CN117054471A - 一种大尺寸富油煤原位热解开采物理模拟实验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大尺寸富油煤原位热解开采物理模拟实验装置及方法，包括反应釜体，与反应釜体连通的深部地应力加载系统、可冲击波压裂系统、载热流体注入系统、超声波检测系统、光纤温度‑应力应变感测系统和热解油气收集与分离系统；通过对反应釜体内大尺寸富油煤试样施加围压、实施冲击波压裂、注入高温载热流体激发富油煤热解反应，利用超声波检测富油煤试样预裂前后的裂隙发育状态，通过实时监测热解过程中反应釜体内富油煤温度、应变、热解油气运移参数，对富油煤原位热解效果进行评价，为探索不同注热方式及参数条件下富油煤原位高效注热开采方法，实现富油煤原位注热工程放大和热解开采工业化试验提供可靠的实验依据。

Description

一种大尺寸富油煤原位热解开采物理模拟实验装置及方法

技术领域

本发明属于煤炭绿色低碳开采技术领域，涉及一种大尺寸富油煤原位热解开采物理模拟实验装置及方法。

背景技术

富油煤属煤基油气资源，焦油产率7％～22％，是潜力巨大的油气战略资源。

富油煤原位热解开采技术符合新发展理念要求及煤炭行业发展趋势，是实现富油煤绿色低碳开采、梯级高效利用的重要途径之一。相对于页岩油(气)地下热解技术，富油煤原位热解开采目前尚处于前期探索阶段，缺少富油煤原位热解开采物理模拟实验装置，给富油煤高效开发利用、井工原位热解开采方法、关键技术参数综合确定带来较大困难。

为探索开发富油煤原位热解开采新理论与技术，实时监测富油煤井工原位热解过程，研究获取富油煤储层压裂、原位高效注热方式及关键技术参数，本发明提供了一种大尺寸富油煤原位热解开采物理模拟实验装置及方法。

发明内容

为解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种大尺寸富油煤原位热解开采物理模拟实验装置及方法，实现大尺寸富油煤原位热解过程物理模拟实验和多相多场动力学参数测定，为实现富油煤原位高效加热、热能高效传输与调控提供了基础实验依据。

本发明是通过下述技术方案来实现的。

根据本发明的一个方面，提供了一种大尺寸富油煤原位热解开采物理模拟实验装置，包括：

深部地应力加载系统，对反应釜体实验仓内富油煤试样实施施加围压；

载热流体注入系统，用于向反应釜体实验仓内富油煤试样注入高温载热流体激发富油煤热解反应；

可控冲击波压裂系统，对反应釜体实验仓内富油煤试样施加冲击波压裂；

超声波检测系统，超声波检测富油煤样压裂前后裂隙发育信息；

光纤温度-应力应变感测系统，用于进行分布式光纤应力应变测试；

热解油气收集与分离系统，实时监测热解过程中反应釜体内富油煤温度、应变和热解油气运移参数信息，对富油煤原位热解效果进行评价。

作为优选，反应釜体为圆柱形钢构釜体，在钢构釜体内部设置长方体实验仓；实验仓仓壁之间布置隔热层，实验仓内置包裹密封胶体的富油煤试样；实验仓内设有连通载热流体注入系统和可控冲击波压裂系统的通道。

作为优选，深部地应力加载系统包括依次连通的氮气瓶组、增压泵和冷却系统，空压机连通增压泵，气体注入泵连通冷却系统。

作为优选，光纤温度-应力应变感测系统包括布置在富油煤试样内部的光纤温度传感器和应力应变传感器，光纤温度传感器和应力应变传感器分别通过绝缘耐热保温铠装光缆连接光纤温度测试系统和应力应变测试系统。

作为优选，在实验仓内的富油煤试样中布置有高温水蒸汽注入井和热解产物收集井，以及光纤温度测孔和应力应变测孔。

作为优选，载热流体注入系统包括依次连通的水容器、液体注入泵和蒸汽发生器，蒸汽发生器连通高温水蒸汽注入井至实验仓内的富油煤试样内部，蒸汽发生器连通管路上设有冷却口。

