CN105845010A - 一种地下成岩模拟装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于地质矿业勘探技术领域，公开了一种地下成岩模拟装置，其特征在于，包括：样品室、高温釜、轴向施压结构、空隙流体施压结构、产物分离及计量结构以及传感控制单元；样品室固定在高温釜内，用于承载试样并实现试样的温度调节；高温釜固定在轴向施压结构上；轴向施压结构与样品室衔接，在样品室内形成密闭空间；空隙流体施压结构与密闭空间连通，用于注入或者回收流体；产物分离及计量结构与密闭空间相连，用于收集产物，并分离计量；传感控制单元分别与样品室、高温釜、轴向施压结构、产物分离及计量结构以及空隙流体施压结构相连，用于动作控制。本发明提供了一种可靠性更高的成岩模拟装置。
Description
技术领域
本发明涉及地质矿业勘探技术领域，特别涉及一种地下成岩模拟装置。
背景技术
成岩作用是用以表示沉积演化过程中的一个阶段。通常所说的成岩作用是指沉积物沉积后至岩石固结，在深埋环境下直到变质作用之前发生的物理、化学的变化，以及埋藏后岩石又被抬升至地表或接近地表的环境中所发生的一切物理、化学变化。而石油、天然气等有机矿产的形成和分布与成岩作用密切相关，且在特殊温度、压力条件下，模拟深层所处的成岩阶段和生、储、盖层的发育状态对寻找油气聚集的有利地区有着重要的指导意义。
目前成岩作用的研究主要依赖于钻井取心的分析化验，不能从盆地或凹陷的尺度上进行成岩作用研究和成岩阶段预测，并且与真实地下成岩过程相比，在地下不同烃源岩、特殊温压条件的成岩过程的模拟结果存在较大误差。
发明内容
本发明提供一种地下成岩模拟装置，解决现有技术中模拟装置的结果可靠性低，误差大的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了地下成岩模拟装置，包括：样品室、高温釜、轴向施压结构、空隙流体施压结构、产物分离及计量结构以及传感控制单元；
所述样品室固定在所述高温釜内，用于承载试样并实现试样的温度调节；
所述高温釜固定在所述轴向施压结构上；所述轴向施压结构与所述样品室衔接，在所述样品室内形成密闭空间；
所述空隙流体施压结构与所述密闭空间连通，用于注入或者回收流体；
所述产物分离及计量结构与所述密闭空间相连，用于收集产物，并分离计量；
所述传感控制单元分别与所述样品室、所述高温釜、所述轴向施压结构、所述产物分离及计量结构以及所述空隙流体施压结构相连，用于动作控制；
其中，在执行模拟操作的情况下，所述试样置于所述密闭空间内，所述轴向施压结构端部抵靠在所述试样上，施加轴向压力；
所述传感控制单元设置并实时检测所述样品室内温度及压力、所述高温釜内的温度、所述轴向施压结构施加的压力以及所述空隙流体施压结构的输出压力。
进一步地，所述轴向施压结构包括：密封基座、密封油缸、轴向施压基座、轴向施压油缸以及拉杆；
所述拉杆固定在所述密封基座和所述轴向施压基座之间，构成轴向施压框架；
所述高温釜固定在所述轴向施压框架内；
所述密封油缸固定在所述密封基座上，所述密封油缸的活塞杆端部设置密封塞嵌于所述样品室内，密封所述样品室一端；
所述轴向施压油缸固定在所述轴向施压基座上，所述轴向施压油缸的活塞杆上固定连接轴向压力杆，嵌于所述样品室另一端；
其中，所述样品室为筒状结构，所述轴向压力杆、所述密封塞与所述样品室围成所述密闭空间。
进一步地，所述空隙流体施压结构包括：流体管路、流体源以及输送泵；
所述流体源通过所述输送泵、所述流体管路与所述密闭空间相连。
进一步地，所述产物分离及计量结构包括：排烃管路、气液分离器以及气量计；
所述密闭空间依次通过所述排烃管路、所述气液分离器与所述气量计相连。
进一步地，所述产物分离及计量结构还包括：冷却器；
所述冷却器设置在所述排烃管路上位于所述气液分离器与所述密闭空间之间。
进一步地，所述传感控制单元包括：控制器以及传感器组；
所述控制器分别与所述高温釜、所述轴向施压油缸、所述输送泵以及所述产物分离及计量结构相连，用于动作控制；
所述传感器组包括：温度传感器、轴向压力变送器以及空隙流体压力变送器；
所述温度传感器设置在所述高温釜内，与所述控制器相连；
所述轴向压力变送器分别与所述轴向施压油缸以及所述控制器相连；
所述空隙压力变送器分别与所述控制器和所述输送泵相连。
进一步地，所述密封油缸、所述轴向施压油缸以及所述输送泵分别连接一恒压泵；
