CN109211747A - 一种页岩可采油量评价模拟实验仪 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种页岩可采油量评价模拟实验仪，包括：页岩处理控制装置，压力缸下端的压力杆从高压釜上端的中心插入并对高压釜密封腔内的页岩样品实施破裂；气体输入控制装置，气体钢瓶的气体通过气体增压器增压后注入到高压釜内；液体输入控制装置，包括动力源以及连接气体增压器的第一控制管道和连接压力缸的第二控制管道；产物收集装置。本发明装置能够结合地质勘探开发实际情况，集页岩密闭压裂破碎、油藏自然弹性驱动排油模拟、人工注气排油模拟和人工注水或表面活性剂排油模拟多功能于一体的实验装置，对不同开发工艺条件下的页岩可采油进行科学评价，形成勘探开发的工业性突破，满足我国陆相页岩油勘探开发需求。
Description
技术领域
本发明属于页岩油勘探与开发实验研究技术领域，具体涉及一种页岩可采油量评价模拟实验仪。
背景技术
在页岩油勘探开发研究中，页岩含油量及页岩可动油量是页岩油勘探开发目标层优选和开发工艺优化的重要基础数据。页岩含油量是指页岩中石油的含量，但并不代表能够开采出的油量；页岩可动油量是指在一定的工艺条件下能够动用的石油量，不同的工艺条件下可动油量不同。页岩可采油量评价就是利用科学实验装置、选取科学实验方法获取页岩在不同工艺条件下能够动用的油量，为页岩油勘探开发决策提供科学依据。
页岩含油量的评价实验方法主要有热解法和溶剂萃取法。
热解法的实验装置主要有ROCK EVAL岩石热解仪以及其他同类仪器，其原理是先对岩石样品进行粉碎，然后将粉末状的岩石样品装入热解坩埚中，并在一定温度下进行岩石热解分析，获取岩石中热解烃的量，《GB/T18602-2012岩石热解分析》中规定，在300℃下恒温3分钟获取的热解烃量(S1)则认为是岩石中的含油量。发明专利CN201310231218.3“一种快速检测油页岩含有率的方法”公开的原理和热解法相似，其将粉末油页岩装入铝甄及工业干馏炉中进行程序干溜实验，主要用于测试油页岩能干溜出多少油。
溶剂萃取法主要采用不同的化学试剂抽提萃取岩石中的油，如《SY-T5118-2005岩石中氯仿沥青的测定》中规定采用氯仿对粉末样品进行抽提并定量岩石中的可溶有机质，称为氯仿沥青A。
然而，以上两种方法的岩石样品均为粉末状，与实际地质开发不符，再者，热解S1的量为岩石含油量，氯仿沥青A是可溶有机质的总量，都并不能评价页岩油的可动油量，因此以上两种方法都不能用于页岩可采油量的评价。
发明专利CN201410085469.X“一种应用二氧化碳原位提取页岩油的方法”也属于溶剂萃取法的一种，其公开了一种页岩油的开发工艺，主要利用超临界CO2的溶解能力，并没有涉及实验室评价的实验装置，事实上市场上的超临界CO2萃取仪很多，但这些装置并不针对页岩可采油性评价特定设计，样品要么是颗粒样，要么是整段岩石样，且这些装置不具有岩石压裂功能，因而与页岩油勘探开发实际情况不符，也不能用于页岩可采油量的评价。
页岩可采油性评价就是在实验室条件下，利用一定的实验装置测试页岩可动油量。页岩可采油性评价实验一般包括三种模式下的实验内容：在页岩压裂条件下依靠油藏自然弹性驱动力测试页岩可动油量；在页岩压裂条件下依靠人工注气(如CO2吞吐)排油测试页岩可动油量；在页岩压裂条件下注水排油测试页岩可动油量。发明专利CN201310072148.1公开了“一种页岩可动油定量测定实验装置”，该实验装置包括地层水容器、高压恒压泵、加热炉、高压釜和油收集瓶，该方法主要是采用注入地层水加热增压后再泄压，反复多次，收集泄压过程产出的流体并定量烃类组分，以此确定的页岩层系页岩油可动油量。然而该发明装置没有岩石密闭压裂破碎功能，模拟样品为预制的颗粒状岩芯样品，在岩芯样品破碎成颗粒样品制备过程中，岩石中的气态组分以及轻油组分由于挥发损失，使得可动油测试结果偏低；此外，发明装置只能进行注水排油模拟测试可动油量，不能测试页岩油藏自然弹性驱动可动油量和注气排油可动油量。