作为优选，热解油气收集与分离系统包括依次连通的气液分离器、过滤器、干燥器、气相色谱分析仪和计算机采集系统；气液分离器上连接有取样瓶。

作为优选，可控冲击波压裂系统包括电机，电机通过动力控制线经通道连接至放置于富油煤试样内部的冲击波作用端。

作为优选，超声波检测系统包括布置在富油煤试样两侧的超声波激发换能器和超声波接收换能器，超声波激发换能器和超声波接收换能器与波形发生器连接，波形发生器依次连接高频高压放大器、示波器和计算机控制系统。

根据本发明的另一方面，提供了一种所述装置的大尺寸富油煤原位热解开采物理模拟实验方法，包括：

将富油煤试样顶端放置可控冲击波作用端和高温水蒸汽注入井，煤试样底端放置热解产物收集井；

将连接光纤温度传感器和应力应变传感器的光纤深入富油煤试样内，在富油煤试样两侧分别布置一个超声波激发换能器和超声波接收换能器；

将富油煤试样密封装入布置隔热层的实验仓，将铠装光缆接头与反应釜体外的接头密封连接；

向反应釜体内充入高压氮气，通过深部地应力加载系统逐级施加围压至预定荷载；

启动可控冲击波压裂系统对实验仓中富油煤试样进行预先压裂，超声波示波器实时监测富油煤试样不同位置的裂隙发育状态，使试样内部形成水平和垂直裂隙网络；

通过排气口释放氮气，逐级减少围压至正常大气压，结束超声波检测；

启动深部地应力加载系统逐级施加围压至预定荷载，通过反应釜体上的压力传感器监测围压；

启动载热流体注入系统，按照一定的压力和温度向实验仓富油煤试样内部注入高温水蒸汽，激发富油煤热解反应产生；

光纤温度传感器、应力应变传感器实时监测富油煤试样在热解过程中不同位置的温度、应力应变特征；对比分析富油煤试样温度场变化规律，对传热效果及热解反应范围进行评价；

启动热解油气收集与分离系统，采集测定实验仓内富油煤试样热解气体组分及含量，对比确定富油煤不同位置热解反应阶段，对富油煤试样热解效果进行评价；

修改试验参数，重复启动深部地应力加载系统-可控冲击波压裂系统-深部地应力加载系统-载热流体注入系统；直至完成不同应力状态、不同注热方式作用下富油煤原位热解开采物理模拟实验。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下有益效果：

1.采用在高温高压反应釜体中放置实验仓，在实验仓中布置大尺寸富油煤试样，在侧向围压、可控脉冲压裂、高温载热流体注入条件下进行大尺寸富油煤原位注热开采过程物理模拟实验；利用超声波检测富油煤试样预裂前后的裂隙发育状态，利用超声波检测、光纤应变测试系统以及热解油气收集与分离系统等方法，能够实时监测富油煤原位热解过程不同阶段富油煤热量传递、温度场演化、热解油气运移特征及关键参量，实现富油煤原位热解过程固-液-气-热-化学相互耦合作用规律研究。

2.实验仓地应力加载、可控压裂、注热系统相互独立；利用分布式光纤应力、应变感测系统、热解油气收集与分离系统等方法实时监测富油煤原位热解过程不同阶段富油煤热量传递、温度场演化、热解油气运移特征及关键参量，有效揭示大尺寸富油煤原位热解过程多相多场动力学演化规律，为进一步研究富油煤原位高效加热、热能高效传输与调控关键技术提供了基础实验依据。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的不当限定，在附图中：