其中，在成岩模拟装置运转的情况下，通过所述恒压装置输出稳定的压力。
进一步地，所述轴向施压油缸的压力输出范围为0～200Mpa，控制精度±0.1Mpa。
进一步地，所述孔隙压力的范围是0～100Mpa，控制精度±0.1Mpa。
进一步地，所述样品室内温度控制最高温度为500℃，控制精度±1℃。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
1、本申请实施例中提供的地下成岩模拟装置通过高温釜、轴向施压结构、空隙流体施压结构、产物分离及计量结构以及传感控制单元，分别模拟成岩过程的温度、静岩压力、流体压力严格模拟成岩环境，使得成岩模拟结果可靠性更好；另一方面，根据时间与温度补偿原理，高温短时间模拟地下低温长时间的成岩过程。成岩模拟装置能够设置不同温度、压力、固体及流体介质条件，定量收集流体(油、气、水)及固体产物，准确测量并记录温度、位移、压力等数据，使得成岩过程的分析可靠性大大提高。
2、本申请实施例中提供的地下成岩模拟装置，能够基于上述结构，模拟不同类型烃源岩在不同温度、压力条件下的生排烃过程；能进行可溶有机质、固体干酪根生烃及油裂解气实验；能够模拟烃源岩岩石成岩演化过程；能够通过测定岩石压实演化过程中体积变化量来研究孔隙度演化；从而全面的模拟成岩过程，从而全面了解成岩过程。
附图说明
图1为本发明实施例提供的地下成岩模拟装置的结构示意图。
具体实施方式
本申请实施例通过提供一种地下成岩模拟装置，解决现有技术中模拟装置的结果可靠性低，误差大的技术问题；达到了扩大模拟装置的可模拟控制状态，使得模拟过程严格全面完整的模拟成岩过程，大大提升模拟结果的可靠性。
为解决上述技术问题，本申请实施例提供技术方案的总体思路如下：
一种地下成岩模拟装置，包括：样品室、高温釜、轴向施压结构、空隙流体施压结构、产物分离及计量结构以及传感控制单元；
所述样品室固定在所述高温釜内，用于承载试样并实现试样的温度调节；
所述高温釜固定在所述轴向施压结构上；所述轴向施压结构与所述样品室衔接，在所述样品室内形成密闭空间；
所述空隙流体施压结构与所述密闭空间连通，用于注入或者回收流体；
所述产物分离及计量结构与所述密闭空间相连，用于收集产物，并分离计量；
所述传感控制单元分别与所述样品室、所述高温釜、所述轴向施压结构、所述产物分离及计量结构以及所述空隙流体施压结构相连，用于动作控制；
其中，在执行模拟操作的情况下，所述试样置于所述密闭空间内，所述轴向施压结构端部抵靠在所述试样上，施加轴向压力；
所述传感控制单元设置并实时检测所述样品室内温度及压力、所述高温釜内的温度、所述轴向施压结构施加的压力以及所述空隙流体施压结构的输出压力。
通过上述内容可以看出，通过高温釜实现温度控制，通过轴向施压结构对试样的施加静岩压力，通过空隙流体施压结构施加流体压力，从而严格模拟成岩过程中的压力温度环境；并进一步通过产物分离及计量结构以及传感控制单元，实现过程控制和产物分析，全面了解成岩过程；在完成岩石固结成岩时，随着温度的升高，可以释放出由于温度升高而产生的流体压力，保证岩石内部空隙流体压力保持在升温前的压力值，使模拟结果能够更加接近于地下实际热演化情况。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细说明，应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
参见图1，本发明实施例提供的一种地下成岩模拟装置，包括：样品室2、高温釜1、轴向施压结构、空隙流体施压结构、产物分离及计量结构以及传感控制单元；
所述样品室2固定在所述高温釜1内，用于承载试样并实现试样的温度调节；
所述高温釜1固定在所述轴向施压结构上；所述轴向施压结构与所述样品室衔接，在所述样品室内形成密闭空间；
所述空隙流体施压结构与所述密闭空间连通，用于注入或者回收流体；
所述产物分离及计量结构与所述密闭空间相连，用于收集产物，并分离计量；
所述传感控制单元分别与所述样品室2、所述高温釜1、所述轴向施压结构、所述产物分离及计量结构以及所述空隙流体施压结构相连，用于动作控制；
其中，在执行模拟操作的情况下，所述试样置于所述密闭空间内，所述轴向施压结构端部抵靠在所述试样上，施加轴向压力；
所述传感控制单元设置并实时检测所述样品室内温度及压力、所述高温釜内的温度、所述轴向施压结构施加的压力以及所述空隙流体施压结构的输出压力。
