CN115261056A - 用于页岩油加热改质实验的反应釜、实验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于页岩油加热改质实验的反应釜、实验装置及方法，包括：反应釜本体和多个减压装置；每个减压装置包括减压筒及活塞板，减压筒的一端封闭，另一端设置于反应釜本体的侧壁上且与反应釜本体的内部连通，活塞板设置于减压筒中，活塞板的外周与减压筒内壁密封抵接且能够在减压筒中沿减压筒的轴向往复移动。本发明解决了页岩油改质实验装置中由于容器内压力的激增或激减迫使容易发生形变，导致容器使用寿命短的问题。

Description

用于页岩油加热改质实验的反应釜、实验装置及方法

技术领域

本发明属于页岩油开采技术领域，更具体地，涉及一种用于页岩油加热改质实验的反应釜、实验装置及方法。

背景技术

加热改质开采被认为是可实现中低成熟度页岩油有效动用的开采技术。通过对地层进行加热，促使粘稠重质液态烃转化为轻质油，实现页岩油的改质，提高页岩油的流动性；同时高温使固体有机质转化为油气，大幅度提高地层压力；加热产生的热应力形成新的裂缝系统，有利于页岩油的产出。加热改质技术有望成为实现低成熟度页岩油有效动用的突破性技术，目前这一技术还处于室内实验和先导试验阶段。

实验模拟页岩油加热改质的过程主要依赖于热解实验装置，通过将页岩油装入封闭式容器中进行页岩油加热模拟实验，待热解反应后对实验容器进行降温处理，再将气体进行收集，然而上述过程中，加热容器时容器内压力激增，容器降温时容器内压力激减，迫使容器容易产生形变，从而导致容器很容易损坏变形无法继续使用。

因此期待研发一种用于页岩油加热改质实验的反应釜、实验装置及方法，解决现有技术页岩油加热改质实验装置中容器内压力的激增或激减都会迫使容易发生形变，导致实验装置使用寿命短的技术问题。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术页岩油加热改质实验装置中容器内压力的激增或激减都会迫使容易发生形变，导致实验装置使用寿命短的技术问题。

为了实现上述目的，本发明提供一种用于页岩油加热改质实验的反应釜，包括：反应釜本体和多个减压装置；

每个所述减压装置包括减压筒及活塞板，所述减压筒的一端封闭，另一端设置于所述反应釜本体的侧壁上且与所述反应釜本体的内部连通，所述活塞板设置于所述减压筒中，所述活塞板的外周与所述减压筒内壁密封抵接且能够在所述减压筒中沿所述减压筒的轴向往复移动。

可选地，所述减压装置还包括多个滑套、多个滑杆和多个限位弹簧，所述多个滑套设置于所述减压筒的封闭端的端面的内壁上，每个所述滑杆的一端连接于所述活塞板，另一端可滑动的插设于一个所述滑套中，每个所述限位弹簧套设于一个所述滑杆上，且一端连接于所述活塞板，另一端连接于所述滑套的端部。

可选地，所述减压装置还包括限位螺钉，所述限位螺钉设置于所述减压筒的内壁上，且位于所述活塞板的朝向所述反应釜本体内部的一侧。

可选地，所述多个减压装置分为多组，所述多组减压装置沿所述反应釜本体的轴向依次等距设置，每组中的所述减压装置沿所述反应釜本体周向均匀分布。

本发明还提供一种页岩油加热改质实验装置，包括：加热炉、排气组件、抽真空组件、冷却组件及上述的用于页岩油加热改质实验的反应釜；

所述反应釜设置于所述加热炉中且在所述反应釜的外壁与所述加热炉的内壁之间形成调温空腔；

所述排气组件和所述抽真空组件与所述反应釜的内部连通；

所述冷却组件连通于所述调温空腔。

可选地，所述抽真空组件包括真空泵、真空管和第一单向阀，所述真空泵通过所述真空管与所述反应釜的内部连通，所述第一单向阀安装于所述真空管上。

可选地，所述排气组件包括排气管、压力表和单向溢流阀，所述排气管的一端伸入所述反应釜中，所述压力表和所述单向溢流阀分别设置于所述排气管上，所述单向溢流阀上安装有压力控制器，所述压力控制器用于控制所述单向溢流阀内的流量。

