CN112782209A - 一种可研究地下原位转化过程的成岩模拟实验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种可研究地下原位转化过程的成岩模拟实验装置及方法，涉及热模拟实验装置技术领域，包括高温高压反应釜、加热装置、岩心夹持装置、顶部液压装置、底部液压装置、收集装置和控制装置；高温高压反应釜设置有若干个，其内设置岩心夹持装置，高温高压反应釜还连接有加热装置；高温高压反应釜的顶部和底部分别连接有顶部液压装置和底部液压装置；岩心夹持装置的顶部和底部均设置产物出口，与收集装置连接；岩心夹持装置的顶部和底部均设置有温度控制检测器和压力传感器。本发明可实现一次若干个样品多个模拟温度点同时进行，同时可保证样品在不同加热温度、加热时间以及压力下无损取出并开展相应的储集空间表征实验。

Description

一种可研究地下原位转化过程的成岩模拟实验装置及方法

技术领域

本发明涉及热模拟实验装置技术领域，特别是涉及一种可研究地下原位转化过程的成岩模拟实验装置及方法。

背景技术

我国页岩油资源潜力巨大，地质资源量最高可达372×108t(金之钧等， 2019)。在国内石油自给能力不足，常规油气增储上产困难的情况下，页岩油被认为是现实的战略接替资源(赵文智等，2018)。受美国页岩油成功开发的启示，我国加强、加快了页岩油的勘探与开发工作。虽然我国页岩油勘探开发规模持续扩大，但仍未解决页岩油井产量递减快，页岩油采收率不高于10％的问题。究其原因是因为与美国页岩油储层多为页岩中夹层致密砂岩油不同，我国页岩油多赋存于大套连续泥页岩中且油质较重从而导致开采困难。而工程技术领域关键技术的创新与应用，使得对非常规油气资源的有效开发利用成为可能。

“页岩气革命”主要是依靠水平井和体积压裂改造技术，通过人工压裂技术改造地下含天然气的页岩地层，建立渗流通道和孔隙网络，提高单井的页岩气产量从而实现页岩气的商业开发。将这一技术复制到致密油工程技术领域，又实现了对致密油资源的大规模商业开发利用。但是水平井结合压裂技术主要解决了位于成熟—过成熟阶段页岩层系中滞留的油气资源的开发利用，而针对中低成熟度的页岩层系中的油气资源也需要有行之有效的开发关键技术。页岩油的地下原位转化技术被认为是最具潜力的页岩油开发技术。

但是在寻找到页岩油勘探开发的关键技术后，除了要开展相应的储层改造等实物工作及工程技术以外，为了从机理上解释页岩油勘探开发工程技术目前所面临的困局相应的基础性、科学性的研究也要进行。而泥页岩储层微观孔隙作为页岩油赋存的载体是解决一系列问题的关键。而要研究微观储层，离不开表征手段和方法。中低成熟度的泥页岩层能否作为页岩油的有效储层，什么条件下能什么条件下不能，这就要研究地下原位转化过程中不同热演化条件下的泥页岩孔隙空间是如何变化的。同时在地下原位转化过程中烃类组分也会伴随着泥页岩储集空间的变化而发生转变。成熟度为多少时最适合进行地下原位转化技术，总有机碳含量的变化是否对页岩油原位转化产生影响，都是我们要考虑的问题。因此通过开展可反应地下原位加热过程的热模拟实验是研究以上关键问题的基础。

