CN102323287A

CN102323287A - 半开放体系岩石加热模拟装置

Info

Publication number: CN102323287A
Application number: CN201110138667A
Authority: CN
Inventors: 田华; 张水昌; 柳少波
Original assignee: China Petroleum and Natural Gas Co Ltd
Current assignee: China Petroleum and Natural Gas Co Ltd
Priority date: 2011-05-26
Filing date: 2011-05-26
Publication date: 2012-01-18

Abstract

本发明为一种半开放体系岩石加热模拟装置，该装置包括一反应釜，反应釜内放置有实验样品，反应釜设置在一密封的恒温箱内，反应釜上设有一控制恒温箱加热的温度控制器；一个三通阀的进口由一穿过恒温箱的管路导通于反应釜内部；三通阀的第二开口连接一压力传感器，三通阀的第三开口连接至一回压阀的进口，回压阀的出口顺序连接有色谱仪、冷阱液态产物收集器和气态产物收集器；回压阀进口与出口由一调压泵的预设压力控制导通。该装置可模拟地质条件下有机质“幕式排烃”的过程；实验过程中可进行程序升温和升温控制；可对出口压力进行控制，同时控制反应釜内温度和压力的情况，模拟烃源岩实际的生烃条件，并同步对产物进行色谱分析。

Description

半开放体系岩石加热模拟装置

技术领域

本发明是关于一种石油、地质、矿业领域在实验室进行岩石加热模拟的实验设备，尤其涉及一种半开放体系岩石加热模拟装置。

背景技术

地层岩石中的有机质在经受一定温度压力的条件下可以产生烃类，有机质的结构也会发生相应的变化，因此，加热模拟实验就成为研究烃源岩生烃的有效手段。目前对页岩气的研究成为热点，加热模拟实验可以反映有机质结构与泥页岩储层物性的变化，进而研究页岩的储气机制。现有的模拟实验设备按照体系可以分为开放体系、半开放体系和封闭体系。封闭体系与开放体系目前应用较广，但其只能对反应温度进行控制。半开放体系最接近地质实际条件，烃类突破一定压力即可排出，符合“幕式排烃”的特点，但是，半开放体系要同时控制反应釜内的温度和压力，由于出口压力控制较困难，所以半开放体系较难实现，目前还没有成型的半开放体系热模拟装置。

有鉴于此，本发明人凭借多年的相关设计和制造经验，提出一种半开放体系岩石加热模拟装置，以克服现有技术的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种半开放体系岩石加热模拟装置，能够模拟地质条件下有机质“幕式排烃”的过程；实验过程中可进行程序升温，对升温过程进行控制；可对反应釜出口压力进行控制，结合实验目的同时控制反应釜内温度和压力的情况，模拟烃源岩实际的生烃条件，并可以同步对产物进行色谱分析。

本发明的目的是这样实现的，一种半开放体系岩石加热模拟装置，该加热模拟装置包括一反应釜，该反应釜内放置有实验样品，该反应釜设置在一密封的恒温箱内，所述反应釜上设有一控制恒温箱加热的温度控制器；一个三通阀的进口由一穿过恒温箱的管路导通于反应釜内部；该三通阀的第二开口连接一压力传感器，该三通阀的第三开口连接至一回压阀的进口，该回压阀的出口顺序连接有色谱仪、冷阱液态产物收集器和气态产物收集器；所述回压阀进口与出口由一调压泵的预设压力控制导通。

在本发明的一较佳实施方式中，所述三通阀上设有一控制其进口开闭的针阀。

在本发明的一较佳实施方式中，所述调压泵为能设定程序的调压泵，调压泵的预设压力根据实验要求由程序设定。

在本发明的一较佳实施方式中，所述回压阀包括有密封连接的上、下阀体，上阀体设有调压腔，该调压腔由一调压口与调压泵连接；下阀体上对应所述调压腔设有一中心孔，该中心孔底部设有一第三通道，该第三通道为回压阀的出口；所述中心孔内设有一能开闭第三通道的阀芯，在所述上、下阀体之间对应所述调压腔和中心孔设有一金属膜片，所述阀芯的上部密封连接于该金属膜片；所述中心孔的侧壁设有第一通道，该第一通道为回压阀的进口；在所述下阀体内还设有一导通于第一通道与金属膜片下表面的第二通道。