由以上内容可知，页岩含油量的评价实验装置及方法较多，但页岩可采油量的评价实验装置及方法还很欠缺。因此需要提供一种能够结合地质勘探开发实际情况，并集页岩密闭压裂破碎、油藏自然弹性驱动排油模拟、人工注气排油模拟和人工注水或表面活性剂排油模拟多功能于一体的实验装置，对不同开发工艺条件下的页岩可采油进行科学评价，形成勘探开发的工业性突破，满足我国陆相页岩油勘探开发需求。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种页岩可采油量评价模拟实验仪，能够集页岩密闭压裂破碎、油藏自然弹性驱动排油模拟、人工注气排油模拟和人工注水或表面活性剂排油模拟多功能于一体的实验装置，在地质温度条件下分析测试页岩压裂后不同排油模式的页岩排出油量，评价页岩可采油性，为优选勘探目标层及优化页岩油开发工艺提供技术支撑。
根据本发明提供了一种页岩可采油量评价模拟实验仪，包括：
页岩处理控制装置，其包括压力缸和高压釜，所述压力缸下端的压力杆从高压釜上端的中心插入并对高压釜密封腔内的页岩样品实施破裂；
气体输入控制装置，其包括气体钢瓶和气体增压器，所述气体钢瓶的气体通过气体增压器增压后注入到所述高压釜内；
液体输入控制装置，其包括动力源以及连接气体增压器的第一控制管道和连接压力缸的第二控制管道；
产物收集装置，其包括产物收集器以及与产物收集器连接的真空泵和包裹设置在产物收集器外部的冷阱；
其中，所述气体增压器、第一控制管道共同连接所述高压釜上端的第一接头；所述产物收集器的两个接头分别连接所述高压釜上端的第二接头和下端。
在一个实施例中，所述高压釜的外部设有加热装置并包裹整个高压釜；所述页岩处理控制装置还包括支撑架和撑杆，所述高压釜底部通过撑杆固定在支撑架上，所述支撑架和撑杆用于固定压力缸和高压釜之间的相对位置和承受高压釜内页岩样品破裂时所需的压力。
在一个实施例中，所述气体增压器内的活塞将气体增压器分隔为密封的上内腔和下内腔；上内腔与气体钢瓶之间设有气体输入阀，上内腔与高压釜之间设有气体输出阀；所述下内腔连接存水杯和所述第一控制管道，所述下内腔与存水杯之间设有气体减压阀，所述下内腔与第一控制管道之间设有气体增压阀。
在一个实施例中，所述压力缸的上下端各连接一输入管，两输入管之间并联的设有两个换向阀，其中一个换向阀与所述第二控制管道连接，另一个换向阀连接储水杯；第二控制管道通过两个换向阀控制压力缸内的活塞杆上下运动，从而操纵与活塞杆连接的压力杆向下破裂页岩和向上卸力运动。
在一个实施例中，所述产物收集器的一个接头与高压釜的第二接头之间设有截止阀，产物收集器的另一个接头与高压釜的下端之间设有釜内输出阀。
在一个实施例中，所述高压釜上设有测量和控制温度的测控探头。
在一个实施例中，所述气体钢瓶上设有减压阀。
在一个实施例中，所述动力源包括电动机和电动柱塞泵，所述第一控制管道与高压釜之间设有釜内注水阀，所述第二控制管道上设有压力缸控制总阀。
在一个实施例中，所述真空泵与所述产物收集器之间设有真空总阀以及用来检测抽真空情况的真空表。
在一个实施例中，所述气体增压器、高压釜和第一控制管道上各设有一个压力变送器，分别用于测量气体增压器内的气体压力、高压釜内的流体压力和动力源输出和注入高压釜内的液体压力。
