[发明专利]一种柔性均热导管长时高温加热装置

说明书

一种柔性均热导管长时高温加热装置，包括柔性均热导管、外部加热系统及外部冷却系统；柔性均热导管包括柔性外管体和柔性内管体；柔性外管体同轴套装在柔性内管体外侧；柔性外管体与柔性内管体之间环向空间为冷却液通道；柔性内管体内部空间为加热液通道；柔性外管体两端分别开设有冷却液接入口和冷却液排出口；柔性内管体两端管口分别作为加热液接入口和加热液排出口；外部加热系统通过加热液接入口和加热液排出口与加热液通道相连通；外部冷却系统通过冷却液接入口和冷却液排出口与冷却液通道相连通；柔性外管体外表面沿圆周方向均匀分布有柔性散热片；柔性外管体外表面沿管体长度方向分布有温度传感器；若干柔性均热导管平行分布于试样内部。

技术领域

本发明属于岩石力学试验技术领域，特别是涉及一种柔性均热导管长时高温加热装置。

背景技术

随着能源、资源、水利水电、交通与环境等工程不断向深部发展，深埋隧道、深部采矿工程的埋深已达到3000m级，深层油气及地热储层的埋深更是达到10000m级。深部岩体还具有赋存温度高的特点，以一般地热增温规律看，每增加100米深度，温度会升高3℃，因此10000m埋深的岩体原始温度可高达300℃。

高温是诱发深部岩体工程灾害的关键因素。对于深埋隧道、深部采矿等工程，在高温作用下，围岩破坏更为剧烈，岩爆、大变形灾害频发。高地温使得深部矿井面热害问题显著，导致生产效率降低，诱发的井下安全事故显著增加。对于深部油气开发、封存与地热工程，高温会对钻井液产生显著影响，造成钻井液体系不稳定，使得地层面临着可钻性等级低、钻头使用寿命低、机械钻速低、经济效益低等难题。此外，在开发过程中，受高温影响，钻井中的套管更易产生变形与损坏，导致油气开采效率低下。

综上，深部地层的高地温会导致深部岩体工程灾害显著，造成安全事故增多、财产损失大以及工期显著延误。

为了真实反映深部地层复杂赋存环境、复杂地质条件及工程活动等因素，可构建超大型深部工程灾害物理模拟设施，以满足m级尺寸试样的室内试验，解决cm级尺寸试样室内试验和km级现场开发中尺寸效应，揭示深部岩石工程灾害的机制、推动深层岩体工程安全高效开挖、深部油气安全高效开发等核心技术建立。

在超大型深部工程灾害物理模拟设施中，m级尺寸试样温度的施加是还原深部岩体工程温度赋存环境、准确揭示深部岩体工程灾害机制的关键。物理模型试验采用相似材料模拟深部岩体，但相似材料强度较低，温度的施加首先应保证尽量不影响模型的力学性质，即加热装置的刚度越小越好。

针对m级尺寸的超大模型试样来说，为了使试样表面及内部温度均匀一致，必须提高温度的施加面积，以提高温度施加的效率。同时，为了还原深部岩体的赋存环境，物理模型试验必须考虑流体的施加，因此超大模型试样的温度施加必须考虑防水问题。此外，为了实现超大模型试样加热温度的均匀性，物理模型试验加热必须在试样内部施加，且加热范围应尽量增加。

然而，现有的m级相似物理模型试验装置未考虑10000m埋深的高地温施加能力，因此无法实现300℃高温环境的施加。现有的cm级别岩石力学试验装置采用的加热方式有两种，分别为电阻丝加热方式和电磁感应加热方式。

针对电阻丝加热方式来说，存在加热效率低、能量耗散大、防水困难等缺陷，使用寿命多为3-5年。此外，电阻丝加热骨架还存在刚度高的问题，而高刚度骨架会影响超大模型试样的力学性质。

针对电磁感应加热方式来说，虽然使用寿命可达10-15年，但其同样存在加热器刚度高的问题，高刚度的加热器也会影响超大模型试样的力学性质，且电磁加热也存在防水难题。

因此，现有的电阻丝加热方式和电磁感应加热方式均无法应用于超大型深部工程灾害物理模拟设施。

发明内容