本发明专利技术公开了一种封闭体系生烃热模拟实验装置及其使用方法，首先设计了上、下样品室的结构、液态烃吸油材料与自动清洗收集单元、可放置3个高温高压反应釜的加热炉，实现了一次可实现多个样品或一个样品多个模拟温度点同时进行，又能实现生烃产物的全组分定量和煤标定Ro实验与生烃热模拟同时进行的实验装置，同时公开了该项装置的使用方法。本发明专利技术提高了热模拟实验的效率，解决了液态产物全组分的定量的难题，为烃源岩评价、油气资源潜力评价提供更加准确的参数。
【技术实现步骤摘要】
一种封闭体系生烃热模拟实验装置及其使用方法
本专利技术属于油气地质实验
，具体涉及一种封闭体系生烃热模拟实验装置及其使用方法。
技术介绍
生烃热模拟实验主要依据干酪根热降解成烃原理和有机质热演化的时间-温度补偿原理，在实验室内利用未熟或低熟有机质，在高温高压条件下短时间的热解生烃模拟再现地质过程的低温、长时间有机质热演化过程。相关结果可为评价盆地烃源岩成烃潜力、研究成烃过程与机理、获取资源评价参数、推导成烃模式及动力学规律等提供实验资料和基础依据。按照实验装置体系的开放性，可分为开放体系、封闭体系、半开放半封闭体系3类，其分别具有不同的研究适用性。地质条件下烃源岩生烃是一个边生边排的地质过程。开放体系虽然是一种边生边排的生烃过程，但地质条件下烃源岩生成的油气并不是立刻排出进入储层；半开放体系虽然最接近地质条件，但受目前技术手段的限制，目前还很难真正实现。封闭体系热模拟实验装置是将烃源岩置于封闭容器的反应系统中进行加热，只有等到热解过程结束降温之后才能打开反应系统，再对气液固产物进行分离收集与定量检测。由于最高可加热至600℃，其最大优点是可模拟烃源岩的最大生烃量，在油气生成与评价研究中备受推崇，是目前应该最广、应用效果最佳的模拟实验手段。封闭体系生烃热模拟实验装置主要有高压釜、真空玻璃管、小体积密封模拟装置和黄金管限定体系等；真空玻璃管、小体积密封模拟装置和黄金管限定体系样品室体积小、样品用量少，可联机进行实验产物的定性定量分析；高压釜封闭体系样品用量多，以水为溶剂，结果具有普遍性，相对更加接近地质条件。但随着页岩油气的勘探与开发，热模拟实验除了要研究烃源岩生成的油气产物之外，更加关注热解之后烃源岩本身的结构变化，高压釜封闭体系由于其样品室大，可保留烃源岩样品的原始结构，能同时研究烃源岩生烃过程中油、气、岩石的动态演变特征显得具有更广的应用潜力。专利“加压热解生烃模拟装置”(ZL200820204124.1)，包括高压反应容器，设置在高压反应容器外侧的加热器、与高压反应容器管路连接的加压气源和高压反应容器管路连接的带多个出口的通道转换阀(附图1)，在高压反应容器与加压气源的连接管路上连接有截止阀，截止阀与加压气源之间的连接管为限流毛细管；通道转换阀的每个出口均与一个冷阱的进口管路连接，冷阱的出口均与限流阀的进口管路连接，限流阀的出口与流量计的进口管连接，流量计的出口排空；采用上述结构后，可以通过一次实验采集到不同温度范围内有机质中的烃类产物。专利“流体压力和静态压力作用下有机质生烃模拟装置”(申请号：CN200810218747.9)，包括由不锈钢制成的薄壁的样品管，样品管的内表面镀有防蚀黄金层，样品管一端与高压氮气源连接，另一端与冷阱的入口连接，样品管具有容置样品的样品段，样品管上设有可测量样品段中的温度的热电偶，在样品段的两端处塞有石英棉，样品段的两侧分别设有由压力机驱动向中间合拢的压力块，在石英棉相对应的位置的样品管的两侧分别设有由压力机驱动向中间合拢的紫铜压块，两端的紫铜压块分别接电源的正极和负极(附图2)。郑伦举等(影响海相烃源岩热解生烃过程的地质条件.地球科学—中国地质大学学报，2015,40(5):909-917)报道的CPS热解生烃模拟实验仪结构见附图3，其主要由热解高温高压反应釜、管式电加热炉、温度变送器、高温熔体压力传感器和气液产物收集系统组成。高压反应釜容积为500ml，其使用粉碎至180～425μm的颗粒样品，只能承受低于20MPa的流体压力。“加压热解生烃模拟装置”(ZL200820204124.1)和“流体压力和静态压力作用下有机质生烃模拟装置”(申请号：CN200810218747.9)高温高压反应釜体积较小，不能满足大量样品的模拟实验，CPS热解生烃模拟实验仪反应釜体积大，能满足大量样品实验，但这些装置在实际应用过程中存在以下问题:(1)实验得出的结果是不同模拟温度下油气产率，而地质上衡量热成熟度的标尺是镜质体反射率Ro，目前多是在完成烃源岩不同模拟温度后，用同样的实验装置开展同样模拟温度的未熟煤热模拟实验，通过不同模拟温度实验后的煤的Ro测定值来标定不同热模拟温度对应的烃源岩演化阶段，但如此操作费时费力，直接将煤标样混同烃源岩样品放入反应釜，生成的油会污染煤样，影响Ro测定，需要一种能实现烃源岩样品、煤标样同时进行热模拟实验，又不互相干扰的实验装置。(2)热模拟实验油气产物的分离定量直接决定着实验结果的准确性，但目前的装置，对于相关连接管线残留的油未能进行有效清洗收集，且液态产物全组分的定量一直没有很好的方法，轻烃组分经由液氮冷却收集后，往往含有大量的水，而轻烃的量一般在几百毫克左右，如何使油水完全分离、轻烃又无挥发损失是个难题。在油水分离操作过程和恒重过程中，一些沸点低的化合物会挥发逸失，这些在常温、常压下容易挥发逸失的烃类通常叫做易挥发组分，是轻烃中的主要成分，其含量多少未能计入生烃总量，将对资源量的评估带来影响。(3)现有装置仅有1个高温高压反应釜，每次只能开展一个样品、一个模拟温度点的实验，开展一套实验所耗费的时间较长，以一个模拟温度点通过模拟时长72h为例，一个系列(8个模拟温度点)需要长达1个多月的时间，远远满足不了研究的时效性。