可选地，所述冷却组件包括液氮泵、液氮管和第二单向阀，所述液氮泵通过所述液氮管与所述调温腔体连通，所述第二单向阀安装于所述液氮管上。

可选地，还包括进油管，所述进油管的一端伸入所述反应釜中，另一端用于连接页岩油，所述进油管上安装有阀门。

本发明还提供一种页岩油加热改质实验方法，利用上述的页岩油加热改质实验装置，所述方法包括如下步骤：

1)向反应釜中添加页岩油；

2)开启抽真空组件将反应釜内部抽真空；

3)开启排气组件至反应釜内的压力值为安全压力范围的最高值；

4)开启加热炉对反应釜进行加热，使反应釜内的页岩油发生改质热解；

5)加热至设定时间和温度后，关闭加热炉，并开启冷却组件对反应釜进行降温处理，直至反应釜内部变为常压，并开启排气组件收集气体；

6)重复上述步骤3)-5)，直至没有气体产物产出；

7)计算页岩油的气体转化率。

本发明的有益效果在于：

1、当反应釜受热时，其内部压力激增，活塞板受压向减压筒封闭端移动，使反应釜内部的体积变大，减缓压力激增的速度，有效的防止压力突增对反应釜的影响；当反应釜降温时，其内的压力激减，活塞板受拉力向远离封闭端的方向移动，反应釜内部的体积变小，减缓压力激减的速度，有效的防止压力激减对反应釜的影响，延长了反应釜的使用寿命。

2、利用本发明的实验装置进行页岩油加热改质实验，便于操作，安全稳定且使用寿命长。

3、本发明提供的实验方法，步骤简单，容易操作，且实验结果更加准确。

本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了页岩油加热改质实验装置的结构示意图。

图2示出了图1的A处放大图。

附图标记说明

100、加热炉；110、调温空腔；200、反应釜；210、进油管；300、抽真空组件；310、真空泵；320、真空管；330、第一单向阀；400、排气组件；410、排气管；420、压力表；430、单向溢流阀；500、冷却组件；510、液氮泵；520、液氮管；530、第二单向阀；600、减压装置；610、减压筒；620、活塞板；630、滑杆；640、滑套；650、限位弹簧；660、限位螺钉。

具体实施方式

下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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。

本发明公开了一种用于页岩油加热改质实验的反应釜，包括：反应釜本体和多个减压装置；

每个减压装置包括减压筒及活塞板，减压筒的一端封闭，另一端设置于反应釜本体的侧壁上且与反应釜本体的内部连通，活塞板设置于减压筒中，活塞板的外周与减压筒内壁密封抵接且能够在减压筒中沿减压筒的轴向往复移动。

具体地，通过在反应釜本体的侧壁上设置减压筒和活塞板，当反应釜受热时，其内部压力激增，活塞板受压向减压筒封闭端移动，使反应釜内部的体积变大，减缓压力激增的速度，有效的防止压力突增对反应釜的影响；当反应釜降温时，其内部的压力激减，活塞板受拉力向远离封闭端的方向移动，反应釜内部的体积变小，减缓压力激减的速度，有效的防止压力激减对反应釜的影响，延长了反应釜的使用寿命。

作为可选方案，减压装置还包括多个滑套、多个滑杆和多个限位弹簧，多个滑套设置于减压筒的封闭端的端面的内壁上，每个滑杆的一端连接于活塞板，另一端可滑动的插设于一个滑套中，每个限位弹簧套设于一个滑杆上，且一端连接于活塞板，另一端连接于滑套的端部。

