煤异常热变模拟装置
专利汇可以提供煤异常热变模拟装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且煤 异常热变模拟装置，应用于煤成气室内模拟实验。特征是：高温高压热变仓内固定有电加热棒。高温高压热变仓内有 温度 传感器 ，温度传感器连接高温高压热变仓外部的 温度控制 表A。在高温高压热变仓的端部固定有管线，管线连接有压 力 表，能测量高温高压热变仓内的压力。管线连接一个四通，四通分别连接有安全 阀 、进气管线和排气管线，在进气管线上安装有进气阀 门 ；排气管线上安装有排气阀门。效果是：能对煤心进行高温、高压条件下的煤 变质作用 的物理模拟实验，模拟煤成气的生成、运聚和富集的过程。在实验前不需要对煤心做加工处理。，下面是煤异常热变模拟装置专利的具体信息内容。
1、一种煤异常热变模拟装置，主要由高温高压热变仓和计算机采集处理系统组成，计算机采集处理系统包括温度传感器、压力传感器和温度控制器、压力控制器以及计算机，其特征在于：高温高压热变仓(2)内固定有电加热棒(8)，高温高压热变仓(2)内有温度传感器，温度传感器连接高温高压热变仓(2)外部的温度控制表A(9)，在高温高压热变仓(2)的端部固定有管线，管线连接有压力表(7)，管线连接一个四通(5)，四通(5)分别连接有安全阀(6)、进气管线(11)和排气管线(12)，在进气管线(11)上安装有进气阀门(4)；排气管线(12)上安装有排气阀门(3)。
2、 如权利要求l所述的煤异常热变模拟装置，其特征在于所述的 高温高压热变仓（2)由下堵头（13)、筒体（14)、电加热棒（8)、密封套 (17)、压帽（18)、通液环（19)、过滤网（20)、密封圈（21)、垫圈（22)、 封头压盖（23)、上堵头（24)和收紧帽（25)组成，筒体（14)是厚壁钢管， 筒体（14)的厚度在10〜30毫米之间，内径在50〜90毫米之间，长度 在400〜800毫米之间，在筒体（14)的一端焊接有下堵头（13)，将筒体 (14)的一端进行封堵，筒体（14)另一端有内螺纹，在筒体（14)另一端 内固定有上堵头（24)，上堵头（24)—端为圆柱形，上堵头（24)有轴向 通孔，轴向通孔外端连接管线，上堵头（24)的外圆为阶梯形，使上堵 头（24)与筒体（14)之间形成环形空间，在上堵头（24)与筒体（14)之间 的环形空间内有封头压盖（23)，封头压盖（23)的中心孔套在上堵头（24) 外部，封头压盖（23)的外螺纹与筒体（14)端部内螺纹配合，在所述的 环形空间内有密封圈（21)和垫圈（22)，在上堵头（24)的内端面处有过 滤网（20)和通液环（19)，在筒体（14)的外壁上有电加热棒安装孔，在 电加热棒安装孔上焊接有接头（16)，压帽（18)与接头（16)螺纹连接，压帽(18)和接头（16)有中心孔，能安装电加热棒（8)。
3、如权利要求1或2所述的煤异常热变模拟装置，其特征在于: 在筒体（2)的外部包裹有保温套（1)，在保温套（1)内部有温度传感器， 温度传感器连接有温度控制表B(IO)。
煤异常热变模拟装置
技术领域
背景技术
6. 8X1012m3之多。因此成为我国新能源战略发展中较为重要的一部 分。中国很多地区的天然气资源为煤成气，这与中国的多数煤层在沉 积后经历了多期次的构造运动以及岩浆热变质事件密切相关。由于美 国地质条件简单，煤变质以深成变质作用为主，没有经历异常高古地 热场演化，没有必要研制相关的实验设备来开展异常热事件的物理模 拟工作。
