本發(fā)明專利技術(shù)涉及L型粉末或塊狀有機巖超臨界水氧反應(yīng)裝置及其使用方法，屬于深部難采非常規(guī)或常規(guī)資源特殊開采技術(shù)領(lǐng)域；技術(shù)方案包括L型反應(yīng)釜、軸向傳壓桿、注水系統(tǒng)、注氧系統(tǒng)、排水（鹽）系統(tǒng)和油氣冷凝與收集系統(tǒng)，L型反應(yīng)釜的釜體中分為超臨界水氧反應(yīng)區(qū)，高溫油水區(qū)以及低溫氣體區(qū)；該反應(yīng)裝置可模擬超臨界水與氧協(xié)同原位熱解不同粒度塊狀或粉末狀有機巖石同時可以實時開采油氣的過程和特征，適用于埋深較大的地質(zhì)環(huán)境，能夠分段加熱，可實現(xiàn)有機巖分區(qū)域的超臨界水氧熱解反應(yīng)；油氣水可以實時高效分離；通過注氧系統(tǒng)向熱解后的樣品中注入氧氣，氧氣在水平段流動緩慢，保證與有機巖反應(yīng)充分，極大降低了爆炸風(fēng)險。極大降低了爆炸風(fēng)險。極大降低了爆炸風(fēng)險。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
L型粉末或塊狀有機巖超臨界水氧反應(yīng)裝置及其使用方法
[0001]本專利技術(shù)屬于深部難采非常規(guī)或常規(guī)資源特殊開采
，具體涉及L型有機巖超臨界水氧反應(yīng)裝置及其使用方法。
技術(shù)介紹
[0002]中國富有機質(zhì)巖石（煤、油頁巖等）儲量十分豐富。我國的國情是貧油少氣，有機質(zhì)巖石熱解可以形成油氣產(chǎn)物，這對于緩解我國目前石油緊缺現(xiàn)狀具有重要意義。不同埋深的資源儲量亦不同，對于500m以淺埋深的礦層，可以井工開采或者原位開采，原位開采直接在注熱井中注入高溫流體（>550℃），待有機質(zhì)充分熱解，流體產(chǎn)物便可從生產(chǎn)井排采。但對于深埋礦層，井工開采的難度極大，安全隱患問題嚴(yán)重，而原位開采由于高溫流體在長距離井筒內(nèi)傳輸，故散熱極為嚴(yán)重，注入常壓或者低壓高溫流體方案不可行。超臨界水兼有液體和氣體的優(yōu)點，還具有很好的傳質(zhì)、傳熱性質(zhì)，這些特性使得超臨界水常常被用作一種優(yōu)良的反應(yīng)介質(zhì)，當(dāng)水處于其臨界點（374.3℃，22.05MPa）的高溫高壓狀態(tài)時被稱為超臨界水，而深埋礦層所受的覆巖應(yīng)力很高，這就營造了流體的高壓環(huán)境，而其臨界溫度（374.3℃）也要遠(yuǎn)低于淺埋礦層熱解需要的流體溫度（550℃），這樣井筒的散熱對礦層有效熱解的影響很小，由此可見，超臨界水原位熱解深埋礦層是尤為可行的方案。
[0003]現(xiàn)有該領(lǐng)域內(nèi)的專利有CN 112299546 A、CN 112680246 A等，但現(xiàn)有的超臨界水反應(yīng)釜均是圓柱的厚壁筒形結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)單一，只能對有機巖進(jìn)行浸水狀態(tài)的升溫超臨界水反應(yīng)，其主要缺點如下：1、無法對樣品進(jìn)行應(yīng)力加載，不能實現(xiàn)原巖應(yīng)力條件的超臨界水熱解反應(yīng)。
[0004]2、無法實現(xiàn)分級加熱。
[0005]3、油氣水完全混合，不能同步實時分離。
[0006]4、釜內(nèi)輸入氧氣后其迅速垂直上升，與圓柱體反應(yīng)釜頂部生成的熱解氣混合會產(chǎn)生爆炸風(fēng)險。