具体地，通过设置滑套和滑杆能够对活塞板的运动起到导向的作用，限制活塞板的移动轨迹；设置限位弹簧为活塞板提供了回复力，且能够避免活塞板与滑套发生硬性碰撞。

作为可选方案，减压装置还包括限位螺钉，限位螺钉设置于减压筒的内壁上，且位于活塞板的朝向反应釜本体内部的一侧。

具体地，设置限位螺钉进一步避免活塞板从减压筒中滑出。

作为可选方案，多个减压装置分为多组，多组减压装置沿反应釜本体的轴向依次等距设置，每组中的减压装置沿反应釜本体周向均匀分布。

具体地，设置多个减压装置，能够提高减压效率，使多个减压装置均匀分布于反应釜本体的侧壁上，保证反应釜本体侧壁各处受力均匀，防止反应釜发生形变。

本发明还公开了一种页岩油加热改质实验装置，包括：加热炉、排气组件、抽真空组件、冷却组件及上述的用于页岩油加热改质实验的反应釜；

反应釜设置于加热炉中且在反应釜的外壁与加热炉的内壁之间形成调温空腔；

排气组件和抽真空组件与反应釜的内部连通；

冷却组件连通于调温空腔。

具体地，利用本发明的实验装置进行页岩油加热改质实验，便于操作，安全稳定且使用寿命长。

作为可选方案，抽真空组件包括真空泵、真空管和第一单向阀，真空泵通过真空管与反应釜的内部连通，第一单向阀安装于真空管上。

作为可选方案，排气组件包括排气管、压力表和单向溢流阀，排气管的一端伸入反应釜中，压力表和单向溢流阀分别设置于排气管上，单向溢流阀上安装有压力控制器，压力控制器用于控制单向溢流阀内的流量。

具体地，排气管和真空管可以共用一个管路连接反应釜内部，并利用三通接头形成T形岔路，以减少反应釜本体上的开孔数量。

作为可选方案，冷却组件包括液氮泵、液氮管和第二单向阀，液氮泵通过液氮管与调温腔体连通，第二单向阀安装于液氮管上。

具体地，选用液氮作为冷却介质，能够减少冷却组件的管路结构，且冷却效率高；但冷却组件不限于液氮冷却，也可以采用水冷、风冷等其他的冷却方式，只要能够达到实验所需的冷却效果即可。

作为可选方案，还包括进油管，进油管的一端伸入反应釜中，另一端用于连接页岩油，进油管上安装有阀门。

具体地，设置进油管路并配合阀门，便于向反应釜内部添加页岩油，方便操作。

本发明还公开了一种页岩油加热改质实验方法，利用上述的页岩油加热改质实验装置，方法包括如下步骤：

1)向反应釜中添加页岩油；

2)开启抽真空组件将反应釜内部抽真空；

3)开启排气组件至反应釜内的压力值为安全压力范围的最高值；

4)开启加热炉对反应釜进行加热，使反应釜内的页岩油发生改质热解；

5)加热至设定时间和温度后，关闭加热炉，并开启冷却组件对反应釜进行降温处理，直至反应釜内部变为常压，并开启排气组件收集气体；

6)重复上述步骤3)-5)，直至没有气体产物产出；

7)计算页岩油的气体转化率。

具体地，本发明提供的实验方法，步骤简单，容易操作，且实验结果更加准确。

实施例1

图1示出了页岩油加热改质实验装置的结构示意图；图2示出了图1的A处放大图。

如图1所示，本实施例的页岩油加热改质实验装置包括加热炉100、反应釜200、抽真空组件300、排气组件400、冷却组件500和减压组件600，反应釜200内置于加热炉100中，且在反应釜200的外壁与加热炉100的内壁之间形成调温空腔110，抽真空组件300的抽真空端伸入到反应釜200内，排气组件400的进气端伸入到反应釜200内，冷却组件500的制冷端位于调温空腔110中，多个减压装置600安装于反应釜200的侧壁上。

如图2所示，本实施方案中的减压装置600包括减压筒610、活塞板620、滑杆630、滑套640和限位弹簧650，减压筒610安装于反应釜200的壁上，减压筒610的一端封闭，减压筒610的另一端开口，且与反应釜200内部相连通，活塞板620的外壁与减压筒610的密封抵接，滑杆630的一端与活塞板620连接，滑杆630的另一端与滑套640滑动连接，滑套640固定于减压筒610内，限位弹簧650套设于滑杆630上，限位弹簧650的一端与滑套640连接，限位弹簧650的另一端与活塞板620连接。