下面将分别介绍所述装置及其工作过程。
地下成岩模拟装置，包括：样品室2、高温釜1、轴向施压结构、空隙流体施压结构、产物分离及计量结构以及传感控制单元；
所述样品室2固定在所述高温釜1内，用于承载试样并实现试样的温度调节；
所述高温釜固定在所述轴向施压结构上；所述轴向施压结构与所述样品室衔接，在所述样品室内形成密闭空间；
所述空隙流体施压结构与所述密闭空间连通，用于注入或者回收流体；
所述产物分离及计量结构与所述密闭空间相连，用于收集产物，并分离计量；
所述传感控制单元分别与所述样品室、所述高温釜、所述轴向施压结构、所述产物分离及计量结构以及所述空隙流体施压结构相连，用于动作控制；
其中，在执行模拟操作的情况下，所述试样置于所述密闭空间内，所述轴向施压结构端部抵靠在所述试样上，施加轴向压力；
所述传感控制单元设置并实时检测所述样品室内温度及压力、所述高温釜内的温度、所述轴向施压结构施加的压力以及所述空隙流体施压结构的输出压力。
具体的，样品室内径为25mm，样品室压实后最小高度为100mm，样品室承受最大流体压力100MPa，承受最大模拟净岩压力(直接施加至岩石上的压力)：200MPa，以确保可以模拟地下8000m深处岩石所承受的地层静岩压力。模拟温度范围：室温-500℃。
主体材料全部采用耐高温耐腐蚀的镍基合金材料，该材料在高温条件下有较高的强度和较好的塑性，这样反应釜在高温高压条件下不需较大的几何尺寸，不会笨重，耐腐性能也很好。
密封采用专用油缸液压压紧方式，预紧力大，操作简单方便，密封可靠，改变过去常用螺栓压紧，几何尺寸大，操作不方便，密封不可靠等缺点。
密封材料选用进口复合超高温材料，即使在600℃也有很好的弹性，且可频繁装卸，任意冲压成型。
密封压力泵则是用来进退密封油缸，并给密封油缸施压，压紧密封圈。
所述轴向施压结构包括：密封基座、密封油缸4、轴向施压基座、轴向施压油缸9以及拉杆5；
所述拉杆5固定在所述密封基座和所述轴向施压基座之间，构成轴向施压框架；
所述高温釜1固定在所述轴向施压框架内。
所述密封油缸4固定在所述密封基座上，所述密封油缸的活塞杆端部设置密封塞嵌于所述样品室内，密封所述样品室2一端；
所述轴向施压油缸9固定在所述轴向施压基座上，所述轴向施压油缸9的活塞杆上固定连接轴向压力杆8，嵌于所述样品室2另一端；
其中，所述样品室2为筒状结构，所述轴向压力杆8、所述密封塞与所述样品室2围成所述密闭空间。
密封油缸4通过端部的密封顶柱15和施压套16密封高温釜1.
所述高温釜1上开设通孔，便于轴向压力杆8和密封活塞杆动作。
所述空隙流体施压结构包括：流体管路18、流体源以及输送泵7；
所述流体源通过所述输送泵7、所述流体管路18与所述密闭空间相连。
所述产物分离及计量结构包括：排烃管路19、气液分离器12以及气量计。
所述密闭空间依次通过所述排烃管路19、所述气液分离器12与所述气量计相连。
所述产物分离及计量结构还包括：冷却器11；所述冷却器11设置在所述排烃管路上19位于所述气液分离器12与所述密闭空间之间。
所述气液分离器12输出气态产物通过气阀17发送给气量计(13、14)；实现产物测量。
所述传感控制单元包括：控制器以及传感器组；所述控制器分别与所述高温釜、所述轴向施压油缸、所述输送泵以及所述产物分离及计量结构相连，用于动作控制；所述传感器组包括：温度传感器、轴向压力变送器以及空隙流体压力变送器；述温度传感器设置在所述高温釜内，与所述控制器相连；所述轴向压力变送器分别与所述轴向施压油缸以及所述控制器相连；所述空隙压力变送器分别与所述控制器和所述输送泵相连。
具体来说，轴向压力变送器选用具体的位移计10测量样品室2内的试样成岩过程中，膨胀推动轴向压力杆8后退，从而计量轴向压力变化。
所述密封油缸、所述轴向施压油缸以及所述输送泵分别连接一恒压泵6；其中，在成岩模拟装置运转的情况下，通过所述恒压装置输出稳定的压力。
所述轴向施压油缸的压力输出范围为0～200Mpa，控制精度±0.1Mpa。
所述孔隙压力的范围是0～100Mpa，控制精度±0.1Mpa。
所述样品室内的温度控制最高温度为500℃，控制精度±1℃。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
