一種油氣成藏模擬實驗裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種油氣成藏模擬實驗裝置及方法，屬于石油與天然氣勘探領域。本裝置包括模擬反應系統(tǒng)與外源物質(zhì)加載系統(tǒng)，所述模擬反應系統(tǒng)與外源物質(zhì)加載系統(tǒng)通過緊固螺絲(108)連接；所述模擬反應系統(tǒng)包括反應釜(101)和加熱部件，所述加熱部件對反應釜(101)進行加熱；所述外源物質(zhì)加載系統(tǒng)包括密閉容器(106)，在所述密閉容器(106)內(nèi)設有與其同軸線的密封活塞(105)；所述密封活塞(105)將密閉容器(106)的內(nèi)腔分隔為上腔和下腔，外源物質(zhì)裝在所述密閉容器(106)的下腔內(nèi)，通過密封活塞(105)的運動將所述外源物質(zhì)壓入所述反應釜(101)中。
【專利說明】一種油氣成藏模擬實驗裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于石油與天然氣勘探領域，具體涉及一種油氣成藏模擬實驗裝置及方法。
【背景技術】
[0002]有機質(zhì)熱模擬實驗技術是石油地質(zhì)學研究中常用的成熟技術，通過模擬實驗，可以確定有機質(zhì)的生烴潛力，有機質(zhì)的生烴模式以及有機質(zhì)初次生烴之后的演化過程，并可以模擬儲積層在地質(zhì)條件下發(fā)生物性改變的過程。但目前的熱模擬實驗技術，其原理為地質(zhì)漸變過程，即模擬的地質(zhì)事件，特別是油氣成藏過程是逐漸過渡的。但真實的地質(zhì)條件下，在有機質(zhì)生烴過程中會伴隨著突發(fā)事件，其中最重要的突發(fā)事件為深部流體活動。深部流體活動可以向沉積盆地內(nèi)輸入大量的深源物質(zhì)，并為有機質(zhì)生烴提供熱源，并且，深部流體活動對儲積層具有明顯地改造作用。盡管現(xiàn)在已經(jīng)通過模擬實驗證實了深部流體對有機質(zhì)生烴的影響作用，但采用的模擬實驗都是以漸變式地質(zhì)演化過程為理論依據(jù)，與真實地質(zhì)條件下的突變式地質(zhì)事件不相符，因此，需要開發(fā)以突變論為指導思想的模擬實驗技術及裝置，以更加真實地還原有機質(zhì)生烴的地質(zhì)過程。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本發(fā)明的目的在于解決上述現(xiàn)有技術中存在的難題，提供一種油氣成藏模擬實驗裝置及方法，以突變論為指導思想，模擬突發(fā)性地質(zhì)事件對油氣生成與儲層影響，真實地模擬真實地質(zhì)條件下，受突發(fā)性地質(zhì)事件影響的油氣成藏過程，為評價突發(fā)性地質(zhì)事件對含油氣盆地內(nèi)有機質(zhì)的總生烴量、液態(tài)烴與氣態(tài)烴的生烴量的影響，進而對含油氣盆地內(nèi)的油氣資源評價提供可靠的理論依據(jù)。
[0004]本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的:
[0005]一種油氣成藏模擬實驗裝置，包括模擬反應系統(tǒng)與外源物質(zhì)加載系統(tǒng)，所述模擬反應系統(tǒng)與外源物質(zhì)加載系統(tǒng)通過緊固螺絲108連接；
[0006]所述模擬反應系統(tǒng)包括反應爸101和加熱部件,所述加熱部件對反應爸101進行加熱；
