[发明专利]高压条件下岩石热物性测试系统与方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高压条件下岩石热物性测试系统，属于岩石热物性测试技术领域。

背景技术

地球内部岩层热物性，是地球内部热结构、热演化及地球动力学研究中最基础的物性参数。而不同的温、压条件下，岩石热物性存在差异。因此，深入开展不同围压条件下岩石热物性测试研究具有非常重要的意义。

目前，已有的高压条件下岩石热物性测试方法和系统，是通过将热物性测试探头(包括加热源和温度传感器)与岩石样品事先组装好，一同安置在耐压罐内。启动加压泵，将耐压罐内围压加到预定压力后，维持一段时间，待整套系统的温度达到平衡后，再开启热物性测试系统进行电加热，同时监测岩石内部温度变化，从而完成不同围压条件下的热物性测试。

上述现有的测试方法与系统，必需主动进行电加热(比如以恒定电流通过加热丝)作为瞬态法热物性测试所需的“热源”。因此，加热源和温度传感器必需同时安置在岩石内部，使得测试系统相对较为复杂。而且热物性参数测试对环境温度的恒温性要求特别高，而实验室条件下进行热物性测试过程中，测试系统通常直接与空气接触，很难在一个相对恒温的环境下进行测试。由于环境温度的波动难以控制，导致测试结果往往受到较大影响。

这种测试方法与技术，必需主动进行电加热(比如以恒定电流通过加热丝)作为瞬态法热物性测试所需的“热源”。

而我们的实验结果表明：地壳常见岩石的应力-温度响应系数(ΔT/Δσ)比较小(只有2～6mK/MPa)，而传压介质(比如硅油)的应力-温度响应系数则高达138.74mK/MPa，比地壳常见岩石的应力-温度响应系数高2个数量级。因此，围压瞬间升高后，岩石样品与传压介质之间就存在温差。因此，本发明通过实时监测耐压罐内围压瞬间升高过程中岩石样品表面、中心温和传压介质的温度变化，结合有限元数值反演方法，即可获得高压条件下岩石样品的热物性参数(热导率/thermal conductivity、热扩散率/thermal diffusivitiy、及体积热容/volumetric heat capacity)。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种高压条件下无需电加热“热源”的岩石热物性测试系统，其只在岩石样品中心、表面及传压介质中各安置一个温度传感器，通过快速打开排泄阀来实现岩石样品的瞬间加载，并监测围压瞬间升高过程中岩石样品中心、表面级传压介质的温度变化，利用建立的有限元数值反演模型，结合全局优化方法，即可获得高压条件下岩石样品的热物性参数。从而实现了无电加热“热源”的瞬态热物性测试，大大简化了高压条件下岩石热物性测试系统及其操作程序。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种高压条件下岩石热物性测试系统，其包括二个耐压罐、高压泵、温度监测模块以及围压监测模块，其中，第一耐压罐中内形成第一空腔，第二耐压罐内形成一第二空腔，所述第一空腔和第二空腔内均充满传压介质，向第一耐压罐中输送传压介质的高压泵通过第一连通管道与第一空腔相连，在所述第一连通管道上安装有第一排泄阀和第一压力传感器；在所述第二空腔内安装一岩石样品，所述岩石样品的中心及外表面以及第二空腔的传压介质中分别安装有第一温度传感器、第二温度传感器和第三温度传感器，所述第一空腔和第二空腔之间通过第二连通管道相连通，在所述第二连通管道上安装有第二排泄阀和第二压力传感器，所述第二空腔还与一第三排泄阀相连通；所述第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器的输出端均与温度监测模块的输入端相连，所述第一压力传感器和第二压力传感器的输出端均与围压监测模块的输入端相连。

所述岩石样品的外表面设置有用于对岩石样品进行封装的橡胶套，所述岩石样品的上、下两端均通过硬质硅胶密封。

所述岩石样品为圆柱状。

所述传压介质为硅油，当然也可以是植物油、去离子水等。

本发明的另一目的在于提供一种无需电加热“热源”的高压条件下岩石热物性测试方法，其只在岩石样品中心、表面及第二耐压灌内传压介质中各安置一个温度传感器，通过快速打开排泄阀来实现岩石样品的瞬间加载，并监测围压瞬间升高过程中岩石样品中心、表面级传压介质的温度变化，利用建立的有限元数值反演模型，结合全局优化方法，即可获得高压条件下岩石样品的热物性参数。从而实现了无电加热“热源”的瞬态热物性测试，大大简化了高压条件下岩石热物性测试系统及其操作程序。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种高压条件下岩石热物性测试方法，其包括以下步骤：