图1为本发明模拟实验装置示意图；

图2为可控冲击波系统致裂示意图；

图3为超声波检测系统布置示意图；

图4(a)-(c)为高温水蒸汽注入及热解油气收集井网布置图；

图5(a)-(c)为光纤温度与应力应变传感器布置示意图；

图中：1富油煤试样；2反应釜体；3实验仓；4隔热层；5氮气瓶组；6增压泵；7空压机；8冷却系统；9气体注入泵；10排气口；11安全阀；12电机；13动力控制线；14密封法兰；15护筒；16冲击波作用端；17通道；18波形发生器；19超声波激发换能器；20超声波接收换能器；21高频高压放大器；22示波器；23计算机控制系统；24水容器；25液体注入泵；26蒸汽发生器；27冷却口；28高温水蒸汽注入井；29光纤温度测试系统；30应力应变测试系统；31光纤温度传感器；32应力应变传感器；33光纤温度测孔；34应力应变测孔；35热解产物收集井；36气液分离器；37取样瓶；38过滤器；39干燥器；40气相色谱分析仪；41计算机采集系统；42单向阀；43温度表阀门；44压力表阀门。

101深部地应力加载系统；102载热流体注入系统；103可控冲击波压裂系统；104光纤温度-应力应变感测系统；105热解油气收集与分离系统。

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

如图1所示，本发明提供了一种大尺寸富油煤原位热解开采物理模拟实验装置，包括一个大尺寸富油煤热解反应釜体2，反应釜体2内置实验仓3，

反应釜体2连通深部地应力加载系统101，实验仓3分别连通载热流体注入系统102、可控冲击波压裂系统103、超声波检测系统、光纤温度-应力应变感测系统104和热解油气收集与分离系统105。在大尺寸富油煤热解反应釜体2、实验仓3、深部地应力加载系统101、载热流体注入泵和热解油气收集通道位置分别设有气体压力、温度、流量传感器。

其中，反应釜体包括圆柱形钢构釜体，在钢构釜体内部设置长方体实验仓。在一个实施例中，反应釜体外部尺寸820×670×560mm，实验仓为长方体，实验仓内部尺寸620×470×360mm，用于放置富油煤试样，实验仓内部能承受最高温度达650～700℃；通过对实验仓体密封，使得实验仓体中的富油煤试样与钢构热解反应釜体隔离，钢构釜体外部设置1个气体压力表，用于监测钢构釜体内的气体压力，以便控制深部应力加载系统施加的气体压力。

实验仓体为弹性有机玻璃材质；实验仓3仓壁之间布置隔热层4，实验仓3内置包裹密封胶体的富油煤试样1，实验仓3内设有连通载热流体注入系统102和可控冲击波压裂系统103的通道17，通道17连通富油煤试样1顶端的冲击波作用端16。

深部地应力加载系统101包括氮气瓶组5、增压泵6、空压机7、冷却系统8、气体注入泵9、排气口10和安全阀11；其中，氮气瓶组5、增压泵6和冷却系统8依次连通，空压机7连通增压泵6，气体注入泵9连通冷却系统8，地应力加载系统101通过气体注入泵9连通反应釜体2。氮气瓶组用于提供氮气，通过空压机向增压泵提供动力，增压泵增大气体的压力向反应釜体2中注入氮气，高压氮气对富油煤试样1施加围压；冷却系统用于对增压后的氮气温度进行调整冷却，气体注入泵最大气体压力为15MPa，可实现气体压力、流速稳定、高精度控制输出，模拟深部富油煤层地应力状态。

在氮气瓶组5与增压泵6连通的管路上设有单向阀42。冷却系统8与反应釜体2连通的管路上设有压力表阀门44。

载热流体注入系统102包括水容器24、液体注入泵25、蒸汽发生器26、冷却口27和高温水蒸汽注入井28；水容器24、液体注入泵25和蒸汽发生器26依次连通，蒸汽发生器26连通高温水蒸汽注入井28至实验仓3内的富油煤试样1内部，蒸汽发生器26连通管路上设有冷却口27。在高温水蒸汽注入井28的管路上设有温度表阀门43。载热流体为高温水蒸汽，载热流体注入系统102主要用于将高温水蒸汽注入煤层裂隙，激发煤样热解反应析出煤焦油和热解气。

