CN109884272A - 一种成岩演化的模拟系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种成岩演化的模拟系统，涉及石油地质技术领域。该系统包括反应室；设置在所述反应室内的加热设备；设置在所述加热设备内部采用并联方式进行连接的多个反应釜；设置在所述反应室外且与所述多个反应釜相连接的压力泵；设置在所述反应室外且与所述多个反应釜相连接的流体泵；所述反应釜内设置有样品室，用于放置样品；所述加热设备，用于为所述反应釜提供加热过程，以对所述样品进行加热；所述流体泵，用于向所述反应釜内的样品注入流体；所述压力泵，用于向所述反应釜提供上覆压力以及封堵压力。本发明运用电磁感应全新的加热方式，获得更加精确的实验模拟结果，实现了非常规页岩的成岩模拟过程。

Description

一种成岩演化的模拟系统

技术领域

本发明关于石油地质技术领域，特别是关于非常规储层研究技术，具体的讲是一种成岩演化的模拟系统。

背景技术

石油和天然气是涉及国家能源安全的重要资源，而页岩油和页岩气作为一种清洁能源，近年来在国内外受到了极大的关注，并取得了迅速的发展。但是，页岩储层作为烃源岩，其成岩演化过程的研究工作还不够深入，制约着非常规油气的大规模勘探开发。因此，设计一种成岩演化模拟的装置来研究页岩的孔隙结构变化特点对非常规油气领域有着重要的理论和实际意义。

目前国内已有少部分企事业单位和学校具有成岩模拟设备，比如中石油勘探开发研究院、中石化无锡地质研究所、中国地质大学(武汉)和成都理工大学等自行设计的成岩模拟装置。该设备的核心部件为反应釜，存在以下五个问题：第一，每个反应釜对应一个样品室，因此每次实验一个釜只能开展一个样品进行实验，一个样品完成多个温度点测试需要半个月甚至一个月以上，实验持续时间过长；第二，反应釜加热方式为电阻丝，其加热原理为热传递，因此样品室必须紧贴反应釜壁进行加热，效率较低；第三，采用热传递加热会造成热量散失，使周围温度上升，同时会使外部设备升温，需要配备相应的冷却系统降温以保证安全；第四，采用电阻丝加热，升温速率相对较慢，且样品室受热可能不均匀，容易引起实验误差；第五，样品室一般为固定长度的标样，对实验样品规格要求比较严苛。

因此，如何提供一种新的成岩演化模拟的装置，以便研究页岩的孔隙结构变化特点是本领域亟待解决的技术难题。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种成岩演化的模拟系统，设置了反应室、加热设备、多个反应釜、样品室、压力泵以及流体泵，运用电磁感应全新的加热方式，可获得更加精确的实验模拟结果，实现了非常规页岩的成岩模拟过程，解决了现有技术中多个样品不能在同一个反应室中同时开展实验的问题。

