CN103590821A - 一种油气成藏模拟实验装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种油气成藏模拟实验装置及方法，属于石油与天然气勘探领域。本装置包括模拟反应系统与外源物质加载系统，所述模拟反应系统与外源物质加载系统通过紧固螺丝(108)连接；所述模拟反应系统包括反应釜(101)和加热部件，所述加热部件对反应釜(101)进行加热；所述外源物质加载系统包括密闭容器(106)，在所述密闭容器(106)内设有与其同轴线的密封活塞(105)；所述密封活塞(105)将密闭容器(106)的内腔分隔为上腔和下腔，外源物质装在所述密闭容器(106)的下腔内，通过密封活塞(105)的运动将所述外源物质压入所述反应釜(101)中。

Description

一种油气成藏模拟实验装置及方法
技术领域
本发明属于石油与天然气勘探领域，具体涉及一种油气成藏模拟实验装置及方法。
背景技术
有机质热模拟实验技术是石油地质学研究中常用的成熟技术，通过模拟实验，可以确定有机质的生烃潜力，有机质的生烃模式以及有机质初次生烃之后的演化过程，并可以模拟储积层在地质条件下发生物性改变的过程。但目前的热模拟实验技术，其原理为地质渐变过程，即模拟的地质事件，特别是油气成藏过程是逐渐过渡的。但真实的地质条件下，在有机质生烃过程中会伴随着突发事件，其中最重要的突发事件为深部流体活动。深部流体活动可以向沉积盆地内输入大量的深源物质，并为有机质生烃提供热源，并且，深部流体活动对储积层具有明显地改造作用。尽管现在已经通过模拟实验证实了深部流体对有机质生烃的影响作用，但采用的模拟实验都是以渐变式地质演化过程为理论依据，与真实地质条件下的突变式地质事件不相符，因此，需要开发以突变论为指导思想的模拟实验技术及装置，以更加真实地还原有机质生烃的地质过程。
发明内容
本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种油气成藏模拟实验装置及方法，以突变论为指导思想，模拟突发性地质事件对油气生成与储层影响，真实地模拟真实地质条件下，受突发性地质事件影响的油气成藏过程，为评价突发性地质事件对含油气盆地内有机质的总生烃量、液态烃与气态烃的生烃量的影响，进而对含油气盆地内的油气资源评价提供可靠的理论依据。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种油气成藏模拟实验装置，包括模拟反应系统与外源物质加载系统，所述模拟反应系统与外源物质加载系统通过紧固螺丝108连接；
所述模拟反应系统包括反应釜101和加热部件，所述加热部件对反应釜101进行加热；
所述外源物质加载系统包括密闭容器106，在所述密闭容器106内设有与其同轴线的密封活塞105；所述密封活塞105将密闭容器106的内腔分隔为上腔和下腔，外源物质装在所述密闭容器106的下腔内，通过密封活塞105的运动将所述外源物质压入所述反应釜101中。
所述加热部件包括加热线圈102和电源103；所述加热线圈102缠绕在所述反应釜101的外表面上，所述电源103与加热线圈102连接。
所述外源物质加载系统进一步包括螺旋旋钮104和进样口109；所述密封活塞105的上端面连接有活塞杆，所述活塞杆向上伸出密闭容器106后与所述螺旋旋钮104连接，所述螺旋旋钮104控制密封活塞105的运动方向；
所述密闭容器106的下端通过管路连通进样口109，在该管路上设有阀门107；所述进样口109的下端穿入反应釜101内并通过紧固螺丝108固定在反应釜101上。
所述外源物质是固体、气体或液体中的一种或两种的组合或三种的组合；如果外源物质是固体，则其粒度要小于进样口109的内径。
一种利用所述油气成藏模拟实验装置进行模拟实验的方法包括以下步骤：
(1)装样：
松开紧固螺丝108，将模拟反应系统与外源物质加载系统分离；然后将反应物112放入反应釜101中，并将外源物质装入密闭容器106的下腔内；最后将模拟反应系统与外源物质加载系统通过紧固螺丝108连接；
(2)预加热：