[0007]所述外源物質(zhì)加載系統(tǒng)包括密閉容器106，在所述密閉容器106內(nèi)設有與其同軸線的密封活塞105 ;所述密封活塞105將密閉容器106的內(nèi)腔分隔為上腔和下腔，外源物質(zhì)裝在所述密閉容器106的下腔內(nèi)，通過密封活塞105的運動將所述外源物質(zhì)壓入所述反應釜101中。
[0008]所述加熱部件包括加熱線圈102和電源103 ;所述加熱線圈102纏繞在所述反應釜101的外表面上，所述電源103與加熱線圈102連接。
[0009]所述外源物質(zhì)加載系統(tǒng)進一步包括螺旋旋鈕104和進樣口 109 ;所述密封活塞105的上端面連接有活塞桿，所述活塞桿向上伸出密閉容器106后與所述螺旋旋鈕104連接，所述螺旋旋鈕104控制密封活塞105的運動方向；[0010]所述密閉容器106的下端通過管路連通進樣口 109，在該管路上設有閥門107 ;所述進樣口 109的下端穿入反應釜101內(nèi)并通過緊固螺絲108固定在反應釜101上。
[0011]所述外源物質(zhì)是固體、氣體或液體中的一種或兩種的組合或三種的組合；如果外源物質(zhì)是固體，則其粒度要小于進樣口 109的內(nèi)徑。
[0012]一種利用所述油氣成藏模擬實驗裝置進行模擬實驗的方法包括以下步驟:
[0013](I)裝樣:
[0014]松開緊固螺絲108，將模擬反應系統(tǒng)與外源物質(zhì)加載系統(tǒng)分離；然后將反應物112放入反應釜101中，并將外源物質(zhì)裝入密閉容器106的下腔內(nèi)；最后將模擬反應系統(tǒng)與外源物質(zhì)加載系統(tǒng)通過緊固螺絲108連接；
[0015](2)預加熱:
[0016]根據(jù)需要研究的油氣藏的地質(zhì)特征，確定對反應釜101加熱的時間及將密閉容器106中的外源物質(zhì)加入反應釜101中的時間和溫度節(jié)點，然后開始對反應釜101進行預加
執(zhí).[0017](3)外源物質(zhì)的進樣:
[0018]當反應釜101被預加熱到所述時間和溫度節(jié)點時，通過加熱保持該溫度，并通過對螺旋旋鈕104和閥門107的組合操作控制活塞105的位置，進而實現(xiàn)外源物質(zhì)的進樣；
[0019](4)繼續(xù)反應階段:
[0020]外源物質(zhì)進樣完畢后，關閉閥門107，使反應釜101中的反應物112與加入的外源物質(zhì)繼續(xù)反應，直至達到設計的模擬反應時間，模擬實驗結(jié)束。
[0021]所述步驟(3)包括如下步驟:
[0022](a)裝樣準備:
[0023]將所述外源物質(zhì)加載系統(tǒng)中的螺旋旋鈕104退到最大位置，此時密閉容器106的下腔體積最大，同時使閥門107處于關閉狀態(tài)；
[0024](b)開始加入外源物質(zhì):
[0025]打開閥門107，然后旋轉(zhuǎn)螺旋旋鈕104，使其推動密封活塞105，進而使密閉容器106的下腔體積減小，此時，密閉容器106中的外源物質(zhì)通過進樣口 109進入到反應釜101內(nèi)，外源物質(zhì)與反應物112開始混合；
[0026](C)外源物質(zhì)加載完畢:
[0027]保持閥門107的開通狀態(tài)，通過繼續(xù)旋轉(zhuǎn)螺旋旋鈕104持續(xù)推動密封活塞105直至密閉容器106的下腔體積為0，此時，密閉容器106中的外源物質(zhì)全部進入到反應釜101中與反應物112混合，完成外源物質(zhì)的進樣。
[0028]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0029](I)利用本發(fā)明的裝置和方法可以實現(xiàn)在油氣成藏模擬反應持續(xù)進行期間加載代表突發(fā)性地質(zhì)事件的外源物質(zhì),進而通過模擬實驗研究突發(fā)性地質(zhì)事件對油氣成藏的影響，提高深部流體對油氣成藏影響作用實驗研究的水平；
