CN107402148B - 一种人工合成油气包裹体的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种人工合成油气包裹体的方法及装置，装置包括：样品池，所述样品池的下方通过管路与水溶液容器相连通，液压泵，通过管路与样品池的上方连通；加热装置，包围所述样品池并对样品池进行温度控制；管路清洗装置，包括清洗泵和废液罐。本发明将地质样品中的烃源岩、石英(或方解石)晶体以及水溶液密闭在高温高压样品池中，使其生烃，并使生成的烃类作为合成油气包裹体中油气的供给源，并在石英(或方解石)颗粒中人工合成了油气包裹体，所合成的油气包裹体可以用于单体包裹体成分分析仪等仪器的检测质量控制。

Description

一种人工合成油气包裹体的方法及装置
技术领域
本发明属于油气勘探研究领域，具体涉及一种人工合成油气包裹体的方法及装置。
背景技术
油气包裹体是油气在运移路径以及储层充注过程中捕获在石英、方解石等主矿物中的地质古流体样品，是进行油气成藏期次、成藏年代、古油水界面界定等成藏研究的重要手段。而人工合成油气包裹体装置及技术是进行油气包裹体的捕获机理研究的常用手段。
在现有的人工合成油气包裹体的技术中，公开了中国专利申请“一种用于校正气液比测定的烃类包裹体标样合成方法”，采用将原油加入到NaCl、KCl等溶质的饱和溶液中，在开放体系中使饱和溶液蒸发结晶的方式捕获原油包裹体，由于该方法及装置所操作的温度低于200℃，低于模拟实验中烃源岩的生烃所需要的温度(350-500℃)，而且开放体系进行实验，会造成原油中轻质组分的散失，造成捕获的包裹体与原始原油的成分不一致。此外，还公开了《人工合成烃类包裹体的实验研究》(岩石学报、2007-9)以及《碳酸盐岩中烃类包裹体的人工合成实验研究》，采用焊缝黄金管作为样品池，高温高压釜控制温度压力，能够在高温高压下合成包裹体，但是由于黄金管的体积较小，仅为数ml，若装入烃源岩样品则生成的烃类的量仅为数毫克，无法提供足够的烃类以在石英或方解石中合成油气包裹体。再有，又公开了中国专利申请“人工合成油气流体包裹体的系统”、《不同油水比条件下人工合成碳酸盐岩烃类包裹体特征实验研究》(地质学报，2009-4)以及《实际储层温压条件下成功合成碳酸盐岩烃类包裹体及其启示意义》(地学前缘，2009-1)，所采用的样品池的体积超过了100ml，但是其所使用的“对开式加热”方式，最高加热温度仅能达到300℃，低于模拟实验中烃源岩的生烃所需要的温度(350--500℃)，因此无法使烃源岩样品生烃，进而无法人工合成油气包裹体。
综上所述，现有技术方法进行人工合成油气包裹体实验时，仅能使用原油(或纯的烃类化合物)作为油气包裹体中母油的来源，未能真实地反应烃源岩生排烃—储层富集—油气包裹体捕获这一地质过程。因此所合成的油气包裹体无论是在形成条件还是在组成方面与地质条件下捕获的油气包裹体，均存在较大的差异。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种人工合成油气包裹体方法及装置，通过将烃源岩、水溶液以及石英(或方解石)晶体放入到高温高压样品池中，使烃源岩生排烃，同时在石英(或方解石)晶体中人工合成油气包裹体。所合成的油气包裹体可用于单体包裹体成分分析仪等仪器的检测质量控制。
为达到上述目的，本发明提供一种人工合成油气包裹体的装置，其包括：
样品池，所述样品池的下方通过管路与水溶液容器相连通，并且所述样品池与水溶液容器之间的管路上依次设置有第5阀门、第4阀门以及第9阀门；
液压泵，所述液压泵通过管路与所述样品池的上方连通，并且所述液压泵与所述样品池之间的管路上设置有第1阀门；
