钢杆；24、下密封圈；25、压片；26、底压装置底盘。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种夹持页岩油岩芯模拟地下原位电加热的装置及方法，下面结合附图对本发明作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的夹持页岩油岩芯模拟地下原位电加热的装置包括高温高压样品腔1、岩芯保护套2、高温电炉3、底压装置4、液压泵5、循环-冷却装置6、真空泵7、冷凝收集装置8、温度传感器9、触端压力传感器10、泵端压力传感器11、碳纤维岩芯保护套12、石英岩芯保护套13、外夹持器14、正面中部锁扣15、顶部一次成型圆柱16、顶部强力锁扣17、底部拧盖式厚壁圆筒18、反面中部锁扣19、金属管线20、上密封圈21、伸缩密封装置22、底压装置钢杆23、下密封圈24、压片25、底压装置底盘26。
岩芯外夹持器13放置于高温高压样品腔1内，所述高温高压样品腔1放置于高温电炉3里侧，所述高温电炉3放置于底压装置4上，与高温高压样品腔底部拧盖式厚壁圆筒18的孔洞对齐，所述底压装置4通过连接管路与液压泵5连接，所述高温高压样品腔1上端通过金属管线20分别与循环-冷却装置6、真空泵7和冷凝收集装置8连接，所述冷凝收集装置8连接在循环-冷却装置6和真空泵7之间。
本发明实施例中的高温高压样品腔1设置有碳纤维岩芯保护套12、石英岩芯保护套13、外夹持器14、底压装置4和底部拧盖式厚壁圆筒18。所述高温高压样品腔1内设置有触端压力传感器10和温度传感器9，所述底压装置与液压泵之间连接有泵端压力传感器11。
如图2和图3所示，本发明实施例中的外夹持器14设置有正面中部锁扣15、顶部一次成型圆柱16、顶部强力锁扣17和反面中部锁扣19。所述外夹持器14正反两面分别固定有正面中部锁扣15和反面中部锁扣18，所述顶部一次成型圆柱16外侧固定有顶部强力锁扣17。
所述岩芯保护套放置在外夹持器14里侧，具有两层结构，里侧碳纤维岩芯保护套12，外侧石英岩芯保护套13，所述碳纤维岩芯保护套12直径略大于岩芯直径，所述石英岩芯保护套13顶端一次成型封闭，底端开口，略大于碳纤维保护套12直径。
如图4所示，本发明实施例中的高温高压样品腔1上侧固定有金属管线20，所述外夹持器14里侧上端设置有伸缩密封装置22，二者之间设置有上密封圈21，所述高温高压样品腔里侧下端设置有下密封圈24和压片25，所述岩芯位于伸缩密封装置22和下密封圈24中间，所述下密封圈24、压片25和底部拧盖式厚壁圆筒18中间通过底压装置钢杆23，所述底压装置钢杆23下端连接有底压装置底盘26。
本发明通过岩芯外侧套设的碳纤维-石英保护套，即固定了岩芯，又提供了试验所需的流体环境，在后续的地质理论研究中还可以直接进行CT、核磁研究。外夹持器为圆心轴对称分离式，协同强力锁扣和伸缩密封装置，既保证了装置的气密性，又保证了样品完整取出。
如图5所示，本发明实施例提供的夹持页岩油岩芯模拟地下原位电加热的方法包括：
S101：选取原位电加热目的层样品，样品规格为直径25mm，长度大于3cm，将岩芯样品使用脱脂棉蘸取酒精擦拭干净，缓慢放入岩芯保护套中；
S102：将包裹后的岩芯放入外夹持器中，岩芯保护套封口端与外夹持器伸缩密封装置底部对齐，随后将顶、底强力锁扣和正、反锁扣全部扣紧；
S103：放入压力传感器和温度传感器后，通过装填装置先后压入第一密封圈、压片和第二密封圈，随后拧紧底部拧盖式厚壁圆筒；
S104：将岩芯夹持器放入高温高压样品腔内，底部开孔对准底压装置钢杆，打开液压泵将钢杆升起略微顶住岩芯，封闭好高温电炉，打开真空泵开始对整个系统内部抽真空，保证样品腔呈真空状态，检查气密性；
S105：将液压泵设定至试验所需压力，待压力升至指定压力并平衡后，关闭真空泵，打开电炉开关，将电炉设定至试验所需温度，开始试验；
S106：待热模拟实验完成后，关闭高温电炉开关，打开冷凝收集装置电磁阀，逐渐排出高温高压烃类气体，收集至冷凝收集装置，以免污染大气；
S107：待无气体排出时，打开循环-冷却装置，注入冷却液，待样品腔自然降温至室温后，打开电阻炉取出岩心夹持装置，打开外夹持器，取出含保护套的岩芯。
下面结合具体实施例对本发明的积极效果作进一步描述。
本实施例的目的是模拟地下原位加热过程中储层孔-缝演化特征。而对于原位电加热，其实际加热过程中所涉及的温度时间和空间的变化情况复杂，要想模拟地下实际情况下温度随时间的变化，温度场的数值模拟是行之有效的方法。