根据需要研究的油气藏的地质特征，确定对反应釜101加热的时间及将密闭容器106中的外源物质加入反应釜101中的时间和温度节点，然后开始对反应釜101进行预加热；
(3)外源物质的进样：
当反应釜101被预加热到所述时间和温度节点时，通过加热保持该温度，并通过对螺旋旋钮104和阀门107的组合操作控制活塞105的位置，进而实现外源物质的进样；
(4)继续反应阶段：
外源物质进样完毕后，关闭阀门107，使反应釜101中的反应物112与加入的外源物质继续反应，直至达到设计的模拟反应时间，模拟实验结束。
所述步骤(3)包括如下步骤：
(a)装样准备：
将所述外源物质加载系统中的螺旋旋钮104退到最大位置，此时密闭容器106的下腔体积最大，同时使阀门107处于关闭状态；
(b)开始加入外源物质：
打开阀门107，然后旋转螺旋旋钮104，使其推动密封活塞105，进而使密闭容器106的下腔体积减小，此时，密闭容器106中的外源物质通过进样口109进入到反应釜101内，外源物质与反应物112开始混合；
(c)外源物质加载完毕：
保持阀门107的开通状态，通过继续旋转螺旋旋钮104持续推动密封活塞105直至密闭容器106的下腔体积为0，此时，密闭容器106中的外源物质全部进入到反应釜101中与反应物112混合，完成外源物质的进样。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)利用本发明的装置和方法可以实现在油气成藏模拟反应持续进行期间加载代表突发性地质事件的外源物质，进而通过模拟实验研究突发性地质事件对油气成藏的影响，提高深部流体对油气成藏影响作用实验研究的水平；
(2)本发明的装置由模拟反应系统和外源物质加载系统两部分组成。实验过程中，利用加热件对反应釜进行加热，当加热到预定反应温度时，打开外源物质加载系统，使气态或者固态的外源物质进入到反应釜中参加反应，更加接近真实的地质情况，该装置的部件容易加工，原理简单，仅对目前常用的反应釜进行必要改装即可，其成本低，推广快，在油气成藏实验研究领域具有推广价值。
附图说明
图1是本发明油气成藏模拟实验装置的结构示意图。
图2-1是本发明油气成藏模拟实验方法步骤中的装样准备后的装置的状态图。
图2-2是本发明油气成藏模拟实验方法步骤中的开始加入外源物质时的装置的状态图。
图2-3是本发明油气成藏模拟实验方法步骤中的外源物质加载完毕后的装置的状态图。
图2-4是本发明油气成藏模拟实验方法步骤中的继续反应阶段的装置的状态图
其中，A为模拟反应系统，B为外源物质加载系统，101是反应釜，102是加热线圈，103是电源，104是螺旋旋钮，105是密封活塞，106是密闭容器，107是阀门，108是紧固螺丝，109是进样口，110是气态外源物质，111是固态外源物质，112是反应物。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述：
本发明是一种以突变论思想为指导的模拟突发性地质事件对油气油藏影响的实验方法与装置，利用本发明既可以按照渐进式地质模型进行常规模拟实验，也可以在不中断反应过程中加入能反映突发性地质事件特征的物质的外源物质，外源物质可以是气态、液态、固态物质或其它物质。
如图1所示，所述油气成藏模拟实验装置包括模拟反应系统与外源物质加载系统。
所述模拟反应系统如图1中A部分所示，包括反应釜101、加热线圈102和电源103。所述反应釜101可根据实验目的选择不锈钢、黄金管、石英坩埚等，并根据模拟实验反应物的多少选择适当的容积。所述加热线圈102缠绕在所述反应釜101上，通过加热线圈102对反应釜101进行升温，从而实现对反应物的加热。在实验室内，电源103与加热线圈102连接，通过对加热线圈102通电实现对反应釜101的加热，所述电源103一般采用380伏特的交流电。
所述外源物质加载系统如图1中B部分所示，包括螺旋旋钮104，密封活塞105，密闭容器106，阀门107，紧固螺丝108以及进样口109。模拟反应系统A与外源物质加载系统B通过紧固螺丝108连接，用螺旋旋钮104控制密封活塞105的运动方向，并与阀门107配合，使预先加载在密闭容器106中的外源物质通过进样口109在预先设定的时间内加入到反应釜101中。