热模拟实验主要是依据泥页岩中有机质干酪根生烃原理和有机质热演化过程中的时温互补原理，在实验室内通过高温高压短时间加热模拟地质条件下低温长时间的演化过程。其模拟结果可结合生烃动力学等理论评价盆地烃源岩生烃潜力和生烃过程，是获取盆地资源评价参数的重要实验资料和基础数据。按照热模拟实验装置的体系开放特性可以划分为开放体系的热模拟装置、半开放半封闭体系的热模拟装置和全封闭体系下的热模拟装置三类，其分别具有不同的研究适用性。地质条件下有机质生烃并非边生边排，因此现阶段开放体系使用不多；半开放半封闭体系虽然最接近地质条件，但由于目前技术手段限制，很难实现类似于地质条件下的排烃方式；封闭体系的热模拟是将岩石封闭与高温高压反应釜中进行升温加热，待模拟过程结束再打开体系收集产物，这与地下原位加热的过程完全相同。地下原位加热过程就是需要通过封闭闷井，再通过加热井对目的层段进行低温长时间加热后再开井并通过生产井将油输出到地面。前人开发的生烃热模拟和成岩热模拟实验装置多存在以下问题：

(1)目前开发的高温高压反应釜体体积大，大量样品放入釜体中很难保证样品完整性，同时模拟过程中产生的烃类物质与样品混合容易污染样品，干扰实验结果；

(2)目前开发的热模拟过程没有经过模拟计算，一般直接设置固定升温速率，开展不同温度点相同模拟时间的实验。这一过程难以模拟地下原位加热过程中的温度和压力变化，因此产物无法反应地下原位加热过程中的演化规律。

(3)目前开发的热模拟装置很少专门研究岩石样品的孔隙演化特征，多数只关心其生烃产物特征。因此样品完成性是否能保持，样品中孔隙的演化特征是否可以反映原位加热过程中的变化并非其研究重点；

(4)现有的实验装置多数只设计一套高温高压反应釜，每次只能模拟一个样品一个模拟温度点的实验，实验耗时周期长，效率低，很难满足研究过程。

因此，亟待开发一种可研究地下原位转化过程的成岩模拟实验装置及方法，以解决现有技术所存在的上述问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种可研究地下原位转化过程的成岩模拟实验装置及方法，以解决现有技术所存在的上述问题，可实现一次若干个样品多个模拟温度点同时进行，同时可保证样品在不同加热温度、加热时间以及压力下无损取出并开展相应的储集空间表征实验。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种可研究地下原位转化过程的成岩模拟实验装置，包括：高温高压反应釜、加热装置、岩心夹持装置、顶部液压装置、底部液压装置、收集装置和控制装置；所述高温高压反应釜设置有若干个，每个所述高温高压反应釜内均设置有所述岩心夹持装置，所述岩心夹持装置用于对岩心样品进行夹持，所述高温高压反应釜还连接有所述加热装置，用于进行加热；所述高温高压反应釜的顶部和底部分别连接有所述顶部液压装置和所述底部液压装置，所述顶部液压装置和所述底部液压装置用于对所述岩心夹持装置内岩心样品的顶部和底部进行加压；所述岩心夹持装置的顶部和底部均设置有产物出口，所述产物出口通过管路与所述收集装置连接；所述岩心夹持装置的顶部和底部均设置有温度控制检测器和压力传感器；所述控制装置与所述加热装置、顶部液压装置、底部液压装置、温度控制检测器和压力传感器进行连接。

优选的，所述岩心夹持装置采用钢材制成，包括釜体和样品套，所述样品套安装于所述釜体内中部；所述样品套内用于放置岩心样品，所述样品套的内径为标准岩心柱塞尺寸；所述样品套的上方设置有样品顶柱，下方设置有自紧式下端盖，所述样品顶柱和所述自紧式下端盖分别连接所述顶部液压装置和所述底部液压装置。

优选的，还包括上微孔滤片和下微孔滤片，所述上微孔滤片与所述下微孔滤片分别用于放置于所述岩心样品的顶部和底部；所述上微孔滤片和所述下微孔滤片的外侧均设置有石墨密封环。

优选的，所述样品顶柱的上方设置有顶柱中间套，所述样品顶柱的外侧由上至下依次套设有上压环中间套、上压环和中间套；所述自紧式下端盖为T 型结构，包括水平部和竖直部，所述水平部位于所述岩心样品的下方，所述竖直部位于所述水平部的下方；所述竖直部的外侧由上至下依次套设有下压环和压套，所述压套的外侧套设有端盖压帽；