国内对常规油气生油岩的热模拟工作开展的较多。卢双舫等(1996 年)借助热解实验技术和PY-GC分析技术分别建立了烃源岩有机质成 油和成气的动力学模型，并在数学优化求解上作了比较深入的工作； 刘全有等(2001,2002年)对塔里木盆地侏罗系烃源岩以及烃源岩加不同 介质等4个系列以50。C为一温阶，从250〜55(TC进行热模拟实验，并 对其气体产物、液态有机质进行了系统分析，进而研究成烃过程及各 组分产气率；段毅等在20°C/h和2°C/h两种升温速率条件下对沁水盆 地上古生界烃源岩开展热模拟实验，探讨了温度变化对煤成气组分、烃类气体产率、非烃类气体产率的影响；吴保祥等采用高温高压多冷 阱热解实验装置，在温度和压力分别为336.8〜600。C和50MPa，升温 速率为20°C/h和2°C/h条件下对泥炭进行热解生气的模拟实验，获得 了烃类甲烷和C2〜C5气体以及非烃二氧化碳、氢气和硫化氢气体的产率 和体积分数数据，研究了热模拟产物气体的组分特征和热演化过程。 以上工作用到的实验设备及其实验结果主要是来研究烃源岩在不同温 度和压力下的产气率、气体组分等特征，而没有对煤的生成、运聚和 富集的机理和模式进行研究。以上实验设备仅仅针对常规的石油天然 气特点设计和制造。由于煤成气的生成、运聚和富集的机制与常规天 然气有本质的差别，常规的石油天然气领域的设备不能应用到煤成气 实验技术的领域。
工程技术人员为解决常规油气设备不能应用到煤成气实验的问 题，针对煤成气的特点研制了实验仪器。目前已经定型的国内外煤成 气领域的试验设备和技术方法很多，如煤层工业分析、含气量测试、 吸附等温线测定、煤储层孔隙度、相对渗透率等等，但基本上围绕着 储层特征评价和盖层特征评价展开，为煤成气资源评价和地质选区服 务的，测试参数主要为孔隙度、渗透率、煤灰分、挥发分、固定碳、 吨煤含气量、吸附量、扩散系数和封盖性能等，没有专门用于深入研 究构造热事件引起的高煤阶煤成气生气过程、运聚特征及富集机理的 试验装置。如中国专利申请号为200410074732. 1的煤层气成藏模拟装 置。该装置有气体增压泵、恒温柜、控制系统及其计算机采集处理系 统所组成。其中控制系统包括温度控制、平流泵控制、真空泵控制； 计算机采集处理系统中包括温度传感器、压力传感器，以及计算机处 理系统，将传感器采集到的数据直接输入到计算机进行处理。其特征 是在恒温柜中有一个多功能岩心仓，该发明设计了煤心支架，解决了 煤心模拟的问题。这种实验装置能模拟不同温度和压力下煤层气的保存条件，能研究煤层气的运移方式和封盖能力。该仪器设备仅仅对煤 层气这种气体的成藏机理和过程进行研究，模拟所使用的煤层气来源 于工厂所提供的成品气体，不是该成藏模拟装置所生成的煤成气，也 就是该装置本身不生成气体，需要人工或外界往系统注入气体才能开 展煤层气成藏模拟实验。该仪器设备不能研究煤岩生气过程，无法对 生成后的煤成气进行运聚和富集研究，存在一定不足。另外该装置对
煤成气成藏模拟研究中，在实施方式中提到所能达到的最高温度为100
度，仅仅能模拟低温条件，对高温条件无法进行模拟研究。
对于煤岩生气、运聚和富集机制规律研究，目前国内还是空白， 国外也没有开展相关的工作，中国煤成气资源量巨大，分布在众多的 油气盆地中，研究煤成气的生成、运聚和富集的机理对于开发利用大 型油气盆地的煤成气资源具有重要意义。所以建立煤异常热变模拟装 置迫在眉睫，是进行煤成气基础理论研究必不可少的设备。
实用新型内容
本实用新型的目的是：提供一种煤异常热变模拟装置，能完成煤 岩生气过程的模拟，而且能完成煤成气运聚和富集的模拟，同时煤心 不需要特殊处理，避免加工处理造成的各种负面影响。克服现有的煤 成气成藏模拟成藏装置不能自身生成气体和不能进行温度在1000度以