在本发明的一较佳实施方式中，所述阀芯的底端设有密封垫。

在本发明的一较佳实施方式中，所述实验样品为岩心。

在本发明的一较佳实施方式中，所述反应釜为合金反应釜。

在本发明的一较佳实施方式中，所述压力传感器为数字式压力传感器。

由上所述，本发明的半开放体系岩石加热模拟装置，在反应釜出口设置了回压阀，由调压泵的预设压力控制回压阀进口与出口的导通，当反应釜内压力高于设定压力值时，回压阀进口与出口导通，烃类会排出；当反应釜内压力降低后，回压阀的进口与出口关闭，使反应釜出口封闭，反应釜内继续反应并使内部压力上升；当反应釜内压力再次高于设定压力值时，回压阀进口与出口导通，再次使烃类排出；如此循环，以模拟地质条件下有机质“幕式排烃”的过程；同时，在回压阀出口连接有色谱仪，可以同步对产物进行色谱分析。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：

图1：为本发明半开放体系岩石加热模拟装置的结构示意图。

图2：为本发明半开放体系岩石加热模拟装置中调压阀的结构示意图。

图3：为实验温度和压力随时间变化的示意图。

图4：为实验结果气体产量示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

如图1、图2、图3和图4所示，本发明提出一种半开放体系岩石加热模拟装置100，该加热模拟装置100包括一反应釜1，反应釜1为合金反应釜，其容积为50ml，可以承受800℃温度和70MPa压力；该反应釜1内放置有实验样品，所述实验样品为岩心，以观察泥页岩生烃过程中储层物性变化；该反应釜1设置在一密封的恒温箱2内，所述恒温箱2可以保持室温到800℃范围的恒温，所述反应釜1上设有一控制恒温箱2加热的数字式温度控制器3，可以实现程序升温；一个三通阀4的进口41由一穿过恒温箱的管路导通于反应釜1内部；该三通阀4的第二开口42连接一压力传感器5，压力传感器5为数字式压力传感器，可以显示压力，该三通阀4的第三开口43连接至一回压阀6的进口，所述三通阀5上设有一控制其进口开闭的针阀44；该回压阀6的出口顺序连接有色谱仪8、冷阱液态产物收集器9和气态产物收集器10，气态产物收集器10可以采用排水取气装置；所述回压阀6进口与出口由一调压泵7的预设压力控制导通。在本实施方式中，所述调压泵7为能设定程序的调压泵，调压泵的预设压力根据实验要求由程序设定，即：预设压力可以根据实验需要，在不同的时间段设置不同的压力值。

实验时将岩石样品放入反应釜1中，通过调压泵7设定回压阀6的压力值；设定恒温箱2的升温程序。回压阀6的压力值和恒温箱2的升温程序可以按照表1所示内容设定(但并不以此表为限，可根据需要更改)；打开三通阀4开始实验，当反应釜1内压力高于设定压力值时，回压阀6进口与出口导通，烃类会排出；当反应釜1内压力降低后，回压阀6的进口与出口关闭，使反应釜出口封闭，反应釜1内继续反应并使内部压力上升；当反应釜1内压力再次高于设定压力值时，回压阀6进口与出口又导通，再次使烃类排出；如此循环，以模拟地质条件下有机质“幕式排烃”的过程；排出的烃类产物，经过色谱仪8进行分析，冷阱液态产物收集器9与气态产物收集器10分别收集液态产物和气态产物并定量分析。

表1：

时间(h)	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
												温度(℃)	330	390	390	390	450	450	500	560	500	500	450
压力(MPa)	10	13	13	13	15	15	16.5	18.5	16.5	16.5	15

进一步，如图2所示，在本实施方式中，所述回压阀6包括有密封连接的上阀体61、下阀体62，上阀体设有调压腔611，该调压腔611由一调压口612与调压泵7连接；下阀体62上对应所述调压腔611设有一中心孔621，该中心孔621底部设有一第三通道622，该第三通道622为回压阀6的出口；所述中心孔621内设有一能开闭第三通道622的阀芯63，在所述上、下阀体61、62之间对应所述调压腔611和中心孔621设有一金属膜片64，所述阀芯63的上部密封连接于该金属膜片64，所述阀芯63的底端设有密封垫65，以便能够更紧密地封堵第三通道622；所述中心孔621的侧壁设有第一通道623，该第一通道623为回压阀的进口；在所述下阀体62内还设有一导通于第一通道623与金属膜片64下表面的第二通道624。