加热装置，包围所述样品池并对样品池进行温度控制；
管路清洗装置，包括清洗泵和废液罐；
其中，所述第5阀门与第4阀门之间的其中一条管路与溶剂容器连通，并且与溶剂容器连通的管路上依次设置有第7阀门和第8阀门，第7阀门和第8阀门之间的管路通过另一管路连接有所述清洗泵；
所述第5阀门与第4阀门之间的另一条管路与所述废液罐连通，并且与废液罐连通的管路上依次设置有第6阀门和第2阀门，第2阀门和第6阀门之间的管路通过另一管路连接有真空泵，与所述真空泵连通的管路上设置有第3阀门；
所述第4阀门与第9阀门之间的管路通过另一管路而与高压注水泵相连通。
所述的人工合成油气包裹体的装置，其中，所述加热装置上设置有温度传感器。
所述的人工合成油气包裹体的装置，其中，所述样品池与第5阀门之间的管路上设置有压力传感器，所述压力传感器以及所述温度传感器均与控制面板通信连接。
所述的人工合成油气包裹体的装置，其中，所述样品池连同加热装置由支架支撑。
为达到上述目的，本发明还提供一种人工合成油气包裹体的方法，包括以下步骤：
(1)选取烃源岩样品做为合成包裹体的母油来源，将烃源岩样品制成烃源岩粉末，备用；
(2)利用有机溶剂对样品池进行浸泡及清洗，然后烘干；
(3)挑选多个不含原油包裹体的石英或方解石晶体；使用加温装置将所述石英或方解石晶体加热到350℃，然后投入到冷水中，迅速淬火，以在石英中制造微裂隙；
(4)将烃源岩粉末加入样品池中，然后将制备好的石英或方解石晶体埋入到烃源岩粉末中；
(5)清洗管路：打开第8阀门，关闭第7阀门，用清洗泵抽取溶剂容器中的有机溶剂100ml；关闭第3阀门、第4阀门、第5阀门以及第8阀门，并打开第2阀门、第6阀门以及第7阀门，将有机溶剂注入到管路中，对管路进行清洗，废液在废液罐中进行收集；
(6)抽真空：关闭第1阀门、第2阀门、第8阀门以及第9阀门，并且打开第3阀门、第4阀门、第5阀门、第6阀门以及第7阀门，打开真空泵，抽真空20分钟；
(7)向样品池中注入水溶液：关闭第4阀门，打开第9阀门，抽取100ml水溶液；关闭第6阀门、第7阀门、第9阀门，并且打开第4阀门和第5阀门，用高压注水泵将水溶液注入到样品池中，并使样品池中的压力达到10MPa，关闭第4阀门以及第5阀门，并静置24小时；
(8)打开第1阀门，利用控制面板监控温度传感器监测的温度值，并控制加热块以1℃/min的速率将样品池温度升高到400℃；利用控制面板监控压力传感器的压力值，并控制液压泵，使样品池的压力稳定在40MPa，保持72小时；
(9)停止加温，待样品池温度冷却到50℃以下时，打开第2阀门、第5阀门以及第6阀门，将样品池中残余的水溶液以及生成的烃类，收集在废液罐中；
(10)打开样品池，取出其中的石英颗粒；使用有机溶剂对石英颗粒进行清洗并烘干；
(11)将石英颗粒放置到偏光/荧光显微镜下进行观察，寻找其中的油气包裹体；
所述的人工合成油气包裹体的方法，其中，重复进行步骤(5)3次。
所述的人工合成油气包裹体的方法，其中，步骤(2)中的所述有机溶剂为氯仿。
所述的人工合成油气包裹体的方法，其中，步骤(1)中的烃源岩粉末为60目的粉末，并且称取60至80克。
所述的人工合成油气包裹体的方法，其中，在步骤(7)和步骤(8)中之间还具有步骤(7’)，其包括：在控制面板中观察压力传感器所监测的压力值，是否能够稳定在10MPa，若不稳定，则打开第2阀门、第5阀门和第6阀门，将样品池中的水溶液放空，然后对样品池及管路接口进行检漏及检修，并重复步骤(5)-(7)，直至压力稳定在10MPa时为止；