[0030](2)本發(fā)明的裝置由模擬反應系統(tǒng)和外源物質(zhì)加載系統(tǒng)兩部分組成。實驗過程中，利用加熱件對反應釜進行加熱，當加熱到預定反應溫度時，打開外源物質(zhì)加載系統(tǒng)，使氣態(tài)或者固態(tài)的外源物質(zhì)進入到反應釜中參加反應，更加接近真實的地質(zhì)情況，該裝置的部件容易加工，原理簡單，僅對目前常用的反應釜進行必要改裝即可，其成本低，推廣快，在油氣成藏實驗研究領域具有推廣價值。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0031]圖1是本發(fā)明油氣成藏模擬實驗裝置的結(jié)構示意圖。
[0032]圖2-1是本發(fā)明油氣成藏模擬實驗方法步驟中的裝樣準備后的裝置的狀態(tài)圖。
[0033]圖2-2是本發(fā)明油氣成藏模擬實驗方法步驟中的開始加入外源物質(zhì)時的裝置的狀態(tài)圖。
[0034]圖2-3是本發(fā)明油氣成藏模擬實驗方法步驟中的外源物質(zhì)加載完畢后的裝置的狀態(tài)圖。
[0035]圖2-4是本發(fā)明油氣成藏模擬實驗方法步驟中的繼續(xù)反應階段的裝置的狀態(tài)圖
[0036]其中，A為模擬反應系統(tǒng)，B為外源物質(zhì)加載系統(tǒng)，101是反應釜，102是加熱線圈，103是電源，104是螺旋旋鈕，105是密封活塞，106是密閉容器，107是閥門，108是緊固螺絲，109是進樣口，110是氣態(tài)外源物質(zhì)，111是固態(tài)外源物質(zhì)，112是反應物。
【具體實施方式】
[0037]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細描述:
[0038]本發(fā)明是一種以突變論思想為指導的模擬突發(fā)性地質(zhì)事件對油氣油藏影響的實驗方法與裝置，利用本發(fā)明既可以按照漸進式地質(zhì)模型進行常規(guī)模擬實驗，也可以在不中斷反應過程中加入能反映突發(fā)性地質(zhì)事件特征的物質(zhì)的外源物質(zhì)，外源物質(zhì)可以是氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)物質(zhì)或其它物質(zhì)。
[0039]如圖1所示，所述油氣成藏模擬實驗裝置包括模擬反應系統(tǒng)與外源物質(zhì)加載系統(tǒng)。
[0040]所述模擬反應系統(tǒng)如圖1中A部分所示,包括反應爸101、加熱線圈102和電源
103。所述反應釜101可根據(jù)實驗目的選擇不銹鋼、黃金管、石英坩堝等，并根據(jù)模擬實驗反應物的多少選擇適當?shù)娜莘e。所述加熱線圈102纏繞在所述反應釜101上，通過加熱線圈102對反應釜101進行升溫，從而實現(xiàn)對反應物的加熱。在實驗室內(nèi)，電源103與加熱線圈102連接，通過對加熱線圈102通電實現(xiàn)對反應釜101的加熱，所述電源103 —般采用380伏特的交流電。
[0041]所述外源物質(zhì)加載系統(tǒng)如圖1中B部分所示，包括螺旋旋鈕104，密封活塞105，密閉容器106，閥門107，緊固螺絲108以及進樣口 109。模擬反應系統(tǒng)A與外源物質(zhì)加載系統(tǒng)B通過緊固螺絲108連接，用螺旋旋鈕104控制密封活塞105的運動方向，并與閥門107配合，使預先加載在密閉容器106中的外源物質(zhì)通過進樣口 109在預先設定的時間內(nèi)加入到反應釜101中。