技術(shù)實現(xiàn)思路
[0007]本專利技術(shù)克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出L型粉末或塊狀有機巖超臨界水氧反應(yīng)裝置及其使用方法，解決了有機巖超臨界水氧反應(yīng)裝置目前無法加載、無法分級加熱、易爆炸等問題。
[0008]為了達(dá)到上述目的，本專利技術(shù)是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的：L型粉末或塊狀有機巖超臨界水氧反應(yīng)裝置，包括L型反應(yīng)釜、軸向傳壓桿、注水系統(tǒng)、注氧系統(tǒng)、排水（鹽）系統(tǒng)和油氣冷凝與收集系統(tǒng)，所述L型反應(yīng)釜的長邊釜體中部設(shè)有卡環(huán)，所述卡環(huán)上設(shè)有下多孔板，所述L型反應(yīng)釜的長邊釜體的端部通過第一法蘭與所述軸向傳壓桿相連接，所述軸向傳壓桿設(shè)在所述L型反應(yīng)釜的長邊釜體中的一端設(shè)有上多孔板，所述上多孔板與所述下多孔板之間的區(qū)域構(gòu)成超臨界水氧反應(yīng)區(qū)，所述超臨界水氧反應(yīng)區(qū)內(nèi)填充熱解樣品，所述L型反應(yīng)釜的長邊釜體中卡環(huán)朝向短邊釜體的一端區(qū)域為高溫油水
區(qū)，短邊釜體側(cè)為低溫氣體區(qū)；所述高溫油水區(qū)的L型反應(yīng)釜的釜體的底部設(shè)有排水（鹽）孔，并與所述排水（鹽）系統(tǒng)相連接，上部設(shè)有第二熱電偶和壓力傳感器，所述的排水（鹽）系統(tǒng)包括第二背壓閥、閥門、第二換熱器和水槽；所述低溫氣體區(qū)的L型反應(yīng)釜的釜體上設(shè)有多級水循環(huán)冷卻腔，所述低溫氣體區(qū)的L型反應(yīng)釜的釜體下部設(shè)有液位計，中上部設(shè)有第三熱電偶，頂端設(shè)有第二法蘭，所述第二法蘭上設(shè)有安全閥，所述的油氣冷凝與收集系統(tǒng)包括氣水冷凝收集裝置和油水冷凝收集裝置，所述氣水冷凝收集裝置包括第一背壓閥、第一換熱器和氣水分離裝置，所述油水冷凝收集裝置包括第三背壓閥、第三換熱器和油槽，所述第二法蘭上設(shè)有孔，并與所述氣水冷凝收集裝置相連通，所述油水冷凝收集裝置設(shè)在所述低溫氣體區(qū)的L型反應(yīng)釜的釜體下部；所述超臨界水氧反應(yīng)區(qū)的L型反應(yīng)釜的釜體上連接有第四熱電偶、第五熱電偶、第六熱電偶，且套裝有加熱套，所述軸向傳動桿的中心軸位置鉆孔，并連接有第一熱電偶，所述軸向傳動桿的一側(cè)設(shè)有進(jìn)水腔，并與所述注水系統(tǒng)相連，另一側(cè)設(shè)有進(jìn)氣腔，并與所述注氧系統(tǒng)相連，所述軸向傳壓桿上設(shè)置有水循環(huán)冷卻腔；所述的注水系統(tǒng)包括水泵和第一單向閥，用于當(dāng)熱解樣品缺水時通過進(jìn)水腔向熱解樣品注水；所述的注氧系統(tǒng)包括氧氣瓶和第二單向閥，用于當(dāng)熱解樣品開始產(chǎn)生油氣產(chǎn)物后通過進(jìn)氣腔向熱解樣品注入氧氣。
[0009]進(jìn)一步的，所述的L型反應(yīng)釜的長邊釜體中部焊接有卡環(huán)。