所述的人工合成油气包裹体的方法，其中，步骤(11)中，在石英颗粒中包括：第一类烃类、第二类烃类以及第三类烃类，第一类烃类包裹体透射光下为无色，荧光下为蓝绿色；第二类烃类包裹体透光下为浅褐色，荧光下为桔黄色；第三类烃类包裹体透光下为深褐色，荧光发弱的褐色荧光。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
本发明将地质样品中的烃源岩、石英(或方解石)晶体以及水溶液密闭在高温高压样品池中，使其生烃，并使生成的烃类作为合成油气包裹体中油气的供给源，并在石英(或方解石)颗粒中人工合成了油气包裹体，所合成的油气包裹体可以用于单体包裹体成分分析仪等仪器的检测质量控制。
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是根据本发明的人工合成油气包裹体的装置的结构示意图。
在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，其为根据本发明的人工合成油气包裹体的装置的结构示意图。所述装置主要包括：样品池9、加压装置、加热装置10以及管路清洗装置。
所述加压装置包括液压泵12、高压注水泵17以及真空泵18，用于对样品池9进行压力控制。
所述样品池9的上方通过管路与液压泵12相连通，并且所述样品池9与液压泵12之间的管路上设置有第1阀门1。所述样品池9的下方通过管路与水溶液容器20相连通，并且所述样品池9与水溶液容器20之间的管路上依次设置有第5阀门5、第4阀门4以及第9阀门19。所述第4阀门4与第9阀门19之间的管路通过另一管路而与高压注水泵17相连通。样品池与加压装置的连接及密封采用在样品池顶部内侧加装铜卡套密封，不锈钢压力圆盘与液压泵接触传压的方式。
所述样品池9可选用不锈钢材质制成，例如304不锈钢材质，其容量约150ml，用于加装烃源岩、水溶液、石英(或方解石)。
包围所述样品池9的加热装置10，用于对所述样品池9进行温度控制。所述加热装置10可选用导热性能良好的金属套筒制成。所述加热装置10上还设置有温度传感器13，用于实时监测样品池9的温度。所述样品池9连同加热装置10由支架11支撑。
所述管路清洗装置主要包括：管路、多个阀门以及清洗泵15、废液罐21等，所述清洗泵15可选用活塞式柱塞泵，对装置中残留的烃类进行清洗。
其中所述样品池9与第5阀门5之间的管路上设置有压力传感器14，所述压力传感器14以及所述温度传感器13均与控制面板22通信连接，从而借助于控制面板22通过数控指令实时监测并控制样品池9的压力以及温度。
第5阀门5与第4阀门4之间的其中一条管路与溶剂容器16连通，并且该管路上依次设置有第7阀门7和第8阀门8，第7阀门7和第8阀门8之间的管路通过另一管路连接有清洗泵15。
第5阀门5与第4阀门4之间的另一条管路与废液罐21连通，并且该管路上依次设置有第6阀门6和第2阀门2，此外第2阀门2和第6阀门6之间的管路通过另一管路连接有真空泵18，该管路上在真空泵18的上游还设置有第3阀门3，装置各部分的真空，是使用真空泵18配合阀门的开启及闭合的方式实现的。
所述管路可选用1/8英寸的不锈钢管路，多个阀门可选用高压不锈钢阀门，管路之间以及管路与样品池9、阀门的连接及密封采用不锈钢卡套与螺母紧固硬的方式。不锈钢管路的清洗，是通过清洗泵(例如柱塞泵)将有机溶剂注入到管路中并由流入到废液罐21方式进行清洗。
本发明还提供一种人工合成油气包裹体的方法，其主要包括以下步骤：
(1)选取某烃源岩样品做为合成包裹体的母油来源，将烃源岩样品粉碎到约60目的烃源岩粉末，并称取60-80克样品，备用；
(2)利用有机溶剂(例如氯仿，即三氯甲烷)对样品池9进行浸泡及清洗，然后烘干；
(3)挑选10个直径2-5mm，高5-7mm的晶型较好的不含原油包裹体的石英(或方解石)晶体；使用加温装置10将上述石英(或方解石)晶体加热到350℃，然后投入到冷水中，迅速淬火，以在石英中制造微裂隙；