[0042]利用所述油氣成藏模擬實驗裝置進行模擬實驗的方法包括以下步驟:
[0043](I)裝樣
[0044]松開緊固螺絲108，將模擬反應系統(tǒng)A與外源物質(zhì)加載系統(tǒng)B分離，并根據(jù)地質(zhì)研究的需要，將反應物112放入反應釜101中(是通過拆開反應釜101實現(xiàn)裝入反應物112的)，并將能反映突發(fā)性地質(zhì)事件的外源物質(zhì)裝入密閉容器106中，此時要求密閉容器106中的固體外源物質(zhì)的粒度要小于進樣口 109的內(nèi)徑，S卩如果所述進樣口 109的內(nèi)徑為10mm，固體外源物質(zhì)的粒徑必須小于10mm。將模擬反應系統(tǒng)A與外源物質(zhì)加載系統(tǒng)B通過緊固螺絲108連接。
[0045](2)預加熱
[0046]根據(jù)需要研究的具體油氣藏的地質(zhì)特征，確定對反應釜101加熱的時間及將密閉容器106中的外源物質(zhì)加入反應釜101中的時間和溫度節(jié)點(因為溫度的升高是有升溫速率的，就是每分鐘升高多少度，按照預先設計好的升溫速率，到預先設定的溫度時，時間是可以計算出來的，所以，可以同時滿足溫度和時間)，并開始對反應釜101進行預加熱。
[0047](3)外源物質(zhì)加載
[0048]當反應釜被預加熱到設定的溫度時(此時通過加熱保持該溫度，因為反應釜對溫度的要求較高，若此時停止加熱，反應釜內(nèi)的溫度就會下降)，開始加入外源物質(zhì)，通過對螺旋旋鈕104和閥門107的組合操作，控制活塞105的位置，以此實現(xiàn)外源物質(zhì)的進樣，具體操作流程如下所述:
[0049](a)裝樣準備
[0050]如前面所述“裝樣”過程，此時，模擬反應系統(tǒng)A的反應釜101中裝好反應物112，外源物質(zhì)加載系統(tǒng)B中螺旋旋鈕104退到最大位置，密閉容器106的下腔體積(又稱為有效體積)最大，閥門107處于關閉狀態(tài)，此時，整個裝置的狀態(tài)如圖2-1所示；
[0051](b)開始加入外源物質(zhì)
[0052]打開閥門107，旋轉(zhuǎn)螺旋旋鈕104，推動密封活塞105，使密閉容器106的下腔體積減小，此時，密閉容器106中的氣態(tài)外源物質(zhì)110和部分固態(tài)外源物質(zhì)111 (此處以氣態(tài)外源物質(zhì)和固態(tài)外源物質(zhì)作為例子來說，外源物質(zhì)還可以是其它種類的，如液態(tài)等。)進入到反應釜101中，外源物質(zhì)110與111與反應物112開始混合，此時，整個裝置的狀態(tài)如圖2-2所示；
[0053](c)外源物質(zhì)加載完畢
[0054]保持閥門107的開通狀態(tài)，通過繼續(xù)旋轉(zhuǎn)螺旋旋鈕104持續(xù)推動密封活塞105直至密閉容器106的下腔體積為0，此時，密閉容器106中的氣態(tài)外源物質(zhì)和固態(tài)外源物質(zhì)111全部進入到反應釜101中與反應物112混合，此時，整個裝置的狀態(tài)如圖2-3所示；
[0055](4)繼續(xù)反應階段
[0056]關閉閥門107，使反應釜101中的反應物112與加入的氣態(tài)外源物質(zhì)110和固態(tài)外源物質(zhì)111繼續(xù)反應，直至反應的設計的模擬反應時間長度。此時，整個裝置的狀態(tài)如圖2-4所示。
[0057]為了研究深部地質(zhì)條件下突發(fā)性深部流體對有機質(zhì)生烴的影響，設計了兩組對比實驗:
[0058]反應物112為IIl型干酪根，分為兩組實驗，這兩組實驗的反應物112的重量都為2.5g。
