專利名稱：烴源巖地層孔隙熱壓生烴模擬儀及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種石油地質(zhì)研究領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)裝置，具體說涉及一種借助于電 子機(jī)械、自動(dòng)控制技術(shù)模擬高溫高壓條件下烴源巖演化生烴過程的實(shí)驗(yàn)儀器設(shè) 備及其使用方法。
背景技術(shù)：
自20世紀(jì)80年代以來，根據(jù)B. P蒂索干酪根熱降解成烴理論和有機(jī)質(zhì)熱 演化的時(shí)間-溫度補(bǔ)償原理所建立起來的烴源巖熱壓模擬實(shí)驗(yàn)方法一直是研究 油氣生成機(jī)理與有機(jī)質(zhì)演化過程等最有效的方法之一。從目前的文獻(xiàn)來看，具 有代表性的可控?zé)N源巖熱壓生烴模擬裝置有大慶石油學(xué)院研制的有機(jī)質(zhì)地化演 化模擬實(shí)驗(yàn)裝置和內(nèi)加熱式熱壓模擬實(shí)驗(yàn)裝置、大慶油田研制的高壓控溫壓實(shí) 驗(yàn)裝置以及中國石油大學(xué)(北京)研制的壓實(shí)成巖作用與油氣生成和排驅(qū)模擬 實(shí)驗(yàn)裝置等。
大慶石油學(xué)院在已獲得發(fā)明專利"有機(jī)質(zhì)地化演化模擬實(shí)驗(yàn)裝置"(第 11816號(hào)發(fā)明，專利號(hào)87100918， 1989)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)(黨長濤、劉曉 燕等，1994，地質(zhì)實(shí)驗(yàn)室，10 (3) 164-166)，研制了一種內(nèi)加熱壓實(shí)式烴源 巖演化生、排烴模擬實(shí)驗(yàn)裝置，主要由反應(yīng)器、控溫單元、控壓單元及產(chǎn)物計(jì) 量收集單元等四大部分組成。該裝置采用中頻電磁感應(yīng)加熱，具有加熱速度快， 樣品受熱均勻的優(yōu)點(diǎn)，其最高可控加熱溫度可達(dá)600°C 。但是，由于必須在樣品 中加入鐵磁性物質(zhì)，這就要求反應(yīng)器直徑較大，加之反應(yīng)器采用普通不銹鋼制 作，為了防止在高溫高壓下發(fā)生形變，因此整個(gè)反應(yīng)器顯得很笨重，同時(shí)也給 加壓與密封帶來較大的難度。利用該裝置所能模擬的最大靜巖壓力為130MPa(只 相當(dāng)于地下埋深5000米)最大地層流體壓力為15MPa (只相當(dāng)于地下埋深1500米)，很難模擬烴源巖在實(shí)際地質(zhì)條件下的靜巖和地層流體壓力。由于采用壓 力表顯示壓力，無法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制與流體的實(shí)時(shí)補(bǔ)充。
中國石油大學(xué)(北京)龐雄奇等研制的壓實(shí)成巖作用與油氣生成和排驅(qū)模
擬實(shí)驗(yàn)裝置(專利號(hào)CN01264260.6)由液壓裝置、加熱裝置、生成釜和控制裝 置構(gòu)成(見圖1)，其中生成釜下方開有兩個(gè)口；液壓裝置包括液壓缸、加壓柱、 壓力傳感器；加熱裝置包括中頻電源、大電容及均勻纏繞在生成釜外側(cè)上的銅 線；控制裝置包括控制柜和與控制柜相連的計(jì)算機(jī)614。該裝置與大慶油田的模 擬裝置具有很大的相似性，具有較高的自動(dòng)化程度、能迅速產(chǎn)生高溫高壓(最 高溫度600。C、最高靜巖壓力130MPa、最高地層流體壓力30MPa)、加熱速度快 且溫度均勻、既可以模擬開放狀態(tài)又可以模擬封閉狀態(tài)的烴源巖生排烴過程。
大慶油田杜洪文等自80年代開始自行研制用于烴源巖生、排烴模擬實(shí)驗(yàn)的 裝置，于2001年成功研制了新一代的高溫高壓熱模擬實(shí)驗(yàn)裝置(見圖2)。該 裝置分為5個(gè)單元，25個(gè)部件，其中高壓釜單元包括高壓釜(其中無螺栓、快 速拆卸式高溫高壓反應(yīng)釜2001年獲得國家發(fā)明專利，專利號(hào)CN01209909. 0、高 溫壓力傳感器、高溫壓力傳感器顯示儀、保溫層、隔溫板和爆破閥；加壓單元 包括100t液壓機(jī)、液壓機(jī)控制柜、液壓機(jī)操作柜。加熱單元包括可控硅中頻電 源、感應(yīng)器、熱電偶和循環(huán)水裝置；產(chǎn)物接受單元包括接液、氣體稱重電子天 平、低溫冷阱、脫氣儀和移動(dòng)式工作臺(tái)以及計(jì)算機(jī)614總控制單元。該裝置具 有以下優(yōu)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了壓力的自動(dòng)控制；也采用中頻加熱，加熱快速均勻；氣、 液產(chǎn)物自動(dòng)計(jì)量消除了人為誤差；特制的無螺栓、快速拆卸式高溫高壓反應(yīng)釜 進(jìn)一步提高了上限模擬溫度(最高60(TC)和地層流體壓力(最大40MPa)。 從中不難看出現(xiàn)有的烴源巖熱壓生烴模擬實(shí)驗(yàn)裝置存在的主要缺點(diǎn)是 ①主要只考慮溫度、時(shí)間和靜巖壓力對(duì)生烴過程的影響，強(qiáng)調(diào)的是熱降解 反應(yīng)過程，忽略了多種地質(zhì)影響因素，如孔隙空間、地層流體壓力、初次排烴、 圍壓、孔隙流體性質(zhì)及巖石礦物組成等對(duì)烴源巖生烴過程的影響，特別是地層流體壓力對(duì)有機(jī)質(zhì)演化的影響；
② 由于大多數(shù)熱解模擬實(shí)驗(yàn)都是在含水、低壓、相對(duì)較大的空間和高溫條 件下進(jìn)行的，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果能否代表地下烴源巖演化的實(shí)際過程有待進(jìn)一步研究，
③ 對(duì)于初次排烴方式、生烴空間(孔隙大小)等對(duì)烴源巖生烴潛力的影響， 則很少有人開展這方面的研究。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明應(yīng)用現(xiàn)代電子機(jī)械與自動(dòng)控制技術(shù)， 在充分考慮烴源巖熱壓生烴演化的實(shí)際地質(zhì)條件(溫度、上覆靜巖壓力、地層 流體壓力、圍壓、孔隙空間、初次排烴)的基礎(chǔ)上，為在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)再現(xiàn)烴源巖 熱壓生烴過程提供了一種能較真實(shí)的模擬地質(zhì)條件下油氣生成過程的模擬實(shí)驗(yàn) 儀器及其使用方法。
本發(fā)明之一的烴品巖i也層孑L隙燕壓生烴模擬儀是這樣實(shí)現(xiàn)的 本發(fā)明的一種烴源巖地層孔隙熱壓生烴模擬儀，其特征在于它由高溫高壓
反應(yīng)單元303、雙向液壓自動(dòng)控制單元301、自動(dòng)排烴產(chǎn)物收集與流體補(bǔ)充單元 307、數(shù)據(jù)采集與自動(dòng)控制單元314、外圍輔助設(shè)備與儀器外殼五部分構(gòu)成，其 中所述的高溫高壓反應(yīng)單元303通過A缸中間套308和B缸中間套501分別 與雙向液壓自動(dòng)控制單元301中大油缸A的施壓桿A和小油缸B的施壓桿B連 接，對(duì)合金筒體進(jìn)行密封、對(duì)巖樣518施加靜巖壓力。
一、在本發(fā)明中，所述的高溫高壓反應(yīng)單元303包括
