仿真地质过程的生排烃动力学实验装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种仿真地质过程的生排烃动力学实验装置及方法。该实验装置包括反应系统，反应系统包括反应釜。在所述反应釜中形成样品室，所述样品室构造为用于放置样品，在所述样品室内设置有用于容纳样品的样品套，所述样品套包括在周向上包围所述样品的圆柱形本体，所述圆柱形本体的外侧壁与所述反应釜的内侧壁相接合，所述圆柱形本体构造为带孔结构，以在所述样品的外侧壁与所述反应釜的内侧壁之间形成供产物流通的通道。之间形成供产物流通的通道。之间形成供产物流通的通道。

【技术实现步骤摘要】
仿真地质过程的生排烃动力学实验装置及方法


[0001]本专利技术属于油气地球化学和石油地质勘探
，具体涉及一种温压共控生排烃动力学实验装置。本专利技术还涉及一种温压共控生排烃动力学实验方法。

技术介绍

[0002]在地质条件下，烃源岩会发生生烃和排烃的复杂物理化学反应，其为有机物在烃源岩的有限孔隙空间内受上覆岩层静岩压力、地层流体压力及地层流体的共同作用。
[0003]为了对烃源岩的生烃和排烃进行研究，可进行相应的生排烃模拟实验，以获取烃源岩的生排烃特征。
[0004]传统的生烃排烃实验主要关注烃源岩的生烃量。一种传统的实验方法将模拟温度转化为等效的镜质体反射率(Ro)，并建立其与生烃量的关系。这对于后续的资源评价非常重要。然而，许多古老时代烃源岩并没有镜质体这一组分，且对于腐泥型的烃源岩来说，Ro鉴定十分困难。因此，这种常规的实验往往导致研究仅停留在模拟实验层面，无法应用到地质实际。
[0005]此外，本领域还提出了一种生排烃动力学生排烃模拟实验。这种实验方法基于地质过程和化学动力学理论模型，开展不同升温速率下的几组生排烃实验，求取生排烃反应的活化能和反应频率因子。然后，再经过特定的数据处理，把实验所获得烃源岩生排烃动力学参数外推到地质过程，无需再测定Ro。这种实验方法既可以预测不同阶段的油气产量，又可以对油气组成作出更精细的推断，已成为油气研究及油气勘探的重要手段。
[0006]在生排烃模拟实验中，最为重要的就是实验过程与地质过程的相似度。目前，最为常用的实验装置主要包括开放体系和封闭体系装置两大类。
[0007]开放体系实验装置例如有Rock
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Eval热解仪、PY
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GC热解—气相色谱仪等。开放体系模拟实验装置存在的缺点是无法考虑压力对生烃过程的影响。另外，在实际的地质条件下，源岩生烃并不完全开放。因此，这种开放体系的模拟实验装置的实验条件与实际的地质条件存在一定差异。
[0008]封闭体系实验装置例如有小体积密封模拟装置MSSV、黄金管
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高压釜限定体系等。封闭体系实验装置不会及时地进行排烃过程。因此，装置中生成的液态组分无法及时排出并进行分析测定，且在高温条件下液态烃与重烃气体组分都会发生裂解，从而在一定程度上会夸大天然气的生成量，而低估了生油潜力。
[0009]上述两种反应实验条件(体系的性质)均与地质条件缺乏可比性，导致热解组分与实际生烃过程不能有效匹配，因而数学计算中的许多参数存在不确定性。在将通过这些方法获得的活化能和频率因子推算到地质条件下时，结果往往与实际差异较大。另外，随着常规和非常规油气一体化的勘探开发，在资源评价时更多地开始关注油气的排出量和滞留量(即，滞留在烃源岩内部的油气量)。然而，上述方法只能提供生烃量，无法准确提供目前较为关注的排出油气量和滞留油气量。
[0010]目前，在本领域中也提出了一些可用于测定排出油气量的实验装置和方法。然而，
它们都难以将烃源岩的岩石样品在实验过程中所产生的产物有效排出反应釜，并进行相应的分离和定量收集。因此，所得到的排出油气量的准确性和有效性仍存在不足。
[0011]例如，CN108961967A记载了一种热压生烃模拟釜。在进行实验时，岩石样品产生的产物可通过其上方的多孔烧结板和第一排液口排出。采用这种热压生烃模拟釜进行实验可以将大部分的产物排出反应釜。然而，仍有一部分产物会残留在岩石样品与反应釜的内壁之间，难以排出。这对于产物的定量收集和分析来说是非常不利的。
[0012]另外，CN106153434A记载了一种反应釜。在该反应釜与岩石样品之间套设有套设组件，用于适应尺寸较小的岩石样品。在使用该反应釜进行实验时，岩石样品的产物通过其上方的第一过滤件、空间调节件、中心盲孔和第一过流孔排出，或者通过其下方的第二过滤件和第二过流孔排出。这类似地容易在套设组件的内壁与岩石样品之间发生产物残留。
[0013]此外，这两篇文献中的反应釜也还存在密封和适当夹持岩石样品等其他方面的问题。例如，现有施压结构不能实现超深层(即，超过万米埋深，静岩压力超过约250MPa、流体压力超过约150MPa)模拟时高温高压条件下的动态密封。每次只能进行一个温度、压力、时间的模拟实验(耗时4
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5天)，开展生排烃动力学方式(至少3组不同升温速率)实验耗时长。产物分离收集系统仅通过冷阱进行简单的气、液分离，液态烃定量采用恒重法，且定量过程中造成大量轻烃损失，从而影响动力学模型数据的准确性。
[0014]对于实验来说，重要的是尽可能准确地再现烃源岩的生排烃的地质作用过程，选择适合的温压条件而使其更接近实际的地质状况，尽可能收集实验系统内的所有产物，以及采用恰当的方法来进行产物的分离和定量收集。这对于进一步了解烃源岩生排烃机制、认识烃源岩的产气过程以及进一步研究油气运聚机理与成藏模式具有重要的理论价值，同时对油气的实际勘探具有重要的现实意义。