本发明的目的之一是，提供一种成岩演化的模拟系统，包括：

反应室；

设置在所述反应室内的加热设备；

设置在所述加热设备内部采用并联方式进行连接的多个反应釜；

设置在所述反应室外且与所述多个反应釜相连接的压力泵；

设置在所述反应室外且与所述多个反应釜相连接的流体泵；

所述反应釜内设置有样品室，用于放置样品；

所述加热设备，用于为所述反应釜提供加热过程，以对所述样品进行加热；

所述流体泵，用于向所述反应釜内的样品注入流体；

所述压力泵，用于向所述反应釜提供上覆压力以及封堵压力。

优选的，所述反应室的四壁、顶部以及底部由绝热材料制成；

所述底部设置有凹槽，用于固定所述反应釜；

所述反应室的内壁、顶部以及底部设置有隔热板。

优选的，所述反应釜的侧面包括金属层、设置在所述金属层外部的隔热层。

优选的，所述反应釜的顶部设置有第一绝热活塞，所述第一绝热活塞外部设置有上覆压力杆。

优选的，所述反应釜的底部设置有第二绝热活塞，所述第二绝热活塞外部设置有封堵压力杆。

优选的，所述样品室内设置有加热部件，用于对样品进行加热；

支撑部件，用于对所述样品进行支撑。

优选的，所述加热部件为金属片，所述支撑部件为厚层柱状垫片和/或薄层柱状垫片。

优选的，所述加热设备包括：

非导磁材料板条，设置于所述反应室内且与所述底座相连；

高频感应线圈，缠绕于所述非导磁材料板条；

与所述高频感应线圈相连接的电磁控制器，用于对温度进行控制。

优选的，所述非导磁材料板条为环状结构。

优选的，所述流体泵与所述第二绝热活塞相连接，用于向所述反应釜内的样品注入流体。

优选的，所述流体泵与所述第二绝热活塞之间设置有多个流体阀门。

优选的，所述压力泵包括：

上覆压力泵，与所述上覆压力杆相连接，用于向所述反应釜提供上覆压力；

封闭压力泵，与所述封堵压力杆相连接，用于向所述反应釜提供封闭压力。

优选的，所述上覆压力泵与所述第一绝热活塞之间还设置有多个上覆阀门；

所述封堵压力泵与第二绝热活塞之间还设置有多个封闭阀门。

优选的，所述非导磁材料板条与所述反应釜之间还设置有隔热部件。

本发明的有益效果在于，提供了一种成岩演化的模拟系统，采用电磁感应加热的方式可以对反应室内不同的反应釜进行快速地、稳定地加热，提高实验的准确性和可靠性；电磁感应加热使得样品室成为发热源，而不仅仅是被动受热体，热量利用效率更高；放置于样品室内的金属片也可作为发热源，提供更为均匀的加热方式。

为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种成岩演化的模拟系统的结构示意图；

图2为本发明提供的具体实施例中一种成岩演化的模拟系统的整体示意图；

图3为本发明提供的具体实施例中反应室的底座的俯视图；

图4为本发明提供的具体实施例中电磁感应加热器的结构示意图；

图5为本发明提供的具体实施例中高压釜的结构示意图；

图6为本发明提供的实施例中样品室的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面参考本发明的若干代表性实施方式，详细阐释本发明的原理和精神。

图1为本发明实施例提供的一种成岩演化的模拟系统的结构示意图，请参见图1，所述成岩演化的模拟系统包括：

反应室1；

设置在所述反应室1内的加热设备200；

设置在所述加热设备200内部采用并联方式进行连接的多个反应釜300，所述多个反应釜采用并联的方式进行连接，可实现多个样品同时开展模拟。

设置在所述反应室1外且与所述多个反应釜300相连接的压力泵500；

设置在所述反应室1外且与所述多个反应釜300相连接的流体泵600。

所述加热设备200，用于为所述反应釜300提供加热过程，以对所述样品进行加热；

所述流体泵600，用于向所述反应釜300内的样品注入流体；

所述压力泵500，用于向所述反应釜300提供上覆压力以及封堵压力。

本发明解决页岩成岩演化模拟的问题，同时可以解决现有技术中多个样品不能在同一反应室内采用不同实验条件同时开展实验的问题。具体的，采用电磁感应加热的方式还可以对反应室内不同的反应釜进行快速地、稳定地加热，提高实验的准确性和可靠性；电磁感应加热使得样品室成为发热源，而不仅仅是被动受热体，热量利用效率更高；放置与样品室内的金属片也可作为发热源，提供更为均匀的加热方式。

在本发明的一种实施方式中，为了获得更好的隔热效果，所述反应室1的四壁、顶部以及底部由绝热材料制成。

在本发明的一种实施方式中，所述底部设置有凹槽，用于固定所述反应釜。

在本发明的一种实施方式中，所述反应室的内壁、顶部以及底部设置有隔热板，起到隔热效果。

由于运用电磁感应全新的加热方式，可同时为多个反应釜提供均匀地、快速的、准确的加热过程，可获得更加精确的实验模拟结果，可实现非常规页岩的成岩模拟过程，因此在本发明的一种实施方式中，所述加热设备包括：

非导磁材料板条，设置于所述反应室内且与所述底部相连；

高频感应线圈，缠绕于所述非导磁材料板条；

与所述高频感应线圈相连接的电磁控制器，用于对温度进行控制。在具体的实施例中，电磁控制器将输入的交流电转换成合适的频率(通常为工频，即50Hz左右的低频交流电)，以便进行温度的监控和控制。