热解油气收集与分离系统105包括热解产物收集井35、气液分离器36、取样瓶37、过滤器38、干燥器39、气相色谱分析仪40和计算机采集系统41；气液分离器36、过滤器38、干燥器39、气相色谱分析仪40和计算机采集系统41依次连通；气液分离器36上连接有取样瓶37。

气液分离器36用于分离热解气和煤焦油，气液分离器内有气体体积测量仪表，用于测量流入气液分离器内的气体流量；取样瓶37对煤焦油取样、称量；过滤器38过滤热解气体中的杂质；干燥器39对热解气进行干燥；气相色谱分析仪分析热解气气体成分。热解油气收集与分离系统105主要通过设置在钢构釜体2下端热解产物收集井35收集富油煤试样热解过程中产生的焦油和热解气，并对热解焦油、气体组分、含量进行分离、测定，综合确定富油煤热解反应阶段及热解效率。

如图2所示，可控冲击波压裂系统103，包括电机12、动力控制线13、密封法兰14、套管护筒15和冲击波作用端16；电机12通过动力控制线13连接至冲击波作用端16，动力控制线13通过通道17穿入实验仓3内，在实验仓3通道17上设有密封法兰14，用于保证通道连接的密封性；套管护筒用于保护冲击波作用端；通过通道17将可控冲击波作用端16放置于富油煤试样1内部，启动电子脉冲在富油煤试样1内部形成水平和垂直裂隙网络。

如图3所示，超声波检测系统包括波形发生器18、超声波激发换能器19、超声波接收换能器20、高频高压放大器21、示波器22和计算机控制系统23；通过布置在富油煤试样1左右两侧的超声波激发换能器19和超声波接收换能器20与波形发生器18连接，波形发生器18依次连接高频高压放大器21、示波器22和计算机控制系统23。

波形发生器产生脉冲信号，超声波激发换能器将脉冲信号转变为振动信号，使振动波在压裂或热解富油煤内部传播，超声波接收换能器接受信号，高频电压放大器放大输出的波形信号幅度和频率；示波器显示超声波发射信号与接收信号，计算机控制系统对数据采集和处理，根据对比发射与接受信号的不同，可以对试样内部层状裂隙的分布进行精细化描述。

在实验仓富油煤试样两侧分别设有连接到数据采集系统的超声波换能器；

根据对比发射与接收超声波波形信号差异，可以对试样内部水平、垂直裂隙发育程度进行精细化描述。

如图4(a)-(c)所示，进一步地，高温水蒸汽注入井28及热解产物收集井35布置在实验仓3内的富油煤试样1中，其中，在一个实施例中，布置方式为：在富油煤试样顶端中心布置一个孔径为20mm，孔深为360mm的钻孔，用于放置高温水蒸汽注入井28；在试样1底端，以高温水蒸汽注入井28为中心，布置六个呈六边形分布的孔径为30mm，孔深为300mm，孔间距为135mm的钻孔，用于放置热解产物收集井35。

由图5(a)-(c)所示，进一步地，光纤温度-应力应变感测系统104包括分布式光纤温度测试系统29、应力应变测试系统30、光纤温度传感器31和应力应变传感器32，光纤温度测试系统29和应力应变测试系统30分别通过绝缘耐热保温铠装光缆连接布置在富油煤试样1内部的光纤温度传感器31和应力应变传感器32，光纤温度传感器31和应力应变传感器32分布见图5(b)、图5(c)所示，通过布置在富油煤试样1内部的光纤温度传感器31、应力应变传感器32实现富油煤热解反应过程中温度、应力、应变实时监测。

其中，在一个实施例中，光纤温度传感器31、应力应变传感器32测点布置方式为在试样顶端以通道为圆心，以44mm为半径，呈圆环状均匀布置4个钻孔；以88mm、177mm、221mm为半径，呈圆环状均匀布置8个钻孔；以265mm为半径，呈圆环状均匀布置6个钻孔，共34个垂直钻孔，分别为光纤温度测孔33和应力应变测孔34。将17根连接光纤温度传感器的光纤与17根连接应力应变传感器的光纤深入开孔内部，通过胶体将光纤与钻孔壁粘结固定，连接线经过密封加固引出；每根光纤设置7个传感器，共238个传感器，传感器垂直间距为45mm。

