CN106482924A - 岩石生烃流动模拟装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种岩石生烃流动模拟装置，其能够真实地模拟地层的富有机质岩层的产生油和气的过程，以及所产生的油和气排放到贫有机质岩层的过程。本发明的岩石生烃流动模拟装置包括：生烃组件，其包括装有烃源岩样品的反应釜，以及对所述反应釜进行加热的部件和对所述反应釜进行加压的部件；压力值恒定的平衡组件，其通过高压管线与所述生烃组件相连，包括用于接受来自所述生烃组件的油气的、装有多孔岩石样品的容器；设置在所述高压管线上的开关部件，其只在所述生烃组件和所述平衡组件的压力差值超过规定值时才打开。

Description

岩石生烃流动模拟装置

技术领域

本发明涉及油气地质实验领域，尤其涉及一种岩石生烃流动模拟装置。

背景技术

在石油的形成过程中，富含有机质的岩石(烃源岩、油页岩、煤岩等)的地层在持续埋藏过程中，由于不断被上覆岩层压实、地层温度升高以及高密度有机质向低密度油气的转化等各方面的因素，会导致地层中的压力会逐渐增大，从而与其它低压相对较低的贫有机质岩层形成一定压差。当压差增加到一定程度时，富含有机质的岩石的地层中的高温高压流体(水、油、气)就会通过各种通道(如微裂缝、断层或者渗透性砂岩疏导层等)向贫有机质岩层排出一定量的流体以平衡压力，一旦压差低于这一程度，地层流体的流动就会停止。这种流体的间歇性排出在地质历史中会反复发生，直到无法形成驱动地层流体流动的压差值为止。分析这种流动过程对于研究油气形成来说非常重要。但是实际这种流动过程会持续千万年，而且甚至在地底几千米以下发生，我们难以观测实际流动情况，因此通常使用实验仪器来模拟这一流动过程，以便研究实际地层下的流动情况。通常使用实验仪器来进行的模拟实验，需要连续进行几天几夜，而以往的仪器需要实验人员手动地控制流体的排放过程，在长达几天几夜的实验中这耗费了实验人员大量的精力。

本发明鉴于上述问题，提供一种岩石生烃流动模拟装置，其能够自动地进行模拟实验，不要要实验人员手动操作以及长时间看守实验仪器。

发明内容

本发明提供一种岩石生烃流动模拟装置，其包括：生烃组件，其包括装有烃源岩样品的反应釜，以及对所述反应釜进行加热的部件和对所述反应釜进行加压的部件；压力值恒定的平衡组件，其通过高压管线与所述生烃组件相连，包括用于接受来自所述生烃组件的油气的、装有多孔岩石样品的容器；设置在所述高压 管线上的开关部件，其只在所述生烃组件和所述平衡组件的压力差值超过规定值时才打开。

富有机质岩层不断受到上层地层的压力并且具有高温，本发明使用反应釜来装烃源岩样品，并且对反应釜加压以及加热，能够很好地模拟富有机质岩层在地下的实际受压和受热的情况，能够准确地模拟富有机质岩层的生烃过程。贫有机质岩层的压力值基本上保持恒定，而且由于贫有机质岩层的孔隙率较大，因此即使接受了来自富有机质岩层的油和气，压力值也基本保持不变，因此使用压力恒定的平衡组件能够真实地模拟贫有机质岩层的压力情况。富有机质岩层在上层地层的压力以及高温的作用下，烃源岩内部产生有机化学反应不断生成油和气，因此富有机质岩层的压力会不断增压，当富有机质岩层的压力上升到与贫有机质岩层的压力相差较大时，富有机质岩层内产生的油和气就会向贫有机质岩层流动，本发明通过设置开关部件只在反应釜和平衡组件的压力差值超过规定值时才将生烃组件和平衡组件相连，能够真实地模拟油和气向向贫有机质岩层流动的过程。

在本发明的一个实施例中，所述平衡组件具备容器以及对所述容器进行加热的加热器，其中所述容器被活塞分割成上下两部分，在容器的上部分中装有高渗透岩石样品，在容器的下部分中装有水。使用加热器来对容器进行加热以模拟地层中的高温环境。多孔岩石样品可以吸收来自生烃组件的流体，此后对吸收了流体的高渗透岩石样品进行分析。

