[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

说明书

本发明公开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，包括实验系统、设置在实验系统内的加热系统、与实验系统连通的收集系统、与实验系统电性连接的控制及数据采集系统，本发明操作简单，高效，通过伺服压力机保持了岩体的垂直应力状态，能够在一次实验中系统地测定出在上覆地层自重压力作用下油页岩热解过程的线膨胀系数、油页岩的膨胀力及导热系数，提供了一种测定油页岩导热系数的新思路，该装置为可视化装置，克服了油页岩因热解，裂纹发展无规律、难以测定的难题。

技术领域

本发明涉及岩土热物理性质测试领域，特别是涉及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。

背景技术

随着世界经济与科技的发展，能源对人类的重要程度日益提高。由于人类对能源的消耗，世界的能源结构不断调整。特别是21世纪后，我国经济加速发展，而我国的能源现状是“富煤贫油少气”，故我国亟需找出一种可供使用的替代能源。油页岩作为一种石油的替代能源，在全世界分布广泛，储量巨大。我国的油页岩储量远超过国内的石油储量，排名世界第二。因此，加快油页岩开发勘探，尽快实现页岩油的工业化生产十分重要。

随着油页岩开采技术的发展，目前油页岩的原位转化技术是国内外研究的焦点。原位开采时，油页岩的热解发生在地下，热解后的半焦、残炭等直接留在地下，不会占用大量土地，不会对地面环境造成较大污染。但是该种开采方式目前仍处在试验阶段，对地下环境和地质的影响尚未明确，可能会引起地面塌陷地面沉降等多种地质问题，研究油页岩热解时的物理参数和热物理参数对于判断油页岩热解后地层的稳定性十分重要。

由于油页岩的热解导致常规的测量仪器无法应用于油页岩的热解过程，目前国内进行了许多有关油页岩热解的研究。但由于高温状态下油页岩热解时物质发生变化，并导致裂纹萌生与扩展，使得研究油页岩高温状态下的热物理系数和裂纹的扩展有一定的困难，专利号为“CN201310220946.4”的发明专利公开了一种高温高压热解反应的试验装置，该装置模拟了油页岩原位热解的条件，提供了油页岩热解的渗透性和力学性质的检测方法，但是无法测得油页岩的热物理参数，也无法观察记录油页岩热解过程中裂纹的扩展。可见国内外对于测量油页岩高温热解时热物理参数与裂纹扩展的专利文献存在技术空白。

发明内容

本发明的目的是提供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，以解决上述现有技术存在的问题，使其既能测定高温热解时油页岩的导热系数、线膨胀系数与膨胀力，又能观测油页岩热解时导致的裂纹扩展规律，达到综合测试的效果。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供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，包括实验系统、设置在所述实验系统内的加热系统、与所述实验系统连通的收集系统、与所述实验系统电性连接的控制及数据采集系统；

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

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

所述收集系统包括水浴冷却装置，所述水浴冷却装置位于所述实验腔外壳的外部，所述水浴冷却装置内设有页岩油收集容器，所述页岩油收集容器连通有导气管的一端，所述导气管的另一端连通在所述试件容器的底端；

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

优选的，所述位移传感器位于所述实验腔外壳的顶部，所述位移传感器的一侧对应设置有位移传递棒，所述位移传递棒伸入所述实验腔外壳的顶面并连接在所述传力板的顶面上。