上、压力在40MPa以上的高温高压模拟试验的不足。
本实用新型采用的技术方案是：煤异常热变模拟装置，主要由高 温高压热变仓和计算机采集处理系统组成。计算机采集处理系统包括 温度传感器、压力传感器和温度控制器、压力控制器以及计算机。本 领域科技人员能完成温度、压力的计算机采集处理系统，不详细叙述。
其特征在于：高温高压热变仓内固定有电加热棒。高温高压热变仓内
有温度传感器，温度传感器连接高温高压热变仓外部的温度控制表A。在高温高压热变仓的端部固定有管线，管线连接有压力表，能测量高 温高压热变仓内的压力。管线连接一个四通，四通分别连接有安全阀、
进气管线和排气管线，在进气管线上安装有进气阀门；排气管线上安 装有排气阀门。
所述的高温高压热变仓由下堵头、筒体、电加热棒、密封套、压 帽、通液环、过滤网、密封圈、垫圈、封头压盖和上堵头组成。筒体 是厚壁钢管，筒体的厚度在10〜30毫米之间，内径在50〜90毫米之 间，长度在400〜800毫米之间。在筒体的一端焊接有下堵头，将筒体 的一端进行封堵。筒体另一端有内螺纹。在筒体另一端内固定有上堵 头，上堵头一端为圆柱形，能在筒体内滑动。上堵头有轴向通孔，轴 向通孔外端能连接管线。上堵头的外圆为阶梯形，使上堵头与筒体之 间形成环形空间。在上堵头与筒体之间的环形空间内有封头压盖，封 头压盖的中心孔套在上堵头外部。封头压盖的外螺纹与筒体端部内螺 纹配合。在所述的环形空间内有密封圈和垫圈，封头压盖旋紧后，封 头压盖端部能压紧垫圈和密封圈，使筒体密封。在上堵头的内端面处 有过滤网和通液环。即在筒体内装满煤心后，在煤心上先放入通液环， 然后放入过滤网，用上堵头压在过滤网上，然后放入密封圈和垫圈， 最后旋紧封头压盖。在筒体的外壁上有电加热棒安装孔，在电加热棒 安装孔上焊接有接头，压帽与接头螺纹连接，压帽和接头有中心孔， 能安装电加热棒，为筒体内的煤心加热。
为了使筒体的温度减少散失，在筒体的外部包裹有保温套。为了 能监测到保温套内部的温度，在保温套内部有温度传感器，温度传感 器连接有温度控制表B。
在实验中，把设计制作好的岩心或岩心及煤心组合装入筒体内，封 号上堵头，盖好收紧帽，并装上电加热棒、温度传感器和压力传感器， 然后将高温高压热变仓装入组合式保温箱体内。同时打开进气阀门，注入氮气到3MPa。然后利用实验预定好的温度、增温速率及压力对样 品进行加热，模拟异常构造热事件，通过温度控制表和压力表及计算 机数据采集系统采集数据，实验结束后先打开排气阀，然后放置知道 气体全部释放，最后打开筒体。利用数据处理软件分析采集到温度、 压力数据，研究不同岩心组合、不同气体介质在高温高压条件煤变质 作用过程，分析变质作用过程中煤储层物性变化特征、煤成气运聚规 律及构造热事件的控气机理。
本实用新型的有益效果：本实用新型煤异常热变模拟装置，采用高 温高压热变仓结构，在实验前不需要对煤心做加工处理，直接采用钻 井岩心，克服了二次采样对煤心的污染和误差。高温高压热变仓能对 煤心进行高温、高压条件下的煤变质作用的物理模拟实验，模拟煤成 气的生成、运聚和富集的过程，从而研究煤成气的富集机理。能加深 对煤成气成因的认识和理解，是一种具有创新性的新设计。
装置能完成以下三方面的具体工作：
(1) 能够模拟高温和高压条件下的煤变质作用过程。
(2) 能够模拟不同阶段的煤岩生气过程，同时能够精确计量生成气
体的数量，分析各个阶段煤的割理裂隙发育特征，研究储层物性的变 化规律。
(3) 能够模拟岩浆热变质作用引起的异常构造热事件，探索煤成气
运聚规律及构造热事件对煤成气改造、破坏和富集的控制作用。 附图说明
图1是本实用新型煤异常热变模拟装置的流程示意图，也是高温