[0010]進(jìn)一步的，所述超臨界水氧反應(yīng)區(qū)的長度為200mm~500mm，分為I區(qū)、II區(qū)和III區(qū)分段加熱，熱解過程中，I區(qū)首先作為熱解區(qū)，II區(qū)和III區(qū)作為預(yù)熱區(qū)；注氧后I區(qū)作為氧化放熱區(qū)，II區(qū)作為熱解區(qū)，III區(qū)作為預(yù)熱區(qū)；II區(qū)熱解完成后作為氧化放熱區(qū)，III區(qū)作為熱解區(qū)。
[0011]進(jìn)一步的，所述上多孔板與下多孔板的孔徑均小于熱解樣品的粒徑。
[0012]進(jìn)一步的，所述第三背壓閥與所述L型反應(yīng)釜的釜體相連接的水平管線高于所述液位計的底端位置。
[0013]進(jìn)一步的，該反應(yīng)裝置的使用方法的操作步驟為：1、在L型反應(yīng)釜的卡環(huán)上放置下多孔板，再在超臨界水氧反應(yīng)區(qū)填充預(yù)先浸水的樣品，固定第一法蘭，在軸向傳壓桿的端頭墊上多孔板，從而對樣品施加壓力；2、將L型反應(yīng)釜與排水（鹽）系統(tǒng)以及油氣冷凝與收集系統(tǒng)相連，設(shè)置第一背壓閥、第二背壓閥、第三背壓閥的壓力以及安全閥的壓力；3、在L型反應(yīng)釜的超臨界反應(yīng)區(qū)外圍布置加熱套，同時與注水系統(tǒng)、注氧系統(tǒng)相連，在水循環(huán)冷卻腔和多級水循環(huán)冷卻腔中通入循環(huán)水，通過加熱套對釜體進(jìn)行加溫，設(shè)定升溫速率及終溫溫度；4、在樣品加熱過程中，觀察氣水分離裝置出口是否有油氣產(chǎn)物產(chǎn)出，以及液位計的變化來調(diào)整注水系統(tǒng)是否向樣品內(nèi)補充水分；5、熱解一段時間后，超臨界水氧反應(yīng)區(qū)I區(qū)樣品熱解幾乎完成，關(guān)閉加熱套，通過注氧系統(tǒng)向樣品內(nèi)注入氧氣，同時監(jiān)測第一熱電偶、第二熱電偶、第三熱電偶、第四熱電偶、第五熱電偶和第六熱電偶的溫度變化，當(dāng)溫度低于終溫時再通過加熱套加熱釜體，一旦溫度達(dá)到終溫就停止加熱；6、待氣水分離裝置出口無法采出氣體產(chǎn)物、液位計氣水界面沒有油層時，試驗停
止，打開閥門，排放污水和鹽。
[0014]本專利技術(shù)相對于現(xiàn)有技術(shù)所產(chǎn)生的有益效果為：本專利技術(shù)通過設(shè)計L型粉末或塊狀有機巖超臨界水氧反應(yīng)裝置可以充分研究超臨界水原位熱解有機質(zhì)類巖石的機理和過程，可實現(xiàn)超臨界水的分級反應(yīng)，用于模擬超臨界水與氧協(xié)同原位熱解不同粒度塊狀或粉末狀有機巖石同時可以實時開采油氣的過程和特征，從而為現(xiàn)場實際提供理論依據(jù)。
[0015]具有以下優(yōu)點：1. 本L型反應(yīng)釜的超臨界反應(yīng)區(qū)為分段加熱，可實現(xiàn)有機巖分區(qū)域的超臨界水氧熱解反應(yīng)；2.油氣水可以實時高效分離；3.通過注氧系統(tǒng)向熱解后的樣品中注入氧氣，超臨界水反應(yīng)區(qū)為水平放置，氧氣在水平段流動緩慢，保證與有機巖反應(yīng)充分，極大降低了爆炸風(fēng)險。
附圖說明
[0016]下面結(jié)合附圖對本專利技術(shù)做進(jìn)一步描述：圖1是本專利技術(shù)所述有機巖超臨界水氧反應(yīng)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本專利技術(shù)所述有機巖超臨界水氧反應(yīng)裝置的分區(qū)原理結(jié)構(gòu)示意圖；圖中：1—水泵；2—第一單向閥；3—軸向傳壓桿；4—第一熱電偶；5—第二單向閥；6—氧氣瓶；7—水循環(huán)冷卻腔；8—第一法蘭；9—上多孔板；10—加熱套；11—本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點】