本实施例温度场模拟以单加热棒式薄层油页岩原位加热为例，并对原位电加热温度场数学模型提出以下假设：
(1)页岩仅和加热井之间存在换热情况，其他换热过程忽略不计；
(2)页岩的传热性质均有各项同性；
(3)忽略有机质裂解发生的液化、气化状态变化过程，认为页岩为纯固体；
(4)假设加热过程中地下水没有产生热量迁移。
简化后，整个模型的求解区域内的温度场控制如下：
T(x，y，z，t)＝T(x，y，z，T′)(边界条件)
式中：Q——加热棒在加热时间t后产生的热量，J
t——热传递进行的时间，s
k——页岩的热传导系数，0.21～0.55W/(m·K)
ρ——页岩密度，油页岩取1.95×103kg/m3
v——页岩的比热，油页岩取1.1×103J/(kg·℃)
设定模拟区域的初始温度为25℃，假定模拟区域外边界不受加热的影响，加热井加热功率为1000kW，页岩热传导系数和介电常数随温度变化如下图7所示。图6(a)温度-导热系数；图6(b)温度-介电常数。
从图7-图8可知，薄层油页岩温度变化大致可分为：①快速升温阶段(开始～第三年)，薄层油页岩平均温度由初始25℃升温到275.2℃，平均每年提升83.4℃，有效加热体积共约2876m3，平均每年增加958m3；②缓慢升温阶段(第三年～第五年)，薄层油页岩平均温度由275.2℃升至298.7℃，温度年平均增长量为8～15℃，有效加热体积约为3215m3，平均每年增加约200m3；③第5年的加热仅使油页岩有效加热体积增加了4％。结果表明，加热过程中，油页岩温度不断升高，但其升温速率不断下降，如图7所示，图7(a)升温速率随时间变化曲线；图7(b)有效加热体积随时间变化曲线。
实验证明大约在第3年时候达到相对稳定状态，有效加热面积增幅不明显，温度稳定在300℃左右，基于该模拟结果和时-温互补原则，设置热模拟仪器电炉终温为600℃，加热时间持续100小时即可模拟地下原位加热过程。
在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种夹持页岩油岩芯模拟地下原位电加热的装置，其特征在于，所述夹持页岩油岩芯模拟地下原位电加热的装置包括高温高压样品腔、岩芯保护套、高温电炉、冷却装置、底压装置、液压泵、真空装置和冷凝收集装置；
所述岩芯夹持器放置于高温高压样品腔内，所述高温高压样品腔放置于高温电炉里侧，所述高温高压样品腔放置于底压装置上，与高温高压样品腔底部圆桶孔洞对齐，所述底压装置与液压泵连接，所述高温高压样品腔外侧上端分别与冷却装置、真空装置和冷凝收集装置连接。
2.如权利要求1所述的夹持页岩油岩芯模拟地下原位电加热的装置，其特征在于，所述高温高压样品腔内设置有压力传感器和温度传感器，所述底压装置与液压泵之间连接有压力传感器。
3.如权利要求1所述的夹持页岩油岩芯模拟地下原位电加热的装置，其特征在于，所述高温高压样品腔设置有外夹持器、伸缩密封装置、底压装置和底部拧盖式中空厚壁圆筒。
4.如权利要求3所述的夹持页岩油岩芯模拟地下原位电加热的装置，其特征在于，所述外夹持器为圆心轴对称分离式，顶部为一次成型实心圆柱，所述顶部一次成型实心圆柱含气道并连接金属管线，所述外夹持器底部为螺纹结构。
5.如权利要求4所述的夹持页岩油岩芯模拟地下原位电加热的装置，其特征在于，所述外夹持器外侧正反两面分别固定有正面中部锁扣和反面中部锁扣，所述顶部一次成型实心圆柱外侧固定有顶部强力锁扣。所述外夹持器里侧上端与伸缩密封装置相连，所述外夹持器外侧底端为螺纹结构，与底部拧盖式厚壁圆筒旋转连接。
6.如权利要求1所述的夹持页岩油岩芯模拟地下原位电加热的装置，其特征在于，所述岩芯保护套放置在外夹持器里侧，顶端与伸缩密封装置连接，底端与底压装置连接。所述岩芯保护套为两层结构，里层为薄层碳纤维材料，略大于岩芯直径，两端均不封口，外层为厚层石英材料，略大于碳纤维保护套直径，顶端封口。所述岩芯保护套放置在外夹持器里侧，位于伸缩密封装置和底压装置中间，所述岩芯保护套封口端与伸缩密封装置底部对齐，开口端与底压装置顶部对齐。
7.如权利要求5所述的夹持页岩油岩芯模拟地下原位电加热的装置，其特征在于，所述高温高压样品腔里侧上端与伸缩密封装置之间设有环形密封圈，所述外夹持器里侧下端设置有环形压片-密封圈组合，所述岩芯保护套位于伸缩密封装置和环形压片-密封圈组合中间。
8.如权利要求7所述的夹持页岩油岩芯模拟地下原位电加热的装置，其特征在于，所述高温高压样品腔下端通过螺纹连接有底部拧盖式中空厚壁圆筒，所述钢杆在拧盖式中空厚壁圆筒中间穿出。
