CN102721590B - 连续无损耗全岩天然气生成模拟方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种连续无损耗全岩天然气生成模拟方法。该方法包括以下步骤：将烃源岩样品碎成颗粒，装入热裂解器的样品管中；将样品管、热裂解器的热解炉连接到色谱仪的进样口；调节热裂解器中的载气压力；向热裂解器中通气，将液氮冷阱中加满液氮，将热解炉的加热温度设定为预置温度，使热裂解器升温，当温度达到预置温度后保持50min使烃源岩样品热裂解产生气体产物；当热裂解器降温后，撤掉液氮冷阱并启动气相色谱仪对气体产物进行分析，并获得色谱图和产气率；改变预置温度重复上述步骤；利用各个预置温度下的产气率与相应的预置温度或者煤岩样品的镜质体反射率在同一直角坐标系内作图，形成烃源岩样品在不同热演化阶段的天然气生成模式图。

Description

连续无损耗全岩天然气生成模拟方法
技术领域
本发明涉及一种连续无损耗全岩天然气生成模拟方法，属于石油地质勘探技术领域。
背景技术
目前，国内外对于烃源岩全岩天然气生成情况的模拟实验多采用封闭体系，以便加大实验样品量从而弥补由于烃源岩有机质丰度低而造成的产气量小、难以准确定量的难题。而采用开放体系下进行的烃源岩天然气生成模拟实验，由于受实验条件限制，实验加载的样品量小(多为毫克级)，多采用从烃源岩中分离、浓缩出的干酪根进行。
已知的国内外广泛采用的封闭体系下烃源岩天然气生成情况模拟技术其最大优点是体系可以承载较大的压力，加装的样品量大，产气量大，易于定量且产物可以满足后续分析研究的需要，缺点是每个温度点都需要重新装样，体系内产生大量的液态烃二次裂解反应，装置复杂，效率低下。
对于开放体系下使用干酪根进行天然气生成模拟的实验技术，由于干酪根分离过程中破坏了烃源岩的原始结构和成分，与实际地质情况有较大的差异，因此实验结果不能直接应用于实际地质条件。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种烃源岩全岩天然气生成情况的模拟方法，其是一种连续无损耗全岩天然气生成模拟方法，具有可靠性高、操作简便、分析快捷、分析成本低的特点。
为达到上述目的，本发明提供了一种连续无损耗全岩天然气生成模拟方法，其是通过热裂解器和色谱仪对全岩的天然气生成过程进行模拟的方法，包括以下步骤：
(1)、将烃源岩样品碎成粒径为0.8mm-2.0mm的颗粒；
(2)、取2g-3g烃源岩样品颗粒，装入热裂解器的样品管中，样品管两端用石英棉填充满；
(3)、将装有烃源岩样品颗粒的样品管、热裂解器的热解炉连接到气相色谱仪的进样口上并使连接处不漏气；
(4)、调节热裂解器中的载气压力(可以通过调节热裂解器的控制器中的调节旋钮实现)，使载气压力显示表的示值保持在5psi-8psi；
(5)、向热裂解器中通载气5min-10min后，将色谱仪的液氮冷阱中加满液氮(加入液氮是对冷阱进行降温，降至温度约-196℃，以便将烃源岩模拟产物在低温下吸附于冷阱内)，调节热裂解器控制器中的温度控制键将热解炉的加热温度设定为预置温度(或称模拟温度，一般为250℃-800℃，间隔为50℃)，使热裂解器升温，当热裂解器温度达到预置温度后，恒温保持50min，通过升温对烃源岩样品进行加热，使其发生热裂解产生气体产物；
(6)、恒温保持时间到达后，将热裂解器温度降至80℃-85℃；
(7)、当热裂解器降温后，撤掉液氮冷阱并启动色谱仪对气体产物进行分析；
(8)、气体产物经过色谱仪的气相色谱柱分离为不同的组分(例如C1、C2、C3、C4、C5等)并通过色谱仪的火焰离子化检测器检测；
(9)、记录来自火焰离子化检测器的数据并生成色谱图(该记录步骤可以通过与色谱仪连接的仪器控制与数据采集处理系统按照常规方式进行)，根据色谱图的定量结果计算出气体产物中各气体组分的含量，并通过烃源岩有机碳含量及烃源岩样品量计算得到烃源岩样品的产气率(将烃类气体产物的总量与所用烃源岩样品量与烃源岩有机碳含量的乘积相比得到烃源岩样品的产气率，单位为m3/tTOC)；
