[发明专利]一种模拟地热环境下微波辐照破碎干热岩的室内加载装置

说明书

本发明涉及干热岩地热能开发领域的一种模拟地热环境下微波辐照破碎干热岩的室内加载装置。一种模拟地热环境下微波辐照破碎干热岩的室内加载装置，主要包括：地热环境模拟系统、微波控制系统、加载控制系统和带含铅玻璃视窗的不锈钢腔体。本发明通过提供一种模拟地热环境下微波辐照破碎干热岩的室内加载装置，可以满足不同环境温度、微波辐照功率、微波辐照时间下岩石样品的加载试验，搭配机器视觉技术还可实现对岩石变形的实时监测，可以满足不同需求的干热岩微波辐照试验。

技术领域

本发明涉及干热岩地热能开发领域，特别是公开了一种模拟地热环境下微波辐照破碎干热岩的室内加载装置。

背景技术

干热岩地热能作为一种潜力巨大的清洁能源，然而其开发远远没有达到商业化应用的阶段。从干热岩开发的角度看，这主要是由于干热岩所处地质环境导致的高温、高硬的原因所致。微波辐照被广泛应用于材料加热应用中，国内外研究表明，微波辐照可以有效破碎花岗岩，而花岗岩是一种典型的干热岩。因此，微波辐照可能是一种潜在的干热岩开发辅助方法。

自20世纪70年代美国首次在新墨西哥州开发干热岩系统，德国、法国、英国、瑞士、日本、澳洲等相继开展干热岩的开发，至今已有50余年的历史。1987年，美国建立了世界上首例干热岩地热发电系统。德国和英国也历经10余年，对干热岩的水力压裂开展了广泛的研究。日本在其东北地区西南部的山形县的4个2000-2200米钻孔位置的干热岩温度达到了250℃。1989年，日本在Hijiori火山附近4个1800-2150米钻孔深度的干热岩达到了250℃，并首次提出干热岩开发应该查清储层现存天然裂隙发育状态。而日本本州岛东北地区秋田雄胜郡的钻井深度刚超过1km时，干热岩温度已经达到了230℃。1987至2005年间，欧盟在德法边境的4口深井干热岩最高温度达到了200℃，到2009年成功建立了规模为1.5MW的干热岩电站。

岩石对微波辐照的响应是由电磁能转化为热能驱动的。微波环境下岩石产生的热量主要与微波功率、辐照时间和矿物特性等因素有关。高微波功率和长时间辐照都会产生更多的热量。造岩矿物的介电特性决定了岩石的微波活性。例如，黑云母易吸收微波转化为热能，然而石英、长石等常见的岩石形成矿物对微波的吸收转化能力则较弱。对于某一种给定的岩石类型，不同矿物吸收和转化微波的差异导致岩石在微波辐射下表现除不均匀升温，导致热梯度的出现，从而在不同矿物之间产生热应力。当热应力超过矿物的断裂强度时，会在矿物层级产生两种微裂纹模式，分别是晶间断裂和沿晶断裂。此外，矿物的各向异性和石英的α-β相变也促进裂纹的扩展。最终，大量的微裂纹汇聚发育成为裂纹网络，从而显著削弱岩石强度。

室内试验室研究微波辐照下干热岩破碎机理的一种必要手段。然而，过往的微波辐照设备通常是在室温下开展微波辐照试验，无法模拟干热岩所处的地热环境，因此有必要研发一种模拟地热环境下微波辐照破碎干热岩的室内加载装置。

发明内容

本发明为了克服上述现有技术的不足，提供一种模拟地热环境下微波辐照破碎干热岩的室内加载装置。

为了实现上述目的，本发明提供一种模拟地热环境下微波辐照破碎干热岩的室内加载装置。通过在模拟地热和高压环境下对岩石样品进行微波辐照，并设计了含铅玻璃视窗，在隔绝微波辐射的前提下，可以通过机器视觉技术实时监测岩石样品变形，从而获得高压地热条件下微波辐照破碎花岗岩的工艺，揭示干热岩力学强度的演化规律。

本发明所述装置相比传统的微波辐照试验装置，本发明所述装置可以实现的试验包括：a、常温岩石样品在大气压下开展的微波辐照试验；b、岩石样品经预先保温处理，并在大气压下开展的微波辐照试验；c、岩石样品预先保温处理，并在一定压力下开展的微波辐照试验；d、常温岩石样品在大气压下经微波辐照处理并冷却后的单轴压缩试验；e、常温岩石样品在一固定竖向压力下经微波辐照处理并冷却后的单轴压缩试验；f、岩石样品经预先保温处理，然后经一固定竖向压力下微波辐照处理并冷却后的单轴压缩试验；g、常温岩石样品在微波辐照下开展的同步单轴压缩试验；h、岩石样品经预先保温处理，并在微波辐照下开展的同步单轴压缩试验。