(4)将烃源岩粉末加入样品池9中，然后将制备好的石英(或方解石)晶体埋入到烃源岩粉末中；
(5)将样品池9装入支架11上；
(6)清洗管路：打开第8阀门8，关闭第7阀门7，用清洗泵15，抽取溶剂容器16中的有机溶剂约100ml；关闭第3阀门3、第4阀门4、第5阀门5以及第8阀门8，并打开第2阀门2、第6阀门6以及第7阀门7，将有机溶剂注入到管路中，对管路进行清洗，废液在废液罐21中进行收集；
(7)重复步骤(6)约3次；
(8)抽真空：关闭第1阀门1、第2阀门2、第8阀门8以及第9阀门19，并且打开第3阀门3、第4阀门4、第5阀门5、第6阀门6以及第7阀门7，打开真空泵18，抽真空约20分钟；
(9)向样品池9中注入水溶液：关闭第4阀门4，打开第9阀门19，抽取100ml水溶液；关闭第6阀门6、第7阀门7、第9阀门19，并且打开第4阀门4和第5阀门5，用高压注水泵17将水溶液注入到样品池9中，并使样品池中的压力达到10MPa；关闭第4阀门4以及第5阀门5，并且静置24小时；
(10)在控制面板22中观察压力传感器14所监测的压力值，是否能够稳定在10MPa，若不稳定，则打开第2阀门2、第5阀门5和第6阀门6，将样品池9中的水溶液放空，然后对样品池9及管路接口进行检漏及检修，并重复步骤(6)-(9)，直至压力稳定在10MPa时为止；
(11)打开第1阀门1，利用控制面板22监控温度传感器监测的温度值，并控制加热块10以1℃/min的速率将样品池9温度升高到400℃；利用控制面板22监控压力传感器14的压力值，并控制液压泵12，使样品池的压力稳定在40MPa，保持72小时；
(12)停止加温，待样品池温度冷却到50℃以下时，打开第2阀门2、第5阀门5以及第6阀门6，将样品池9中残余的水溶液以及生成的烃类，收集在废液罐21中；
(13)将样品池9从支架上取出，打开样品池9，取出其中的石英颗粒；使用有机溶剂对石英颗粒进行清洗并烘干；
(14)将石英颗粒放置到偏光/荧光显微镜下进行观察，寻找其中的油气包裹体。通过镜下观察发现，石英颗粒中至少发育三期烃类包裹体，第一类烃类包裹体透射光下为无色，荧光下为蓝绿色；第二类烃类包裹体透光下为浅褐色，荧光下为桔黄色；第三类烃类包裹体透光下为深褐色，荧光发弱的褐色荧光。
此外，本装置升温程序精度优于1℃/min，温度波动范围为±2℃，温度范围常温至600℃；增压程序精度优于0.01MPa/min，压力波动范围为±1MPa，压力范围常压至70MPa。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
本发明将地质样品中的烃源岩、石英(或方解石)晶体以及水溶液密闭在高温高压样品池中，使其生烃，并使生成的烃类作为合成油气包裹体中油气的供给源，并在石英(或方解石)颗粒中人工合成了油气包裹体，所合成的油气包裹体可以用于单体包裹体成分分析仪等仪器的检测质量控制。
相关技术术语的名词解释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 (6)

1.一种应用人工合成油气包裹体的装置而进行的人工合成油气包裹体的方法，其特征在于，所述人工合成油气包裹体的装置包括：
样品池，所述样品池的下方通过管路与水溶液容器相连通，并且所述样品池与水溶液容器之间的管路上依次设置有第5阀门、第4阀门以及第9阀门；
液压泵，所述液压泵通过管路与所述样品池的上方连通，并且所述液压泵与所述样品池之间的管路上设置有第1阀门；所述液压泵用于控制所述样品池内的压力；
加热装置，包围所述样品池并对样品池进行温度控制；