用于实现富油煤热解反应过程中温度、应力、应变实时监测。

本发明实施例的大尺寸富油煤原位热解开采物理模拟实验方法，步骤如下：

1.试验前的准备：

1)富油煤试样制备

制备尺寸为620×470×360mm的富油煤试样1，将煤样顶端磨平，在顶端中央位置布置一个孔径为20mm，孔深为360mm的竖直钻孔，将由护筒15包裹的可控冲击波作用端16放于距顶端246mm的位置；

把试样底端磨平，以顶端垂直钻孔为中心，均匀布置六个呈六边形分布的孔径为30mm，孔深为300mm，孔间距为135mm的钻孔，用于放置热解产物收集井35，进行热解产物收集工作；

在试样的顶端以通道为圆心布置34个垂直钻孔，钻孔孔径为4mm，孔深为360mm，将17根连接温度传感器31的光纤与17根连接应力应变传感器32的光纤由绝缘耐热保温铠包裹后深入开孔内部，通过胶体将光纤与钻孔壁粘结固定，连接线经过密封加固引出。光纤温度传感器31光纤直径1.2mm，测温范围为100℃～800℃，温度分辨率为0.1℃，应力应变传感器32测量范围为0～700με，用于实时监测煤样在热解过程中不同位置的温度及应变变化；

在富油煤试样1两端涂抹专用真空脂，富油煤试样1左端中央布置1个超声波激发换能器19，试样右端中央布置1个超声波接收换能器20，用于监测煤样在可控冲击波作用下内部水平、垂直裂隙发育的变化过程，并对裂隙进行精细化描述。

2)富油煤试样与实验仓封装

将制备好的富油煤试样1包裹密封胶体装入实验仓3，试样与仓壁之间布置60mm隔热层，将实验仓3置于反应釜体2中；

在试样顶端，冲击波作用端16通过布置在隔热层4、实验仓3、反应釜体2上的通道17与反应釜体外的动力控制线13相连接，通道17孔径为20mm；

连接光纤温度传感器31、应力应变传感器32的铠装光缆接头穿过预设在实验仓3表面34个孔径为4mm的孔洞与反应釜体外的光纤温度测试系统29、应力应变测试系统30相连接；

超声波激发换能器19、超声波接收换能器20通过连接线与反应釜体外的高频高压放大器21相连接；热解产物收集井35与反应釜体外的热解油气收集与分离系统49相连接；

保证实验仓3与接头位置密封，与地应力模拟介质相隔离。

3)检查：系统内所有阀门、泵及密封法兰14均处于关闭状态，并进行密封性检查。

2.模拟试验过程：

4)深部地应力环境模拟

①打开氮气瓶组5阀门，将氮气通入增压泵6，对氮气进行增压，打开空压机7阀门，为增压泵6提供动力，将增压后的氮气通入冷却系统8，通过气体注入泵9向反应釜体2内充入高压氮气；

②打开排气口10阀门，使反应釜体2内原有空气通过排气口10排出试验装置，通过监测阀门上的压力表，以确保反应釜体2内原有空气全部排出，关闭排气口10阀门；

③通过向反应釜体2内充入高压氮气，对富油煤试样1施加围压；通过安装在反应釜体2上的压力传感器监测围压，待施加围压到达预定数值，关闭气体注入泵9，停止充入氮气。

5)富油煤致裂

启动电机12，动力控制线13连接冲击波作用端16对实验仓3中富油煤试样1进行预先压裂，实时监测示波器22输出的波形数据，通过计算机控制系统23对输出数据进行采集、处理，分析富油煤试样1内部水平、垂直裂隙发育状态，及时调整可控冲击波作用参数，待富油煤试样1内部形成裂隙网络，关闭电机12，结束煤层人工可控压裂工作。

