技術領域

本發明涉及一種用于煤成氣模擬的專用實驗設備，具體地說，是一種煤異常熱變裝置，主要適用于在實驗室進行煤成氣運聚、富集機制和富集模式的模擬實驗。

3.背景技術

煤成氣不同于煤層氣，煤層氣僅僅指煤巖生成后保存在煤層中天然氣稱為煤層氣，而煤成氣指煤巖或煤系地層生成的一切氣體，可以保存在煤層中，也可以保存在煤層之外的地層中，比如砂巖中。我國煤成氣資源量巨大，其中高煤階煤成氣資源量也很豐富，達6.8×10¹²m³之多。因此成為我國新能源戰略發展中較為重要的一部分。中國很多地區的天然氣資源為煤成氣，這與中國的多數煤層在沉積后經歷了多期次的構造運動以及巖漿熱變質事件密切相關。由于美國地質條件簡單，煤變質以深成變質作用為主，沒有經歷異常高古地熱場演化，沒有研制相關的實驗設備來開展異常熱事件的物理模擬工作。

國內開展的常規油氣生油巖的熱模擬工作的較多。盧雙舫等(1996)借助熱解實驗技術和PY-GC分析技術分別建立了烴源巖有機質成油和成氣的動力學模型，并在數學優化求解上作了比較深入的工作；劉全有等(2001，2002)對塔里木盆地侏羅系烴源巖以及烴源巖加不同介質等4個系列以50℃為一溫階，從250～550℃進行熱模擬實驗，并對其氣體產物、液態有機質進行了系統分析，進而研究成烴過程及各組分產氣率；段毅等在20℃/h和2℃/h兩種升溫速率條件下對沁水盆地上古生界烴源巖開展熱模擬實驗，探討了溫度變化對煤成氣組分、烴類氣體產率、非烴類氣體產率的影響；吳保祥等采用高溫高壓多冷阱熱解實驗裝置，在溫度和壓力分別為336.8～600℃和50MPa，升溫速率為20℃/h和2℃/h條件下對泥炭進行熱解生氣的模擬實驗，獲得了烴類甲烷和C₂～C₅氣體以及非烴二氧化碳、氫氣和硫化氫氣體的產率和體積分數數據，研究了熱模擬產物氣體的組分特征和熱演化過程。以上工作用到的實驗設備及其實驗結果主要是來研究烴源巖在不同溫度和壓力下的產氣率、氣體組分等特征，而沒有對煤的生成、運聚和富集的機理和模式進行研究。但以上實驗設備僅僅針對常規的石油天然氣特點設計和制造。由于煤成氣的生成、運聚和富集的機制與常規天然氣有本質的差別，常規的石油天然氣領域的設備不能應用到煤成氣實驗技術的領域。

工程技術人員為解決常規油氣設備不能應用到煤成氣實驗的問題，針對煤成氣的特點研制了實驗儀器。目前已經定型的國內外煤成氣領域的試驗設備和技術方法很多，如煤層工業分析、含氣量測試、吸附等溫線測定、煤儲層孔隙度、相對滲透率等等，但基本上圍繞著儲層特征評價和蓋層特征評價展開，為煤成氣資源評價和地質選區服務的，測試參數主要為孔隙度、滲透率、煤灰分、揮發分、固定碳、噸煤含氣量、吸附量、擴散系數和封蓋性能等，沒有專門用于深入研究構造熱事件引起的高煤階煤成氣生氣過程、運聚特征及富集機理的試驗裝置。如中國專利申請號為200410074732.1的煤層氣成藏模擬裝置。該裝置有氣體增壓泵、恒溫柜、控制系統及其計算機采集處理系統所組成。其中控制系統包括溫度控制、平流泵控制、真空泵控制；計算機采集處理系統中包括溫度傳感器、壓力傳感器，以及計算機處理系統，將傳感器采集到的數據直接輸入到計算機進行處理。其特征是在恒溫柜中有一個多功能巖心倉，該發明設計了煤粉支架，解決了煤粉模擬的問題。這種實驗裝置能模擬不同溫度和壓力下煤層氣的保存條件，可以研究煤層氣的運移方式和封蓋能力。該儀器設備僅僅對煤層氣這種氣體的成藏機理和過程進行研究，模擬所使用的煤層氣來源于工廠所提供的成品氣體，不是該成藏模擬裝置所生成的煤成氣，也就是所該裝置本身不生成氣體，需要人工或外界往系統注入氣體才能開展煤層氣成藏模擬實驗。該儀器設備不能研究煤巖生氣過程，無法對生成后的煤成氣進行運聚和富集研究，存在一定不足。另外該裝置對煤成氣成藏模擬研究中，在實施方式中提到所能達到的最高溫度為100度，僅僅能模擬低溫條件，對高溫條件無法進行模擬研究。

發明內容

本發明的目的在于提供一種煤異常熱變裝置，它有效的克服了現有的煤成氣成藏模擬成藏裝置不能自身生成氣體和不能進行高溫、高壓模擬(溫度在1000度，壓力在40MPa以上)的缺點。該裝置不僅能完成煤巖煤巖生氣過程的模擬，而且能完成煤成氣運聚和富集的模擬，同時煤心不需要特殊處理，避免加工處理造成的各種負面影響。