在一个具体实施例中，非导磁材料板条为环状结构，多个反应釜即设置于环状结构组成的内部空间中。

在本发明的一种实施方式中，所述非导磁材料板条与所述反应釜之间还设置有隔热部件。具体的，隔热部件可为石棉，在一具体实施例中，诸如非导磁材料板条内部设置有10mm厚的石棉，避免与反应釜发生碰撞，损坏加热器的板条，同时，石棉起到一定的绝热保护效果。加热设备提供反应釜和样品室快速加热，与釜体不直接接触。

在本发明的一种实施方式中，所述反应釜的侧面可包括金属层、设置在所述金属层外部的隔热层。

在本发明的一个具体实施例中，金属层可设置为金属材料，当加热部件开始加热时，金属层吸收到热量即可作为加热源对样品室内的岩石样品进行加热。具体的，在交变磁场中金属体内形成小涡流，金属层作为热源可自行发热。

所述隔热层可为绝热材料，诸如隔热石棉，这样的设置可防止热量散失，同时防止对其他器件造成热损伤。

在本发明的一种实施方式中，所述反应釜的顶部设置有第一绝热活塞，所述反应釜的底部设置有第二绝热活塞，这样的设置可上下移动固定样品室，并起到隔热效果，防止热量散出损坏外部器件。

在本发明的一种实施方式中，所述样品室置于反应釜内，其材料为耐高温金属，在交变磁场中也可成为有效的发热源对岩石样品进行加热。

在本发明的一种实施方式中，所述样品室内设置有加热部件，用于对样品进行加热，具体的，所述加热部件诸如为金属片，作为对粉末样品的辅助加热源，能够为粉末状样品提供更为均匀的加热效果。金属片在具体的实施例中可为图6所示的金属片52的结构，在该实施例中，两块金属片呈十字交叉状可增大与岩石样品的接触面积，以更好的提供均匀的加热效果。

在本发明的一种实施方式中，所述样品室内设置有支撑部件，用于对所述样品进行支撑。具体的，所述支撑部件为厚层柱状垫片和/或薄层柱状垫片。厚层柱状垫片、薄层柱状垫片可通过组合的方式弥补样品长度不够的缺点，以满足不同长度的柱样进行成岩模拟实验。

在本发明的一种实施方式中，压力泵采用轴向施压结构，通过加压杆对反应釜顶底进行施压，提供上覆压力和封堵压力，具体的，所述压力泵包括上覆压力泵以及封闭压力泵。

在本发明的一种实施方式中，为了实现反应釜与压力泵更好的连接，所述第一绝热活塞外部设置有上覆压力杆，所述第二绝热活塞外部设置有封堵压力杆。上覆压力杆是用于与上覆压力泵相连接，以提供岩石的上覆压力，模拟地层压力。封堵压力杆是用于与封堵压力泵相连接，提供封堵的压力，保持样品室内压力稳定。

在本发明的一种实施方式中，还可设置轴向施压部件，通过流体注入压力转变成施加在反应釜内绝热活动塞上的上覆压力，连接上覆压力泵和反应釜。

在本发明的一种实施方式中，所述轴向施压部件与所述上覆压力泵之间还可设置有多个上覆阀门，所述封堵压力泵与第二绝热活塞之间还设置有多个封闭阀门，通过启闭不同的阀门实现施加不同地层压力和封堵的过程。

在本发明的一种实施方式中，流体泵采用轴向施压结构，通过加压杆向反应釜内注入流体，同时可排出流体。具体的，所述流体泵与所述第二绝热活塞相连接，用于向所述反应釜内的样品注入流体，所述流体泵与所述第二绝热活塞之间设置有多个流体阀门，通过启闭不同的阀门实现流体的注入和排出过程。

