[發明專利]一種多功能成烴成巖高溫高壓模擬實驗裝置及其使用方法

有效

• 申請號: 201910029853.0
• 申請日: 2019-01-14
• 公開（公告）號: CN109613213B
• 公開（公告）日: 2021-04-06
• 發明（設計）人: 譚靜強;馬中良
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24
• 代理公司: 廣州市紅荔專利代理有限公司 44214
• 代理人: 吝秀梅

本發明涉及一種多功能成烴成巖高溫高壓模擬實驗裝置及其使用方法，包括烴源巖生烴反應及流體生成系統、輔助系統、排烴反應及烴源流體中轉系統、烴源流體?巖石相互作用系統和產物分離收集系統，將烴源巖生烴反應及流體生成系統的流體釋放進排烴反應及烴源流體中轉系統，再將烴源流體注入巖心夾持器中的儲集巖樣品中，啟動加熱、加壓裝置，使流體?巖石在設定的溫度、壓力、時間下反應。本發明既能模擬模擬烴源巖生烴、排烴的聯動共控動態演化過程，確定烴源巖不同演化階段常規天然氣與頁巖氣的生成能力，又能模擬烴源流體生成與對儲層成巖作用影響一體化的地質過程；滿足成烴、成巖兩個地質過程的模擬，提高了實驗裝置的應用領域與效率。

技術領域

本發明涉及石油地質研究領域的物理模擬實驗裝置，具體的說是涉及一種借助于電子機械、自動控制技術模擬高溫高壓條件下頁巖氣形成與演化、烴源流體-儲層巖石相互作用模擬實驗的裝置及其使用方法。

背景技術

在石油地質學中，物理模擬實驗作為一種特殊的手段，貫穿于成盆、成烴、成藏的各個環節，對深化油氣的生、排、運、聚過程起到了非常重要的作用。

成烴方面，應用最廣的就是烴源巖熱壓生排烴模擬實驗裝置，其最根本的理論基礎是室內高溫彌補地質長時間。按照實驗體系封閉程度可分為開放體系、半開放體系和封閉體系3類。開放體系包括Rock-Eval熱解儀、Py-Gc熱解-氣相色譜儀、Py-Gc-Ms熱解-氣相色譜儀等，熱解室樣品分解生成的烴氣通過載氣直接帶到檢測器在線分析，其最大的缺點是無法考慮壓力對生烴過程的影響；且在地質條件下，烴源巖生烴并不完全開放，因此實驗數據很難直接應用于地質條件下。封閉體系包括一般的鋼質容器封閉體系、玻璃管體系和黃金管體系，其最大優點是可以模擬烴源巖的最大生烴量，但由于生成的液態組分無法排出體系之外，在高溫條件下液態烴與重烴氣體組分都會發生裂解，會低估烴源巖的液態烴生成能力。地質條件下，烴源巖的生烴過程既不是完全封閉，也不是完全開放，而是一個邊生邊排的半開放體系。中石化無錫石油地質研究所研制了一套半開放體系的模擬實驗系統(ZL200810101067.9)，該系統的最大優點是考慮了烴源巖在地質條件下受到的靜水壓力和上覆巖石壓力的共同作用，其工作基本原理是通過液壓支柱給模擬巖心加壓，來模擬源巖上覆巖石壓力；通過高壓泵向反應釜腔體注水，來模擬源巖在地質條件下受到的靜水壓力；體系開放度通過一個電磁閥進行自動控制，實驗開始前對體系設置一個壓力極限值(一般為源巖的驅排壓力)，整個實驗體系處于封閉狀態，隨著模擬溫度的升高，源巖生烴量增加，體系內壓力不斷增加，當壓力達到設置體系極限壓力時，電磁閥自動打開，源巖排烴使得體系內的壓力降低，電磁閥又自動關閉。如此循環，整個體系始終處于封閉、開放的動態變化過程，更接近地質條件下源巖邊生邊排的過程(圖1)。

但是，隨著頁巖氣的勘探開發實踐，一些新的地質問題需要通過物理模擬重建復雜的地質過程。

在熱演化過程中，富有機質頁巖生成的液態石油，一部分會排出至常規儲集層，另一部分則滯留在頁巖中。隨著成熟度的增加，頁巖中的干酪根與滯留油都會發生裂解形成天然氣，頁巖中的滯留油是高成熟階段甲烷的重要來源(Erdmann and Horsfield,2006；Jarvie et al.,2007；Hill et al.,2007)，直接影響著頁巖的含氣性，排出的油也可繼續演化成氣藏。但現有模擬實驗裝置排烴系統部分僅僅是一個類似收集罐的裝置，不能繼續模擬排出油在儲集層溫壓作用下的演化生氣過程，無法模擬烴源巖生烴、排烴的聯動共控動態演化過程，無法確定烴源巖不同演化階段常規天然氣與頁巖氣的生成能力。此外，實驗得出的結果是不同模擬溫度下油氣產率，而地質上衡量熱成熟度的標尺是鏡質體反射率Ro，目前多是在完成烴源巖不同模擬溫度后，用同樣的實驗裝置開展同樣模擬溫度的未熟煤熱模擬實驗，通過不同模擬溫度實驗后的煤的Ro測定值來標定不同熱模擬溫度對應的烴源巖演化階段，但如此操作費時費力，直接將煤標樣混同烴源巖樣品放入反應釜，生成的油會污染煤樣，影響Ro測定，需要一種能實現烴源巖樣品、煤標樣同時進行熱模擬實驗，又不互相干擾的實驗裝置。