管路清洗装置，包括清洗泵和废液罐；
其中，所述第5阀门与第4阀门之间的其中一条管路与溶剂容器连通，并且与溶剂容器连通的管路上依次设置有第7阀门和第8阀门，第7阀门和第8阀门之间的管路通过另一管路连接有所述清洗泵；
所述第5阀门与第4阀门之间的另一条管路与所述废液罐连通，并且与废液罐连通的管路上依次设置有第6阀门和第2阀门，第2阀门和第6阀门之间的管路通过另一管路连接有真空泵，与所述真空泵连通的管路上设置有第3阀门；
所述第4阀门与第9阀门之间的管路通过另一管路而与高压注水泵相连通；
所述人工合成油气包裹体的方法包括以下步骤：
(1)选取烃源岩样品做为合成包裹体的母油来源，将烃源岩样品制成烃源岩粉末，备用；
(2)利用有机溶剂对样品池进行浸泡及清洗，然后烘干；
(3)挑选多个不含原油包裹体的石英或方解石晶体；使用加温装置将所述石英或方解石晶体加热到350℃，然后投入到冷水中，迅速淬火，以在石英中制造微裂隙；
(4)将烃源岩粉末加入样品池中，然后将制备好的石英或方解石晶体埋入到烃源岩粉末中；
(5)清洗管路：打开第8阀门，关闭第7阀门，用清洗泵抽取溶剂容器中的有机溶剂100ml；关闭第3阀门、第4阀门、第5阀门以及第8阀门，并打开第2阀门、第6阀门以及第7阀门，将有机溶剂注入到管路中，对管路进行清洗，废液在废液罐中进行收集；
(6)抽真空：关闭第1阀门、第2阀门、第8阀门以及第9阀门，并且打开第3阀门、第4阀门、第5阀门、第6阀门以及第7阀门，打开真空泵，抽真空20分钟；
(7)向样品池中注入水溶液：关闭第4阀门，打开第9阀门，抽取100ml水溶液；关闭第6阀门、第7阀门、第9阀门，并且打开第4阀门和第5阀门，用高压注水泵将水溶液注入到样品池中，并使样品池中的压力达到10MPa，关闭第4阀门以及第5阀门，并静置24小时；
(8)打开第1阀门，利用控制面板监控温度传感器监测的温度值，并控制加热块以1℃/min的速率将样品池温度升高到400℃；利用控制面板监控压力传感器的压力值，并控制液压泵，使样品池的压力稳定在40MPa，保持72小时；
(9)停止加温，待样品池温度冷却到50℃以下时，打开第2阀门、第5阀门以及第6阀门，将样品池中残余的水溶液以及生成的烃类，收集在废液罐中；
(10)打开样品池，取出其中的石英颗粒；使用有机溶剂对石英颗粒进行清洗并烘干；
(11)将石英颗粒放置到偏光/荧光显微镜下进行观察，寻找其中的油气包裹体。
2.根据权利要求1所述的人工合成油气包裹体的方法，其特征在于，重复进行步骤(5)3次。
3.根据权利要求1所述的人工合成油气包裹体的方法，其特征在于，步骤(2)中的所述有机溶剂为氯仿。
4.根据权利要求1所述的人工合成油气包裹体的方法，其特征在于，步骤(1)中的烃源岩粉末为60目的粉末，并且称取60至80克。
5.根据权利要求1所述的人工合成油气包裹体的方法，其特征在于，在步骤(7)和步骤(8)中之间还具有步骤(7’)，其包括：在控制面板中观察压力传感器所监测的压力值，是否能够稳定在10MPa，若不稳定，则打开第2阀门、第5阀门和第6阀门，将样品池中的水溶液放空，然后对样品池及管路接口进行检漏及检修，并重复步骤(5)-(7)，直至压力稳定在10MPa时为止。
6.根据权利要求1所述的人工合成油气包裹体的方法，其特征在于，步骤(11)中，在石英颗粒中包括：第一类烃类、第二类烃类以及第三类烃类，第一类烃类包裹体透射光下为无色，激发下发出蓝绿色荧光；第二类烃类包裹体透射光下为浅褐色，激发下发出桔黄色荧光；第三类烃类包裹体透射光下为深褐色，激发下发出弱的褐色荧光。
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