合金筒體503、 B缸中間套501、下壓環(huán)螺栓502、下壓環(huán)套504、 V型紫銅 密封墊圈A505、 V型紫銅密封墊圈B520、 0型石墨墊圈506、合金樣品室507、 生烴空間調(diào)節(jié)器508、自緊式端蓋509、紫銅錐形密封環(huán)510、上壓環(huán)套511、 上壓緊螺栓512、上中間壓力套A513、壓帽514、 二通接管515、 A缸中間套308、巖樣518、金屬過濾片A517、金屬過濾片B519、靜巖壓力柱521和下中間壓力 套B309、箱式加熱爐310和溫度變送器302。
所述合金筒體503為一中空柱體，其上端口依次安裝自緊式端蓋509、紫銅 錐形密封環(huán)510、上壓環(huán)套511和上壓緊螺栓512之后，通過A缸中間套308 與施壓桿A609連接，由大油缸A施壓后進(jìn)行密封；其中所述自緊式端蓋中間有 直徑0.5毫米通道， 一端與合金樣品室507相連通，另一端通過二通接管與自 動(dòng)排烴產(chǎn)物收集與流體補(bǔ)充單元的管線接頭A420、四通閥門402相連接，形成 產(chǎn)物的排出通道；
所述合金筒體503下部端口安裝的B缸中間套501與小油缸B的施壓桿 B610相連接，通過靜巖壓力柱521對(duì)巖樣518施加靜巖壓力；
所述合金筒體503內(nèi)再依次安裝生烴空間調(diào)節(jié)器508，金屬過濾片A、合金 樣品室507、巖樣518、金屬過濾片B和靜巖壓力柱、空心口向上的V形紫銅密 封墊圈A、 O形石墨墊圈、空心口向下的V形紫銅密封墊圈B、下壓環(huán)套504、 下壓環(huán)螺栓和下中間壓力套B309;其中下中間壓力套B309放置在底座313上， 利用大油缸A的施壓桿A對(duì)A缸中間套308施加壓力后，通過底座313的反作 用力對(duì)下中間壓力套309施加壓力，密封合金筒體下部端口；
已被安裝好的上述部件的合金筒體503被直立放置在箱式加熱爐310內(nèi)， 上端口的A缸中間套穿過箱式加熱爐頂部開口與施壓桿A連接，下端的下中間 壓力套B309以及被下中間壓力套B套著的B缸中間套穿過箱式加熱爐底部開 口分別與底座313和施壓桿B連接。
綜上，高溫高壓反應(yīng)單元是整臺(tái)儀器的核心部分，(l)其中所述的合金筒體 為一中空柱體，其上部端口通過自緊式端蓋、紫銅錐形密封環(huán)、上壓環(huán)套、上 中間壓力套和上端壓緊螺栓組合后利用大油缸A施壓對(duì)合金筒體上部端口進(jìn)行 密封，之后，在合金筒體內(nèi)依次裝入生烴空間調(diào)節(jié)器508，金屬過濾片A、合金 樣品室507、巖樣51S、金屬過濾片B和靜巖壓力柱、V形紫銅墊圈(空心口向上)、O形石墨墊圈、V形紫銅墊圈(空心口向下)下壓環(huán)套、下壓環(huán)螺栓和 下中間壓力套，所述下中間壓力套被放置在龍門架底座上，利用大油缸A的施 壓桿A對(duì)A缸中間套施壓在底座上形成的反作用力對(duì)下中間壓力套施加壓力， 對(duì)合金筒體下部端口進(jìn)行密封，由于合金筒體上部端口采用軸向自緊式靜密封 與下部端口采用半自緊式動(dòng)密封，這樣，可以保證在巖樣518孔隙中形成最大 可達(dá)150MPa的地層流體壓力。(2)所述B缸中間套被放置在小油缸B的施壓桿B 上，通過B缸中間套和靜巖壓力柱對(duì)巖樣518的擠壓能夠?qū)r樣施加最大可達(dá) 200MPa的靜巖壓力。(S)整個(gè)組合好的合金筒體和合金樣品室被放置在箱式加熱 爐空腔體中，由龍門架底板的下中間壓力套和B缸中間套支撐，通過箱式加熱 爐加熱，因此巖樣受熱均勻，最高溫度可達(dá)60(TC。 (4)所述巖樣被緊密地放置在 合金樣品室507中，因此可以防止巖樣在施加靜巖壓力與圍壓的過程中發(fā)生與 烴源巖成巖作用不符的破損，盡量保留了樣品的原始孔隙結(jié)構(gòu)與空間，保證熱 壓模擬生烴過程是在幾乎沒有多余空間，而只在原始樣品的地層孔隙中進(jìn)行， 樣品室最大允許裝樣量為156克
二、在本發(fā)明中，所述的自動(dòng)排烴產(chǎn)物收集與流體補(bǔ)充單元307通過四通 閥門、管線接頭A與高溫高壓反應(yīng)單元上端口的二通接管連接；其中，
所述的自動(dòng)排烴產(chǎn)物收集與流體補(bǔ)充單元307包括由壓力變送器401、四通 閥門402、 二位三通電磁閥A403、高壓氣動(dòng)閥A404、壓力顯示表409、電動(dòng)壓 力開關(guān)410、電磁閥413、氣液分離器414、冷阱415、制冷器416、儲(chǔ)氣室418 組成的自動(dòng)排烴與產(chǎn)物收集裝置以及由快速接頭411、高壓活塞容器412、高壓 氣動(dòng)閥B405、 二位三通電磁閥B406、電動(dòng)高壓泵419、截止閥417組成的流體 補(bǔ)充裝置和為二位三通電磁閥A、 B提供驅(qū)動(dòng)力的氣體減壓閥407、氣體高壓鋼 瓶408。
所述的四通閥門第一個(gè)出口通過管線接頭A與高溫高壓反應(yīng)單元上部二通 接管連接，第二個(gè)出口安裝壓力變送器401通過信號(hào)線與所述計(jì)算機(jī)614連接，
11第三個(gè)出口通過管線與高壓氣動(dòng)閥A連接；
所述高壓氣動(dòng)閥A通過管線與氣液分離器連接，氣液分離器被放置在冷阱 中，冷阱由制冷器提供的冷凝水制冷；
所述的氣液分離器通過管線與壓力顯示表、電動(dòng)壓力開關(guān)、電磁閥、儲(chǔ)氣 室依次連接；
所述的電動(dòng)壓力開關(guān)通過信號(hào)線與計(jì)算機(jī)614相連，在實(shí)驗(yàn)過程中對(duì)生成 的液態(tài)與氣體產(chǎn)物進(jìn)行自動(dòng)分離與收集；
所述四通閥門的第四個(gè)出口通過不銹鋼管線與高壓氣動(dòng)閥B連接，所述的 高壓氣動(dòng)閥B通過管線再與高壓活塞容器連接，高壓活塞容器由與之相連的電 動(dòng)高壓泵提供壓力；
所述的二位三通電磁閥A、 B通過管線與氣體減壓閥、高壓氣體鋼瓶連接， 其控制部分通過信號(hào)線與計(jì)算機(jī)614相連。
綜上，自動(dòng)排烴產(chǎn)物收集與流體補(bǔ)充單元307體現(xiàn)了三個(gè)特點(diǎn)，即自動(dòng)或 手動(dòng)排出流體、自動(dòng)或手動(dòng)補(bǔ)充流體、自動(dòng)收集與分離氣液產(chǎn)物。所述四通闊 門的第一個(gè)接口通過管線與高溫高壓反應(yīng)單元上端的二通接管連接，形成流體 進(jìn)出高溫高壓反應(yīng)單元的通道；其第二個(gè)接口安裝壓力變送器401，通過信號(hào)線 與所述的計(jì)算機(jī)614連接，用以檢測(cè)合金筒體與合金樣品室內(nèi)地層流體壓力； 其第三個(gè)接口通過管線與高壓氣動(dòng)閥A和二位三通電磁閥A連接，若壓力變送 器401檢測(cè)到的地層流體壓力超過設(shè)定的排烴壓力值時(shí)，則啟動(dòng)二位三通電磁 閥A，打開高壓氣動(dòng)閥A排出流體減壓直至所設(shè)定的壓力值，再關(guān)閉高壓氣動(dòng) 閥A;其第四個(gè)接口通過管線與高壓氣動(dòng)閥B和二位三通電磁閥B連接，當(dāng)樣 品室內(nèi)的地層流體壓力低于設(shè)定的排烴壓力值時(shí)，則啟動(dòng)二位三通電磁閥B，打 開高壓氣動(dòng)闊B，通過電動(dòng)高壓泵和高壓活塞容器補(bǔ)充合金樣品室中的地層流體 壓力，直至所設(shè)定的壓力值，再關(guān)閉高壓氣動(dòng)閥B。如此過程就能自動(dòng)分離收集 巖樣518生成的氣液態(tài)產(chǎn)物以及對(duì)合金筒體與樣品室內(nèi)實(shí)時(shí)補(bǔ)充流體，從而形成一個(gè)開放的或者半開放的反應(yīng)環(huán)境，由于高壓氣動(dòng)閥A、 B的開與關(guān)既可以通