为了使活塞板620运动的更加稳定，本实施例中的滑杆630、滑套640和限位弹簧650的数量均为多个，多个滑杆630与多个滑套640一一对应，多个滑杆630与多个限位弹簧650一一对应，多个滑杆630的长度方向均与减压筒610的长度方向相互平行。

为了防止活塞板620脱离减压筒610，本实施例中的减压装置600还包括一限位螺钉660，限位螺钉660内置于减压筒610中，限位螺钉660位于活塞板620远离滑杆630一侧，限位螺钉660与减压筒610内壁上开设的螺纹孔螺纹连接，限位螺钉660的数量可以是多个，多个限位螺钉660沿减压筒610内壁周向均匀布置。

为了提高减压的效率，本实施例中的多个减压装置600的平均分为多组，多组减压装置600沿反应釜200长度方向等距离布置，每组中的减压装置600均包括多个减压装置600且多个减压装置600沿反应釜200周向均匀布置。

本实施方案中的加热炉100为电阻丝加热炉100，加热炉100的内部为加热腔体，对放置其中的物体进行加热工作，在针对本实施例中的页岩油加热改质实验中，加热时，加热炉100的内部温度控制在700～800℃左右即可。可以理解的是，加热炉100也可以采用其他的加热件替代，只要具备对反应釜200的加热功能即可。

本实施方案中的反应釜200为一封闭的容器，用于盛装页岩油，且为页岩油的改质热解反应提供一个密闭的空腔，可以理解的是，反应釜200为本领域所能想到的提供该空腔的容器。

本实施例中的反应釜200上设置有进油管210，进油管210的一端伸入至反应釜200内，进油管210上安装有阀门，便于往反应釜200中添加页岩油。

本实施例中的抽真空组件300用于将反应釜200内抽真空，具体的，抽真空组件300包括真空泵310、真空管320和第一单向阀330，真空泵310的输出端与真空管320的一端连通，真空管320的另一端伸入至反应釜200内，第一单向阀330安装于真空管320上。

本实施例中的排气组件400用于将反应釜200内页岩油加热改质产生的气体排出，具体的，排气组件400包括排气管410、压力表420和单向溢流阀430，排气管410的一端伸入至反应釜200内，压力表420和单向溢流阀430均安装于排气管410上，单向溢流阀430上安装有压力控制器，压力控制器用于控制单向溢流阀430内的流量大小。

本实施例中的冷却组件500用于对反应釜200进行降温处理，具体的，冷却组件500包括液氮泵510、液氮管520和第二单向阀530，液氮泵510的输出端与液氮管520的一端连通，液氮管520的另一端穿过加热炉100，并伸入至调温腔体中，第二单向阀530安装于液氮泵510上。

在对反应釜200加热过程中，反应釜200内的页岩油发生改质，其内生产气体，压力突增，此时，活塞板620挤压限位弹簧650，将反应釜200内受到的压力部分传递给限位弹簧650，反应釜200内部的体积增大，减慢了反应釜200内的压力的快速变大，有效的保护了反应釜200。

同时在上述对反应釜200降温的过程中，其内的未反应完全的气态页岩油凝固成液体或固体，其内压力减小，此时，活塞板620拉伸限位弹簧650，减慢反应釜200内压力的快速变小，有效的保护了反应釜200。

与现有技术相比，本实验装置在实验过程中能够有效的防止压力激增或激减对反应釜200的影响，延长了反应釜200的使用寿命。

实施例2

本实施例公开了一种利用实施例1的装置进行页岩油加热改质实验的方法，包括步骤如下：

步骤1、添加页岩油：开启阀门，通过进油管210，向反应釜200中添加页岩油；

步骤2、抽真空：打开第一单向阀330，开启真空泵310，通过真空管320，使反应釜200内抽真空，此时，限位弹簧650拉伸，活塞板620抵在限位螺钉660上；

步骤3、单向溢流阀调节：通过压力控制器调节单向溢流阀430内的流量，并通过压力表420观测，直至反应釜200内的压力值为安全压力最高值(即反应釜200所能承受的压力，避免加热过程中压力过高引发安全事故)；