与现有技术相比，本发明的优点在于：(1)本发明的页岩处理控制装置与产物收集装置共同作用，可实现页岩样品压裂后温压条件下差压排油模拟实验；(2)本发明的页岩处理控制装置与气体输入控制装置和产物收集装置共同作用，可实现页岩样品压裂后温压条件下注气差压排油模拟实验；(3)本发明的页岩处理控制装置与液体输入控制装置和产物收集装置共同作用，可实现页岩样品压裂后温压条件下注水差压排油模拟实验；不同模拟实验模式可以获取页岩压裂后不同工艺条件下的页岩油排出量，并可辅助其他分析技术，对排出的页岩油组分进行定性定量分析，实验结果为页岩油勘探开发目标层优选和页岩油开发工艺优化提供科学基础数据。
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显示了根据本发明页岩油可采性评价模拟实验仪的工作原理图。
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绘制。
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根据本发明页岩油可采性评价模拟实验仪的工作原理图。包括：
页岩处理控制装置A，其包括高压釜111、压力缸105、压力杆109、撑杆113、支撑架116、加热装置112、测控探头130、压力变送器104；其中，高压釜111可以模拟地层条件下各种高温高压实验，使用介质可以是气体，也可以是液体。压力缸105能够为高压釜111内破裂页岩样品提供向下的轴向作用力，压力缸105下端连接压力杆109，压力杆109上端与压力缸105内的活塞杆连接，压力杆109下端从高压釜111上端的中心处插入到高压釜111的密封腔内，在密封条件下可以直接对高压釜111密封腔内的页岩样品实施破裂，模拟页岩油气开发提取岩心微孔隙中滞留的油气时的压裂状态。高压釜111底部通过撑杆113固定在支撑架116上，撑杆113起到支撑高压釜111的作用，撑杆113和支撑架116用于固定高压釜111和压力缸105之间的相对位置和承受高压釜111内页岩样品破裂时所需的压力；加热装置112设于高压釜111的外部并包裹整个高压釜111，加热装置112能够提供给高压釜111实验所需的温度，而测控探头130能够准确的测量和控制高压釜111内的实验温度；压力变送器104用于精确测量高压釜111内的流体压力。
气体输入控制装置B，能够为高压釜111内提供实验所需具有一定压力的气体。气体输入控制装置B包括气体钢瓶122、气体增压器119、减压阀101、气体输入阀102、气体输出阀118、气体减压阀123、存水杯124以及压力变送器103。
液体输入控制装置C，能够直接给高压釜111提供实验所需压力的水以及可对高压釜111内进行气体补压。液体输入控制装置C包括由电动机和电动柱塞泵125组成的动力源、连接气体增压器119的第一控制管道D、连接压力缸105的第二控制管道E、气体增压阀121、釜内注水阀120、压力变送器117、压力缸控制总阀114、换向阀106和107、储水杯108、补水阀126。
其中，在气体输入控制装置B中，气体钢瓶122能够储存气体并为气体增压器119补给气体；减压阀101设在气体钢瓶122的出口处，减压阀101能够调节控制气体钢瓶122输入气体增压器119内气体的压力大小；气体增压器119内的活塞将气体增压器119分隔为密封的上内腔和下内腔，上内腔储集气体，下内腔储集液体(如水)。上内腔与气体钢瓶122之间设有气体输入阀102，气体输入阀102能够控制气体钢瓶122输出的气体进入到气体增压器119的开与关；上内腔与高压釜111之间设有气体输出阀118，气体输出阀118能够控制气体增压器119增压后的气体输入到高压釜111内的开与关；下内腔连接存水杯124，下内腔与存水杯124之间设有气体减压阀123，气体减压阀123能够控制下内腔内的水向外排放减压过程中的开与关，存水杯124用于存放气体增压器119在减压过程中下内腔排出的减压水。