過手動(dòng)控制面板上的開關(guān)手動(dòng)控制也可以通過計(jì)算機(jī)614自動(dòng)控制樣品室內(nèi)流 體的排出與補(bǔ)充，從而實(shí)現(xiàn)了烴源巖在幕式排烴和穩(wěn)定流體壓力下的生烴過程； 所述的高壓氣動(dòng)閥A通過管線與氣液分離器連接，氣液分離器被放置在冷阱中， 冷阱由制冷器提供的冷凝水制冷，氣液分離器再通過管線與壓力顯示表、電動(dòng) 壓力開關(guān)、電磁閥、儲(chǔ)氣室依次連接，電動(dòng)壓力開關(guān)通過信號(hào)線與計(jì)算機(jī)614 相連，從樣品室中排出的流體產(chǎn)物首先被保留在冷凍的氣液分離器中，當(dāng)其內(nèi) 壓力大于壓力指示表設(shè)定的值或者實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，計(jì)算機(jī)614發(fā)出指令通過電磁 閥打開壓力開關(guān)，氣體產(chǎn)物進(jìn)入儲(chǔ)氣室收集，液態(tài)產(chǎn)物被保留在氣液分離器中， 從而實(shí)現(xiàn)了模擬生烴產(chǎn)物的自動(dòng)收集與氣液分離。
三、 在本發(fā)明中，
所述的數(shù)據(jù)采集與自動(dòng)控制單元314包括數(shù)據(jù)采集與自動(dòng)控制卡、計(jì)算機(jī) 614與打印機(jī)，通過計(jì)算機(jī)614分別與高溫高壓反應(yīng)單元的溫度變送器302、與 自動(dòng)排烴產(chǎn)物收集與流體補(bǔ)充單元的壓力變送器401、 二位三通電磁閥A、 B以 及電動(dòng)壓力開關(guān)410，與雙向液壓自動(dòng)控制單元301的智能壓力控制表A、 B及 油泵電機(jī)相連接。由計(jì)算機(jī)614對(duì)箱式加熱爐的加溫、恒溫、降溫、合金筒體 和合金樣品室507中的地層流體壓力、巖樣518的靜巖壓力、高溫高壓單元的 排烴、流體產(chǎn)物的分離收集、流體的補(bǔ)充以及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄進(jìn)行自動(dòng)控制與 采集。
四、 在本發(fā)明中，
所述的雙向液壓自動(dòng)控制單元301由智能壓力控制表A601、智能壓力控制 表B602、壓力變送器A603、壓力變送器B604、大油缸A305、小油缸B306、換 向電磁閥A607、換向電磁閥B608、施壓桿A609、施壓桿B610、油箱611、柱塞 油泵612和油泵電機(jī)組成613;其中
所述大油缸A的施壓桿A與A缸中間套308連接，保證合金筒體和樣品室在高溫高壓條件下的密封；
小油缸B的施壓桿B與B缸中間套連接，通過靜巖壓力柱對(duì)巖樣518產(chǎn)生 靜巖壓力和圍壓。
所述智能壓力控制表A、智能壓力控制表B及油泵電機(jī)均由信號(hào)線與計(jì)算機(jī) 614和手動(dòng)控制面板315連接，既可以通過數(shù)據(jù)采集與自動(dòng)控制單元的計(jì)算機(jī) 614自動(dòng)控制，也可以通過手動(dòng)控制面板上的開關(guān)進(jìn)行等同操作；若該壓力變送 器A、 B給出的信號(hào)低于設(shè)定壓力的范圍，則計(jì)算機(jī)614發(fā)出指令，啟動(dòng)油泵電 機(jī)，驅(qū)動(dòng)柱塞油泵從油箱中抽出機(jī)油，同時(shí)打開換向電磁閥A、 B，對(duì)大油缸A、 小油缸B進(jìn)行補(bǔ)壓，再驅(qū)動(dòng)施壓桿A、 B上下運(yùn)動(dòng)分別對(duì)密封墊圈和巖樣518施 加壓力，直到設(shè)定的壓力值。其中所述的大油缸A和小油缸B共同使用同一個(gè) 油箱、油泵電機(jī)和柱塞油泵構(gòu)成兩套液壓裝置，大油缸A和小油缸B的自動(dòng)控 制是通過壓力變送器A、 B輸出壓力信號(hào)到智能壓力控制表A、 B，由計(jì)算機(jī)614 實(shí)時(shí)進(jìn)行的，若壓力變送器輸出信號(hào)低于實(shí)驗(yàn)設(shè)定壓力的范圍，則計(jì)算機(jī)614 發(fā)出指令，啟動(dòng)油泵電機(jī)和柱塞油泵，打開換向電磁閥A、 B，對(duì)大油缸A禾口/ 或小油缸B進(jìn)行補(bǔ)壓，直到設(shè)定壓力。
五、在本發(fā)明中，所述外圍輔助設(shè)備與儀器外殼單元包括真空泵316、龍門 架311、底座312、頂板313、手動(dòng)控制面版315、碳鋼噴塑外殼等構(gòu)成，通過 龍門架固定箱式加熱爐，通過頂板312固定雙向液壓自動(dòng)控制單元301的大油 缸A，其施壓桿A與A缸中間套308連接，通過底座313固定雙向液壓自動(dòng)控 制單元301的小油缸B、支撐下中間壓力套B309，施壓桿B則與高溫高壓反應(yīng) 單元的B缸中間套501相連接；所述手動(dòng)控制面版也與溫度變送器302、壓力 變送器401、 二位三通電磁閥A、 B以及電動(dòng)壓力開關(guān)410以及301的智能壓力 控制表A、 B及油泵電機(jī)相連接，通過手動(dòng)控制面版的開關(guān)進(jìn)行相關(guān)控制。
本發(fā)明之二的烴源巖地層孔隙熱壓生烴模擬儀的使用方法為
將適量巖樣518裝入所述的樣品室中，上下各放一塊金屬濾片，再將樣品室放入已經(jīng)封蓋好上端口的合金筒體中，依次加入靜巖壓力柱、空心口向上的
V形紫銅密封墊圈A、 O形石墨墊圈、空心口向下的V形紫銅密封墊圈B、下 壓環(huán)套、下壓環(huán)螺栓、下中間壓力套B和B缸中間套，將已組裝了上述部件的 合金筒體放置在底座上和箱式加熱爐中，調(diào)節(jié)其位置，讓其上端的A缸中間套 穿過箱式加熱爐頂部開口與施壓桿A對(duì)齊，下端的B缸中間套和下中間壓力套 B穿過箱式加熱爐底部開口分別與施壓桿B對(duì)齊、支撐在底座上，利用手動(dòng)控 制面板上的手動(dòng)開關(guān)啟動(dòng)油泵電機(jī)，驅(qū)動(dòng)大油缸A510和小油缸B514的施壓桿 A、 B，對(duì)合金筒體內(nèi)的密封部件以及巖樣518施加設(shè)定的壓力。將四通閥門307 與二通接管415相連接，接上快速接頭，手動(dòng)關(guān)閉高壓氣動(dòng)閥A，打開二位三通 電磁閥B和高壓氣動(dòng)閥B利用電動(dòng)高壓泵將高壓活塞容器的壓力增加到 80-100MPa給樣品室內(nèi)充入高壓流體(氮?dú)饣蛘呒兯?，平衡后關(guān)上高壓氣動(dòng)閥 B，啟動(dòng)數(shù)據(jù)采集與自動(dòng)控制單元監(jiān)測(cè)樣品室中流體壓力的變化情況，在12小 時(shí)內(nèi)如果流體壓力沒有下降，說明整個(gè)儀器不漏。儀器不漏后，排掉試漏所用 的流體，連接真空泵316與管線接頭B421，將合金筒體、合金樣品室507、四 通閥門、氣液分離器和儲(chǔ)氣室以及它們之間的連接管線均抽成真空，關(guān)閉儲(chǔ)氣 室418的出口端，在計(jì)算機(jī)614操作系統(tǒng)上按模擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要求設(shè)置相應(yīng)的參 數(shù)(溫度、時(shí)間、靜巖壓力、地層流體壓力等)，啟動(dòng)儀器自動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí) 驗(yàn)的全過程將按設(shè)定條件自動(dòng)施加靜巖壓力、地層流體壓力、升溫恒溫、排出 產(chǎn)物、補(bǔ)充流體與分離收集產(chǎn)物。
本發(fā)明的有益效果是