技术实现思路

[0015]针对如上所述的技术问题，本专利技术旨在提出一种仿真地质过程的生排烃动力学实验装置及方法，能够解决或至少削弱以上问题中的至少一项。
[0016]根据本专利技术的第一方面，提供了一种生排烃动力学实验装置，包括反应釜，在所述反应釜中形成样品室，所述样品室构造为用于放置样品，在所述样品室内设置有用于容纳样品的样品套，所述样品套包括在周向上包围所述样品的圆柱形本体，所述圆柱形本体的外侧壁与所述反应釜的内侧壁相接合，所述圆柱形本体构造为带孔结构，以在所述样品的外侧壁与所述反应釜的内侧壁之间形成供产物流通的通道。
[0017]在上述装置中，通过样品套的带孔结构而在样品的外侧壁与反应釜的内侧壁之间形成了流通通道。这能够避免因样品与反应釜的内侧壁之间的流体粘度高、流体流速小而导致的流体产物难以排放出去的问题。因此，该装置能够有效地将样品产生的流体排放出去，避免在样品的侧壁和反应釜的侧壁之间发生产物残留。这对于排出油气量的准确测定来说，非常有意义。
[0018]在一个实施例中，所述圆柱形主体包括：多个外径较小的缩颈部分，在各个缩颈部分上构造有至少一个在径向方向上贯穿所述缩颈部分的流通孔，在所述样品套设置于所述反应釜内时，所述缩颈部分与所述反应釜的内壁间隔开而形成间隙，所述间隙与所述流通孔相连通，在所述样品设置在所述样品套内时，所述流通孔与所述样品的外侧壁相交叠；以
及多个外径较大的封闭部分，多个封闭部分与多个缩颈部分在纵向上交替布置，在所述圆柱形主体设置于所述反应釜内时，所述封闭部分与所述反应釜的内壁相贴合；其中，所述圆柱形主体构造有沿纵向方向贯穿所述圆柱形主体的流通槽，所述流通槽与各个缩颈部分和所述反应釜的内壁之间的间隙相连通，通过所述流通孔、间隙和流通槽形成在所述样品的外侧壁与所述反应釜的内侧壁之间的供产物流通的通道。
[0019]在一个实施例中，所述圆柱形主体由多孔介质衬层形成，通过所述多孔介质衬层中的孔形成在所述样品的外侧壁与所述反应釜的内侧壁之间本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种生排烃动力学实验装置，包括反应釜(11)，在所述反应釜中形成样品室(12)，所述样品室构造为用于放置样品(13)，在所述样品室内设置有用于容纳样品的样品套(14)，所述样品套包括在周向上包围所述样品的圆柱形本体(14A)，所述圆柱形本体的外侧壁与所述反应釜的内侧壁相接合，所述圆柱形本体构造为带孔结构，以在所述样品的外侧壁与所述反应釜的内侧壁之间形成供产物流通的通道。2.根据权利要求1所述的生排烃动力学实验装置，其特征在于，所述圆柱形主体包括：多个外径较小的缩颈部分，在各个缩颈部分上构造有至少一个在径向方向上贯穿所述缩颈部分的流通孔，在所述样品套设置于所述反应釜内时，所述缩颈部分与所述反应釜的内壁间隔开而形成间隙，所述间隙与所述流通孔相连通，在所述样品设置在所述样品套内时，所述流通孔与所述样品的外侧壁相交叠；以及多个外径较大的封闭部分，多个封闭部分与多个缩颈部分在纵向上交替布置，在所述圆柱形主体设置于所述反应釜内时，所述封闭部分与所述反应釜的内壁相贴合；其中，所述圆柱形主体构造有沿纵向方向贯穿所述圆柱形主体的流通槽，所述流通槽与各个缩颈部分和所述反应釜的内壁之间的间隙相连通，通过所述流通孔、间隙和流通槽形成在所述样品的外侧壁与所述反应釜的内侧壁之间的供产物流通的通道。