CN103823022B - 人工合成含油气流体包裹体的系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于地球化学领域，具体地，涉及一种人工合成含油气流体包裹体的系统。人工合成含油气流体包裹体的系统，包括：反应釜、温度控制系统、压力控制系统、抽真空系统、在线取样系统、台架系统、安全爆破片、电加热炉；反应釜固定在电加热炉内，反应釜和电加热炉均由台架系统支撑；温度控制系统、压力控制系统分别对系统进行温度、压力控制；在线取样系统用于在线取样分析。本发明可以在含油气盆地储层常见的温度和压力条件下进行人工合成流体包裹体实验，模拟储层矿物中流体包裹体形成机制和储层岩石与流体相互作用，可以对实验体系中加入原油或天然气组分，实验模拟油气充注对储层流体包裹体形成的影响；实现实时在线取样品分析。

Description

人工合成含油气流体包裹体的系统

技术领域

本发明属于地球化学领域，具体地，涉及一种人工合成含油气流体包裹体的系统，模拟在盆地储层温度和压力条件下人工合成含油气流体包裹体，并可以模拟含油气储层中的水岩作用机制。

背景技术

近年来，随着流体包裹体技术的研究和应用逐渐深入，人工合成流体包裹体技术已成为制作流体包裹体标准样品的重要技术，同时可以模拟一些特定地质环境下的流体包裹体形成过程。但是现有人工合成流体包裹体系统主要是针对高温高压成矿流体条件，实验温度和压力条件远大于含油气盆地(在低温低压下误差较大)，更重要的是现有设备一般用黄金管或铂金管作为反应器(体积一般为几个mL)，导致合成的样品体积小、数量少，不适合含油气盆地条件下的人工合成流体包裹体研究。

发明内容

为克服现有技术中设备合成样品量少、体积小的缺点，本发明提供一种人工合成含油气流体包裹体的系统，能够在盆地储层的温度和压力范围内合成含油气流体包裹体，并可以模拟油气储层中流体与岩石的水岩作用机制。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种人工合成含油气流体包裹体的系统，包括：反应釜、温度控制系统、压力控制系统、抽真空系统、在线取样系统、台架系统、安全爆破片、电加热炉；反应釜固定在电加热炉内，反应釜和电加热炉均由台架系统支撑；温度控制系统、压力控制系统分别对系统进行温度、压力控制；在线取样系统用于在线取样分析。

相对于现有技术，本发明具有如下有益效果：

1、本发明根据含油气盆地储层实际环境，可以在含油气盆地储层常见的温度和压力条件下(0-300℃，0-70MPa)进行人工合成流体包裹体实验，模拟储层矿物中流体包裹体形成机制和储层岩石与流体相互作用。

2、本发明可以对实验体系中加入原油或天然气组分，实验模拟油气充注对储层流体包裹体形成的影响。

3、本发明实验系统体积最大可到200mL，可以实现在较大样品中合成流体包裹体，合成的样品具有体积大、数量多的特点；同时可以对大样品(储层岩芯样品)的开展合成实验，可以用于研究储层岩石与流体的相互作用。

4、本发明可以实现实时在线取样品分析。

附图说明

图1是本发明的人工合成含油气流体包裹体的系统结构示意图；

图2是反应釜结构示意图；

图3是电加热炉结构示意图；

图4是取样器结构示意图；

图中：1、反应釜；3、压力控制系统；4、抽真空系统；5、在线取样系统；6、台架系统；7、安全爆破片；8、电加热炉。

具体实施方式

如图l所示，人工合成含油气流体包裹体的系统，包括：反应釜1、温度控制系统、压力控制系统3、抽真空系统4、在线取样系统5、台架系统6、安全爆破片7、电加热炉8。

如图1所示，台架系统6，包括：底座61、支撑架62、上手柄63、中手柄64、下手柄65；底座61为矩形不锈钢板，支撑架62为不锈钢圆柱体，支撑架62通过焊接固定于底座61上，支撑架62上固定设置上手柄63、中手柄64、下手柄65，上手柄63、中手柄64、下手柄65均由不锈钢金属制成，均为弧形不锈钢板；上手柄63、中手柄64、下手柄65均通过螺钉固定于支撑架62上；上手柄63和下手柄65均一端可以绕支撑架旋转、另一端焊接于电加热炉8的不锈钢外壳84上以固定电加热炉8；中手柄64一端可绕支撑架旋转、另一端焊接在釜体13侧壁上以固定反应釜1。