利用所述油气成藏模拟实验装置进行模拟实验的方法包括以下步骤：
(1)装样
松开紧固螺丝108，将模拟反应系统A与外源物质加载系统B分离，并根据地质研究的需要，将反应物112放入反应釜101中(是通过拆开反应釜101实现装入反应物112的)，并将能反映突发性地质事件的外源物质装入密闭容器106中，此时要求密闭容器106中的固体外源物质的粒度要小于进样口109的内径，即如果所述进样口109的内径为10mm，固体外源物质的粒径必须小于10mm。将模拟反应系统A与外源物质加载系统B通过紧固螺丝108连接。
(2)预加热
根据需要研究的具体油气藏的地质特征，确定对反应釜101加热的时间及将密闭容器106中的外源物质加入反应釜101中的时间和温度节点(因为温度的升高是有升温速率的，就是每分钟升高多少度，按照预先设计好的升温速率，到预先设定的温度时，时间是可以计算出来的，所以，可以同时满足温度和时间)，并开始对反应釜101进行预加热。
(3)外源物质加载
当反应釜被预加热到设定的温度时(此时通过加热保持该温度，因为反应釜对温度的要求较高，若此时停止加热，反应釜内的温度就会下降)，开始加入外源物质，通过对螺旋旋钮104和阀门107的组合操作，控制活塞105的位置，以此实现外源物质的进样，具体操作流程如下所述：
(a)装样准备
如前面所述“装样”过程，此时，模拟反应系统A的反应釜101中装好反应物112，外源物质加载系统B中螺旋旋钮104退到最大位置，密闭容器106的下腔体积(又称为有效体积)最大，阀门107处于关闭状态，此时，整个装置的状态如图2-1所示；
(b)开始加入外源物质
打开阀门107，旋转螺旋旋钮104，推动密封活塞105，使密闭容器106的下腔体积减小，此时，密闭容器106中的气态外源物质110和部分固态外源物质111(此处以气态外源物质和固态外源物质作为例子来说，外源物质还可以是其它种类的，如液态等。)进入到反应釜101中，外源物质110与111与反应物112开始混合，此时，整个装置的状态如图2-2所示；
(c)外源物质加载完毕
保持阀门107的开通状态，通过继续旋转螺旋旋钮104持续推动密封活塞105直至密闭容器106的下腔体积为0，此时，密闭容器106中的气态外源物质和固态外源物质111全部进入到反应釜101中与反应物112混合，此时，整个装置的状态如图2-3所示；
(4)继续反应阶段
关闭阀门107，使反应釜101中的反应物112与加入的气态外源物质110和固态外源物质111继续反应，直至反应的设计的模拟反应时间长度。此时，整个装置的状态如图2-4所示。
为了研究深部地质条件下突发性深部流体对有机质生烃的影响，设计了两组对比实验：
反应物112为II1型干酪根，分为两组实验，这两组实验的反应物112的重量都为2.5g。
第一组实验使用常规模拟实验方法，即从实验的开始阶段加入20ml气态外源物质氢气，反应温度设定为450℃，并维持450℃高温24h；
第二组实验使用本发明的装置及方法，即当反应物被加热到350℃时，打开阀门107，将20ml气态外源物质氢气加入到反应釜中，当反应温度为450℃时，维持24h。
上述模拟实验结果表明，利用本发明的装置及方法进行的模拟实验(即第二组实验)得到的产物中，液态烃的产量比常规模拟实验方法(即第一组实验)的液态烃产量高17％，而气态烃的产量比常规模拟实验方法少5％，总烃产量比常规模拟实验方法低3％。
由此可知，利用本发明的装置及方法，可以更加有效地研究有机质生烃过程中，突发性地质事件对有机质的总生烃量、液态烃与气态烃的生烃量进行评价，从而更加真实地模拟真实地质条件下，受突发性地质事件影响的油气成藏过程，对含油气盆地内的油气资源评价提供可靠的理论依据。
另外，利用本发明可以在不间断模拟反应的情况下向反应系统加载外源物质、可以模拟突发性地质事件对有机质生烃的影响以及模拟突发性地质事件对油气藏的影响。
在研究深部流体对油气藏的形成、破坏作用，模拟实验一直是重要的研究手段之一，本发明作为对传统的以渐进式地质演化为指导思想的模拟实验技术的改进，使对深部流体的模拟实验更加接近真实的地质条件，不但可以在生产实践中指导勘探生产，而且在理论研究方面可以为修正现有地质认识提供可靠方法，随着该领域研究的不断深入进行，该发明将得到越来越广泛的应用。本发明适用于石油、天然气勘探领域的实验室和科研单位，以及研究幔源物质及其演化的科研单位。