(10)、改变预置温度，重复步骤(5)-(9)，获得下一个预置温度下的烃源岩样品模拟产物的色谱图，直到获得全部预置温度下的烃源岩样品模拟产物的色谱图；
(11)、取镜质体反射率(Ro，％)＜0.6％的煤岩样品，在与烃源岩样品相同的条件下进行步骤(1)-(6)，其中，在各个预置温度下加热完成后取出煤岩样品(即加热到预置温度并保温保持50min之后就取出，然后选择不同的预置温度重复进行上述步骤)，测定其镜质体反射率，得到温度与煤岩样品的镜质体反射率(镜质体反射率是表征煤岩等的热演化程度的参数)之间的关系；
(12)、利用烃源岩样品在各个预置温度下的产气率与相应的预置温度或者相应温度下的镜质体反射率在同一直角坐标系内作图，形成烃源岩样品在不同热演化阶段的天然气生成模式图。石油地质研究中人们广泛采用镜质体反射率Ro表示有机质热演化程度，但大部分烃源岩样品中镜质体含量非常低，Ro很难测准确，而煤岩中镜质体含量非常高，Ro容易测定。对于处在同一温度体系下的烃源岩和煤岩样品，其热演化程度相同，因此可以用煤岩演化测得的Ro值代表烃源岩的热演化程度。
在本发明提供的上述方法中，优选地，所采用的烃源岩样品为钻井中得到的岩心样品，更优选地，上述烃源岩样品为钻井岩心中的泥岩、炭质泥岩、煤或泥灰岩样品。
在本发明提供的上述方法中，优选地，所采用的载气为氦气；更优选地，氦气的纯度为99.999％。
在本发明提供的上述方法中，所采用的装置可以为本领域常用的装置，优选地，该方法所采用的装置可以包括：热裂解器和色谱仪14，如图1所示；其中，色谱仪14包括一色谱柱12、液氮冷阱11、火焰离子化检测器10以及仪器控制与数据采集处理系统(用于色谱仪的控制和数据采集、处理等)13，色谱柱14的一端与火焰离子化检测器10连接；热裂解器用于对样品管中的样品进行加热，使其产生可供检测的气体产物，其可以包括一样品管2、热解炉1、载气管线3、吹扫放空管线4以及热裂解器控制器9，该热裂解器控制器9上设有温度显示器5(用于显示热裂解器中的温度)、温度控制键6(用于控制热裂解器的预置温度以及加热的进行)、压力调节旋钮7(用于调节载气的压力)、载气压力显示表8(用于显示载气的压力)，样品管2设置于热解炉1内，其通过管接口与色谱仪的进样口连接；仪器控制与数据采集处理系统13(用于采集记录处理来自火焰离子化检测器的数据并生成色谱图，可以是一具有相关功能的计算机)与色谱仪14连接；载气管线3、吹扫放空管线4分别与样品管2连接，载气管线3用于向样品管2中输入载气，吹扫放空管线4用于对样品管2进行吹扫和放空。
在本发明提供的上述方法中，优选地，所采用的热裂解器的样品管的容积为2mL。
本发明提供的连续无损耗全岩天然气生成模拟方法是油气地球化学研究中天然气生成模拟的一种专用实验分析技术，天然气生成模拟技术广泛应用于天然气资源评价和天然气气源对比研究工作，可为天然气资源评价提供科学、可靠的基础数据。在该方法中，所采用的热裂解器以及色谱仪可以是本领域所采用的常规设备。
本发明提供的连续无损耗全岩天然气生成模拟方法借用了已有的热解气相色谱技术，但在连续无损耗全岩天然气生成模拟技术中所采用的样品管要比常规热解色谱所采用的样品管的容积大(大约2mL)，因此可以加大实验样品量、直接使用钻井岩心颗粒；另外本发明提供的方法对于同一个烃源岩样品一次装样可以连续模拟不同温度下的烃源岩产气情况，提高了分析效率。
综上所述，本发明提供的连续无损耗全岩天然气生成模拟方法具有以下优点：1、天然气生成模拟过程采用岩心颗粒，连续无损耗；2、操作简便、分析快捷、可靠性高；3、分析成本低。
本发明提供的连续无损耗全岩天然气生成模拟方法能够为快速评价盆地内潜在烃源岩各演化阶段的产气率和产气潜能提供有效的技术手段，能够为含油气盆地进行天然气资源评价提供科学、可靠的基础数据。
附图说明
图1为连续无损耗全岩天然气生成模拟方法所采用的模拟装置的结构示意图。