所述上压环以及所述中间套的下方均设置有上密封环，所述上密封环套设于所述样品顶柱与所述釜体之间；所述自紧式下端盖的水平部的下端外缘设置有下密封环，所述下密封环位于所述自紧式下端盖与所述釜体之间。

优选的，所述顶部液压装置和所述底部液压装置均采用液压缸，所述顶部液压装置和所述底部液压装置的活塞杆分别与所述顶柱中间套以及所述压套连接；所述顶部液压装置和所述底部液压装置还连接压力传感器。

优选的，所述高温高压反应釜采用不锈钢材制成，所述高温高压反应釜上还设置有石棉保温层；所述高温高压反应釜的上方与所述顶部液压装置的连接处设置有冷却夹套，所述高温高压反应釜的下方与所述底部液压装置的连接处设置有散热片；

所述加热装置采用高温烘箱，通过空气浴加热控温，所述高温烘箱的流程管路上设置有电接点压力表。

优选的，所述岩心夹持装置的产物出口连接的管路上还设置有冷凝器和背压控制系统，所述背压控制系统采用背压控制阀。

优选的，还包括有清洗装置，所述清洗装置与所述管路进行连通；所述清洗装置包括电动压力泵和溶剂腔，所述溶剂腔内用于盛放有机溶剂，并通过所述电动压力泵输入至所述管路内；所述有机溶剂采用二氯甲烷；还包括真空泵，所述真空泵与所述管路相连，用于对所述管路抽真空。

优选的，所述高温高压反应釜设置有两个。

本发明中还公开一种可研究地下原位转化过程的成岩模拟实验方法，包括以下步骤：

步骤一、建立单井原位电加热温度场模型，设置成岩模拟实验装置的升温速率、温度点分布和加热时间；

步骤二、选取原位转化目的层样品，在同一块岩心上切割多块岩心样品开展平行实验；将岩心样品擦拭干净称重后放入岩心夹持装置中，并通过填样器压入岩心样品上表面的上微孔滤片和石墨密封环以及岩心样品下表面的下微孔滤片和石墨密封环；

安装好温度控制检测器和压力传感器后，将岩心夹持装置放入高温高压反应釜中间部位，合并并封闭高温高压反应釜的釜体；

步骤三、封闭好高温高压反应釜的釜体后，打开真空泵开始对整个高温高压反应釜的釜体和管路内部抽真空，保证高温高压反应釜的釜体呈真空状态；

步骤四、启动控制装置，根据步骤一中单井原位电加热温度场模型模拟计算的升温速率、温度点分布和加热时间，设置成岩模拟实验装置参数；

开启加热装置开关对高温高压反应釜加热，同时打开高温高压反应釜的冷水循环系统；

步骤五、待热模拟实验完成后，关闭加热装置开关，使整个高温高压反应釜在冷水循环系统作用下自然降温至室温后，打开高温高压反应釜取出岩心夹持装置；

取出实验后的岩心样品。将岩心样品切割成多份，进行不同的试验分析；

热模拟实验过程中的烃类产物逐渐排出，经过冷凝器实现气液分离并收集到收集装置中；分别计量热模拟实验过程中生成的液态烃和气态烃的量，并开展产物分析实验，以研究产物组分变化。

本发明相对于现有技术取得了以下有益技术效果：

本发明热模拟实验装置可以通过设置不同热模拟温度和升温速率，给定不同垂向压力和围压及流体介质条件以模拟地下原位加热低温长时间加热过程。本发明可实现一次两个样品多个模拟温度点同时进行，同时通过设计的岩心夹持装置可保证松散样品或者标准尺寸样品(25mm岩心柱塞样)在不同加热温度、加热时间以及压力下无损取出并开展相应的储集空间表征实验。本发明通过设计的产物收集装置可实现烃类产物的准确定量收集，以为后续的烃源岩评价和油气资源潜力评价提供准确的热模拟实验参数。