6)通过排气口10释放氮气，逐级减少围压至正常大气压，取出超声波激发换能器19与超声波接收换能器20，结束超声波检测工作；打开密封法兰14取出冲击波作用端16，将高温水蒸汽注入井28通过釜体顶端通道17放入富油煤试样1内部，用于高温水蒸汽注入，激发煤样热解反应析出煤焦油和热解气；高温水蒸汽注入井28穿过布置在隔热层4、实验仓3、反应釜体2上的通道17与反应釜体外的载热流体注入系统46相连接。

7)检查：所有的阀门和泵处于关闭状态，以及密封法兰14的密封性，保证所有的管道不漏气不漏水；

8)启动深部地应力加载系统101，打开气体注入泵9，逐级施加围压至预定荷载，通过安装在注入泵、反应釜体2上的压力传感器监测围压。

9)高温蒸汽注入

①打开水容器24阀门，水容器24中的水通过液体注入泵25进入蒸汽发生器26；打开蒸汽发生器26对水进行加热产生高温水蒸汽，高温水蒸汽通过高温水蒸汽注入井28，注入富油煤试样1内部裂隙网络，激发富油煤试样1进行热解反应；并通过安装在注入井上的温度表及压力传感器实时监测管道内的温度与压力，使高温水蒸汽按实验要求的温度和压力注入试样裂隙网络；

②通过预先布置在试样内部的光纤温度传感器31、应力应变传感器32与实验仓3外的光纤温度测试系统29、应力应变测试系统30，对试样内部不同位置的温度及应变进行实时监测，并分析富油煤试样1温度场变化规律，对传热效果及热解反应范围进行评价。

10)热解产物的分离与收集

①高温热解过程中不断析出热解油、气产物，热解油气通过热解产物收集井35进入气液分离器36，通过收集井与阀门上的温度表监测管道内温度，以防止油气凝固堵塞管道；监测并记录气液分离器36内表盘测量的气体流量值；

②焦油从气液分离器36流入取样瓶37，通过称量取样瓶37内的焦油量，计算热解反应的焦油产率；热解气体通入过滤器38过滤其中的灰分等杂质，热解气体经过干燥器39干燥后通入气相色谱分析仪40，利用气液分离器36内测得的气体流量值，气相色谱分析仪40与计算机采集系统41测定实验仓3内富油煤试样1热解气体组分及含量，分析富油煤试样1不同位置热解反应阶段，并对热解效果进行评价；

③待热解气体分析完成后，热解气体通过排气口10排出；打开阀门，将高温水蒸汽通入冷却口27进行降温。

11)重复试验

修改试验参数，重复步骤3)～10)；直至完成不同应力状态、不同注热方式作用下富油煤原位热解开采过程物理模拟实验。

本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种大尺寸富油煤原位热解开采物理模拟实验装置，其特征在于，包括：

深部地应力加载系统，对反应釜体实验仓内富油煤试样实施施加围压；

载热流体注入系统，用于向反应釜体实验仓内富油煤试样注入高温载热流体激发富油煤热解反应；

可控冲击波压裂系统，对反应釜体实验仓内富油煤试样施加冲击波压裂；

超声波检测系统，超声波检测富油煤样压裂前后裂隙发育信息；

光纤温度-应力应变感测系统，用于进行分布式光纤应力应变测试；

热解油气收集与分离系统，实时监测热解过程中反应釜体内富油煤温度、应变和热解油气运移参数信息，对富油煤原位热解效果进行评价。

2.根据权利要求1所述的大尺寸富油煤原位热解开采物理模拟实验装置，其特征在于，反应釜体为圆柱形钢构釜体，在钢构釜体内部设置长方体实验仓；实验仓仓壁之间布置隔热层，实验仓内置包裹密封胶体的富油煤试样；实验仓内设有连通载热流体注入系统和可控冲击波压裂系统的通道。