图2为实施例的泥岩样品在450℃下的模拟产物的气相色谱分析图。
图3为实施例的泥岩样品的产气模式图。
主要附图标号说明：
热解炉1样品管2载气管线3吹扫放空管线4温度显示器5温度控制键6压力调节旋钮7载气压力显示表8热裂解器控制器9火焰离子化检测器10液氮冷阱11色谱柱12仪器控制与数据采集处理系统13色谱仪14
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
实施例
本实施例提供了一种连续无损耗全岩天然气生成模拟方法，其包括以下步骤：
(1)取辽河油田盆地陆参3井(Toc＝4.65％，原始Ro＝0.5％)的钻井深灰色泥岩岩心样品100g，破碎成粒径为0.85mm-2.0mm的颗粒，准确称取2.0g破碎好的泥岩样品颗粒，装入热裂解器的样品管2中，样品管2两端用石英棉填充满；
(2)把装有泥岩样品颗粒的样品管2、热裂解器的热解炉(加热炉)1连接到气相色谱仪14的进样口上并确保接口处不漏气；
(3)调节热裂解器控制器9上的压力调节旋钮7，使载气压力显示表8的示数保持在5psi；
(4)向热裂解器中通气5min后，将液氮冷阱11中加满液氮；
(5)调节热裂解器控制器9上的温度控制键6，把热裂解器加热炉加热温度设定为250℃；当温度显示器5显示的温度达到250℃后，恒温50min，在恒温过程中样品会发生热裂解产生气体产物；
(6)恒温时间到达后，调节热裂解器控制器的温度控制键6，将热解炉1的温度降至80℃；
(7)降温之后，撤掉液氮冷阱11并启动气相色谱仪14对气体产物进行分析；
(8)气体产物经过气相色谱柱12将气体产物中的C1、C2、C3、C4、C5等分离开并通过火焰离子化检测器10进行检测；
(9)采用气相色谱仪14附带的仪器控制与数据采集处理系统13记录来自于火焰离子化检测器10的数据并生成气相色谱图(如图2所示)，根据色谱图的定量结果计算出产物中烃类气体组分的总含量(250℃烃类气体总含量为0.047ml)，并通过烃源岩有机碳含量及烃源岩样品量计算得到泥岩样品的产气率；各温度点的产气率＝各温度点烃类气体总含量/(样品重量×样品有机碳含量)，250℃的产气率＝0.047/(2.0×4.65％)＝0.50m3/tToc)；
(10)调整预置温度分别为300℃、350℃、400℃、450℃、500℃、550℃、600℃、650℃、700℃，重复步骤(5)至(9)，继续泥岩样品下一个预置温度点的天然气生成模拟实验；300℃-700℃下各温度点烃类气体总量及各温度点累计产气率如下表1所示。
表1 300℃-700℃下各温度点烃类气体总量及累计产气率表
  温度，℃   烃类气体总量，ml   累计产气率，m3/tTOC
  300   0.079   0.85
  350   0.144   1.55
  400   0.423   4.55
  450   1.337   14.38
  500   2.745   29.52
  550   4.576   49.20
  600   5.473   58.85
  650   5.817   62.55
  700   5.975   64.25
(11)取镜质体反射率Ro＝0.5％的鄂尔多斯盆地的哈5井煤岩样品，在与烃源岩样品相同的条件下进行步骤(1)-(6)，其中，在各个预置温度下(250℃、300℃、350℃、400℃、450℃、500℃、550℃、600℃、650℃、700℃)加热完成后取出煤岩样品(即加热到预置温度并保温保持50min之后就取出，然后选择不同的预置温度重复进行上述步骤)，测定其镜质体反射率(对应于相应的温度点，实测Ro值分别为0.5％、0.7％、1.0％、1.3％、1.6％、2.0％、2.5％、3.0％、3.5％、4.0％)，得到温度与煤岩样品的镜质体反射率之间的关系；