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为本发明可研究地下原位转化过程的成岩模拟实验装置的结构示意图；

图2为本发明岩心夹持装置的结构示意图；

图3为单井原位电加热温度场模拟模型图；

图4为加热棒温度为700℃时温度随距加热井距离分布图；

图5为距加热井不同距离时各点的温度随加热时间的变化图；

图中，1、第一高温高压反应釜，2、冷却夹套，3、手动泵，4、顶部液压装置，5、底部液压装置，6、压力传感器，7、冷凝器，8、背压控制阀，9、缓冲容器，10、真空泵，11、第二高温高压反应釜，12、上压环中间套，13、上压环，14、中间套，15、上密封环，16、上微孔滤片，17、样品套，18、储水块，19、下微孔滤片，20、端盖压帽，21、压套，22、顶柱中间套，23、样品顶柱，24、釜体，25、岩心样品，26、下密封环，27、下压环，28、自紧式下端盖。

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。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

如图1-2所示，本实施例提供一种可研究地下原位转化过程的成岩模拟实验装置，包括：高温高压反应釜、加热装置、岩心夹持装置、顶部液压装置4、底部液压装置5、收集装置和控制装置；高温高压反应釜是整个热模拟仪器的主体，用于作为模拟地下原位加热环境的反应容器；高温高压反应釜设置有若干个，每个高温高压反应釜内中间部位处均设置有一个岩心夹持装置，岩心夹持装置用于对岩心样品25进行夹持，高温高压反应釜还连接有加热装置，用于进行加热，高温高压反应釜的釜体在外侧包裹岩心夹持装置以实现对样品的控温。

高温高压反应釜的顶部和底部分别连接有顶部液压装置4和底部液压装置5，顶部液压装置4和底部液压装置5用于对岩心夹持装置内岩心样品25 的顶部和底部进行加压。岩心夹持装置的顶部和底部均设置有产物出口，产物出口通过管路与收集装置连接；岩心夹持装置的顶部和底部盖体均设置有温度控制检测器和压力传感器6，以保证随时对岩心位置顶底温度和压力进行监测；具体地，压力传感器6用于感应岩心所受压力并实时传输到计算机中进行记录，温度控制检测器用于把岩心表面温度实时传输到计算机中进行记录，并控制加热装置的升温速率、加热时长等。

在本实施例中，控制装置与加热装置、顶部液压装置4、底部液压装置5、温度控制检测器和压力传感器6等电气元件进行连接，实现自动控制。

在本实施例中，岩心夹持装置采用传热性较好的钢材以减少热传递过程中的热量损失；其结构如图2所示，主要包括釜体24和样品套17，样品套17 安装于釜体24内中部；样品套17内用于放置岩心样品25，样品套17的内径为标准岩心柱塞尺寸(25mm)，从而保证了岩心样品25在热模拟加温加压过程中的无损状态；样品套17的上方设置有样品顶柱23，下方设置有自紧式下端盖28，样品顶柱23和自紧式下端盖28分别连接顶部液压装置4和底部液压装置5。

进一步地，样品顶柱23的上方设置有顶柱中间套22，样品顶柱23的外侧由上至下依次套设有上压环中间套12、上压环13和中间套14；自紧式下端盖28为T型结构，包括水平部和竖直部，水平部位于岩心样品25的下方，竖直部位于水平部的下方；竖直部的外侧由上至下依次套设有下压环27和压套 21，压套21的外侧套设有端盖压帽20；

上压环13以及中间套14的下方均设置有上密封环15，上密封环15套设于样品顶柱23与釜体24之间；自紧式下端盖28的水平部的下端外缘设置有下密封环26，下密封环26位于自紧式下端盖28与釜体24之间。