步骤4、加温改质热解：开启加热炉100对反应釜200加热，通过调温空腔110内空气的热传递，使反应釜200升温，反应釜200内的页岩油发生页岩油加热改质；

步骤5、液氮降温收集气体：加热达到设定时间和温度后，加热炉100停止加热，开启液氮泵510和第二单向阀530，将液氮导入到调温空腔110中，对反应釜200进行降温处理，降低单向溢流阀430压力直至常压，收集气体。

步骤6、重复上述步骤3-5，直至没有气体产物产出。

步骤7、计算页岩油的气体转化率。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (10)

1.一种用于页岩油加热改质实验的反应釜，其特征在于，包括：反应釜本体和多个减压装置；

每个所述减压装置包括减压筒及活塞板，所述减压筒的一端封闭，另一端设置于所述反应釜本体的侧壁上且与所述反应釜本体的内部连通，所述活塞板设置于所述减压筒中，所述活塞板的外周与所述减压筒内壁密封抵接且能够在所述减压筒中沿所述减压筒的轴向往复移动。

2.根据权利要求1所述的用于页岩油加热改质实验的反应釜，其特征在于，所述减压装置还包括多个滑套、多个滑杆和多个限位弹簧，所述多个滑套设置于所述减压筒的封闭端的端面的内壁上，每个所述滑杆的一端连接于所述活塞板，另一端可滑动的插设于一个所述滑套中，每个所述限位弹簧套设于一个所述滑杆上，且一端连接于所述活塞板，另一端连接于所述滑套的端部。

3.根据权利要求1所述的用于页岩油加热改质实验的反应釜，其特征在于，所述减压装置还包括限位螺钉，所述限位螺钉设置于所述减压筒的内壁上，且位于所述活塞板的朝向所述反应釜本体内部的一侧。

4.根据权利要求1所述的用于页岩油加热改质实验的反应釜，其特征在于，所述多个减压装置分为多组，所述多组减压装置沿所述反应釜本体的轴向依次等距设置，每组中的所述减压装置沿所述反应釜本体周向均匀分布。

5.一种页岩油加热改质实验装置，其特征在于，包括：加热炉、排气组件、抽真空组件、冷却组件及根据权利要求1-4中任意一项所述的用于页岩油加热改质实验的反应釜；

所述反应釜设置于所述加热炉中且在所述反应釜的外壁与所述加热炉的内壁之间形成调温空腔；

所述排气组件和所述抽真空组件与所述反应釜的内部连通；

所述冷却组件连通于所述调温空腔。

6.根据权利要求5所述的页岩油加热改质实验装置，其特征在于，所述抽真空组件包括真空泵、真空管和第一单向阀，所述真空泵通过所述真空管与所述反应釜的内部连通，所述第一单向阀安装于所述真空管上。

7.根据权利要求5所述的页岩油加热改质实验装置，其特征在于，所述排气组件包括排气管、压力表和单向溢流阀，所述排气管的一端伸入所述反应釜中，所述压力表和所述单向溢流阀分别设置于所述排气管上，所述单向溢流阀上安装有压力控制器，所述压力控制器用于控制所述单向溢流阀内的流量。

8.根据权利要求5所述的页岩油加热改质实验装置，其特征在于，所述冷却组件包括液氮泵、液氮管和第二单向阀，所述液氮泵通过所述液氮管与所述调温腔体连通，所述第二单向阀安装于所述液氮管上。

9.根据权利要求5所述的页岩油加热改质实验装置，其特征在于，还包括进油管，所述进油管的一端伸入所述反应釜中，另一端用于连接页岩油，所述进油管上安装有阀门。

10.一种页岩油加热改质实验方法，利用权利要求5-9中任意一项所述的页岩油加热改质实验装置，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

1)向反应釜中添加页岩油；

2)开启抽真空组件将反应釜内部抽真空；

3)开启排气组件至反应釜内的压力值为安全压力范围的最高值；

4)开启加热炉对反应釜进行加热，使反应釜内的页岩油发生改质热解；

5)加热至设定时间和温度后，关闭加热炉，并开启冷却组件对反应釜进行降温处理，直至反应釜内部变为常压，并开启排气组件收集气体；

6)重复上述步骤3)-5)，直至没有气体产物产出；

7)计算页岩油的气体转化率。

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