9.如权利要求7所述的夹持页岩油岩芯模拟地下原位电加热的装置，其特征在于，所述高温高压样品腔里侧下端固定有环形压片-密封圈组合，所述环形压片-密封圈组合上下两侧分别设置有第一环形密封圈和第二环形密封圈。
10.一种用于实施权利要求1～9任意一项所述的夹持页岩油岩芯模拟地下原位电加热的装置的夹持页岩油岩芯模拟地下原位电加热的方法，其特征在于，所述夹持页岩油岩芯模拟地下原位电加热的方法包括：
步骤一：将岩芯样品用酒精擦拭干净称重后放入岩芯保护套中；
步骤二：将包裹后的岩芯放入外夹持器中，岩芯保护套封口端与外夹持器伸缩密封装置底部对齐，随后将顶、底强力锁扣和正、反强力锁扣全部扣紧；
步骤三：放入气压传感器和温度传感器后，通过装填装置先后压入第一密封圈、压片和第二密封圈，拧紧底部拧盖式厚壁圆筒；
步骤四：将岩芯夹持器放入高温高压样品腔内，底部开孔对准底压装置钢杆，打开液压泵将钢杆升起略微顶住岩芯，封闭好高温电炉，打开真空泵开始对整个系统内部抽真空并检查气密性；
步骤五：将液压泵设定至试验所需压力，待压力升至指定压力并平衡后，关闭真空泵，打开电炉开关，将电炉设定至试验所需温度，开始试验；
步骤六：待热模拟实验完成后，关闭高温电炉开关并打开电炉，打开冷凝收集装置电磁阀，逐渐排出高温高压烃类气体，收集至冷凝收集装置的收集槽内，以免污染大气；
步骤七：待无气体排出时，打开循环-冷却装置，注入冷却液，待样品腔降温至室温后，取出岩心夹持装置，打开外夹持器，取出含保护套的岩芯。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115805104A (zh) * | 2023-02-07 | 2023-03-17 | 太原理工大学 | 一种油页岩原位开采含油率检测装置及其使用方法 |
Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102852517A (zh) * | 2012-09-07 | 2013-01-02 | 中国石油天然气集团公司 | 地层温度及压力一维分布的物理模拟方法及其装置 |
| CN203614095U (zh) * | 2013-12-24 | 2014-05-28 | 中国石油化工集团公司 | 水泥环胶结强度评价装置 |
| CN105301192A (zh) * | 2015-10-29 | 2016-02-03 | 西南石油大学 | 一种模拟页岩气压后单缝返排的实验装置及方法 |
| CN109001438A (zh) * | 2017-06-06 | 2018-12-14 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种封缝堵气实验模拟装置及测试方法 |
| CN109085324A (zh) * | 2018-08-25 | 2018-12-25 | 西南石油大学 | 一种酸岩反应速度及动力学参数测定装置 |
| US20190025169A1 (en) * | 2017-07-19 | 2019-01-24 | China University Of Petroleum-Beijing (Cupb) | Supercritical carbon dioxide fracturing core holder under the influence of pore pressure saturation |
| CN109613213A (zh) * | 2019-01-14 | 2019-04-12 | 中南大学 | 一种多功能成烃成岩高温高压模拟实验装置及其使用方法 |
| US20190234856A1 (en) * | 2017-08-16 | 2019-08-01 | Southwest Petroleum University | Multi-functional multi-field coupling seepage experiment device and testing method thereof |
| CN110702586A (zh) * | 2019-11-05 | 2020-01-17 | 清华大学 | 一种测量岩芯渗透率的方法及装置 |
| CN111537697A (zh) * | 2020-05-12 | 2020-08-14 | 西南石油大学 | 一种超临界水与页岩反应的室内模拟装置和方法 |