技术实现思路
本专利技术的目的是设计一种一次可实现多个样品或一个样品多个模拟温度点同时进行，又能实现生烃产物的全组分定量和煤标定Ro实验与生烃热模拟同时进行的实验装置，以期更好地为烃源岩评价、油气资源潜力评价提供准确参数。本专利技术提出了一种封闭体系生烃热模拟实验装置，其包括计算机、加热炉、高温高压反应釜、上样品室、下样品室、温度控制监测器、压力传感器一、截止阀一、截止阀二、真空泵、放空阀、截止阀三、高压惰性气体、截止阀四、溶剂中间容器、高压泵、冷阱、收集罐本体、吸油材料块、收集罐盖体、压力传感器二、截止阀五和气体计量器。其中上样品室和下样品室放置在高温高压反应釜中，下样品室开口向下，上样品室开口向上，上样品室放置在下样品室上方，上样品室、下样品室外径与高温高压反应釜的内径相同，上样品室和下样品室的总高度等于高温高压反应釜的高度，且上样品室、下样品室外壁两侧和开口处对称开有沟槽，高温高压反应釜通过螺栓加法兰盘的顶盖密封方式，并在盖体上设有温度控制监测器和压力传感器一，高温高压反应釜的产物出口经截止阀一与收集罐本体相连，截止阀一的出端还分别连接截止阀二，放空阀，截止阀三和截止阀四，截止阀二接真空泵，截止阀三连接高压惰性气体，截止阀四连接到溶剂中间容器，中间容器连接有高压泵；加热炉用来对高温高压反应釜加热；收集罐本体置于冷阱中，内装有吸油材料块，收集罐本体的收集罐盖体装有压力传感器二，同时经截止阀五连接到气体计量器。计算机用来采集和监控温度控制监测器和压力传感器一的温度压力数据，并通过高压泵，实现自动清洗单元的清洗。上样品室、下样品室外壁两侧和开口处对称开有沟槽，以便对高温高压反应釜抽真空时，上样品室、下样品室空隙空间在高温高压反应釜能沟通，抽真空彻底。为解决热模拟实验油气产物的分离定量对连接管线残留的油进行有效清洗收集，且实现液态产物全组分的定量的难题，设计了自动清洗单元和液态烃收集单元。所述自动清洗单元主要由截止阀四、溶剂中本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种封闭体系生烃热模拟实验装置，其特征在于：由计算机(4‑1)、加热炉(4‑2)、高温高压反应釜(4‑3)、上样品室(4‑4)、下样品室(4‑5)、温度控制监测器(4‑6)、压力传感器一(4‑7)、截止阀一(4‑8)、截止阀二(4‑9)、真空泵(4‑10)、放空阀(4‑11)、截止阀三(4‑12)、高压惰性气体(4‑13)、截止阀四(4‑14)、溶剂中间容器(4‑15)、高压泵(4‑16)、冷阱(4‑17)、收集罐本体(4‑18)、吸油材料块(4‑19)、收集罐盖体(4‑20)、压力传感器二(4‑21)、截止阀五(4‑22)和气体计量器(4‑23)组成；其中上样品室(4‑4)和下样品室(4‑5)放置在高温高压反应釜(4‑3)中，下样品室(4‑5)开口向下，上样品室(4‑4)开口向上，上样品室(4‑4)放置在下样品室(4‑5)上方，上样品室(4‑4)、下样品室(4‑5)外径与高温高压反应釜(4‑3)的内径相同，上样品室(4‑4)和下样品室(4‑5)的总高度等于高温高压反应釜(4‑3)的高度，且上样品室(4‑4)、下样品室(4‑5)外壁两侧和开口处对称开有沟槽，高温高压反应釜(4‑3)通过螺栓加法兰盘的顶盖密封方式，并在盖体上设有温度控制监测器(4‑6)和压力传感器一(4‑7)，高温高压反应釜的产物出口经截止阀一(4‑8)与收集罐本体(4‑18)相连，截止阀一(4‑8)的出端还分别连接截止阀二(4‑9)，放空阀(4‑11)，截止阀三(4‑12)和截止阀四(4‑14)，截止阀二(4‑9)接真空泵(4‑10)，截止阀三(4‑12)连接高压惰性气体(4‑13)，截止阀四(4‑14)连接到溶剂中间容器(4‑15)，中间容器(4‑15)连接有高压泵(4‑16)；加热炉(4‑2)用来对高温高压反应釜(4‑3)加热；收集罐本体(4‑18)置于冷阱(4‑17)中，内装有吸油材料块(4‑19)，收集罐本体(4‑18)的收集罐盖体(4‑20)装有压力传感器二(4‑21)，同时经截止阀五(4‑22)连接到气体计量器(4‑23)；计算机(4‑1)用来采集和监控温度控制监测器(4‑6)和压力传感器一(4‑7)的温度压力数据，并通过高压泵(4‑16)，实现自动清洗单元的清洗。...
