[发明专利]油页岩高温热解时导热、膨胀与裂纹扩展的综合测试装置

权利要求书

1.一种油页岩高温热解时导热、膨胀与裂纹扩展的综合测试装置，其特征在于：包括实验系统(A)、设置在所述实验系统(A)内的加热系统(B)、与所述实验系统(A)连通的收集系统(C)、与所述实验系统(A)电性连接的控制及数据采集系统(D)；

所述实验系统(A)包括实验腔外壳(1)，所述实验腔外壳(1)的前后两面嵌设有耐高温隔热玻璃(26)，所述实验腔外壳(1)内设有试件容器(7)，所述试件容器(7)内放置有试件，所述试件的底部设有循环水冷装置(25)，所述实验腔外壳(1)的顶部设有伺服压力机(2)，所述伺服压力机(2)的输出端连接有传力板(3)，所述传力板(3)与所述试件容器(7)上下对应设置；

所述加热系统(B)包括保温层(4)，所述保温层(4)固定在所述实验腔外壳(1)的左右两侧面上，所述保温层(4)位于实验腔外壳(1)内侧的端面上固定有第一发热元件(5)，所述试件的顶面上设有第二发热元件(14)，所述第二发热元件(14)为环形云母电热片；

所述收集系统(C)包括水浴冷却装置(11)，所述水浴冷却装置(11)位于所述实验腔外壳(1)的外部，所述水浴冷却装置(11)内设有页岩油收集容器(12)，所述页岩油收集容器(12)连通有导气管(9)的一端，所述导气管(9)的另一端连通在所述试件容器(7)的底端；

所述控制及数据采集系统(D)包括计算机(19)，所述计算机(19)通过导线连接有红外测温仪(6)、测温组件、耐高温摄像头(23)、压力传感器(13)、位移传感器(18)。

2.根据权利要求1所述的油页岩高温热解时导热、膨胀与裂纹扩展的综合测试装置，其特征在于：所述位移传感器(18)位于所述实验腔外壳(1)的顶部，所述位移传感器(18)的一侧对应设置有位移传递棒(17)，所述位移传递棒(17)伸入所述实验腔外壳(1)的顶面并连接在所述传力板(3)的顶面上。

3.根据权利要求2所述的油页岩高温热解时导热、膨胀与裂纹扩展的综合测试装置，其特征在于：所述实验腔外壳(1)的顶面上开设有通孔，所述位移传递棒(17)伸入通孔连接传力板(3)，所述通孔内安装有保温装置(16)，所述保温装置(16)、保温层(4)均为耐火纤维保温层材料。

4.根据权利要求1所述的油页岩高温热解时导热、膨胀与裂纹扩展的综合测试装置，其特征在于：所述测温组件包括第一K型热电偶(8)和第二K型热电偶(15)，所述实验腔外壳(1)的底面上开设有凹槽，所述第一K型热电偶(8)固定在凹槽内，所述第一K型热电偶(8)设置在所述试件的底面上，所述传力板(3)的底面上开设有凹槽，所述第二K型热电偶(15)固定在凹槽内，所述第二K型热电偶(15)与所述试件的顶面对应设置。

5.根据权利要求1所述的油页岩高温热解时导热、膨胀与裂纹扩展的综合测试装置，其特征在于：所述试件容器(7)的内侧壁上开设有凹槽，所述压力传感器(13)固定在所述凹槽内，所述红外测温仪(6)设置在实验腔外壳(1)内。

6.根据权利要求1所述的油页岩高温热解时导热、膨胀与裂纹扩展的综合测试装置，其特征在于：所述耐高温摄像头(23)嵌设在所述实验腔外壳(1)的左侧，所述耐高温摄像头(23)的镜头端套接有隔热玻璃罩(24)。

7.根据权利要求1所述的油页岩高温热解时导热、膨胀与裂纹扩展的综合测试装置，其特征在于：所述伺服压力机(2)连接有第一控制开关(20)，所述第一发热元件(5)连接有第二控制开关(21)，所述第二发热元件(14)连接有第三控制开关(22)。

8.根据权利要求7所述的油页岩高温热解时导热、膨胀与裂纹扩展的综合测试装置，其特征在于：所述第一控制开关(20)、第二控制开关(21)、第三控制开关(22)分别连接计算机。

9.根据权利要求1所述的油页岩高温热解时导热、膨胀与裂纹扩展的综合测试装置，其特征在于：所述导气管(9)上安装有阀门(10)。

10.一种油页岩高温热解时导热、膨胀与裂纹扩展的测试方法，基于权利要求1-9所述的油页岩高温热解时导热、膨胀与裂纹扩展的综合测试装置，其具体步骤为：步骤1：将油页岩制备成高200mm，半径50mm的圆柱形试件，将试件放入试件容器(7)中,通过第一控制开关(20)控制伺服压力机(2)，为试件提供恒定的竖向压力；

步骤2：将实验装置密封好，通过第二控制开关(21)控制第一发热元件(5)的加热功率，当红外测温仪(6)测定达到设定温度后，通过伺服控制系统保持实验腔恒温，同时记录油页岩样品每上升10℃位移传感器(18)所检测的位移值X，通过公式：

计算油页岩的线膨胀系数，其中：

α——油页岩线膨胀系数

ΔX——位移传感器两次检测位移差值

L——试件长度

ΔT——两次记录的温差；

步骤3：在观察无页岩油产生后说明油页岩热解完全，通过第一控制开关(20)逐步加大伺服压力机(2)所提供的压力值直到位移传感器归零，记录竖直方向增加的压力及侧向压力传感器(13)测得的数值，即为热解后油页岩竖直方向和水平方向的膨胀力；

步骤4：关闭第一发热元件(5)，关闭阀门(10)，使实验腔恒温密封隔热，打开循环水冷装置(25),通过第三控制开关(22)设定第二发热元件(14)的恒定加热功率Q，待该状态下装置再次达到稳定，即在红外测温仪(6)测定实验腔温度再次恒定后，记录第二K型热电偶(15)、第一K型热电偶(8)所记录的试件上下表面的温度T1、T2，通过公式:

计算热解后高温条件下的导热系数，其中：

λ——油页岩导热系数

Q——发热元件15的恒定加热功率Q

F——试件横截面面积

L——试件长度。