在本实施例中，岩心夹持装置的具体结构还可以根据工作需要进行适应性改变。

在本实施例中，还包括上微孔滤片16和下微孔滤片19，上微孔滤片16 与下微孔滤片19分别用于放置于岩心样品25的顶部和底部，可保证热模拟过程中生烃产物的排出；上微孔滤片16和下微孔滤片19的外侧均设置有石墨密封环，以防止高温高压环境下生烃产物的散失。

在本实施例中，岩心夹持装置的产物出口连接的管路上还设置有冷凝器7 和背压控制系统，经保护上微孔滤片16、下微孔滤片19和冷凝器7最终流经背压控制系统后进入收集装置，其中收集装置可以根据需要连接计量装置，不仅具有收集功能，而且能够实现计量；收集装置和计量装置的种类可以根据工作需要进行选择。

进一步地，背压控制系统主要由背压控制阀8组成，便于高温高压反应釜上下排出的生烃产物流量的精确调控，冷凝器7安装于背压控制阀8之前，用于冷凝生烃产物并同时达到气液分离的目的；上微孔滤片16、下微孔滤片19 主要用于过滤生烃流体中的固体颗粒污染物，以保证进入系统中的流体介质纯净，保护系统中背压控制阀8密封面；气液收集装置用于收集和记录生烃产物中的气液流量并传输到控制装置中进行记录。

在本实施例中，顶部液压装置4和底部液压装置5均采用液压缸，顶部液压装置4和底部液压装置5的活塞杆分别与顶柱中间套22以及压套21连接；顶部液压装置4和底部液压装置5还连接压力传感器6，顶部液压装置4和底部液压装置5还连接有手动泵3，通过向液压缸的腔体内输入或输出液体，实现压力控制，进一步地，能够控制施加在岩心样品25上的压力大小。

在本实施例中，为了提高热模拟实验效率，设置两个高温高压反应釜，分别为第一高温高压反应釜1和第二高温高压反应釜11，可同时开展两个样品、不同温压条件下的热模拟实验。本实施例中高温高压反应釜采用的是耐高温的 2520不锈钢材，而且还可以设计有V型自密封装置，保证设备耐温650℃，最高可达700℃，耐压80MPa；高温高压反应釜还连接有冷水循环系统，防止由于加热温度过高和加热时间过长导致的釜体过热造成的安全隐患。加热装置采用高温烘箱，通过空气浴加热控温，高温烘箱的流程管路设计有电接点压力表，超压时自动关闭加热电源，保证设备及人员安全。

在本实施例中，高温高压反应釜上部与顶部液压装置4相连接部分，设计有循环水冷却夹套2，避免高温向上传递，下部与底部液压装置5相连接部分，设计有散热片式散热结构，避免高温向下传递，可有效避免液压装置损坏；其中散热结构还可以根据具体工作需要来进行适应性调整。

在本实施例中，还包括有清洗装置，清洗装置与管路进行连通，以解决热模拟实验过程中产生的烃类流体残留在管线中的问题；其中，清洗装置主要由电动压力泵和溶剂腔组成，清洗时开启电动压力泵，控制流速驱动溶剂腔中的有机溶剂(优选为二氯甲烷)流经管线，将有机溶剂及管线中的残留烃类流体带出并收集在集液器中。

在本实施例中，还包括真空泵10，真空泵10与管路相连，用于对管路抽真空。

在本实施例中，控制装置采用计算机，结合单独设计的数据采集系统软件，用来设置、采集和监控成岩热模拟过程中的温度和压力数据，以保证热模拟过程能还原地下原位加热过程中的温压变化，通过对无损岩心样品25开展储集空间表征实验并对生烃产物进行分析，研究原位转化过程中孔隙的演化规律及生烃产物变化特征。