① 能夠在保留烴源巖樣品原始孔隙結(jié)構(gòu)與空間的情況下進(jìn)行熱壓生、排烴 模擬實(shí)驗(yàn)；
② 能夠同時(shí)對(duì)巖樣施加靜巖壓力、地層流體壓力和圍壓，其中最大靜巖壓 力和圍壓為200MPa，最大地層流體壓力為150MPa，能較真實(shí)地模擬地質(zhì)情況下烴源巖生烴的壓力條件；
③ 可以模擬烴源巖在幕式排烴或穩(wěn)定地層流體壓力(開放或者封閉)下的 生烴過程；
④ 由于采用了現(xiàn)代電子機(jī)械與自動(dòng)控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了溫度、壓力、產(chǎn)物收 集與數(shù)據(jù)記錄的自動(dòng)控制與監(jiān)測(cè)，大大提高了儀器的自動(dòng)化程度。
由于該儀器能夠在保留烴源巖樣品原始孔隙、在有限的孔隙空間里、同時(shí) 考慮到與地質(zhì)條件相近的靜巖壓力、地層流體壓力和圍壓的條件下進(jìn)行烴源巖 的加溫加壓密閉、開放或可控生、排烴模擬實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步完善了我國烴源巖生、 排烴模擬實(shí)驗(yàn)裝置，為開展成烴機(jī)制、油氣運(yùn)移、盆地油氣生成量和油氣資源 預(yù)測(cè)方面的研究提供了一種有效的手段，因而具有廣闊的應(yīng)用前景。
附圖及


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。 圖1壓實(shí)成巖作用與油氣生成和排驅(qū)模擬實(shí)驗(yàn)裝置
IOI液壓缸；102支架；103液壓裝置；104回壓調(diào)節(jié)器；105注入泵；106
中頻電源裝置；107底座；108控制柜；109計(jì)算機(jī) 圖2高溫高壓熱模擬實(shí)驗(yàn)裝置
201液壓機(jī)操作柜；202隔熱板；23感應(yīng)器支架；204感應(yīng)器；205保溫層； 206高壓釜；207熱電偶；208位移計(jì)；209計(jì)算機(jī)614控制系統(tǒng)；210壓力傳感 其顯示儀；211電子天平A; 212循環(huán)水裝置；213可控硅中頻電源；214脫氣儀； 215冷阱A; 216電子天平B; 217冷阱B; 218工作臺(tái)；219液壓機(jī)控制柜；2210
液壓機(jī)。
圖3烴源巖地層孔隙熱壓生烴模擬儀結(jié)構(gòu)示意圖
301雙向液壓自動(dòng)控制單元301; 302溫度變送器；303高溫高壓反應(yīng)單元； 304冷水套；305大油缸A; 306小油缸B; 307自動(dòng)排烴產(chǎn)物收集與流體補(bǔ)充單元；308 A缸中間套；309下中間壓力套B; 310箱式加熱爐；311龍門架；312頂板；313底座；314數(shù)據(jù)采集與自動(dòng)控制單元；315手動(dòng)控制面板；316真空泵。
圖4自動(dòng)排烴產(chǎn)物收集與流體補(bǔ)充單元結(jié)構(gòu)圖
401壓力變送器；402四通閥門；403 二位三通電磁閥A; 404高壓氣動(dòng)闊A;405高壓氣動(dòng)閥B; 406 二位三通電磁閥B; 407氣體減壓閥；408氣體高壓鋼瓶；409壓力顯示表；410電動(dòng)壓力開關(guān)；411快速接頭；412高壓活塞容器；413電磁閥；414氣液分離器；415冷阱；416制冷器；417截止閥；418儲(chǔ)氣室；419電動(dòng)高壓泵；420管線接頭A; 421管線接頭B。
圖5高溫高壓反應(yīng)單元結(jié)構(gòu)圖
501B缸中間套；502下壓環(huán)螺栓；503合金筒體；504下壓環(huán)套；505V形紫銅密封墊圈A; 506 0形石墨墊圈；507合金樣品室；508生烴空間調(diào)節(jié)器；509自緊式端蓋；510紫銅錐形密封環(huán)B; 511上壓環(huán)套；512上壓緊螺栓；513上中間壓力套；514壓帽；515二通接管；308A缸中間套；517金屬過濾片A ; 518巖樣；519金屬過濾片B; 520 V形紫銅密封墊圈B;521靜巖壓力柱；309下中間壓力套B。
圖6雙向液壓機(jī)控制單元結(jié)構(gòu)示意圖
601智能壓力控制表A; 602智能壓力控制表B; 603壓力變送器A; 604壓力變送器B; 605大油缸A; 606小油缸B; 607換向電磁閥A; 608換向電磁閥B;609施壓桿A; 610施壓桿B; 611油箱；612柱塞油泵；613油泵電機(jī)；614計(jì)算機(jī)614。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
17附圖3中，本發(fā)明由高溫高壓反應(yīng)單元303、雙向液壓自動(dòng)控制單元301、自動(dòng)排烴產(chǎn)物收集與流體補(bǔ)充單元307、數(shù)據(jù)采集與自動(dòng)控制單元314、外圍輔助設(shè)備與儀器外殼構(gòu)成，其中高溫高壓反應(yīng)單元的合金筒體503為一中空柱體，由耐高壓高溫耐腐蝕的合金材料制成，其上部端口依次放置自緊式端蓋509、紫銅錐形密封環(huán)510、上壓環(huán)套511、上中間壓力套A308和上壓緊螺栓512之后，由大油缸A305的施壓桿A621對(duì)A缸中間套516施加壓力之后導(dǎo)致紫銅錐形密封環(huán)510發(fā)生形變對(duì)合金筒體上部端口進(jìn)行密封；所述自緊式端蓋509的中間鉆有直徑0.5毫米的兩個(gè)開口通道， 一端與生烴空間調(diào)節(jié)器508相連接，另一端通過二通接管515和管線接頭A與自動(dòng)排烴產(chǎn)物收集與流體補(bǔ)充單元的四通閥門402相連接；所述合金筒體503內(nèi)部依次放置生烴空間調(diào)節(jié)器508和合金樣品室507，在合金樣品室507內(nèi)放置金屬過濾片A517、巖樣518、金屬過濾片B519、靜巖壓力柱521、下中間壓力套B和B缸中間套501;所述B缸中間套501被放置施壓桿B610上，通過小油缸B306驅(qū)動(dòng)施壓桿B對(duì)巖樣518施加靜巖壓力；被放置在合金筒體503中的靜巖壓力柱521依次套上V型紫銅密封圈B520(其V形口與合金樣品室507的倒V 口相連接)、0型石墨墊圈506、 V型紫銅密封墊圈A505、下壓環(huán)套504、下壓環(huán)螺母502和下中間壓力套309之后，通過大油缸A驅(qū)動(dòng)施壓桿A609施加壓力'，通過下中間壓力套309的反作用力導(dǎo)致0型石墨墊圈506、 V型紫銅密封墊圈A、 B發(fā)生形變對(duì)合金筒體下部端口進(jìn)行密封；將整個(gè)組合好的合金筒體503放置在箱式加熱爐310中和底板之上，所述的上中間壓力套A308穿過箱式加熱爐310上開口通過A缸中間套516與施壓桿A接觸，所述下中間壓力套B309與B缸中間套501穿過箱式加熱爐310下開口分別與底板313和施壓桿B接觸。