如图2所示，反应釜1，包括：釜盖11、压紧螺栓12、釜体13、不锈钢板14、冷却水入口管16、冷却水出口管18、流体入口管17、流体出口管15、石墨密封垫110和测温接头111；釜体13为底端封闭的中空圆柱壳体，釜体13的材料为耐腐蚀的哈氏合金，釜体13外径为95mm，内径为43mm；釜体13底部设有流体入口、流体出口，流体入口、流体出口分别连接流体入口管17和流体出口管15；釜体13外侧壁设有螺旋型的凹槽，深度约5mm，凹槽上焊接不锈钢板14覆盖密封，形成冷却水循环通道；釜体13的侧壁上开设冷却水入口孔和冷却水出口孔，冷却水入口孔和冷却水出口孔分别与冷却水循环通道的底部、顶部相连，冷却水入口孔和冷却水出口孔分别连接(采用焊接连接)冷却水入口管16和冷却水出口管18，从而形成冷却水套。冷却水入口管16、冷却水出口管18、流体入口管17、流体出口管15均为不锈钢金属管线，通过焊接连接在釜体底部。冷却水入口管16通过塑料软管与自来水管的供水阀接头连接，冷却水出口管18通过塑料软管与下水道管线连接。

釜体13顶端沿圆周均布12个螺纹孔，对应地，釜盖11上沿圆周均布12个供压紧螺栓12穿过的孔，釜体13顶部靠内侧设置环形凹槽，石墨密封垫110置于该环形槽中，釜盖11上设有对应釜体13环形凹槽的凸面，釜盖11通过12个压紧螺栓12固定在釜体13上，并由石墨密封垫110密封。釜盖11中心开设一孔，孔内设有测温接头111，测温接头深入到釜体中心位置，用于测定釜体内的温度以确保温度测定结果可靠。釜体13外侧设有两个安装孔19，安装孔19深度约5mm，安装孔19中可插入手柄112，以便拆卸釜盖11及把釜体13固定于台架6之上，釜体13侧壁直接焊接在中手柄64上。反应釜1工作温度范围为：0-300℃，工作压力范围：0-70MPa。

为方便反应釜1的安装和拆卸，电加热炉8采用对开式电加热炉，由结构相同的两部分一侧通过对开转轴81铰接、另一侧通过连接搭扣85闭合而成，如图3所示；电加热炉8，包括：对开转轴81、内胆82、保温材料83、不锈钢外壳84和连接搭扣85；反应釜1设在内胆82内，内胆82的尺寸和形状与反应釜1一致，以保证与反应釜紧密接触；内胆82采用陶瓷材料，确保加热效果；电加热炉8通过电阻丝加热，电阻丝紧贴内胆82外侧；内胆82置于不锈钢外壳84内，内胆与不锈钢外壳84之间填充保温材料83；电加热炉8中间开设横向孔，横向孔的尺寸与中手柄64的尺寸等同，电加热炉8顶部开设与测温接头111尺寸适应的孔、底部开设其位置和大小分别对应冷却水入口管16、冷却水出口管18、流体入口管17、流体出口管15的孔，电加热炉不锈钢外壳84焊接在上手柄63和下手柄65上，从而固定在台架系统6上。

抽真空系统4，包括：真空泵41、缓冲容器42、真空表43、第一放空阀44、放水阀45、第一针型阀46和第一四通接口47；第一四通阀47具有第一接口、第二接口、第三接口、第四接口；真空泵41通过金属管线与缓冲容器42顶部连接，缓冲容器42用于汽水分离；真空表43安装在缓冲容器42的顶部，用于指示真空度；缓冲容器42顶部通过金属管线连接放空阀44、底部安装放水阀45，放水阀45用于放出汽水分离出来的液体；缓冲容器42顶部通过不锈钢金属管线与第一四通接口47的第一接口连接，缓冲容器42顶部与第一四通接口47之间的不锈钢金属管线上安装第一针型阀46，第一针型阀46用于控制流体线路的开启和关闭；第一四通接口47的第三接口通过金属管线连接釜体13的流体入口管17。

安全爆破片7通过不锈钢金属管线与第一四通接口47的第二接口连接。

压力控制系统3，包括：压力源31、压力表32、第二放空阀33、第二针型阀34、第二四通接口35；第二四通接口35具有第一接口、第二接口、第三接口、第四接口；压力源31为手压泵，压力源31通过不锈钢金属管线与第二四通接口35的第四接口连接，压力源31与第二四通接口35的第四接口之间设有第二针型阀34；压力表32通过不锈钢金属管线与第二四通接口35的第三接口连接，压力表32用于指示反应釜1内部压力；第二放空阀33通过不锈钢金属管线与第二四通接口35的第一接口连接，第二放空阀33用于调整反应釜内部压力；第二四通接口35的第二接口与第一四通接口47的第四接口之间通过不锈钢金属管线连接。