本实施例中，还公开了一种封闭体系下研究地下原位转化过程中孔隙演化的热模拟实验流程，包括如下步骤：

步骤1：原位加热方法是通过将电加热棒置于加热井内，通过热传导的方式向地下原位转化目的层持续传递热量，使得目的层生成油气或将重质烃类转化为轻质烃类，而后将生成的油气利用生产井输送至地面。本实施例的目的是模拟地下原位加热过程中不同温度和压力的变化来研究烃类生成转化和储层孔隙演化特征。而对于原位电加热，其实际加热和开采过程中所涉及的温度和空间的变化情况复杂，要想模拟地下实际情况下温度随时间的变化，温度场的数值模拟是行之有效的方法。本实施例温度场模拟以单个电加热井为例，并对原位电加热温度场数学模型提出以下假设：

(1)由于原位加热工艺一般要隔离地下水，因此假设地下水影响可忽略； (2)加热棒热量当做从圆柱体中轴线传出；(3)加热目的层为均匀传热介质，加热过程中目的层传热性稳定且各向同性；(4)假设加热过程中的传热均为固体传导；(5)忽略加热棒对上下地层的热传导。

单井原位电加热温度场模型如图3所示，加热区域半径为r，高度为l。根据前文假设，单井原位电加热过程以加热棒为对称轴呈对称型，纵向上相同半径圆环面上的温度相同，故可以以加热区域圆柱体的其中一个横截面(图3 中圆形阴影部分)的变化情况进行研究。在导热学中对于横截面的温度变化可通过导热学中经典的无限大平板导热公式来研究。

t＝0，T＝T₀ (3)

公式(1)中，d为加热目的层的热扩散率，m²/s；通过公式(2)可计算热扩散率d，式中λ为加热目的层的热导率，W/(m·K)；ρ为加热目的层的密度，kg/m³；c为加热目的层的比热容，J/(kg·K)；T为加热棒的温度，℃； x为所求目的层位置到加热棒的垂直距离，m；h为加热棒与目的层岩石之间的对流换热系数。

假设加热棒温度最高为700℃，原地层温度为30℃，加热棒长度与加热目的层的厚度一致，对流换热系数h为0.4，λ为2.5W/(m·K)，ρ为2.5×10³ kg/m³，C为2000J/(kg·K)。通过上述公式可计算不同加热时间的温度变化情况。数值模拟得到在加热棒温度为700℃，加热时间为1-10年时，地层温度随距加热棒距离的变化如图4所示。

同时通过模拟可得到在加热井温700℃时，距加热井不同位置在加热不同时间时的温度变化，如图5所示。在加热1-10年期间，各点的温度都在逐年增加，在距离加热井近的区域升温速率快，达到稳定所需的时间短，距离大于 9m左右的区域在加热十年时温度还未达到稳定。通过以上单井温度场模拟结果，基于时温互补原理设置热模拟仪器的升温速率、温度点分布和加热时间长短即可更好的模拟地下原位加热过程中的温度变化。

步骤2：选取原位转化目的层样品(一般为油页岩或低熟高生烃势泥页岩样品)垂直层理方向用金刚丝切割机切割成内径25mm、长度介于30～50mm 之间的标准柱塞状岩心样品。为减少岩心样品之间非均质性的影响，需在同一块岩心上切割多块柱塞岩心样品开展平行实验，以保证不同升温速率和温度点的热模拟实验结果具有一定的可比性。岩心样品擦拭干净称重后放入岩心夹持装置中，并通过填样器压入上下岩心表面的上微孔滤片、下微孔滤片和石墨密封圈。安装好温度控制检测器和压力传感器后，将岩心夹持装置放入高温高压反应釜中间部位，合并并封闭高温高压反应釜的釜体。

步骤3：封闭好高温高压反应釜的釜体后关闭截止阀，打开真空泵开始对整个釜体和管线内部抽真空，根据真空泵压力显示判断釜体是否完全封闭。重复检查后抽真空12小时，以保证高温高压反应釜的釜体呈真空状态。