3.根据权利要求1所述的大尺寸富油煤原位热解开采物理模拟实验装置，其特征在于，深部地应力加载系统包括依次连通的氮气瓶组、增压泵和冷却系统，空压机连通增压泵，气体注入泵连通冷却系统。

4.根据权利要求1所述的大尺寸富油煤原位热解开采物理模拟实验装置，其特征在于，光纤温度-应力应变感测系统包括布置在富油煤试样内部的光纤温度传感器和应力应变传感器，光纤温度传感器和应力应变传感器分别通过绝缘耐热保温铠装光缆连接光纤温度测试系统和应力应变测试系统。

5.根据权利要求1所述的大尺寸富油煤原位热解开采物理模拟实验装置，其特征在于，在实验仓内的富油煤试样中布置有高温水蒸汽注入井和热解产物收集井，以及光纤温度测孔和应力应变测孔。

6.根据权利要求5所述的大尺寸富油煤原位热解开采物理模拟实验装置，其特征在于，载热流体注入系统包括依次连通的水容器、液体注入泵和蒸汽发生器，蒸汽发生器连通高温水蒸汽注入井至实验仓内的富油煤试样内部，蒸汽发生器连通管路上设有冷却口。

7.根据权利要求1所述的大尺寸富油煤原位热解开采物理模拟实验装置，其特征在于，热解油气收集与分离系统包括依次连通的气液分离器、过滤器、干燥器、气相色谱分析仪和计算机采集系统；气液分离器上连接有取样瓶。

8.根据权利要求1所述的大尺寸富油煤原位热解开采物理模拟实验装置，其特征在于，可控冲击波压裂系统包括电机，电机通过动力控制线经通道连接至放置于富油煤试样内部的冲击波作用端。

9.根据权利要求1所述的大尺寸富油煤原位热解开采物理模拟实验装置，其特征在于，超声波检测系统包括布置在富油煤试样两侧的超声波激发换能器和超声波接收换能器，超声波激发换能器和超声波接收换能器与波形发生器连接，波形发生器依次连接高频高压放大器、示波器和计算机控制系统。

10.一种如权利要求1-9任一项所述装置的大尺寸富油煤原位热解开采物理模拟实验方法，其特征在于，包括：

将富油煤试样顶端放置可控冲击波作用端和高温水蒸汽注入井，煤试样底端放置热解产物收集井；

将连接光纤温度传感器和应力应变传感器的光纤深入富油煤试样内，在富油煤试样两侧分别布置一个超声波激发换能器和超声波接收换能器；

将富油煤试样密封装入布置隔热层的实验仓，将铠装光缆接头与反应釜体外的接头密封连接；

向反应釜体内充入高压氮气，通过深部地应力加载系统逐级施加围压至预定荷载；

启动可控冲击波压裂系统对实验仓中富油煤试样进行预先压裂，超声波示波器实时监测富油煤试样不同位置的裂隙发育状态，使试样内部形成水平和垂直裂隙网络；

通过排气口释放氮气，逐级减少围压至正常大气压，结束超声波检测；

启动深部地应力加载系统逐级施加围压至预定荷载，通过反应釜体上的压力传感器监测围压；

启动载热流体注入系统，按照一定的压力和温度向实验仓富油煤试样内部注入高温水蒸汽，激发富油煤热解反应产生；

光纤温度传感器、应力应变传感器实时监测富油煤试样在热解过程中不同位置的温度、应力应变特征；对比分析富油煤试样温度场变化规律，对传热效果及热解反应范围进行评价；

启动热解油气收集与分离系统，采集测定实验仓内富油煤试样热解气体组分及含量，对比确定富油煤不同位置热解反应阶段，对富油煤试样热解效果进行评价；

修改试验参数，重复启动深部地应力加载系统-可控冲击波压裂系统-深部地应力加载系统-载热流体注入系统；直至完成不同应力状态、不同注热方式作用下富油煤原位热解开采物理模拟实验。