【技術(shù)特征摘要】
1.L型粉末或塊狀有機巖超臨界水氧反應(yīng)裝置，其特征在于，包括L型反應(yīng)釜、軸向傳壓桿、注水系統(tǒng)、注氧系統(tǒng)、排水（鹽）系統(tǒng)和油氣冷凝與收集系統(tǒng)，所述L型反應(yīng)釜的長邊釜體中部設(shè)有卡環(huán)，所述卡環(huán)上設(shè)有下多孔板，所述L型反應(yīng)釜的長邊釜體的端部通過第一法蘭與所述軸向傳壓桿相連接，所述軸向傳壓桿設(shè)在所述L型反應(yīng)釜的長邊釜體中的一端設(shè)有上多孔板，所述上多孔板與所述下多孔板之間的區(qū)域構(gòu)成超臨界水氧反應(yīng)區(qū)，所述超臨界水氧反應(yīng)區(qū)內(nèi)填充熱解樣品，所述L型反應(yīng)釜的長邊釜體中卡環(huán)朝向短邊釜體的一端區(qū)域為高溫油水區(qū)，短邊釜體側(cè)為低溫氣體區(qū)；所述高溫油水區(qū)的L型反應(yīng)釜的釜體的底部設(shè)有排水（鹽）孔，并與所述排水（鹽）系統(tǒng)相連接，上部設(shè)有第二熱電偶和壓力傳感器，所述的排水（鹽）系統(tǒng)包括第二背壓閥、閥門、第二換熱器和水槽；所述低溫氣體區(qū)的L型反應(yīng)釜的釜體上設(shè)有多級水循環(huán)冷卻腔，所述低溫氣體區(qū)的L型反應(yīng)釜的釜體下部設(shè)有液位計，中上部設(shè)有第三熱電偶，頂端設(shè)有第二法蘭，所述第二法蘭上設(shè)有安全閥，所述的油氣冷凝與收集系統(tǒng)包括氣水冷凝收集裝置和油水冷凝收集裝置，所述氣水冷凝收集裝置包括第一背壓閥、第一換熱器和氣水分離裝置，所述油水冷凝收集裝置包括第三背壓閥、第三換熱器和油槽，所述第二法蘭上設(shè)有孔，并與所述氣水冷凝收集裝置相連通，所述油水冷凝收集裝置設(shè)在所述低溫氣體區(qū)的L型反應(yīng)釜的釜體下部；所述超臨界水氧反應(yīng)區(qū)的L型反應(yīng)釜的釜體上連接有第四熱電偶、第五熱電偶、第六熱電偶，且套裝有加熱套，所述軸向傳動桿的中心軸位置鉆孔，并連接有第一熱電偶，所述軸向傳動桿的一側(cè)設(shè)有進(jìn)水腔，并與所述注水系統(tǒng)相連，另一側(cè)設(shè)有進(jìn)氣腔，并與所述注氧系統(tǒng)相連，所述軸向傳壓桿上設(shè)置有水循環(huán)冷卻腔；所述的注水系統(tǒng)包括水泵和第一單向閥，用于當(dāng)熱解樣品缺水時通過進(jìn)水腔向熱解樣品注水；所述的注氧系統(tǒng)包括氧氣瓶和第二單向閥，用于當(dāng)熱解樣品開始產(chǎn)生油氣產(chǎn)物后通過進(jìn)氣腔向熱解樣品注入氧氣。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的L型粉末或塊狀有機巖超臨界水氧反應(yīng)裝置...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：康志勤，王磊，趙靜，楊棟，張紅鴿，
申請(專利權(quán))人：太原理工大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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