[0059]第一組實驗使用常規(guī)模擬實驗方法，即從實驗的開始階段加入20ml氣態(tài)外源物質(zhì)氫氣，反應溫度設定為450°C，并維持450°C高溫24h ；
[0060]第二組實驗使用本發(fā)明的裝置及方法，即當反應物被加熱到350°C時，打開閥門107，將20ml氣態(tài)外源物質(zhì)氫氣加入到反應釜中，當反應溫度為450°C時，維持24h。
[0061]上述模擬實驗結(jié)果表明，利用本發(fā)明的裝置及方法進行的模擬實驗(即第二組實驗)得到的產(chǎn)物中，液態(tài)烴的產(chǎn)量比常規(guī)模擬實驗方法(即第一組實驗)的液態(tài)烴產(chǎn)量高17%，而氣態(tài)烴的產(chǎn)量比常規(guī)模擬實驗方法少5%，總烴產(chǎn)量比常規(guī)模擬實驗方法低3%。
[0062]由此可知，利用本發(fā)明的裝置及方法，可以更加有效地研究有機質(zhì)生烴過程中，突發(fā)性地質(zhì)事件對有機質(zhì)的總生烴量、液態(tài)烴與氣態(tài)烴的生烴量進行評價，從而更加真實地模擬真實地質(zhì)條件下，受突發(fā)性地質(zhì)事件影響的油氣成藏過程，對含油氣盆地內(nèi)的油氣資源評價提供可靠的理論依據(jù)。
[0063]另外，利用本發(fā)明可以在不間斷模擬反應的情況下向反應系統(tǒng)加載外源物質(zhì)、可以模擬突發(fā)性地質(zhì)事件對有機質(zhì)生烴的影響以及模擬突發(fā)性地質(zhì)事件對油氣藏的影響。
[0064]在研究深部流體對油氣藏的形成、破壞作用，模擬實驗一直是重要的研究手段之
一，本發(fā)明作為對傳統(tǒng)的以漸進式地質(zhì)演化為指導思想的模擬實驗技術的改進，使對深部流體的模擬實驗更加接近真實的地質(zhì)條件，不但可以在生產(chǎn)實踐中指導勘探生產(chǎn)，而且在理論研究方面可以為修正現(xiàn)有地質(zhì)認識提供可靠方法，隨著該領域研究的不斷深入進行，該發(fā)明將得到越來越廣泛的應用。本發(fā)明適用于石油、天然氣勘探領域的實驗室和科研單位，以及研究幔源物質(zhì)及其演化的科研單位。
[0065]上述技術方案只是本發(fā)明的一種實施方式，對于本領域內(nèi)的技術人員而言，在本發(fā)明公開了應用方法和原理的基礎上，很容易做出各種類型的改進或變形，而不僅限于本發(fā)明上述【具體實施方式】所描述的方法，因此前面描述的方式只是優(yōu)選的，而并不具有限制性的意義。
【權利要求】
1.一種油氣成藏模擬實驗裝置，其特征在于:所述油氣成藏模擬實驗裝置包括模擬反應系統(tǒng)與外源物質(zhì)加載系統(tǒng)，所述模擬反應系統(tǒng)與外源物質(zhì)加載系統(tǒng)通過緊固螺絲(108)連接； 所述模擬反應系統(tǒng)包括反應釜(101)和加熱部件，所述加熱部件對反應釜(101)進行加熱； 所述外源物質(zhì)加載系統(tǒng)包括密閉容器(106)，在所述密閉容器(106)內(nèi)設有與其同軸線的密封活塞(105);所述密封活塞(105)將密閉容器(106)的內(nèi)腔分隔為上腔和下腔，外源物質(zhì)裝在所述密閉容器(106)的下腔內(nèi)，通過密封活塞(105)的運動將所述外源物質(zhì)壓入所述反應爸(101)中。
2.根據(jù)權利要求1所述的油氣成藏模擬實驗裝置，其特征在于:所述加熱部件包括加熱線圈(102)和電源(103);所述加熱線圈(102)纏繞在所述反應釜(101)的外表面上，所述電源(103)與加熱線圈(102)連接。