| CN211500629U (zh) * | 2020-01-09 | 2020-09-15 | 吉林大学 | 一种油页岩原位模拟热解装置 |
| CN112782209A (zh) * | 2020-12-17 | 2021-05-11 | 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 |
-
2022
- 2022-03-15 CN CN202210255090.3A patent/CN114624278B/zh active Active
Patent Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102852517A (zh) * | 2012-09-07 | 2013-01-02 | 中国石油天然气集团公司 | 地层温度及压力一维分布的物理模拟方法及其装置 |
| CN203614095U (zh) * | 2013-12-24 | 2014-05-28 | 中国石油化工集团公司 | 水泥环胶结强度评价装置 |
| CN105301192A (zh) * | 2015-10-29 | 2016-02-03 | 西南石油大学 | 一种模拟页岩气压后单缝返排的实验装置及方法 |
| CN109001438A (zh) * | 2017-06-06 | 2018-12-14 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种封缝堵气实验模拟装置及测试方法 |
| US20190025169A1 (en) * | 2017-07-19 | 2019-01-24 | China University Of Petroleum-Beijing (Cupb) | Supercritical carbon dioxide fracturing core holder under the influence of pore pressure saturation |
| US20190234856A1 (en) * | 2017-08-16 | 2019-08-01 | Southwest Petroleum University | Multi-functional multi-field coupling seepage experiment device and testing method thereof |
| CN109085324A (zh) * | 2018-08-25 | 2018-12-25 | 西南石油大学 | 一种酸岩反应速度及动力学参数测定装置 |
| CN109613213A (zh) * | 2019-01-14 | 2019-04-12 | 中南大学 | 一种多功能成烃成岩高温高压模拟实验装置及其使用方法 |
| CN110702586A (zh) * | 2019-11-05 | 2020-01-17 | 清华大学 | 一种测量岩芯渗透率的方法及装置 |
| CN211500629U (zh) * | 2020-01-09 | 2020-09-15 | 吉林大学 | 一种油页岩原位模拟热解装置 |
| CN111537697A (zh) * | 2020-05-12 | 2020-08-14 | 西南石油大学 | 一种超临界水与页岩反应的室内模拟装置和方法 |
| CN112782209A (zh) * | 2020-12-17 | 2021-05-11 | 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 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 余维初等: "泥页岩测试专用三轴岩心夹持器的研制与应用", 石油天然气学报, vol. 35, no. 12, pages 163 - 166 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115805104A (zh) * | 2023-02-07 | 2023-03-17 | 太原理工大学 | 一种油页岩原位开采含油率检测装置及其使用方法 |
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|---|---|
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