自動(dòng)排烴產(chǎn)物收集與流體補(bǔ)充單元通過管線接頭A、四通閥門402與高溫高壓反應(yīng)單元303的二通接管515相連接，所述的四通閥門402 —個(gè)出口安裝壓力變送器401檢測(cè)樣品室內(nèi)地層流體壓力，通過信號(hào)線與所述的數(shù)據(jù)采集與自動(dòng)控制單元連接， 一個(gè)出口通過不銹鋼管線與高壓氣動(dòng)閥A連接，實(shí)驗(yàn)過程中若地層流體壓力超過設(shè)定的排烴壓力值時(shí)，則啟動(dòng)二位三通電磁闊A排出流體減壓，流體產(chǎn)物通過氣液分離器414分離之后，液態(tài)產(chǎn)物被冷凍保留，氣體產(chǎn)物進(jìn)入儲(chǔ)氣室418收集，直至所設(shè)定的壓力值，關(guān)閉高壓氣動(dòng)閥A;所述四通閥門的再一個(gè)出口通過不銹鋼管線與高壓氣動(dòng)閥B405連接，當(dāng)樣品室內(nèi)的流體壓力低于設(shè)定的排烴壓力值時(shí)，則啟動(dòng)高壓氣動(dòng)閥B406通過電動(dòng)高壓泵419和高壓活塞容器412補(bǔ)充樣品室中的地層流體壓力，直至所設(shè)定的壓力值，所述的高壓氣動(dòng)閥B405通過快速接頭411、不銹鋼管線與高壓活塞容器412連接；所述的高壓氣動(dòng)閥A404通過管線與氣液分離器414連接，氣液分離器被放置在冷阱415中，冷阱由制冷器416提供的冷凝水制冷；所述的氣液分離器414通過管線與壓力顯示表409、電動(dòng)壓力開關(guān)410、電磁閥413、儲(chǔ)氣室418依次連接，所述的電動(dòng)壓力開關(guān)通過信號(hào)線與計(jì)算機(jī)614614相連，在實(shí)驗(yàn)過程中樣品室中的巖樣518在高溫高壓條件下生成的液態(tài)與氣體產(chǎn)物經(jīng)過四通閥門402進(jìn)入被冷凍的氣液分離器414之后首先被保留在冷凍的氣液分離器中，當(dāng)其內(nèi)壓力大于壓力指示表設(shè)定的值或者實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，計(jì)算機(jī)614發(fā)出指令打開壓力開關(guān)和電磁閥，氣體產(chǎn)物進(jìn)入儲(chǔ)氣室418收集，液態(tài)產(chǎn)物被保留在氣液分離器中，實(shí)現(xiàn)了模擬生烴產(chǎn)物的自動(dòng)收集與氣液分離，為研究烴源巖在幕式排烴和穩(wěn)定流體壓力下的模擬生烴過程，為定量研究烴源巖生烴與初次排烴之間的關(guān)系提供一種有效手段。
雙向液壓自動(dòng)控制單元301中的大油缸A305和小油缸B306共同使用同一個(gè)油箱611、油泵電機(jī)613、柱塞油泵612構(gòu)成兩套液壓裝置，其中所述的油泵電機(jī)613通過信號(hào)線與計(jì)算機(jī)614614相連接，所述智能壓力控制表A、 B—端與壓力變送器A、 B連接、另一端通過信號(hào)線與計(jì)算機(jī)614連接形成兩套液壓裝置的自動(dòng)控制。所述大油缸A在實(shí)驗(yàn)中主要對(duì)合金筒體中的A缸中間套308、下中間壓力套B施加壓力，讓密封墊圈產(chǎn)生形變，保證合金筒體和樣品室在高溫高壓條件下的密封；小油缸B的施壓桿B的進(jìn)退通過B缸中間套501和靜巖壓力桿形成樣品的靜巖壓力和圍壓。大油缸A和小油缸B的自動(dòng)控制是通過壓力變送器A、 B輸出壓力信號(hào)，通過智能壓力控制表A、 B由計(jì)算機(jī)614實(shí)時(shí)進(jìn)行的，若壓力變送器輸出信號(hào)低于實(shí)驗(yàn)設(shè)定壓力的范圍，則計(jì)算機(jī)614發(fā)出指令，啟動(dòng)油泵電機(jī)和柱塞油泵，打開換向電磁閥A、 B，對(duì)進(jìn)行大油缸A和小油缸B補(bǔ)壓，直到設(shè)定壓力。
數(shù)據(jù)采集與自動(dòng)控制單元通過信號(hào)線與溫度變送器302、壓力變送器401、智能壓力控制表A、 B、油泵電機(jī)、二位三通電磁閥A、 B、電動(dòng)壓力開關(guān)410相連接，通過計(jì)算機(jī)614對(duì)所述箱式加熱爐310 (最高溫度可達(dá)60(TC)、大油缸A305、小油缸B306、樣品室中地層流體壓力、巖樣518靜巖壓力、排烴產(chǎn)物分離收集、流體實(shí)時(shí)補(bǔ)充以及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集記錄與自動(dòng)控制；所述外圍輔助設(shè)備與儀器外殼通過龍門架3.11、頂板312、底座313對(duì)整個(gè)高溫高壓反應(yīng)單元303和大油缸A305、小油缸B306起到支撐固定作用。
所述的烴源巖地層孔隙熱壓生烴模擬儀的使用方法是這樣的進(jìn)行烴源巖高溫高壓模擬實(shí)驗(yàn)之前，首先在合金筒體503上部端口依次放置自緊式端蓋509，上中間壓力套A308、紫銅錐形密封環(huán)510、上壓環(huán)套511和上壓緊螺栓512,通過手動(dòng)控制面板315啟動(dòng)大油缸A305，帶動(dòng)施壓桿A做功對(duì)合金筒體上端口進(jìn)行初步密封；上端口密封之后，從合金筒體下端口依次放置生烴空間調(diào)節(jié)器508508，上金屬濾片A517、裝有適量巖樣518518的合金樣品室507507、下金屬濾片B519、靜巖壓力柱521，然后在靜巖壓力柱上依次套上V形紫銅墊圈520(口向上)、0形石墨墊圈506、 V形紫銅墊圈505 (口向下)、下壓環(huán)套504，最后再依次放置下壓環(huán)螺栓502、下中間壓力套B309、 B缸中間套501，這樣就組合好了整個(gè)合金筒體。再將已組裝了上述部件的合金筒體放在儀器底座313上和箱式加熱爐310中，調(diào)節(jié)其位置，讓其上端的A缸中間套308與施壓桿A接觸對(duì)齊，下端的B缸中間套與施壓桿B接觸對(duì)齊，下中間壓力套B支撐在底座313上之后，首先通過手動(dòng)控制面板同時(shí)啟動(dòng)大油缸A305和小油缸B306，大油缸A對(duì)安裝在合金筒體下端口的V形紫銅墊圈、O形石墨墊圈以及上部端口的紫銅錐形密封環(huán)施加壓力進(jìn)行密封，小油缸B通過B缸中間套和靜巖壓力柱對(duì)巖樣518施加靜巖壓力。
通過管線接頭A將二通接管515與四通閥門402相連接，管線接頭B將儲(chǔ)氣室418與真空泵316相連接，打開高壓氣動(dòng)閥A404，關(guān)閉高壓氣動(dòng)閥B405，對(duì)上下端口已密封的合金筒體和樣品室抽真空，真空抽好之后，再關(guān)閉高壓氣動(dòng)閥A404，接上快速接頭411，手動(dòng)打開二位三通電磁閥B406和高壓氣動(dòng)閥B405，利用電動(dòng)高壓泵419和高壓活塞容器412給合金筒體和樣品室內(nèi)充入高壓流體(惰性氣體或者純水)直到實(shí)驗(yàn)設(shè)定的壓力，再關(guān)閉高壓氣動(dòng)閥B405啟動(dòng)數(shù)據(jù)采集與自動(dòng)控制單元監(jiān)測(cè)樣品室中流體壓力的變化情況，在12小時(shí)內(nèi)如
果流體壓力沒有下降，說明整個(gè)儀器不漏。儀器不漏后，打開高壓氣動(dòng)閥A404排掉試漏所用的流體，用真空泵316再次將整個(gè)系統(tǒng)抽成真空，真空抽好之后，關(guān)閉電動(dòng)壓力開關(guān)410和儲(chǔ)氣室418的出口開關(guān)，卸下管線接頭421，保留整個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)處于真空狀態(tài)。