另外，下内腔与气体减压阀123之间还连接液体输入控制装置C的第一控制管道D，下内腔与第一控制管道D之间设有气体增压阀121，气体增压阀121能够控制电动柱塞泵125输出的压力水输入到气体增压器119下内腔过程中的开与关。在下内腔输入压力水的作用下，推动气体增压器119内的密封活塞上移并压缩上内腔中的气体，从而能够增压上内腔中的气体，从而实现气体钢瓶122内的气体通过气体增压器119增压后注入到高压釜111内的目标。气体增压器119上设有压力变送器103，压力变送器103能够精确测量气体增压器119内气体压力大小，从而保证输入到高压釜111内的气体符合实验要求。
此外，在液体输入控制装置C中，第一控制管道D与高压釜111之间设有釜内注水阀120和压力变送器117，釜内注水阀120能够控制电动柱塞泵125往高压釜111内注入压力水过程中的开与关，压力变送器117能够精确测量电动柱塞泵125输出和注入到高压釜111内的液体压力；所述第二控制管道E与压力缸105之间设有压力缸控制总阀114，压力缸控制总阀114能够控制电动柱塞泵125往压力缸105内注入压力水过程中的开与关；因此由上可知，电动柱塞泵125能够为气体增压器119、压力缸105和高压釜111提供所需的压力水。
其中，压力缸105的上下端各连接一个输入管，两个输入管之间并联的设有换向阀106和换向阀107，其中换向阀106是二位三通阀并与第二控制管道E连接，换向阀107连接储水杯108；换向阀106能够电动柱塞泵125压力水的输出的方向，即，让压力水是进入压力缸105的上端还是下端，使得第二控制管道E通过换向阀106和换向阀107控制压力缸105内的活塞杆上下运动，从而操纵与活塞杆连接的压力杆109向下破裂高压釜111内的页岩和向上卸力运动。进一步讲，当换向阀106控制电动柱塞泵125输出的压力水输入到压力缸105活塞的上端时，压力缸105活塞下端的水就会被排出，当换向阀106控制电动柱塞泵125输出的压力水输入到压力缸105活塞的下端时，压力缸105活塞上端的水就会被排出，因此被排出的水就经换向阀107被输入到储液杯108内，也就是说，换向阀106在换向工作过程中，换向阀107能够起到储存压力缸105排出的水的作用。
产物收集装置F，其包括产物收集器127、冷阱131、真空泵128、截止阀110、釜内输出阀115、真空总阀129、真空表132。
其中，高压釜111的上端具有两个接头：第一接头和第二接头；高压釜111的第一接头连接气体增压器119和第一控制管道D；高压釜111的第二接头和下端分别连接产物收集器127的两个接头；产物收集器127能够收集储存高压釜111实验后釜内的流体产物。
产物收集器127的其中一个接头与高压釜111的第二接头之间设有截止阀110，产物收集器127的另一个接头与高压釜111的下端之间设有釜内输出阀115。真空泵128，在收集高压釜111内流体之前对产物收集器127抽净空气，即，抽真空时，关闭截止阀110和釜内输出阀115；在打开釜内输出阀115后，使得高压釜111与产物收集器127之间形成压差，高压釜111内的流体可以流入到产物收集器127中，截止阀110在高压釜111内的流体产物输入到收集器127即将结束时，打开此截止阀110，然后高压釜111与产物收集器127内的压力平衡，使得高压釜111内流体易排净(由于重力作用)；产物收集器127的外部包裹的设有冷阱131，冷阱131能够对由高压釜111流入到产物收集器127内的高温流体按需进行冷却降温。产物收集器127与真空泵128之间设有真空总阀129以及用来检测抽真空情况的真空表132。
下面将根据以上内容具体说明本发明页岩可采油量评价模拟实验仪可进行页岩柱塞样岩心样品压裂后的三种模式的物理实验。
