[实用新型]一种火焰热裂解破岩实验装置

说明书

本实用新型提供了一种火焰热裂解破岩实验装置。该火焰热裂解破岩实验装置包括注入单元、反应单元、冷却单元和测量存储单元；注入单元包括氧化剂供应机构和燃料气供应机构；反应单元包括反应腔、点火装置、点火控制器和岩石放置升降装置；冷却单元包括供水机构和环形冷却管；测量储存单元包括温度传感器和数据采集存储设备。本实用新型的火焰热裂解破岩实验装置结构较为简单，操作方便；通过点火控制器远程控制点火，保证了实验的安全；冷却结构设计新颖，利于反应腔冷却；岩石放置升降装置能够方便控制火焰喷嘴到岩样之间的距离和喷射点，能够保证实验操作的安全；本实验装置可为科研人员开展热裂解实验，探索热裂解机理提供设备基础。

技术领域

本实用新型属于能源开采技术领域，涉及一种火焰热裂解破岩实验装置。

背景技术

全国石油资源总量的40％集中于西部地区，而其中73％埋藏在深部地层，必须依靠钻深井和超深井进行勘探与开采。而深部地层岩石硬度高，钻进困难，对石油钻井提出了更高的要求。结合国内外研究进展，发展并完善新型钻井方法，对促进深层油气的勘探开发具有重要意义。

所谓岩石热裂解指的是岩石表面在某一范围受热条件下，在岩石内部产生微裂缝，并诱导天然裂缝进一步扩展，最终形成宏观裂缝，使得岩石破碎。破裂过程可以分为三个阶段：1、起裂阶段：岩石在非均匀热应力作用下产生微裂缝；2、扩展阶段：微裂缝与天然裂缝不断加速扩展；3.剥离阶段：微裂缝发展为宏观裂缝，岩屑从岩石表面剥离，露出新鲜岩面。岩石热裂解特别适用于破碎硬脆性岩石。

岩石热应力主要来源于以下三个方面：1、岩石内部基质颗粒由于不同的膨胀系数所产生的应力；2、孔隙内部流体受热膨胀所产生的热应力；3、温度梯度产生的热应力。在岩石热裂解过程中，岩石在热作用下破碎机理复杂，岩石的非均质程度，岩石物理性质，岩石成分等都会影响热裂解过程。因此，需要进一步探索热裂解实验机理。

目前，激光、红外线、火焰等都可以诱导岩石热裂解，其中，火焰热裂解是研究较多的一种热裂解方式，并已经成功应用于钻井生产。目前有两家公司在工业应用中发展了火焰热裂解钻井系统：the Linde Air Division of Union Carbide和BrowningEngineering。其中，Browning Engineering在20世纪60年代制造了手持岩石裂解工具，在70年代发展了可钻300米以上的车载式热力射流钻井系统。但是尚未见到热裂解技术用于深井钻井的研究报道。而另一方面，基于热裂解技术的流体热裂解和热力射流技术在近年来受到了较多的关注。因此，开展热裂解破岩实验，深入研究热裂解破岩机理和在深井破岩的可行性，一方面可为深部地层油气资源的开发提供一种可能的新思路，另一方面可为流体热裂解和热力射流技术提供一定理论基础。在进行热裂解破岩实验时，反应腔均在高温条件下进行操作，管壁冷却的效果都对工具的效率和寿命有重要影响，管壁冷却效果越好，工具可使用时间越长，寿命越长；同时，对岩样进行热裂解破岩实验时，需要不断调整反应腔的火焰喷嘴到岩样的距离和喷射点，然而反应腔体壁温度较高，手动调整会存在安全隐患。

实用新型内容

为了解决上述现有技术中的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种火焰热裂解破岩实验装置。该装置结构较为简单，操作方便、安全；可为科研人员开展热裂解实验，探索热裂解机理提供设备基础。

本实用新型的目的通过以下技术方案得以实现：

本实用新型提供一种火焰热裂解破岩实验装置，该火焰热裂解破岩实验装置包括注入单元、反应单元、冷却单元和测量存储单元；

所述注入单元包括氧化剂供应机构和燃料气供应机构；

所述反应单元包括反应腔、点火装置、点火控制器和岩石放置升降装置；

所述冷却单元包括供水机构和环形冷却管；

所述测量储存单元包括温度传感器和数据采集存储设备；