CN203285412U - 油页岩地下原位加热模拟腔 - Google Patents
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Abstract
油页岩地下原位加热模拟腔，属于油页岩开采技术领域。由腔体和腔体盖组成，在腔体的侧面设置有10～14个接口；在腔体内安装有隔热腔，隔热腔与腔体的内壁间具有一定的空隙，接口穿过隔热腔；在隔热腔内侧的底面上安装有样品台，在隔热腔外侧的底面与样品台对应的位置处安装有支柱，用以实现对隔热腔及样品台的支撑。通过本模拟腔可在高气压条件下，利用高达10kV的高压电对大块油页岩样品进行加热。加热过程可利用各个位置的热电偶进行温度监控，从而研究热在油页岩中的传导过程，同时通过收集生成气体进行分析可研究油页岩样品在加热过程中发生的各种裂解反应，有助于推进油页岩地下原位加热技术的开发。
Description
技术领域
本实用新型属于油页岩开采技术领域，具体涉及一种油页岩地下原位加热模拟腔。
背景技术
油页岩是一种低渗透性岩石，主要由矿物质和干酪根组成，干酪根是石油和天然气的地质前体。中国油页岩资源丰富，埋深在0～500m之间的资源约为2500亿吨，500～1000m之间的油页岩资源为2500亿吨。埋深小于300m的油页岩资源可以通过露天开采，运至干馏厂提炼出页岩油；埋深大于300m的油页岩只能通过对油页岩矿层加热转化为页岩油，然后利用生产井导至地面，即油页岩地下原位加热技术。
原位加热技术目前仍处于研发阶段，尚未进入工业化生产。由于油页岩的加热裂解过程复杂，且在地下会承受较大的压力，也会对这一过程产生影响，因此在原位加热技术的研发过程中只有充分模拟出油页岩在地下高压无氧条件下的加热裂解过程才能保证实现预期的经济效益。为此，我们设计制作了一种油页岩地下原位加热模拟腔。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种油页岩地下原位加热模拟腔，以促进油页岩地下原位加热技术的开发，保证预期的经济效益得以实现。
如图1所示，一种油页岩地下原位加热模拟腔，由腔体1和腔体盖2组成，可以为不锈钢材料，腔体盖2与腔体1间采用螺栓固定后密封；在腔体1的侧面设置有10～14个接口3，其中两个接口用于向腔体接入高压电缆（任意一个作为正极，另一个作为负极），另外8～12个接口用于向腔体内接入热电偶，接口3利用陶瓷进行绝缘。
在腔体1内安装有隔热腔8，隔热腔由厚度为1～3mm的不锈钢制成，其与腔体1的内壁间具有有一定的空隙（4～5cm），可在油页岩加热过程中有效将热辐射反射回腔内，有效避免热量散失及腔体外表面过热所带来的危险；接口3穿过隔热腔8。
在隔热腔8内侧的底面上安装有样品台9，在隔热腔8外侧的底面与样品台9对应的位置处安装有支柱11，用以实现对隔热腔8及样品台9的支撑，其最大可承受250kg重量的样品，在腔体盖2上设置有顶观察窗10（一般为2～4个，位置关于腔体盖2的中心对称），由可承受住高气压条件、厚度为1～3cm的石英玻璃制成。
在腔体1的侧壁上设置有侧观察窗4（一般为4～8个，位置关于腔体1的中心对称），由厚为1～3cm的石英玻璃制成，可承受住模拟腔内的高气压条件，观察窗4穿过隔热腔8，可通过观察窗4对加热过程中的相态变化进行观察；
在腔体1的侧壁上还设置有最大量程为5MPa的气压表5，用于监测腔体内的气压情况，并外接真空泵，实现对腔体1的抽真空；隔热腔8与腔体1间不密闭，腔体1内的气压与隔热腔8内的气压相同。
在腔体1的侧壁设置有带有球阀6的通气管路，通过通气管路可向腔体内注入氮气或惰性气体营造高压气氛（腔体最高可承受5个大气压），同时可在实验结束时收集油页岩加热裂解生成的气体，进行分析；
在腔体1的侧壁还设置有应急阀7，当腔体内气压过高时，可自动打开释放气体，降低腔内压力（选用美国TOOE牌Y44H/Y型阀门）；
油页岩样品放置在样品台9上，在油页岩样品中插入两根直径为1～3cm、长度为10～30cm的铜电极，穿过接口3的高压电缆将两根铜电极分别与腔体外高压电源的正负极相连，利用油页岩自身的电阻损耗实现对油页岩样品的加热。我们选用上海翼昇电子科技有限公司制造的YS-RFC型高频高压电源，其输出电压可达10kV，功率为30kW。
加热过程中油页岩样品不同位置的温度变化可利用从接口3接入的镍铬—镍铝热电偶进行测量，从而得到热量在油页岩内的传导情况和加热效果。
进一步，本实用新型的腔体高1200mm，直径1400mm，一次可对重达250kg的大样品进行模拟加热试验，同时模拟腔设计可承受5个大气压，基本能模拟出油页岩在地下高压条件中的加热情况。除观察窗外，均为不锈钢材料。