如上即为本发明提供的一种新型的成岩演化模拟系统，主要提供了多个反应釜在同一反应室中进行高温高压成岩过程的模拟，多个釜体同时工作可以成倍缩短实验时间，同时，多个釜体集于一个反应室可以节省实验设备占用的地面空间，提高实验室空间利用率；采用电磁感应加温设备，将反应釜和样品室同时变成加热源，可提高热量利用率，同时保证实验温度快速达到目标温度，减少实验误差；高压釜外部为绝热材料，可以限制热量向外传递，减少高温带来损害仪器，同时还省去了用来对设备降温的冷却器；样品室内的金属可作为发热源，使压实的粉末状样品受到更为均匀的加热；并联的连接方式可以在多个釜工作的情况下减少所需的加压泵和流体泵，节约成本。

下面结合具体的实施例，详细介绍本发明的技术方案。图2为本发明提供的具体实施例中并联式成岩演化模拟系统的整体图，请参阅图2，该系统在该实施例中包括：

反应室1，用于容纳电磁感应加热设备和反应釜设备；

非导磁材料板条3，为环状结构置于反应室内，连接与反应室的底座2上；

高频感应线圈4，缠绕于非导磁材料板条3上；

隔热板5，置于反应室内壁四周及顶底面，起到隔热效果；

电磁控制器6，将输入的交流电转换成合适的频率(通常为工频，即50Hz左右的低频交流电)，并进行温度的监控和控制；

轴向施压结构7，通过流体注入压力转变成施加在反应釜内绝热活动塞44上的上覆压力，连接上覆压力泵8和反应釜；

上覆压力泵8，对反应釜中样品室内的样品施加上覆压力，比如对阀门10连接的反应釜施加上覆压力，需要打开阀门10，关闭阀门11，阀门12和阀门13，以此类推；

封闭压力泵9，对反应釜中样品室内的样品提供封闭压力，比如对阀门14连接的反应釜施加上覆压力，需要打开阀门14，关闭阀门15，阀门16和阀门17，以此类推。

图3为本发明提供的具体实施例中的反应室的底座结构俯视图，请参阅图3，反应室的底座主要进行反应釜的固定，反应釜中心位于封闭压力加压杆21，加压杆22，加压杆23，加压杆24。

流体压力泵25，通过一个流体压力泵对四个反应釜中样品室的样品注入流体，比如对阀门26连接的反应釜注入流体，需要打开阀门26，关闭阀门27，阀门28和阀门29，以此类推。

图4为本发明通过的具体实施例中的电磁感应加热器的结构示意图，请参阅图4，电磁感应加热器由非导磁材料板条32、高频感应线圈33和电磁控制器34组成，非导磁材料板条32外缠绕高频感应线圈33，非导磁材料板条32内部还有10mm厚的石棉，避免与反应釜发生碰撞，损坏加热器的板条；同时，石棉起到一定的绝热保护效果。

电磁控制器34，将输入的交流电转换成合适的频率，对温度进行监控和控制，最高温度可达600℃；

反应釜31置于非导磁材料板条32内部。

图5为本发明提供的具体实施例中的高压釜的结构示意图，请参阅图5，耐高温金属材料46，在交变磁场中金属体内形成小涡流，反应釜耐高温金属材料46作为热源可自行发热；

金属壁四周绝热的隔热石棉41，防止反应釜高温发热损坏外部器件；

绝热活塞44、45，可上下移动固定样品室，并起到隔热效果，防止热量散出损坏外部器件；

上覆压力杆42，提供岩石的上覆压力，模拟地层压力；

封堵压力杆43，提供封堵的压力，保持样品室内压力稳定；

图6为本发明通过的具体实施例中样品室的结构示意图，请参阅图6，样品室51置于反应釜内，其材料为耐高温金属，在交变磁场中，也可成为有效的发热源；

金属片52，可放置与样品室内，主要为粉末状样品提供更为均匀的加热效果；

厚层柱状垫片53与薄层柱状垫片54，多个垫片进行组合可以满足不同长度的柱样进行成岩模拟实验。

在该实施例中，通过并联的方式集成多个高温高压反应釜，以4个反应釜为例，可以缩短实验时间至原来的四分之一；在相同的反应釜情况下，可以节约实验仪器占地面积一半以上(包括泵所占面积)；反应釜和样品室可作为热源对岩石样品进行加热，根本上改变了采用电阻丝进行热传递加热的弊端(不均匀、慢)；反应釜绝热材料和电磁感应加热器内的石棉提供了良好的绝热效果，避免高温给高压杆等连接部分带来热损害，同时节省了冷却系统的配置，精简了实验仪器，加上反应室内壁的绝热材料，可以使整个实验过程基本不提高实验室内的温度；通过电磁感应加热设备对反应釜中的样品进行加热，可以提高热量的利用效率，减少耗电量(功率更小)；由于电磁感应加热的方式更加均匀和快速，因此还可以提高实验的准确性。