在线取样系统5，包括：取样器51、第三针型阀52、第四针型阀53、三通接口54；三通接口54具有第一接口、第二接口、第三接口。如图4所示，取样器51采用不锈钢材质，其结构和工作原理与注射器类似，包括：手轮511、活塞杆512、压帽513、密封胶圈514和溶液缸515；活塞杆512一端安装密封胶圈514并置于溶液缸515中、另一端安装手轮511便于推动；压帽513通过螺纹旋转固定在溶液缸515的尾部，以防活塞杆512从溶液缸515中抽出；溶液缸513的前端设计成卡帽接头的插头；取样器51通过卡帽接头连接在三通接口54的第二接口上，三通接口54的第一接口连接第四针型阀53；三通接口54的第三接口连接第三针型阀52；第三针型阀52用于流程放空管线，第四针型阀53通过不锈钢金属管线连接反应釜流体出口管15。

取样器51可以承受实验压力范围内的压力，可以保证取样的成功及操作者的安全，实验过程中操作人员可在设定时间内进行取样。取样时，关闭第三针型阀52，插入取样器51，开启第四针型阀53，实现取样；取样完毕，关闭第四针型阀53，开启第三针型阀52，拔出取样器51。每次取样可控制在0-10mL之间；取样完成关闭取样器前端的第四针型阀53后,可安全将取样器从三通管线的第一接口上取下。

如图1所示，温度控制系统，包括：数显温度控制仪21、温度传感器22；温度传感器22的测温端(热电偶)插入釜盖11上的测温接头111中、另一端通过航空插头连接数显温度控制仪21；数显温度控制仪21通过程序设定实验温度，结合温度传感器22的反馈信息控制电加热炉8电阻丝的电流大小，从而实现对反应釜1内温度的控制。反应釜1内的实际温度及设定温度在数显温度控制仪21上实时显示。

实验过程包括装样、抽真空、注入实验流体、升温调压、取样、结束实验等步骤。

装样：把固体样品（矿物或者岩石）放入到洗净的反应釜1中，然后封闭反应釜1。

抽真空：在密封反应釜1的前提下，关闭第二针型阀34、第四针型阀53、第一放空阀44、第二放空阀33和放水阀45后，开启第一针型阀46，启动真空泵41可以实现对釜体13内部抽真空。

注入实验流体：抽真空之后，关闭第一针型阀46，开启第二针型阀34，将实验流体通过手压泵31压入反应釜1中，手压泵31的加压范围在0-70MPa之间，压力由压力表32指示。加完实验流体后关闭第二针型阀34。

升温调压：将数显温度控制仪21上“电源”开关打开，数显控制仪上即有温度显示，在数显温度控制仪21上设定好温度上限和加热速率，即可开始对反应釜1进行加热。加热过程中注意反应釜1中的压力数值，如果压力过大，可以通过第二放空阀33调整。当反应釜内压力超过70MPa时，安全爆破片7将发生爆裂，反应釜1内流体将通过安全爆破片7泄出以达到降低压力的目的，并发出报警声音。

取样：取样前把取样器51的活塞杆512完全推进去，取样时利用反应釜1内部高压流体推动活塞杆512实现取样。

实验结束：关闭加热开关或将设定温度设在室温，釜体降温采取自然冷却或者启动冷却水来实现，待温度降到室温，压力为一个大气时可以打开反应釜1取出样品，模拟实验到此结束。

Claims (6)

1.一种人工合成含油气流体包裹体的系统，包括：反应釜、温度控制系统、压力控制系统、抽真空系统、在线取样系统、台架系统、安全爆破片、电加热炉；其特征在于：反应釜固定在电加热炉内，反应釜和电加热炉均由台架系统支撑；温度控制系统、压力控制系统分别对系统进行温度、压力控制；在线取样系统用于在线取样分析；

台架系统，包括：底座、支撑架、上手柄、中手柄、下手柄；底座为矩形不锈钢板，支撑架为不锈钢圆柱体，支撑架通过焊接固定于底座上，支撑架上固定设置上手柄、中手柄、下手柄，上手柄、中手柄、下手柄均由不锈钢金属制成，均为弧形不锈钢板；上手柄、中手柄、下手柄均通过螺钉固定于支撑架上；上手柄和下手柄均一端可以绕支撑架旋转、另一端焊接于电加热炉的不锈钢外壳上以固定电加热炉；中手柄一端可绕支撑架旋转、另一端焊接在釜体侧壁上以固定反应釜；