【技术特征摘要】
1.一种封闭体系生烃热模拟实验装置，其特征在于：由计算机(4-1)、加热炉(4-2)、高温高压反应釜(4-3)、上样品室(4-4)、下样品室(4-5)、温度控制监测器(4-6)、压力传感器一(4-7)、截止阀一(4-8)、截止阀二(4-9)、真空泵(4-10)、放空阀(4-11)、截止阀三(4-12)、高压惰性气体(4-13)、截止阀四(4-14)、溶剂中间容器(4-15)、高压泵(4-16)、冷阱(4-17)、收集罐本体(4-18)、吸油材料块(4-19)、收集罐盖体(4-20)、压力传感器二(4-21)、截止阀五(4-22)和气体计量器(4-23)组成；其中上样品室(4-4)和下样品室(4-5)放置在高温高压反应釜(4-3)中，下样品室(4-5)开口向下，上样品室(4-4)开口向上，上样品室(4-4)放置在下样品室(4-5)上方，上样品室(4-4)、下样品室(4-5)外径与高温高压反应釜(4-3)的内径相同，上样品室(4-4)和下样品室(4-5)的总高度等于高温高压反应釜(4-3)的高度，且上样品室(4-4)、下样品室(4-5)外壁两侧和开口处对称开有沟槽，高温高压反应釜(4-3)通过螺栓加法兰盘的顶盖密封方式，并在盖体上设有温度控制监测器(4-6)和压力传感器一(4-7)，高温高压反应釜的产物出口经截止阀一(4-8)与收集罐本体(4-18)相连，截止阀一(4-8)的出端还分别连接截止阀二(4-9)，放空阀(4-11)，截止阀三(4-12)和截止阀四(4-14)，截止阀二(4-9)接真空泵(4-10)，截止阀三(4-12)连接高压惰性气体(4-13)，截止阀四(4-14)连接到溶剂中间容器(4-15)，中间容器(4-15)连接有高压泵(4-16)；加热炉(4-2)用来对高温高压反应釜(4-3)加热；收集罐本体(4-18)置于冷阱(4-17)中，内装有吸油材料块(4-19)，收集罐本体(4-18)的收集罐盖体(4-20)装有压力传感器二(4-21)，同时经截止阀五(4-22)连接到气体计量器(4-23)；计算机(4-1)用来采集和监控温度控制监测器(4-6)和压力传感器一(4-7)的温度压力数据，并通过高压泵(4-16)，实现自动清洗单元的清洗。2.如权利要求1所述的封闭体系生烃热模拟实验装置，其特征在于：所述高压泵(4-16)为能自动控制流速的电动压力泵。3.如权利要求1所述的封闭体系生烃热模拟实验装置，其特征在于：所述上样品室、下样品室外壁两侧和开口处开的对称沟槽宽度为3mm。4.如权利要求1所述的封闭体系生烃热模拟实验装置，其特征在于：所述高温高压反应釜、上样品室、下样品室采用哈氏合金材料。5.一种如权利要求1所述的封闭体系生烃热模拟实验装置的使用方法，其特征在于包括以下步骤：(1)装样：将高温高压反应釜(4-3)、上样品室(4-4)、下样品室(4-5)擦洗干净，将未熟煤标样放置于高温高压反应釜底部，下样品室(4-5)倒置覆盖于其上，称量烃源岩样品放入上样品室(4-4)，装有样品的上样品室(4-4)放置于下样品室(4-5)之上，封闭高温高压反应釜，安装好温度控制监测器(4-6)和压力传感器一(4-7)；所述温度控制监测器(4-6)最高工作温度800℃，所述压力传感器一(4-7)最高工作压力80MPa；(2)试...
【专利技术属性】
技术研发人员：谭静强，马中良，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。