综上所述，本发明提供了一种成岩演化的模拟系统，主要提供了多个反应釜在同一反应室中进行高温高压成岩过程的模拟，多个釜体同时工作可以成倍缩短实验时间，同时，多个釜体集于一个反应室可以节省实验设备占用的地面空间，提高实验室空间利用率；采用电磁感应加温设备，将反应釜和样品室同时变成加热源，可提高热量利用率，同时保证实验温度快速达到目标温度，减少实验误差；高压釜外部为绝热材料，可以限制热量向外传递，减少高温带来损害仪器，同时还省去了用来对设备降温的冷却器；样品室内的金属可作为发热源，使压实的粉末状样品受到更为均匀的加热；并联的连接方式可以在多个釜工作的情况下减少所需的加压泵和流体泵，节约成本。

通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机系统(可以是个人计算机，服务器，或者网络系统等)执行本申请各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

本申请可用于众多通用或专用的计算机系统环境或配置中。例如：个人计算机、服务器计算机、手持系统或便携式系统、平板型系统、多处理器系统、基于微处理器的系统、置顶盒、可编程的消费电子系统、网络PC、小型计算机、大型计算机、包括以上任何系统或系统的分布式计算环境等等。

本申请可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本申请，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理系统来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储系统在内的本地和远程计算机存储介质中。

虽然通过实施例描绘了本申请，本领域普通技术人员知道，本申请有许多变形和变化而不脱离本申请的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本申请的精神。

Claims (14)

1.一种成岩演化的模拟系统，其特征在于，所述系统包括：

反应室；

设置在所述反应室内的加热设备；

设置在所述加热设备内部采用并联方式进行连接的多个反应釜；

设置在所述反应室外且与所述多个反应釜相连接的压力泵；

设置在所述反应室外且与所述多个反应釜相连接的流体泵；

所述反应釜内设置有样品室，用于放置样品；

所述加热设备，用于为所述反应釜提供加热过程，以对所述样品进行加热；

所述流体泵，用于向所述反应釜内的样品注入流体；

所述压力泵，用于向所述反应釜提供上覆压力以及封堵压力。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述反应室的四壁、顶部以及底部由绝热材料制成；

所述底部设置有凹槽，用于固定所述反应釜；

所述反应室的内壁、顶部以及底部设置有隔热板。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述反应釜的侧面包括金属层、设置在所述金属层外部的隔热层。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述反应釜的顶部设置有第一绝热活塞，所述反应釜的底部设置有第二绝热活塞。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述第一绝热活塞外部设置有上覆压力杆，所述第二绝热活塞外部设置有封堵压力杆。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述样品室内设置有加热部件，用于对样品进行加热；

支撑部件，用于对所述样品进行支撑。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述加热部件为金属片，所述支撑部件为厚层柱状垫片和/或薄层柱状垫片。

8.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述加热设备包括：

非导磁材料板条，设置于所述反应室内且与所述底部相连；

高频感应线圈，缠绕于所述非导磁材料板条；

与所述高频感应线圈相连接的电磁控制器，用于对温度进行控制。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述非导磁材料板条为环状结构。

10.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述流体泵与所述第二绝热活塞相连接，用于向所述反应釜内的样品注入流体。

11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述流体泵与所述第二绝热活塞之间设置有多个流体阀门。

12.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述压力泵包括：

上覆压力泵，与所述上覆压力杆相连接，用于向所述反应釜提供上覆压力；

封闭压力泵，与所述封堵压力杆相连接，用于向所述反应釜提供封闭压力。

13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述上覆压力泵与所述第一绝热活塞之间还设置有多个上覆阀门；

所述封堵压力泵与第二绝热活塞之间还设置有多个封闭阀门。

14.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述非导磁材料板条与所述反应釜之间还设置有隔热部件。