(12)将泥岩样品在各温度点的累计产气率与相应的热演化程度(Ro)在直角坐标系内作图，形成泥岩样品在不同热演化阶段的天然气生成模式图，如图3所示。

Claims (9)

1.一种连续无损耗全岩天然气生成模拟方法，其是通过热裂解器和色谱仪对全岩的天然气生成过程进行模拟的方法，包括以下步骤：
（1）、将烃源岩样品碎成粒径为0.8mm-2.0mm的颗粒；
（2）、称取2g-3g烃源岩样品颗粒，装入热裂解器的样品管中，样品管两端用石英棉填充满；
（3）、将装有烃源岩样品颗粒的样品管、热裂解器的热解炉连接到气相色谱仪的进样口上并使连接处不漏气；
（4）、调节热裂解器中的载气压力，使载气压力显示表的示值保持在5psi-8psi；
（5）、向热裂解器中通载气5min-10min后，将色谱仪的液氮冷阱中加满液氮，调节热裂解器的控制器中的温度控制键将热解炉的加热温度设定为预置温度，使热裂解器升温，当热裂解器温度达到预置温度后，恒温保持50min，通过对烃源岩样品进行加热，使其发生热裂解产生气体产物；
（6）、恒温保持时间到达后，将热裂解器温度降至80℃-85℃；
（7）、当热裂解器降温后，撤掉液氮冷阱并启动色谱仪对气体产物进行分析；
（8）、气体产物经过色谱仪的气相色谱柱分离为不同的组分并通过色谱仪的火焰离子化检测器检测；
（9）、记录来自火焰离子化检测器的数据并生成色谱图，根据色谱图的定量结果计算出气体产物中各烃类气体组分的含量，再将烃类气体产物的总量与所用烃源岩样品量与烃源岩有机碳含量的乘积相比得到烃源岩样品的产气率；
（10）、改变预置温度，重复步骤（5）-（9），获得下一个预置温度下的烃源岩样品模拟产物的色谱图，直到获得全部预置温度下的烃源岩样品模拟产物的色谱图；
（11）、取镜质体反射率<0.6%的煤岩样品，在与烃源岩样品相同的条件下进行步骤（1）-（6），其中，在各个预置温度下加热完成后取出煤岩样品，测定其镜质体反射率，得到温度与煤岩样品的镜质体反射率之间的关系；
（12）、利用烃源岩样品在各个预置温度下的产气率与相应的预置温度或者煤岩样品的镜质体反射率在同一直角坐标系内作图，形成所述烃源岩样品在不同热演化阶段的天然气生成模式图。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述烃源岩样品为钻井中得到的岩心样品。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述烃源岩样品为泥岩样品、煤样品或泥灰岩样品。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述烃源岩样品为炭质泥岩样品。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，该方法所采用的装置包括：热裂解器和色谱仪；
所述色谱仪包括一色谱柱、液氮冷阱、仪器控制与数据采集处理系统以及火焰离子化检测器，所述色谱柱的一端与所述火焰离子化检测器连接；
所述热裂解器包括一样品管、热解炉、载气管线、吹扫放空管线以及热裂解器控制器，该热裂解器控制器上设有温度显示器、温度控制键、压力调节旋钮、载气压力显示表，所述样品管设置于所述热解炉内，其通过管接口与所述色谱仪的进样口连接，所述载气管线、吹扫放空管线分别与所述样品管连接。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述载气为氦气。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述氦气的纯度为99.999%。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述预置温度为250-800℃，温度间隔为50℃。
9.根据权利要求1或5所述的方法，其中，所述热裂解器的样品管的容积为2mL。
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