在使用时，回压阀6的第一通道623与三通阀4的第三开口43连接，回压阀6的第三通道622顺序连接有色谱仪8、冷阱液态产物收集器9和气态产物收集器10；回压阀6的调压口612与调压泵7连接；设定调压泵的调压程序以设定预设压力；当回压阀6的进口压力低于设定压力时，由金属膜片64的作用驱使阀芯63底部将第三通道(即：回压阀出口)封闭，此时，回压阀进口和出口不导通。回压阀6的进口压力逐渐升高，并通过第二通道624作用在金属膜片64下表面，当回压阀6的进口压力大于设定压力时，作用在金属膜片64下表面的压力大于其上表面的压力，金属膜片64在压力差的作用下向上移动，同时带动阀芯63上移，此时，阀芯底部将第三通道打开，气体由第一通道623经过中心孔621、第三通道622流出。当回压阀6的进口压力逐渐降低并低于设定压力时，金属膜片64在压力差的作用下向下移动，同时带动阀芯63下移，阀芯又将第三通道622封闭。

本发明的半开放体系岩石加热模拟装置，在实验过程中可以进行程序升温，对升温过程进行控制；可对反应釜出口压力进行控制，结合实验目的同时控制反应釜内温度和压力的情况，模拟烃源岩实际的生烃条件，并可同步对产物进行色谱分析。

本发明的有益效果是：

1)实验条件为半开放体系，可以在出口设置一定的回压压力，控制反应釜内压力，并能根据需要随时改变，模拟“幕式排烃”过程。

2)可以实现反应釜内温度和压力的同步控制。

3)实验样品为岩心，可以观察泥页岩生烃过程中储层物性变化。

4)实验产物可以直接连接色谱仪进行同步分析。

5)实验过程中可进行程序升温，对升温过程进行控制；可对出口压力进行控制，结合实验目的同时控制反应釜内温度压力的情况，模拟烃源岩实际的生烃条件。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims

1.一种半开放体系岩石加热模拟装置，其特征在于：该加热模拟装置包括一反应釜，该反应釜内放置有实验样品，该反应釜设置在一密封的恒温箱内，所述反应釜上设有一控制恒温箱加热的温度控制器；一个三通阀的进口由一穿过恒温箱的管路导通于反应釜内部；该三通阀的第二开口连接一压力传感器，该三通阀的第三开口连接至一回压阀的进口，该回压阀的出口顺序连接有色谱仪、冷阱液态产物收集器和气态产物收集器；所述回压阀进口与出口由一调压泵的预设压力控制导通。

2.如权利要求1所述的半开放体系岩石加热模拟装置，其特征在于：所述三通阀上设有一控制其进口开闭的针阀。

3.如权利要求1所述的半开放体系岩石加热模拟装置，其特征在于：所述调压泵为能设定程序的调压泵，调压泵的预设压力根据实验要求由程序设定。

4.如权利要求1所述的半开放体系岩石加热模拟装置，其特征在于：所述回压阀包括有密封连接的上、下阀体，上阀体设有调压腔，该调压腔由一调压口与调压泵连接；下阀体上对应所述调压腔设有一中心孔，该中心孔底部设有一第三通道，该第三通道为回压阀的出口；所述中心孔内设有一能开闭第三通道的阀芯，在所述上、下阀体之间对应所述调压腔和中心孔设有一金属膜片，所述阀芯的上部密封连接于该金属膜片；所述中心孔的侧壁设有第一通道，该第一通道为回压阀的进口；在所述下阀体内还设有一导通于第一通道与金属膜片下表面的第二通道。

5.如权利要求4所述的半开放体系岩石加热模拟装置，其特征在于：所述阀芯的底端设有密封垫。

6.如权利要求1所述的半开放体系岩石加热模拟装置，其特征在于：所述实验样品为岩心。

7.如权利要求1所述的半开放体系岩石加热模拟装置，其特征在于：所述反应釜为合金反应釜。

8.如权利要求1所述的半开放体系岩石加热模拟装置，其特征在于：所述压力传感器为数字式压力传感器。