(1)页岩油自然弹性驱动差压排油模式下进行页岩岩芯样品压裂后温压条件下差压排油模拟实验。
步骤1：关闭气体输入控制装置B和液体输入控制装置C的第一控制管道D，将合乎尺寸要求的页岩柱塞样岩心样品放入高压釜111内；
步骤2：关闭截止阀110和釜内输出阀115后，打开真空总阀，启动真空泵128对产物收集器127抽真空，观察真空表132，达到要求后关闭真空泵128；
步骤3：启动页岩处理控制装置A的压力缸105，压力缸105内活塞推动压力杆109对岩芯样品进行密封压力破裂后并收回；
步骤4：启动加热装置112，加热高压釜111至设定的实验模拟温度(如地层温度)后稳定一段时间；
步骤5：启动冷阱131对产物收集器127进行冷冻，然后打开釜内输出阀115，由于压差，高压釜111内流体流入产物收集器127内；
步骤6：在高压釜111釜内流体产物输入收集器127即将结束时，打开截止阀110使高压釜111与收集器127的内压力平衡，并使高压釜111内的流体排净。
步骤7：收集流体结束后对收集的产物进行计量和后续成分分析。
(2)页岩油气体吞吐驱排油模式下进行页岩岩芯样品压裂后温压条件下注气(如CO2吞吐)差压驱排油模拟实验。
步骤1：关闭液体输入控制装置C的第一控制管道D，将合乎尺寸要求的页岩柱塞样岩心样品放入高压釜111内；
步骤2：关闭截止阀110和釜内输出阀115后，打开真空总阀，启动真空泵128对产物收集器127抽真空，观察真空表132，达到要求后关闭真空泵128；
步骤3：启动页岩处理控制装置的压力缸105，压力缸105内活塞推动压力杆109对岩芯样品进行密封压力破裂后并收回；
步骤4：启动加热装置112，加热高压釜111至设定的实验模拟温度(如地层温度)后稳定一段时间；
步骤5：启动气体输入控制装置B并将实验气体(如CO2)增压后注入到高压釜111内并保持一段时间；
步骤6：启动产物收集装置F的冷阱131对产物收集器127进行冷冻，然后打开釜内输出阀115，由于压差，高压釜111内流体流入产物收集器127内；
步骤7：在高压釜111釜内流体产物输入收集器127即将结束时，打开截止阀110使高压釜111与收集器127的内压力平衡，并使高压釜111内的流体排净。
步骤8：收集流体结束后对收集的产物进行计量和后续成分分析。
(3)页岩油注水(或表面活性剂溶液)驱排油模式下进行页岩岩芯样品压裂后温压条件下注水(或表面活性剂溶液)驱排油模拟实验。
步骤1：关闭气体输入控制装置B，将合乎尺寸要求的页岩柱塞样岩心样品放入高压釜111内；
步骤2：关闭截止阀110和釜内输出阀115后，打开真空总阀，启动真空泵128对产物收集器127抽真空，观察真空表132，达到要求后关闭真空泵128；
步骤3：启动页岩处理控制装置的压力缸105，压力缸105内活塞推动压力杆109对岩芯样品进行密封压力破裂后并收回；
步骤4：启动加热装置112，加热高压釜111至设定的实验模拟温度(如地层温度)后稳定一段时间；
步骤5：启动液体输入控制装置C的第二控制管道E将实验液体(如水)增压后注入到高压釜111内并保持一段时间；
步骤6：启动产物收集装置F的冷阱131对产物收集器127进行冷冻，然后打开釜内输出阀115，由于压差，高压釜111内流体流入产物收集器127内；
步骤7：在高压釜111釜内流体产物输入收集器127即将结束时，打开截止阀110使高压釜111与收集器127的内压力平衡，并使高压釜111内的流体排净。
步骤8：收集流体结束后对收集的产物进行计量和后续成分分析。