3.根據(jù)權利要求2所述的油氣成藏模擬實驗裝置，其特征在于:所述外源物質(zhì)加載系統(tǒng)包括進一步包括螺旋旋鈕(104)和進樣口(109);所述密封活塞(105)的上端面連接有活塞桿，所述活塞桿向上伸出密閉容器(106)后與所述螺旋旋鈕(104)連接，螺旋旋鈕(104)控制密封活塞(105)的運動方向； 所述密閉容器(106)的下端通過管路連通進樣口(109)，在該管路上設有閥門(107)，所述進樣口(109)的下端穿入反應釜(101)內(nèi)并通過緊固螺絲(108)固定在反應釜(101)上。
4.根據(jù)權利要求3所述的油氣成藏模擬實驗裝置，其特征在于:所述外源物質(zhì)是固體、氣體或液體中的一種或兩種的組合或三種的組合；如果外源物質(zhì)是固體，則其粒度要小于進樣口(109)的內(nèi)徑。
5.一種利用權利要求3所述油氣成藏模擬實驗裝置進行模擬實驗的方法，其特征在于:所述方法包括以下步驟: (1)裝樣: 松開緊固螺絲(108)，將模擬反應系統(tǒng)與外源物質(zhì)加載系統(tǒng)分離；然后將反應物(112)放入反應釜(101)中，并將外源物質(zhì)裝入密閉容器(106)的下腔內(nèi)；最后將模擬反應系統(tǒng)與外源物質(zhì)加載系統(tǒng)通過緊固螺絲(108)連接； (2)預加熱: 根據(jù)需要研究的油氣藏的地質(zhì)特征，確定對反應釜(101)加熱的時間及將密閉容器(106)中的外源物質(zhì)加入反應釜(101)中的時間和溫度節(jié)點，然后開始對反應釜(101)進行預加熱； (3)外源物質(zhì)的進樣: 當反應釜(101)被預加熱到所述時間和溫度節(jié)點時，通過加熱保持該溫度，并通過對螺旋旋鈕(104)和閥門(107)的組合操作控制活塞(105)的位置，進而實現(xiàn)外源物質(zhì)的進樣； (4)繼續(xù)反應階段: 外源物質(zhì)進樣完畢后，關閉閥門(107)，使反應釜(101)中的反應物(112)與加入的外源物質(zhì)繼續(xù)反應，直至達到設計的模擬反應時間，模擬實驗結(jié)束。
6.根據(jù)權利要求5所述的模擬實驗的方法，其特征在于:所述步驟(3)包括如下步驟: (a)裝樣準備: 將所述外源物質(zhì)加載系統(tǒng)中的螺旋旋鈕(104)退到最大位置，此時密閉容器(106)的下腔體積最大，同時使閥門(107)處于關閉狀態(tài)； (b)開始加入外源物質(zhì): 打開閥門(107)，然后旋轉(zhuǎn)螺旋旋鈕(104)，使其推動密封活塞(105)，進而使密閉容器(106)的下腔體積減小，此時，密閉容器(106)中的外源物質(zhì)通過進樣口(109)進入到反應釜(101)內(nèi)，外源物質(zhì)與反應物(112)開始混合； (c)外源物質(zhì)加載完畢: 保持閥門(107)的開通狀態(tài)，通過繼續(xù)旋轉(zhuǎn)螺旋旋鈕(104)持續(xù)推動密封活塞(105)直至密閉容器(106)的下腔體積為0，此時，密閉容器(106)中的外源物質(zhì)全部進入到反應釜(101)中與反應物(112) 混合，完成外源物質(zhì)的進樣。
【文檔編號】E21B49/00GK103590821SQ201210292729
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2012年8月16日 優(yōu)先權日:2012年8月16日
【發(fā)明者】孟慶強, 金之鈞, 孫冬勝, 朱東亞, 汪新偉, 沃玉進, 孫宜樸, 胡宗全, 周雁 申請人: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