高压热变仓2、保温套l、安全阀5、排空阀门3、进气阀门4、压力表 7、温度表9、电加热棒8、进气管线IO、排气管线11和四通5等之间 的安装位置和连接关系示意图。图2是高温高压热变仓的示意图。
图中，l.保温套，2.高温高压热变仓，3.排空阀门，4.进气阀门， 5.四通，6.安全阀，7.压力表，8.电加热棒，9.温度控制表A， 10.温 度控制表B， ll.进气管线，12.排气管线，13.下堵头，14.筒体，15. 煤心，16.接头17.密封套，18.压帽，19.通液环，20.过滤网，21.密 封圈，22.垫圈，23.封头压盖，24.上堵头，25.收紧帽，
具体实施方式
参阅图1。本实用新型煤异常热变模拟装置，主要由高温高压热变 仓和计算机采集处理系统组成。计算机采集处理系统包括温度传感器、 压力传感器和温度控制器、压力控制器以及计算机。
高温高压热变仓2内固定有电加热棒8。高温高压热变仓2内有一
个温度传感器，温度传感器连接高温高压热变仓2外部的温度控制表 A9。在高温高压热变仓2的端部固定有两条管线， 一条管线连接有压 力表7，能测量高温高压热变仓2内的压力。另一条管线连接一个四通 5，四通5又分别连接有一个安全阀6、 一条进气管线ll和一条排气管 线12。在进气管线11上安装有进气阀门4;排气管线12上安装有排 气阀门3。安全阀6的作用是当高温高压热变仓压力超过设定压力时， 自动打开放空阀，以保证实验的安全性。高温高压热变仓2的筒体2 外部包裹有一层复合保温套1。在保温套1内部固定有一个温度传感器， 温度传感器连接有一个温度控制表B10，能监测到保温套1内部的温度。 参阅图2。高温高压热变仓2由下堵头13、筒体14、电加热棒8、 密封套17、压帽18、通液环19、过滤网20、密封圈21、垫圈22、封 头压盖23、上堵头24和收紧帽25组成。筒体14是厚壁钢管，筒体14外径为90毫米，内径为70毫米，长度是550毫米。高温高压热变 仓2是一个耐高温高压的容器，最高温度可达1200度，压力可达60MPa。
在筒体14的一端焊接有下堵头13，将筒体14的一端进行封堵。 筒体14另一端有内螺纹。在筒体14另一端内有上堵头24，上堵头24 一端为圆柱形。上堵头24有两个轴向通孔，，轴向通孔外端连接两条管 线。 一条管线连接压力表7，监测筒体14内的试验压力。 一条管线连 接四通5。上堵头24的外圆为阶梯形，使上堵头24与筒体14之间形 成环形空间。在上堵头24与筒体14之间的环形空间内有封头压盖23， 封头压盖23的中心孔套在上堵头24外部。封头压盖23的外螺纹与筒 体14端部内螺纹配合。在所述的环形空间内有密封圈21和垫圈22。 在上堵头24 (70毫米）的内端面处有过滤网20和通液环19，通液环 表面呈网眼状，液体可以通过，同时分割煤心样品与封头压盖23。收 紧帽25为一个大型螺丝帽，内径75毫米，主要通过螺丝与上堵头24 连接，主要起到紧固、密封的作用。
参阅图2。在筒体14的中间外壁上有电加热棒安装孔，在电加热 棒安装孔上焊接有接头16，压帽18与接头16螺纹连接，压帽18和接 头16有中心孔，中心孔安装有一个电加热棒8和一条温度传感器的连 接线。电加热棒8为煤心15加热。温度传感器的连接线与外部的温度 控制表A9连接，监测煤心15的试验温度。在压帽18与接头16之间 有一个密封套17，当旋紧压帽18后，密封套17被压紧，起到密封作 用。
计算机采集系统及软件，不属于发表的保护范围，不详细叙述。
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