由以上内容可知，(1)本发明的页岩处理控制装置与产物收集装置共同作用，可实现页岩样品压裂后温压条件下差压排油模拟实验；(2)本发明的页岩处理控制装置与气体输入控制装置和产物收集装置共同作用，可实现页岩样品压裂后温压条件下注气差压排油模拟实验；(3)本发明的页岩处理控制装置与液体输入控制装置和产物收集装置共同作用，可实现页岩样品压裂后温压条件下注水差压排油模拟实验。不同模拟实验模式可以获取页岩压裂后不同工艺条件下的页岩油排出量，并可辅助其他分析技术，对排出的页岩油组分进行定性定量分析，实验结果为页岩油勘探开发目标层优选和页岩油开发工艺优化提供科学基础数据。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不分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)
1.一种页岩可采油性评价模拟实验仪，其特征在于，包括：
页岩处理控制装置，其包括压力缸和高压釜，所述压力缸下端的压力杆从高压釜上端的中心插入并对高压釜密封腔内的页岩样品实施破裂；
气体输入控制装置，其包括气体钢瓶和气体增压器，所述气体钢瓶的气体通过气体增压器增压后注入到所述高压釜内；
液体输入控制装置，其包括动力源以及连接气体增压器的第一控制管道和连接压力缸的第二控制管道；
产物收集装置，其包括产物收集器以及与产物收集器连接的真空泵和包裹设置在产物收集器外部的冷阱；
其中，所述气体增压器、第一控制管道共同连接所述高压釜上端的第一接头；所述产物收集器的两个接头分别连接所述高压釜上端的第二接头和下端。
2.根据权利要求1所述的页岩可采油性评价模拟实验仪，其特征在于，所述高压釜的外部设有加热装置并包裹整个高压釜；所述页岩处理控制装置还包括支撑架和撑杆，所述高压釜底部通过撑杆固定在支撑架上，所述支撑架和撑杆用于固定压力缸和高压釜之间的相对位置和承受高压釜内页岩样品破裂时所需的压力。
3.根据权利要求1所述的页岩可采油性评价模拟实验仪，其特征在于，所述气体增压器内的活塞将气体增压器分隔为密封的上内腔和下内腔；上内腔与气体钢瓶之间设有气体输入阀，上内腔与高压釜之间设有气体输出阀；所述下内腔连接存水杯和所述第一控制管道，所述下内腔与存水杯之间设有气体减压阀，所述下内腔与第一控制管道之间设有气体增压阀。
4.根据权利要求1所述的页岩可采油性评价模拟实验仪，其特征在于，所述压力缸的上下端各连接一输入管，两输入管之间并联的设有两个换向阀，其中一个换向阀与所述第二控制管道连接，另一个换向阀连接储水杯；第二控制管道通过两个换向阀控制压力缸内的活塞杆上下运动，从而操纵与活塞杆连接的压力杆向下破裂页岩和向上卸力运动。
5.根据权利要求1所述的页岩可采油性评价模拟实验仪，其特征在于，所述产物收集器的一个接头与高压釜的第二接头之间设有截止阀，产物收集器的另一个接头与高压釜的下端之间设有釜内输出阀。
6.根据权利要求1所述的页岩可采油性评价模拟实验仪，其特征在于，所述高压釜上设有测量和控制温度的测控探头。
7.根据权利要求1所述的页岩可采油性评价模拟实验仪，其特征在于，所述气体钢瓶上设有减压阀。
8.根据权利要求1所述的页岩可采油性评价模拟实验仪，其特征在于，所述动力源包括电动机和电动柱塞泵，所述第一控制管道与高压釜之间设有釜内注水阀，所述第二控制管道与压力缸之间设有压力缸控制总阀。
9.根据权利要求1所述的页岩可采油性评价模拟实验仪，其特征在于，所述真空泵与所述产物收集器之间设有真空总阀以及用来检测抽真空情况的真空表。
10.根据权利要求1-9任一所述的页岩可采油性评价模拟实验仪，其特征在于，所述气体增压器、高压釜和第一控制管道上各设有一个压力变送器，分别用于测量气体增压器内的气体压力、高压釜内的流体压力和动力源输出和注入高压釜内的液体压力。
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