在本发明的一个实施例中，通过双缸恒压泵向所述容器的下部分内泵入压力值恒定的水，从而对容器的上部分中的多孔岩石样品进行施压。通过泵入水来施压，有利于压力值保持恒定而不会出现波动，更真实地模拟了地层下的压力情况。由于在实验中主要需要对来自生烃组件的油和气进行分析，在实验结束后取出多孔岩石样品时，难以避免该岩石样品接触到容器下半部分中的液体，由于水和油不相容，因此使用水来平衡压力时即使水弄湿了岩石样品，也不会对实验结果产生较大的影响，仍然能够准确地测量出多孔岩石样品吸收的、来自生烃组件的油的量。

在本发明的一个实施例中，当所述平衡组件因接受了来自所述生烃组件的油气而升压时，通过所述双缸恒压泵减缓向所述容器下半部内泵入水，从而使所述容器的压力降到初始值。使用双缸恒压泵来减缓向容器中泵入水，能够避免容器 上部分的压力突然急剧降低，从而影响试验结果。

在本发明的一个实施例中，所述反应釜是中空的圆柱体，通过上液压缸和下液压缸来分别密封所述反应釜的上端口和下端口，并且对所述反应釜内的烃源岩进行连续的加压。用于模拟随着上覆地层的不断沉积，烃源岩地层所承受的压力不断增加的过程。在地层形成中，上覆地层在富有机质岩层上方不断沉积，因此富有机质岩层受到的压力不断增大，对反应釜内的烃源岩连续加压，模拟了富有机质岩层在地质条件下真实的受压情况。

在本发明的一个实施例中，使用加热器来对所述反应釜进行加热。

在本发明的一个实施例中，所述开关部件是气动阀，使用空气压缩机来打开或关闭所述气动阀。

在本发明的一个实施例中，还包括设置在所述反应釜和所述气动阀之间的高压管线上的压力传感器，以及设置在所述容器的上半部与所述气动阀之间高压管线上的压力传感器。高压管线上的温度低于生烃组件和平衡组件的温度，因此将压力传感器设置在与生烃组件相连的高压管线上来检测生烃组件的压力，以及将压力传感器设置在与平衡组件相连的高压管线上来检测平衡组件的压力，不仅能过准确地检测到两个组件的压力值，还能延长压力传感器的使用寿命。

在本发明的一个实施例中，所述规定值的范围是0到80MPa。

在本发明的一个实施例中，所述平衡组件的恒定压力值的范围是0到120MPa。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1示意性地显示了根据本发明的岩石生烃模拟装置的示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

图1示意性地显示了根据本发明的岩石生烃模拟装置的示意图。如图1所示，该岩石生烃模拟装置包括生烃组件100(未图示)、高压管线200、开关部件300，以及平衡组件400(未图示)。生烃组件100通过高压管线200与平衡组件400 相连，在高压管线200上还设置有开关部件300用于控制是否将生烃组件100与平衡组件400连通。

生烃组件100包括金属合金制成的、中空圆柱形的反应釜102，在反应釜102中装有烃源岩样品101。使用液压缸104和104’来对反应釜102进行施压，具体是从反应釜102的下端放入其外径等于反应釜102的内径的金属底座(未图示)，装入烃源岩样品101后，从反应釜102的上端放入其外径等于反应釜内径的金属盖(未图示)，然后使用液压缸104通过杆对金属盖向下施力，使用液压缸104’通过杆对金属底座向上施力

从而对反应釜102中的烃源岩101施压。生烃组件101还包括对反应釜102以及其中的烃源岩101进行加热的加热器103。

平衡组件400包括容器401，设置在容器中的活塞402，以及双缸恒压泵405。活塞402将容器401分成上部分和下部分，在容器401的上部分中装有多孔岩石样品403，在容器401的下部分中装有水401，由于活塞402可移动，因此上部分和下部分的压力相等。双缸恒压泵405向容器401的下部分内泵入压力恒定的水，通过该水对容器401上部分内的多孔岩石样品施压。

在本实施例中，设置在反应釜102内的金属盖具有孔，高压管线200的一端与反应釜102的内部连通，另一端与容器401的上部分连通。

在本实施例中，开关部件300是气动阀，通过空气压缩机301来打开或者关闭该气动阀。

在反应釜102和开关部件300之间的这一段高压管线200上设置有传感器201，由于高压管线200的这一端与反应釜102的内部连通，因此在开关部件300为闭合的状态下，设置在高压管线200上的传感器201检测到的压力即为反应釜102内部的压力。同理，设置在平衡组件400和开关部件300之间的这一段高压管线200上的传感器202检测到的压力即为容器401上部分的压力。