反应釜，包括：釜盖、压紧螺栓、釜体、不锈钢板、冷却水入口管、冷却水出口管、流体入口管、流体出口管、石墨密封垫和测温接头；釜体为底端封闭的中空圆柱壳体，釜体的材料为耐腐蚀的哈氏合金，釜体外径为95mm，内径为43mm；釜体底部设有流体入口、流体出口，流体入口、流体出口分别连接流体入口管和流体出口管；釜体外侧壁设有螺旋型的凹槽，深度5mm，凹槽上焊接不锈钢板覆盖密封，形成冷却水循环通道；釜体的侧壁上开设冷却水入口孔和冷却水出口孔，冷却水入口孔和冷却水出口孔分别与冷却水循环通道的底部、顶部相连，冷却水入口孔和冷却水出口孔分别连接冷却水入口管和冷却水出口管，冷却水入口管、冷却水出口管、流体入口管、流体出口管均为不锈钢金属管线，通过焊接连接在釜体底部；釜体顶端沿圆周均布12个螺纹孔，对应地，釜盖上沿圆周均布12个供压紧螺栓穿过的孔，釜体顶部靠内侧设置环形凹槽，石墨密封垫置于该环形槽中，釜盖上设有对应釜体环形凹槽的凸面，釜盖通过12个压紧螺栓固定在釜体上，并由石墨密封垫密封。釜盖中心开设一孔，孔内设有测温接头，测温接头深入到釜体中心位置，釜体外侧设有两个安装孔，安装孔深度5mm，安装孔中可插入手柄，釜体侧壁直接焊接在中手柄上；反应釜工作温度范围为：0-300℃，工作压力范围：0-70MPa。

2.根据权利要求1所述的人工合成含油气流体包裹体的系统，其特征在于：电加热炉采用对开式电加热炉，由结构相同的两部分一侧通过对开转轴铰接、另一侧通过连接搭扣闭合而成；电加热炉，包括：对开转轴、内胆、保温材料、不锈钢外壳和连接搭扣；反应釜设在内胆内，内胆的尺寸和形状与反应釜一致，内胆采用陶瓷材料，电加热炉通过电阻丝加热，电阻丝紧贴内胆外侧；内胆置于不锈钢外壳内，内胆与不锈钢外壳之间填充保温材料；电加热炉中间开设横向孔，横向孔的尺寸与中手柄的尺寸等同，电加热炉顶部开设与测温接头尺寸适应的孔、底部开设其位置和大小分别对应冷却水入口管、冷却水出口管、流体入口管、流体出口管的孔，电加热炉不锈钢外壳焊接在上手柄和下手柄上。

3.根据权利要求2所述的人工合成含油气流体包裹体的系统，其特征在于：抽真空系统，包括：真空泵、缓冲容器、真空表、第一放空阀、放水阀、第一针型阀和第一四通接口；第一四通阀具有第一接口、第二接口、第三接口、第四接口；真空泵通过金属管线与缓冲容器顶部连接，真空表安装在缓冲容器的顶部，缓冲容器顶部通过金属管线连接放空阀、底部安装放水阀，缓冲容器顶部通过不锈钢金属管线与第一四通接口的第一接口连接，缓冲容器顶部与第一四通接口之间的不锈钢金属管线上安装第一针型阀，第一四通接口的第三接口通过金属管线连接釜体的流体入口管；安全爆破片通过不锈钢金属管线与第一四通接口的第二接口连接。

4.根据权利要求3所述的人工合成含油气流体包裹体的系统，其特征在于：压力控制系统，包括：压力源、压力表、第二放空阀、第二针型阀、第二四通接口；第二四通接口具有第一接口、第二接口、第三接口、第四接口；压力源为手压泵，压力源通过不锈钢金属管线与第二四通接口的第四接口连接，压力源与第二四通接口的第四接口之间设有第二针型阀；压力表通过不锈钢金属管线与第二四通接口的第三接口连接，第二放空阀通过不锈钢金属管线与第二四通接口的第一接口连接，第二四通接口的第二接口与第一四通接口的第四接口之间通过不锈钢金属管线连接。

5.根据权利要求4所述的人工合成含油气流体包裹体的系统，其特征在于：在线取样系统，包括：取样器、第三针型阀、第四针型阀、三通接口；三通接口具有第一接口、第二接口、第三接口；取样器采用不锈钢材质，包括：手轮、活塞杆、压帽、密封胶圈和溶液缸；活塞杆一端安装密封胶圈并置于溶液缸中、另一端安装手轮便于推动；压帽通过螺纹旋转固定在溶液缸的尾部，以防活塞杆从溶液缸中抽出；溶液缸的前端设计成卡帽接头的插头；取样器通过卡帽接头连接在三通接口的第二接口上，三通接口的第一接口连接第四针型阀；三通接口的第三接口连接第三针型阀；第四针型阀通过不锈钢金属管线连接反应釜流体出口管。

6.根据权利要求5所述的人工合成含油气流体包裹体的系统，其特征在于：温度控制系统，包括：数显温度控制仪、温度传感器；温度传感器的测温端(热电偶)插入釜盖上的测温接头中、另一端通过航空插头连接数显温度控制仪；数显温度控制仪通过程序设定实验温度，结合温度传感器的反馈信息控制电加热炉电阻丝的电流大小，从而实现对反应釜内温度的控制；反应釜内的实际温度及设定温度在数显温度控制仪上实时显示。