進(jìn)行烴源巖高溫高壓模擬實(shí)驗(yàn)時(shí)，首先在計(jì)算機(jī)614操作系統(tǒng)上按模擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要求設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)(溫度、時(shí)間、靜巖壓力、地層流體壓力等)，啟動(dòng)整個(gè)模擬實(shí)驗(yàn)儀器自動(dòng)控制系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)614發(fā)出指令，啟動(dòng)油泵電機(jī)616，通過柱塞油泵經(jīng)過換向電磁閥A帶動(dòng)大油缸A305做功，使施壓桿A609向下運(yùn)動(dòng)通過A缸中間套516、上中間壓力套A308和上壓環(huán)套511對(duì)紫銅錐形密封環(huán)510與自緊式端蓋509施加高壓密封合金筒體上部端口，同時(shí)通過由底板支撐的下中間壓力套309的反作用力，經(jīng)過下壓環(huán)套504對(duì)V形紫銅墊圈520 (口向上)、0形石墨墊圈506、 V形紫銅墊圈505 (口向下)施加高壓密封合金筒體下部端口；所述計(jì)算機(jī)614也可以發(fā)出指令，啟動(dòng)油泵電機(jī)616,通過柱塞油泵經(jīng)過換向電磁閥B帶動(dòng)小油缸B305做功，使施壓桿B向上運(yùn)動(dòng)通過B桿中間
21套501和靜巖壓力柱521對(duì)合金樣品室507中的巖樣518施加高的靜巖壓力。 由于合金筒體的上下端口分別采用軸向自緊式靜密封與半自緊式動(dòng)密封相結(jié)合 的密封方式確保了烴源巖生烴過程能夠在最高達(dá)150MPa地層流體壓力和最高達(dá) 200MPa的靜巖壓力下進(jìn)行而不發(fā)生生成產(chǎn)物的泄漏。
烴源巖生烴模擬實(shí)驗(yàn)時(shí)，巖樣518的升溫、恒溫與降溫均由計(jì)算機(jī)614、溫 度控制器、溫度變送器302和箱式加熱爐310中的電阻絲共同完成，由于箱式 加熱爐中安裝有耐高溫電風(fēng)扇，因此對(duì)整個(gè)合金筒體和巖樣518的加熱是均勻 的。實(shí)驗(yàn)時(shí)最高溫度可達(dá)600'C。
合金樣品室507中的巖樣518經(jīng)過一段時(shí)間加熱后開始生成油氣，同時(shí)合 金筒體中的流體(水或者惰性氣體)也會(huì)因溫度的升高，導(dǎo)致地層流體壓力會(huì) 不斷增加，如果在某個(gè)溫度點(diǎn)，由壓力變送器401感應(yīng)到的地層流體壓力超過 實(shí)驗(yàn)設(shè)定值，計(jì)算機(jī)614會(huì)發(fā)出指令，啟動(dòng)二位三通電磁閥A403，由氣體高壓 鋼瓶408和壓力顯示表409提供的高壓氣體會(huì)打開高壓啟動(dòng)閥A404，使合金筒 體和樣品室中的高壓高溫流體產(chǎn)物經(jīng)二通接管515、四通閥門402、高壓氣動(dòng)閥 A404進(jìn)入到被冷凍的氣液分離室中保存，從而降低地層流體壓力，壓力降低到 一定值之后高壓氣動(dòng)閥A會(huì)自動(dòng)關(guān)閉；相反，如果在某個(gè)溫度點(diǎn)，由壓力變送 器401感應(yīng)到的地層流體壓力小于實(shí)驗(yàn)設(shè)定值，計(jì)算機(jī)614也會(huì)發(fā)出指令，啟 動(dòng)二位三通電磁閥B406，由氣體高壓鋼瓶408和氣體減壓閥407提供的高壓氣 體會(huì)打開高壓氣動(dòng)閥B405，由高壓電動(dòng)泵419和高壓活塞容器412給合金筒體 和樣品室中補(bǔ)充適當(dāng)?shù)母邏毫黧w(壓力的大小視溫度以及模擬實(shí)驗(yàn)要求而定) 直至實(shí)驗(yàn)設(shè)定的壓力，同時(shí)關(guān)閉高壓氣動(dòng)閥B。通過自動(dòng)控制高壓氣動(dòng)閥A與 B的開關(guān)，由此實(shí)現(xiàn)_了烴源巖模擬生烴過程中地層流體壓力與排烴過程的自動(dòng) 控制。
當(dāng)保留在氣液分離器中的氣體與液體產(chǎn)物形成的壓力超過壓力顯示表409 設(shè)定值或者實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，計(jì)算機(jī)614發(fā)出指令打開電動(dòng)壓力開關(guān)410，氣體產(chǎn)物進(jìn)入儲(chǔ)氣室41S，液體產(chǎn)物被冷凍保留在氣液分離器414中，從而實(shí)現(xiàn)了氣液產(chǎn) 物的自動(dòng)冷凍分離，被分離的產(chǎn)物取出后再利用其他儀器設(shè)備和方法進(jìn)行油氣 水的三相計(jì)量。
從上述實(shí)施例的描述可知本發(fā)明應(yīng)用現(xiàn)代電子機(jī)械與自動(dòng)控制技術(shù)，可 以按設(shè)定條件對(duì)生烴模擬實(shí)驗(yàn)全過程中的靜巖壓力、地層流體壓力、升溫恒溫 降溫、生烴產(chǎn)物排出、流體補(bǔ)充與產(chǎn)物分離實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)比較的效果對(duì)比
大慶石油學(xué)院在已獲得發(fā)明專利"有機(jī)質(zhì)地化演化模擬實(shí)驗(yàn)裝置"(第
11816號(hào)發(fā)明，專利號(hào)8710091， 1989)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)(黨長濤、劉曉燕 等，1994，地質(zhì)實(shí)驗(yàn)室，10 (3) 164-166)，研制了一種內(nèi)加熱壓實(shí)式烴源巖 演化生、排烴模擬實(shí)驗(yàn)裝置，所提供的模擬實(shí)驗(yàn)裝置是一種用于化學(xué)演化模擬， 特別是模擬不同地質(zhì)條件下的有機(jī)質(zhì)地化演化的實(shí)驗(yàn)裝置。該裝置由在軸向上 裝有可移動(dòng)柱塞的筒狀高壓反應(yīng)器、裝有一臺(tái)通過柱塞能夠?qū)Ψ磻?yīng)器內(nèi)樣品施 加可控制模擬壓力的壓力機(jī)和套在反應(yīng)段外部的加熱器構(gòu)成，筒狀高壓反應(yīng)器 可分為密封段、反應(yīng)段和液體收集段，各段間用高壓密封件連接。該裝置具有 加熱速度快，樣品受熱均勻的優(yōu)點(diǎn)，最高溫度可達(dá)600°C，最大靜巖壓力為 130MPa，最大地層流體壓力為15MPa，很難模擬烴源巖在高演化地質(zhì)條件下的靜 巖壓力與地層流體壓力，由于采用壓力表顯示壓力，無法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制與流體 的實(shí)時(shí)補(bǔ)充；由于反應(yīng)釜中要加入導(dǎo)熱金屬小球，因此不能用原始樣品只能用 粉碎的樣品進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，改變了樣品的原始孔隙結(jié)構(gòu)，影響了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的真 實(shí)性。
發(fā)明專利"壓實(shí)成巖作用與油氣生成和排驅(qū)模擬實(shí)驗(yàn)裝置"(D0316，專 利號(hào)CN01136031.3)和新型實(shí)用專利"油氣生成、運(yùn)移和聚集模擬實(shí)驗(yàn)裝置" (D0316，專利號(hào)CN01136031.3)提供了一種自動(dòng)化程度高、維修方便、高溫 高壓、加熱速度快且溫度均勻、既可以模擬開放系統(tǒng)又可以模擬封閉系統(tǒng)的較真實(shí)的模擬地層溫壓條件下的油氣生烴以及運(yùn)移聚集過程的模擬實(shí)驗(yàn)裝置(附 圖1)。就烴源巖生烴過程模擬而言，該儀器與發(fā)明專利"有機(jī)質(zhì)地化演化模擬