1、本申请实施例中提供的地下成岩模拟装置通过高温釜、轴向施压结构、空隙流体施压结构、产物分离及计量结构以及传感控制单元，分别模拟成岩过程的温度、静岩压力、流体压力严格模拟成岩环境，使得成岩模拟结果可靠性更好；另一方面，根据时间与温度补偿原理，高温短时间模拟地下低温长时间的成岩过程。成岩模拟装置能够设置不同温度、压力、固体及流体介质条件，定量收集流体(油、气、水)及固体产物，准确测量并记录温度、位移、压力等数据，使得成岩过程的分析可靠性大大提高。
2、本申请实施例中提供的地下成岩模拟装置，能够基于上述结构，模拟不同类型烃源岩在不同温度、压力条件下的生排烃过程；能进行可溶有机质、固体干酪根生烃及油裂解气实验；能够模拟烃源岩岩石成岩演化过程；能够通过测定岩石压实演化过程中体积变化量来研究孔隙度演化；从而全面的模拟成岩过程，从而全面了解成岩过程。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种地下成岩模拟装置，其特征在于，包括：样品室、高温釜、轴向施压结构、空隙流体施压结构、产物分离及计量结构以及传感控制单元；
所述样品室固定在所述高温釜内，用于承载试样并实现试样的温度调节；
所述高温釜固定在所述轴向施压结构上；所述轴向施压结构与所述样品室衔接，在所述样品室内形成密闭空间；
所述空隙流体施压结构与所述密闭空间连通，用于注入或者回收流体；
所述产物分离及计量结构与所述密闭空间相连，用于收集产物，并分离计量；
所述传感控制单元分别与所述样品室、所述高温釜、所述轴向施压结构、所述产物分离及计量结构以及所述空隙流体施压结构相连，用于动作控制；
其中，在执行模拟操作的情况下，所述试样置于所述密闭空间内，所述轴向施压结构端部抵靠在所述试样上，施加轴向压力；
所述传感控制单元设置并实时检测所述样品室内温度及压力、所述高温釜内的温度、所述轴向施压结构施加的压力以及所述空隙流体施压结构的输出压力。
2.如权利要求1所述的地下成岩模拟装置，其特征在于，所述轴向施压结构包括：密封基座、密封油缸、轴向施压基座、轴向施压油缸以及拉杆；
所述拉杆固定在所述密封基座和所述轴向施压基座之间，构成轴向施压框架；
所述高温釜固定在所述轴向施压框架内；
所述密封油缸固定在所述密封基座上，所述密封油缸的活塞杆端部设置密封塞嵌于所述样品室内，密封所述样品室一端；
所述轴向施压油缸固定在所述轴向施压基座上，所述轴向施压油缸的活塞杆上固定连接轴向压力杆，嵌于所述样品室另一端；
其中，所述样品室为筒状结构，所述轴向压力杆、所述密封塞与所述样品室围成所述密闭空间。
3.如权利要求2所述的地下成岩模拟装置，其特征在于，所述空隙流体施压结构包括：流体管路、流体源以及输送泵；
所述流体源通过所述输送泵、所述流体管路与所述密闭空间相连。
4.如权利要求3所述的地下成岩模拟装置，其特征在于，所述产物分离及计量结构包括：排烃管路、气液分离器以及气量计；
所述密闭空间依次通过所述排烃管路、所述气液分离器与所述气量计相连。
5.如权利要求4所述的地下成岩模拟装置，其特征在于，所述产物分离及计量结构还包括：冷却器；
所述冷却器设置在所述排烃管路上位于所述气液分离器与所述密闭空间之间。
6.如权利要求5所述的地下成岩模拟装置，其特征在于，所述传感控制单元包括：控制器以及传感器组；
所述控制器分别与所述高温釜、所述轴向施压油缸、所述输送泵以及所述产物分离及计量结构相连，用于动作控制；
所述传感器组包括：温度传感器、轴向压力变送器以及空隙流体压力变送器；
所述温度传感器设置在所述高温釜内，与所述控制器相连；
所述轴向压力变送器分别与所述轴向施压油缸以及所述控制器相连；
所述空隙压力变送器分别与所述控制器和所述输送泵相连。
7.如权利要求2～5任一项所述的地下成岩模拟装置，其特征在于：所述密封油缸、所述轴向施压油缸以及所述输送泵分别连接一恒压泵；
其中，在成岩模拟装置运转的情况下，通过所述恒压装置输出稳定的压力。
8.如权利要求7所述的地下成岩模拟装置，其特征在于：所述轴向施压油缸的压力输出范围为0～200Mpa，控制精度±0.1Mpa。
9.如权利要求7所述的地下成岩模拟装置，其特征在于：所述孔隙压力的范围是0～100Mpa，控制精度±0.1Mpa。
10.如权利要求7所述的地下成岩模拟装置，其特征在于：所述样品室内的温度控制最高温度为500℃，控制精度±1℃。
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