[实用新型]一种研究深部花岗岩微波破碎的实验装置

说明书

本实用新型公开了一种研究深部花岗岩微波破碎的实验装置，主要由磁控管、连接器、升降支杆、波导管、微波辐射孔、破岩实验腔体、Z轴加载设备载体、Z轴定位升降设备、Z轴加载液压缸、Z轴加载钢板、加热电阻丝、传感器、花岗岩样品、X轴加载设备载体、X轴定位升降设备、X轴加载液压缸、X轴加载钢板、Y轴加载设备载体、Y轴定位升降设备、Y轴加载液压缸、Y轴加载钢板、高精度摄像头、红外热成像仪、显示台控制器组成，所述装置提供了高温、高压深部环境以及辐照后的真三轴实验，真实地还原现场微波辐照花岗岩，能有效的开展地热井下高温、高压岩石的微波破岩机理研究，对高温地热能的开发具有重要的意义。

技术领域

本实用新型专利属于深部岩体破碎研究领域，具体为一种研究深部花岗岩微波破碎的实验装置。

背景技术

随着社会逐渐进入一个绿色发展时代，新能源的利用也成了一个热门话题，在这种社会大环境下，地热能受到了广泛关注。地热能是指贮藏于地下高温岩石中，温度超过200℃的岩层中的热能，大多为花岗岩体。地热资源作为一种绿色的可再生资源，不失为一种能够克服困境的且能大力发展的方向，据统计，2008年地热资源利用使全国减排二氧化碳2500万吨，地热是生产热能、电能的重要可再生能源，是目前世界第三大可再生能源，并且我国地热储量十分庞大，如云南腾冲和西藏羊八井两地可开发地热资源量就超过1.56x10¹¹kwh。如何开采并利用地热资源，成为了行业亟须解决的问题，要从地下高温岩体将地热能提取出来需要在地层深处中的高温岩体上施工钻孔，因此高温地热能的开发离不开地热井的钻探；就目前技术而言，钻探现场大多采用常规液体钻井方式，由于在高温、高压状态下，岩石的性质如强度等会发生很大的变化，而常规液体钻井方式对于地下的髙温岩体性质的变化考虑较少，在钻探地热井时常会发生钻进效率低下，钻头破岩困难等情况，在高温高压状态下，如何提高破碎岩石效率成为了该行业关心的重要问题。

目前，传统的机械破岩方式主要有冲击破岩、切削破岩、冲击切削复合破岩等，这些方式对钻头材料的耐久性、安全性、高效性、成本性要求极高，在此背景下，行业寻找到了更为绿色、高效且灵活的硬岩破碎方法，即采用微波辐照预处理岩石辅助机械化施工来进行破岩，该方法的破岩效果及其性质成为了学者研究的重要内容。

微波是一种频率在0.3-300GHz范围内的电磁波，被广泛应用于材料加热和高温制备。相比于传统基于热传递的加热处理，微波加热的最大优势在于其对材料自发性、选择性的快速加热，通常来说，材料对于微波具有穿透、反射和吸收三种特性，采用微波破碎岩石正是利用了造岩矿物微波活性的差异，将温度梯度引入到了岩石内部，从而产生不均匀的热应力。当这些热应力超过了岩石中某些矿物内部或不同矿物之间的粘结强度时即产生了微裂缝，持续的微波辐照会使这些微裂缝不断发育，扩展形成宏观裂缝，逐步破坏了岩石结构的完整性，从而在加快岩石破碎效率的同时还减小了机械化施工过程中刀具的磨损。

地热资源储层岩石多为花岗岩，岩性坚硬，当采用“微波+机械”的方式处理井下高温岩石尤其是对于200℃以上的岩层温度具有很大的应用前景，井下岩石在微波辐照下的物理性质变化规律以及微波破岩规律尚不明确，因此有必要对地热井下高温高压岩石的微波破岩机理开展研究，现场研究微波辐照破岩效果及其性质很难实现，所以亟须设计一种装置来进行高温、高压下花岗岩微波破岩试验，揭示花岗岩微波辐照破碎机理，为岩石破碎理论的发展和深部高温岩石破碎方法研究提供理论参考。

本实用新型专利提供了一套现场模拟高温、高压下微波辐照装置，以更真实地还原现场微波辐照花岗岩，以及辐照后的真三轴实验探究，能有效的开展地热井下高温、高压岩石的微波破岩机理研究，以在工程实践中提高地热钻井效率。

发明内容

本实用新型专利解决的一个问题是：提供了高温、高压深部环境以及辐照后的真三轴实验装置，以更真实地还原微波辐照深部花岗岩，能有效的开展地热井下高温、高压岩石的微波破岩机理研究，对高温地热能的开发具有重要的意义。

一种研究深部花岗岩微波破碎的实验装置具体为：