實(shí)驗(yàn)裝置"具有很大的相似性，能模擬的最大靜巖壓力僅為120MPa，最大地層 流體壓力只有15MPa，很難模擬烴源巖在高演化地質(zhì)條件下的靜巖和孔隙流體壓 力，也沒有考慮"樣品的原始孔隙結(jié)構(gòu)與空間"、"實(shí)際地層流體壓力"、"平 衡時(shí)間"及"初次排烴"這幾個(gè)對(duì)烴源巖生烴過程具有重要影響的因素。
文獻(xiàn)(杜洪文等，2001.石油儀器.15 (6) 16-19)所陳述的"高溫高壓熱 模擬裝置"(附圖2)實(shí)現(xiàn)了溫度、壓力的自動(dòng)控制；也采用中頻加熱技術(shù)，加 熱快速均勻；氣、液產(chǎn)物自動(dòng)計(jì)量，消除了人為誤差；特制的無螺栓、快速拆 卸式高溫高壓反應(yīng)釜進(jìn)一步提高了最高模擬地層流體壓力(最大40MPa)。同樣， 該裝置不能用原始樣品只能用粉碎的樣品進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，改變了樣品的原始孔 隙結(jié)構(gòu)，不能滿足高演化地質(zhì)條件下的地層流體壓力，不能模擬幕式排烴條件 下的烴源巖生烴過程。
與上述現(xiàn)有技術(shù)相比較,本發(fā)明專利能夠在保留烴源巖樣518品原始孔隙、 在有限的孔隙空間里、同時(shí)考慮到與地下油氣生成相近的靜巖壓力、地層流體 壓力和圍壓的條件下進(jìn)行烴源巖的加溫加壓密閉、開放或可控生、排烴模擬實(shí) 驗(yàn)。
相比較而言，本儀器具有以下優(yōu)點(diǎn)
① 能夠在保留烴源巖樣518品原始孔隙結(jié)構(gòu)與空間的情況下進(jìn)行烴源巖高 溫高壓生烴模擬實(shí)驗(yàn)，其最高溫度為60CrC，最高靜巖壓力和圍壓為200MPa， 最高地層流體壓力為150MPa，極大地?cái)U(kuò)展了模擬地質(zhì)條件下烴源巖生烴的實(shí)驗(yàn) 范圍，使模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果更為接近地質(zhì)實(shí)際使模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果更為接近地質(zhì)實(shí)際；
② 由于采用了現(xiàn)代電子機(jī)械與自動(dòng)控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了溫度、壓力、產(chǎn)物收 集與數(shù)據(jù)采集等的自動(dòng)控制與監(jiān)測(cè)，極大地提高了裝置的自動(dòng)化程度與儀器化
水平；(D由于采用了排烴與流體補(bǔ)充的自動(dòng)控制，因此可以模擬烴源巖在幕式排 烴或穩(wěn)定地層流體壓力(開放或者封閉)下的生烴過程，為研究烴源巖生烴與 初次排烴之間的定量關(guān)系提供了一種有效手段。
權(quán)利要求
1. 一種烴源巖地層孔隙熱壓生烴模擬儀，其特征在于它由高溫高壓反應(yīng)單元303、雙向液壓自動(dòng)控制單元301、自動(dòng)排烴產(chǎn)物收集與流體補(bǔ)充單元307、數(shù)據(jù)采集與自動(dòng)控制單元314、外圍輔助設(shè)備與儀器外殼五部分構(gòu)成，其中所述的高溫高壓反應(yīng)單元303通過A缸中間套308和B缸中間套501分別與雙向液壓自動(dòng)控制單元301中大油缸A的施壓桿A和小油缸B的施壓桿B連接，對(duì)合金筒體進(jìn)行密封、對(duì)巖樣518施加靜巖壓力。
2. 如權(quán)利要求1所述的烴源巖地層孔隙熱壓生烴模擬儀，其特征在于 所述的高溫高壓反應(yīng)單元303包括合金筒體503、 B缸中間套501、下壓環(huán)螺栓502、下壓環(huán)套504、 V型紫銅密封墊圈A505、 V型紫銅密封墊圈B520、 0 型石墨墊圈506、合金樣品室507、生烴空間調(diào)節(jié)器508、自緊式端蓋509、紫 銅錐形密封環(huán)510、上壓環(huán)套511、上壓緊螺栓512、上中間壓力套A513、壓帽 514、 二通接管515、 A缸中間套308、巖樣518、金屬過濾片A517、金屬過濾片 B519、靜巖壓力柱521和下中間壓力套B309、箱式加熱爐310和溫度變送器302。
3. 如權(quán)利要求2所述的烴源巖地層孔隙熱壓生烴模擬儀，其特征在于 所述合金筒體503為一中空柱體，其上端口依次安裝自緊式端蓋509、紫銅錐形密封環(huán)510、上壓環(huán)套511和上壓緊螺栓512之后，通過A缸中間套308 與施壓桿A609連接，由大油缸A施壓后進(jìn)行密封；其中所述自緊式端蓋509中 間有直徑0.5毫米通道， 一端與合金樣品室507相連通，另一端通過二通接管 與自動(dòng)排烴產(chǎn)物收集與流體補(bǔ)充單元的管線接頭A420、四通閥門402相連接， 形成產(chǎn)物的排出通道；所述合金筒體503下部端口安裝的B缸中間套501與小油缸B的施壓桿 B610相連接，通過靜巖壓力柱521對(duì)巖樣518施加靜巖壓力；所述合金筒體503內(nèi)再依次安裝生烴空間調(diào)節(jié)器508，金屬過濾片A、合金 樣品室507、巖樣518、金屬過濾片B和靜巖壓力柱、空心口向上的V形紫銅密 封墊圈A、 O形石墨墊圈、空心口向下的V形紫銅密封墊圈B、下壓環(huán)套504、 下壓環(huán)螺栓502和下中間壓力套B309;其中下中間壓力套B309放置在底座313 上，利用大油缸A的施壓桿A對(duì)A缸中間套308施加壓力后，通過底座313的 反作用力對(duì)下中間壓力套309施加壓力，密封合金筒體下部端口 ；已被安裝好上述部件的合金筒體503被直立放置在箱式加熱爐310內(nèi)，上 端口的A缸中間套穿過箱式加熱爐頂部開口與施壓桿A連接，下端的下中間壓 力套B309以及被下中間壓力套B套著的B缸中間套501穿過箱式加熱爐底部 開口分別與底座313和施壓桿B連接。
4. 如權(quán)利要求l所述的烴源巖地層孔隙熱壓生烴模擬儀，其特征在于， 所述的自動(dòng)排烴產(chǎn)物收集與流體補(bǔ)充單元307包括由壓力變送器401、四通閥門402、 二位三通電磁閥A403、高壓氣動(dòng)閥A404、壓力顯示表409、電動(dòng)壓 力開關(guān)410、電磁閥413、氣液分離器414、冷阱415、制冷器416、儲(chǔ)氣室418 組成的自動(dòng)排烴與產(chǎn)物收集裝置以及由快速接頭411、高壓活塞容器412、高壓 氣動(dòng)閥B405、 二位三通電磁閥B406、電動(dòng)高壓泵419、截止閥417組成的流體 補(bǔ)充裝置和為二位三通電磁閥A、 B提供驅(qū)動(dòng)力的氣體減壓閥407、氣體高壓鋼 瓶408;所述的自動(dòng)排烴產(chǎn)物收集與流體補(bǔ)充單元307通過四通閥門402、管線 接頭A與高溫高壓反應(yīng)單元上端口的二通接管連接。
5. 如權(quán)利要求4所述的烴源巖地層孔隙熱壓生烴模擬儀，其特征在于 所述的四通閥門第一個(gè)出口通過管線接頭A與高溫高壓反應(yīng)單元上部二通接管連接，第二個(gè)出口安裝壓力變送器401通過信號(hào)線與所述計(jì)算機(jī)614連接， 第三個(gè)出口通過管線與高壓氣動(dòng)閥A連接；所述高壓氣動(dòng)陶A404通過管線與氣液分離器414連接，氣液分離器414被放置在冷阱4715中，冷阱415由制冷器416提供的冷凝水制冷；所述的氣液分離器414通過管線與壓力顯示表409、電動(dòng)壓力開關(guān)410、電 磁閥413、儲(chǔ)氣室418依次連接；所述的電動(dòng)壓力開關(guān)410通過信號(hào)線與計(jì)算機(jī)614相連，在實(shí)驗(yàn)過程中對(duì) 生成的液態(tài)與氣體產(chǎn)物進(jìn)行自動(dòng)分離與收集；所述四通閥門402的第四個(gè)出口通過不銹鋼管線與高壓氣動(dòng)閥B連接，所 述的高壓氣動(dòng)閥B通過管線再與高壓活塞容器412連接，高壓活塞容器412由 與之相連的電動(dòng)高壓泵419提供壓力；所述的二位三通電磁閥A、 B通過管線與氣體減壓閥、高壓氣體鋼瓶連接， 其控制部分通過信號(hào)線與計(jì)算機(jī)614相連。