上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。

Claims (6)

1.一种油气成藏模拟实验装置，其特征在于：所述油气成藏模拟实验装置包括模拟反应系统与外源物质加载系统，所述模拟反应系统与外源物质加载系统通过紧固螺丝(108)连接；
所述模拟反应系统包括反应釜(101)和加热部件，所述加热部件对反应釜(101)进行加热；
所述外源物质加载系统包括密闭容器(106)，在所述密闭容器(106)内设有与其同轴线的密封活塞(105)；所述密封活塞(105)将密闭容器(106)的内腔分隔为上腔和下腔，外源物质装在所述密闭容器(106)的下腔内，通过密封活塞(105)的运动将所述外源物质压入所述反应釜(101)中。
2.根据权利要求1所述的油气成藏模拟实验装置，其特征在于：所述加热部件包括加热线圈(102)和电源(103)；所述加热线圈(102)缠绕在所述反应釜(101)的外表面上，所述电源(103)与加热线圈(102)连接。
3.根据权利要求2所述的油气成藏模拟实验装置，其特征在于：所述外源物质加载系统包括进一步包括螺旋旋钮(104)和进样口(109)；所述密封活塞(105)的上端面连接有活塞杆，所述活塞杆向上伸出密闭容器(106)后与所述螺旋旋钮(104)连接，螺旋旋钮(104)控制密封活塞(105)的运动方向；
所述密闭容器(106)的下端通过管路连通进样口(109)，在该管路上设有阀门(107)，所述进样口(109)的下端穿入反应釜(101)内并通过紧固螺丝(108)固定在反应釜(101)上。
4.根据权利要求3所述的油气成藏模拟实验装置，其特征在于：所述外源物质是固体、气体或液体中的一种或两种的组合或三种的组合；如果外源物质是固体，则其粒度要小于进样口(109)的内径。
5.一种利用权利要求3所述油气成藏模拟实验装置进行模拟实验的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
(1)装样：
松开紧固螺丝(108)，将模拟反应系统与外源物质加载系统分离；然后将反应物(112)放入反应釜(101)中，并将外源物质装入密闭容器(106)的下腔内；最后将模拟反应系统与外源物质加载系统通过紧固螺丝(108)连接；
(2)预加热：
根据需要研究的油气藏的地质特征，确定对反应釜(101)加热的时间及将密闭容器(106)中的外源物质加入反应釜(101)中的时间和温度节点，然后开始对反应釜(101)进行预加热；
(3)外源物质的进样：
当反应釜(101)被预加热到所述时间和温度节点时，通过加热保持该温度，并通过对螺旋旋钮(104)和阀门(107)的组合操作控制活塞(105)的位置，进而实现外源物质的进样；
(4)继续反应阶段：
外源物质进样完毕后，关闭阀门(107)，使反应釜(101)中的反应物(112)与加入的外源物质继续反应，直至达到设计的模拟反应时间，模拟实验结束。
6.根据权利要求5所述的模拟实验的方法，其特征在于：所述步骤(3)包括如下步骤：
(a)装样准备：
将所述外源物质加载系统中的螺旋旋钮(104)退到最大位置，此时密闭容器(106)的下腔体积最大，同时使阀门(107)处于关闭状态；
(b)开始加入外源物质：
打开阀门(107)，然后旋转螺旋旋钮(104)，使其推动密封活塞(105)，进而使密闭容器(106)的下腔体积减小，此时，密闭容器(106)中的外源物质通过进样口(109)进入到反应釜(101)内，外源物质与反应物(112)开始混合；
(c)外源物质加载完毕：
保持阀门(107)的开通状态，通过继续旋转螺旋旋钮(104)持续推动密封活塞(105)直至密闭容器(106)的下腔体积为0，此时，密闭容器(106)中的外源物质全部进入到反应釜(101)中与反应物(112)混合，完成外源物质的进样。
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