3.根据权利要求1所述的生排烃动力学实验装置，其特征在于，所述圆柱形主体由多孔介质衬层形成，通过所述多孔介质衬层中的孔形成在所述样品的外侧壁与所述反应釜的内侧壁之间的供产物流通的通道。4.根据权利要求4所述的生排烃动力学实验装置，其特征在于，所述多孔介质衬层的孔隙度在15％
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30％的范围内。5.根据权利要求4所述的生排烃动力学实验装置，其特征在于，所述多孔介质衬层的渗透率在0.1
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1μm2的范围内。6.根据权利要求1所述的生排烃动力学实验装置，其特征在于，所述样品套还包括能够与所述圆柱形本体密封连接的顶盖(14B)，所述顶盖与所述圆柱形本体一起包围所述样品，所述顶盖构造为带孔结构，以允许所述样品与所述样品室能通过所述顶盖实现连通。7.根据权利要求6所述的生排烃动力学实验装置，其特征在于，所述顶盖构造有沿轴向方向贯穿所述顶盖的连通孔。8.根据权利要求6所述的生排烃动力学实验装置，其特征在于，所述顶盖由多孔介质衬层形成。9.根据权利要求1到8中任一项所述的生排烃动力学实验装置，其特征在于，所述生排烃动力学实验装置包括：所述反应釜，所述反应釜构造为筒状的，所述反应釜的相反两端处构造有与所述样品室连通的开口；固定夹持件，所述固定夹持件构造为能从所述反应釜的一端插入到所述样品室中；以及施压器，所述施压器包括：设置在所述反应釜的另一端处的活塞缸，内活塞杆，所述内活塞杆的一端插入到所述活塞缸内并与所述活塞缸密封式滑动配合，所述内活塞杆的另一端延伸到所述活塞缸之外并能插入到所述反应釜的样品室中，以
与所述固定夹持件一起夹持所述样品室内的样品，以及环状的外活塞杆，所述外活塞杆套设在所述内活塞杆之外，所述外活塞杆的一端插入到所述活塞缸内，并能相对于所述活塞缸密封式滑动，所述外活塞杆的另一端延伸到所述活塞缸之外并能插入到所述反应釜的样品室中；其中，所述固定夹持件与所述施压器夹持在所述样品套的两端，并与所述样品套一起实现所述反应釜内的密封。10.根据权利要求9所述的生排烃动力学实验装置，其特征在于，在所述固定夹持件的插入到所述样品室中的部分与所述样品套之间设置有第一密封组件，在所述外活塞杆的另一端与所述样品套之间设置有第二密封组件，在所述外活塞杆朝向所述反应釜移动时，所述第一密封组件受到挤压而径向膨胀，以在所述固定夹持件与所述反应釜的内侧壁之间形成密封，所述第二密封组件受到挤压而径向膨胀，以在所述内活塞杆和反...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡宗全，马中良，郑伦举，赵永强，王强，倪春华，俞凌杰，杜伟，何川，马健飞，刘忠宝，边瑞康，申宝剑，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院，
类型：发明
国别省市：