6. 如權(quán)利要求1所述的烴源巖地層孔隙熱壓生烴模擬儀，其特征在于 所述的數(shù)據(jù)采集與自動(dòng)控制單元314包括數(shù)據(jù)采集與自動(dòng)控制卡、計(jì)算機(jī)614與打印機(jī)，通過計(jì)算機(jī)614分別與高溫高壓反應(yīng)單元的溫度變送器302、與 自動(dòng)排烴產(chǎn)物收集與流體補(bǔ)充單元的壓力變送器401、 二位三通電磁閥A、 B以 及電動(dòng)壓力開關(guān)410，與雙向液壓自動(dòng)控制單元301的智能壓力控制表A、 B及 油泵電機(jī)相連接。
7. 如權(quán)利要求1所述的烴源巖地層孔隙熱壓生烴模擬儀，其特征在于 所述的雙向液壓自動(dòng)控制單元301由智能壓力控制表A601、智能壓力控制表B602、壓力變送器A603、壓力變送器B604、大油缸A305、小油缸B306、換 向電磁闊A607、換向電磁閥B608、施壓桿A609、施壓桿B610、油箱611、柱塞 油泵612和油泵電機(jī)613組成；其中所述大油缸A的施壓桿A與A缸中間套308連接，保證合金筒體和樣品室 在高溫高壓條件下的密封；小油缸B的施壓桿B與B缸中間套連接，通過靜巖壓力柱對(duì)巖樣518產(chǎn)生靜巖壓力和圍壓。
8. 如權(quán)利要求6所述的烴源巖地層孔隙熱壓生烴模擬儀，其特征在于 所述智能壓力控制表A、智能壓力控制表B及油泵電機(jī)均由信號(hào)線與計(jì)算機(jī)614和手動(dòng)控制面板315連接，既可以通過數(shù)據(jù)采集與自動(dòng)控制單元的計(jì)算機(jī) 614自動(dòng)控制，也可以通過手動(dòng)控制面板上的開關(guān)進(jìn)行等同操作；若該壓力變送 器A、 B給出的信號(hào)低于設(shè)定壓力的范圍，則計(jì)算機(jī)614發(fā)出指令，啟動(dòng)油泵電 機(jī)，驅(qū)動(dòng)柱塞油泵從油箱中抽出機(jī)油，同時(shí)打開換向電磁閥A、 B，對(duì)大油缸A、 小油缸B進(jìn)行補(bǔ)壓，再驅(qū)動(dòng)施壓桿A、 B上下運(yùn)動(dòng)分別對(duì)密封墊圈和巖樣518施 加壓力，直到設(shè)定的壓力值。
9. 如權(quán)利要求1所述的烴源巖地層孔隙熱壓生烴模擬儀，其特征在于 所述外圍輔助設(shè)備與儀器外殼單元包括真空泵316、龍門架311、底座312、頂板313、手動(dòng)控制面版315、碳鋼噴塑外殼，通過龍門架固定箱式加熱爐，通 過頂板312固定雙向液壓自動(dòng)控制單元301的大油缸A，其施壓桿A與A缸中 間套308連接，通過底座313固定雙向液壓自動(dòng)控制單元301的小油缸B、支 撐下中間壓力套B309，施壓桿B則與高溫高壓反應(yīng)單元的B缸中間套501相連 接。
10.—種如權(quán)利要求1 9之一所述的烴源巖地層孔隙熱壓生烴模擬儀的使用 方法，其步驟為(1) 將適量巖樣518裝入所述的樣品室中，上下各放一塊金屬濾片，再將 樣品室放入已經(jīng)封蓋好上端口的合金筒體中，依次加入靜巖壓力柱、空心口向 上的V形紫銅密封墊圈A 、0形石墨墊圈、空心口向下的V形紫銅密封墊圈B、 下壓環(huán)套、下壓環(huán)螺栓、下中間壓力套B和B缸中間套；(2) 將己組裝了上述部件的合金筒體放置在底座上和箱式加熱爐中，調(diào)節(jié)其位置，讓其上端的A缸中間套穿過箱式加熱爐頂部開口與施壓桿A對(duì)齊，下 端的B缸中間套和下中間壓力套B穿過箱式加熱爐底部開口分別與施壓桿B對(duì) 齊、支撐在底座上，利用手動(dòng)控制面板上的手動(dòng)開關(guān)啟動(dòng)油泵電機(jī)，驅(qū)動(dòng)大油 缸A510和小油缸B514的施壓桿A、 B，對(duì)合金筒體內(nèi)的密封部件以及巖樣518 施加設(shè)定的壓力；(3) 將四通閥門402與二通接管515相連接，接上快速接頭，手動(dòng)關(guān)閉高 壓氣動(dòng)閥A，打開二位三通電磁閥B和高壓氣動(dòng)闊B利用電動(dòng)高壓泵將高壓活塞 容器的壓力增加到80-lOOMPa給樣品室內(nèi)充入高壓氮?dú)饣蛘呒兯?，平衡后關(guān)上 高壓氣動(dòng)閥B，啟動(dòng)數(shù)據(jù)采集與自動(dòng)控制單元監(jiān)測(cè)樣品室中流體壓力的變化情 況，在12小時(shí)內(nèi)如果流體壓力沒有下降，說明整個(gè)儀器不漏；(4) 確認(rèn)儀器不漏后，排掉試漏所用的流體，連接真空泵316與管線接頭 B421，將合金筒體503、合金樣品室507、四通閥門、氣液分離器和儲(chǔ)氣室以及 它們之間的連接管線均抽成真空，關(guān)閉儲(chǔ)氣室418的出口端；(5) 在計(jì)算機(jī)614操作系統(tǒng)上按模擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要求設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)，所說 的參數(shù)包括模擬溫度、模擬時(shí)間、靜巖壓力、地層流體壓力；啟動(dòng)儀器自動(dòng)控 制系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)的全過程將按設(shè)定條件自動(dòng)施加靜巖壓力、地層流體壓力、升溫 恒溫、排出產(chǎn)物、補(bǔ)充流體與分離收集產(chǎn)物。
全文摘要
本發(fā)明名稱為烴源巖地層孔隙熱壓生烴模擬儀及其使用方法，屬于石油與天然氣地質(zhì)研究領(lǐng)域模擬烴源巖熱壓生烴過程的實(shí)驗(yàn)裝置。本發(fā)明由高溫高壓反應(yīng)單元、雙向液壓自動(dòng)控制單元301、自動(dòng)排烴產(chǎn)物收集與流體補(bǔ)充單元、數(shù)據(jù)采集與自動(dòng)控制單元和外圍輔助設(shè)備與儀器外殼五部分構(gòu)成。由于本發(fā)明能夠在保留烴源巖樣518品原始孔隙、在有限的孔隙空間里、同時(shí)考慮到與地質(zhì)條件相近的靜巖壓力、地層流體壓力和圍壓的條件下進(jìn)行烴源巖的加溫加壓密閉、開放或可控生、排烴模擬實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步完善了烴源巖生、排烴模擬實(shí)驗(yàn)裝置，為開展成烴機(jī)制、油氣運(yùn)移、盆地油氣生成量和油氣資源預(yù)測(cè)方面的研究提供了一種有效的手段，因而具有廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)G09B23/00GK101520962SQ20081010106
公開日2009年9月2日 申請(qǐng)日期2008年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月28日
發(fā)明者渠 張, 李廣友, 強(qiáng) 王, 秦建中, 鄭倫舉, 陳偉均, 馬亮幫 申請(qǐng)人:中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司石油勘探開發(fā)研究院