通过本模拟腔可在高气压条件下，利用高达10kV的高压电对大块油页岩样品进行加热。加热过程可利用各个位置的热电偶进行温度监控，从而研究热在油页岩中的传导过程，同时通过收集生成气体进行分析可研究油页岩样品在加热过程中发生的各种裂解反应，有助于推进油页岩地下原位加热技术的开发。
附图说明
图1：油页岩地下原位加热模拟腔的结构示意图；
如图1，各部分为：腔体1；腔体盖2；接口3；侧观察窗4（4个）；气压表5；球阀6；应急阀7；隔热板8；样品台9；顶观察窗10（2个）；支柱11。
具体实施方式
实施例1：
油页岩原位裂解产生气体成分很大程度上取决于压力大小。因此为预测实际生产时可能获得的气体成分，需测定不同气压条件下获得的气体成分情况。
a.向腔体内装入一块桦甸产重约80kg的油页岩样品；然后用安装在气压表5处的真空泵抽出腔内空气，直到压力为1mm汞柱（低真空），然后用10kV电压加热油页岩样品，加热1小时后，通过热电偶测得油页岩温度为300°C左右，停止加热，并取气样通过色谱分析其成分组成；
b.向腔体内装入一块与第一步实验时使用样品同时同地点开采出的，同样尺寸和同样重约80kg的油页岩样品；用真空泵抽出腔内空气，然后向其中充入氮气，直到压力为2个大气压时停止充气；用10kV电压加热油页岩样品，加热1小时候，停止加热，并取气样分析其成分组成；
c.按实验步骤b，在4MPa条件下进行加热试验，并分析气体组成情况。实验结果如表1所示。
表1：不同气压下加热裂解产物含量
结论：从上表中可以看出，随着压力的增加，氢气、碳氧化合物等气体成分会逐渐减少，而烷烃类气体的含量则将逐渐增加，从而实现对油页岩样品的加热裂解。
Claims (7)
1.一种油页岩地下原位加热模拟腔，其特征在于：由腔体（1）和腔体盖（2）组成，腔体盖（2）与腔体（1）间采用螺栓固定后密封；在腔体（1）的侧面设置有10～14个接口（3），其中两个接口用于向腔体接入高压电缆，另外8～12个接口用于向腔体内接入热电偶；在腔体（1）内安装有隔热腔（8），隔热腔（8）与腔体（1）的内壁间具有一定的空隙，接口（3）穿过隔热腔（8）；在隔热腔（8）内侧的底面上安装有样品台（9），在隔热腔（8）外侧的底面与样品台（9）对应的位置处安装有支柱（11），用以实现对隔热腔（8）及样品台（9）的支撑。
2.如权利要求1所述的一种油页岩地下原位加热模拟腔，其特征在于：在腔体盖（2）上设置有顶观察窗（10），由可承受住高气压条件、厚度为1～3cm的石英玻璃制成。
3.如权利要求1所述的一种油页岩地下原位加热模拟腔，其特征在于：在腔体（1）的侧壁上设置有侧观察窗（4），由可承受住高气压条件、厚为1～3cm的石英玻璃制成，观察窗（4）穿过隔热腔（8）。
4.如权利要求1所述的一种油页岩地下原位加热模拟腔，其特征在于：在腔体（1）的侧壁上设置有气压表（5），并外接真空泵。
5.如权利要求1所述的一种油页岩地下原位加热模拟腔，其特征在于：在腔体（1）的侧壁设置有带有球阀（6）的通气管路。
6.如权利要求1所述的一种油页岩地下原位加热模拟腔，其特征在于：在腔体（1）的侧壁设置有应急阀（7）。
7.如权利要求1所述的一种油页岩地下原位加热模拟腔，其特征在于：油页岩样品放置在样品台（9）上，在油页岩样品中插入两根直径为1～3cm、长度为10～30cm的铜电极，穿过接口（3）的高压电缆将两根铜电极分别与腔体外高压电源的正负极相连。
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Country Status (1)
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Cited By (3)
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|---|---|---|---|---|
| CN103321623A (zh) * | 2013-06-17 | 2013-09-25 | 吉林大学 | 油页岩地下原位加热模拟腔 |
| CN104849172A (zh) * | 2014-02-18 | 2015-08-19 | 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 |
| CN109358176A (zh) * | 2018-10-26 | 2019-02-19 | 吉林大学 | 一种油页岩原位开采对地下水环境影响实验室模拟系统 |
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2013
- 2013-06-17 CN CN2013203458737U patent/CN203285412U/zh not_active Withdrawn - After Issue
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