在本实施例中，使用三通接头203、204的两个出口分别与高压管线200相连，第三出口与传感器201、202相连。传感器201、202也可直接设置在高压管线200上。

在本实施例中，计算机501与传感器201、202以及相连，计算传感器201检测到的压力与传感器202检测到的压力之间的差值，在压力差值超过规定值时控制空气压缩机301打开气动阀。

计算机501还控制双缸恒压泵405以恒定的压力向容器401的下半部泵入水，在传感器202检测到容器401的上部分的压力值超过初始值时，计算机501控制双缸恒压泵405暂停向容器401的下部分泵入水，直到传感器202检测到器401的上部分的压力值恢复到初始值再继续泵水。

以下，参照图1通过具体的实施例来对本发明的岩石生烃模拟装置的实验过程进行说明。在本实施例中，开关部件100是气动阀。

在将本发明的岩石生烃模拟装置组装好并在反应釜102内放入烃源岩岩石样品，在容器401的上部分内放入多孔岩石样品之后，启动液压缸104、104’以恒定的加压速率对反应釜102施压进行密封，同时对其中的烃源岩样品101进行加压压实，密封压实之后对整个装置抽真空，排出装置中的空气。之后启动双缸恒压泵405向容器401的下部分内泵入压力恒定的水。在计算机501内输入双缸恒压泵405向容器401的下部分泵入水的压力的初始值，并且输入所设定的传感器201和传感器202压力差值的规定值。启动加热器105对反应釜102以及其中的烃源岩样品101进行加热到某一温度，在整个加热升温以及恒温过程中一旦传感器201和传感器202检测到的压力的差值超过该最大值，计算机501就控制空气压缩机301打开气动阀，以便生烃组件内产生的油和气能够排入平衡组件中，一旦压力差降低到规定值以下，计算机立即空气压缩机301闭合气动阀。平衡组件400在接受了来自生烃组件100的油和气之后，压力会上升，传感器202检测到该压力值上升并将此信息传递给计算机501后，计算机501控制双缸恒压泵405暂停泵水，直到平衡组件400的压力值又降回初始值。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种岩石生烃流动模拟装置，包括：

生烃组件，其包括装有烃源岩样品的反应釜，以及对所述反应釜进行加热的部件和对所述反应釜进行加压的部件；

压力值恒定的平衡组件，其通过高压管线与所述生烃组件相连，包括用于接受来自所述生烃组件的油气的、装有多孔岩石样品的容器；

设置在所述高压管线上的开关部件，其只在所述生烃组件和所述平衡组件的压力差值超过规定值时才打开。

2.根据权利要求1所述的岩石生烃流动模拟装置，其特征在于，

所述平衡组件具备容器以及对所述容器进行加热的加热器，

其中所述容器被活塞分割成上下两部分，在容器的上部分中装有高渗透岩石样品，在容器的下部分中装有水。

3.根据权利要求2所述的岩石生烃流动模拟装置，其特征在于，

通过双缸恒压泵向所述容器的下部分内泵入压力值恒定的水，从而对容器的上部分中的高渗透岩石样品进行施压。

4.根据权利要求3所述的岩石生烃流动模拟装置，其特征在于，

当所述平衡组件因接受了来自所述生烃组件的油气而升压时，通过所述双缸恒压泵减缓向所述容器下半部内泵入水，从而使所述容器的压力降到初始值。

5.根据上述任一权利要求所述的岩石生烃流动模拟装置，其特征在于，所述反应釜是中空的圆柱体，通过上液压缸和下液压缸来分别密封所述反应釜的上端口和下端口，并且对所述反应釜内的烃源岩进行连续加压。

6.根据上述任一权利要求所述的岩石生烃流动模拟装置，其特征在于，使用加热器来对所述反应釜进行加热。

7.根据上述任一权利要求所述的岩石生烃流动模拟装置，其特征在于，所述开关部件是气动阀，使用空气压缩机来打开或关闭所述气动阀。

8.根据上述任一权利要求所述的岩石生烃流动模拟装置，其特征在于，

还包括设置在所述反应釜和所述开关部件之间的高压管线上的压力传感器，以及设置在所述容器的上半部与所述开关部件之间高压管线上的压力传感器。

9.根据上述任一权利要求所述的岩石生烃流动模拟装置，其特征在于，所述规定值的范围是0到80MPa。

10.根据上述任一权利要求所述的岩石生烃流动模拟装置，其特征在于，所述平衡组件的恒定压力值的范围是0到120MPa。