步骤4：启动计算机，打开数据采集系统软件，根据步骤1中的温度场数值模拟计算的升温速率、加热温度点和加热持续时间设置热模拟仪器参数。开启加热装置开关对高温高压反应釜的釜体加热，同时打开冷水循环系统，防止由于加热温度过高和加热时间过长导致的釜体过热造成的安全隐患。

步骤5：待热模拟过程完成后，关闭加热装置开关使整个高温高压反应釜的釜体在冷水循环系统作用下自然降温至室温后打开釜体取出岩心夹持装置。通过岩心取样器缓慢将岩心夹持装置中的石墨密封圈和上微孔滤片、下微孔滤片顶出，取出实验后的柱塞岩心样品。将柱塞岩心样品切割成三等份，一份用于开展高压压汞实验分析其孔喉变化特征；一份用于测试He孔隙度和核磁共振(NMR)实验研究其孔隙度和孔径分布特征；一份粉碎成小块和80目粉末分别开展场发射扫描电镜(FE-SEM)和低温氮气吸附实验研究其岩石学特征。热模拟过程中的烃类产物会随着温度的升高和加热时间的变化逐渐排出，经过冷凝器实现气液分离并收集到气液收集计量装置中。分别计量热模拟实验过程中生成的液态烃和气态烃的量，并开展产物分析实验，以研究产物组分变化。

本发明建立的封闭体系下的成岩模拟可还原地下原位加热过程中的温压变化过程，从而研究地质条件下原位加热过程中岩石中的孔隙演化特征和烃类生成和演化过程。本发明步骤1是通过建立一种单井情况下均质目的层的原位加热温度场模拟方法，研究不同加热井温度和加热时长对研究目的层温度场分布状态的影响。通过单井数值模拟结果结合时温互补原理，建立不同加热温度和加热时长的热模拟实验参数，从而还原地质条件下原位加热过程中低温长时间的加热过程。本发明思路明确且可以更好的还原地质条件下原位加热过程中的温压变化。

本发明设计的岩心夹持装置可保证在成岩热模拟过程中岩石柱塞样品在高温高压条件下不受损坏。同时本发明步骤5中提出的模拟后样品的孔隙表征方案可以实现全尺度的孔径孔喉表征，从而研究在原位加热过程中目的层岩石中孔隙的演化规律，为原位加热技术实现过程中储集空间的演化特征研究提供技术支撑。同时通过本发明设计的产物收集和计量装置可以对成岩热模拟过程中的生烃产物进行收集计量，为后续研究原位加热过程中生烃能力和烃类转化过程提供基础数据。

需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种可研究地下原位转化过程的成岩模拟实验装置，其特征在于：包括：高温高压反应釜、加热装置、岩心夹持装置、顶部液压装置、底部液压装置、收集装置和控制装置；所述高温高压反应釜设置有若干个，每个所述高温高压反应釜内均设置有所述岩心夹持装置，所述岩心夹持装置用于对岩心样品进行夹持，所述高温高压反应釜还连接有所述加热装置，用于进行加热；所述高温高压反应釜的顶部和底部分别连接有所述顶部液压装置和所述底部液压装置，所述顶部液压装置和所述底部液压装置用于对所述岩心夹持装置内岩心样品的顶部和底部进行加压；所述岩心夹持装置的顶部和底部均设置有产物出口，所述产物出口通过管路与所述收集装置连接；所述岩心夹持装置的顶部和底部均设置有温度控制检测器和压力传感器；所述控制装置与所述加热装置、顶部液压装置、底部液压装置、温度控制检测器和压力传感器进行连接。

2.根据权利要求1所述的可研究地下原位转化过程的成岩模拟实验装置，其特征在于：所述岩心夹持装置采用钢材制成，包括釜体和样品套，所述样品套安装于所述釜体内中部；所述样品套内用于放置岩心样品，所述样品套的内径为标准岩心柱塞尺寸；所述样品套的上方设置有样品顶柱，下方设置有自紧式下端盖，所述样品顶柱和所述自紧式下端盖分别连接所述顶部液压装置和所述底部液压装置。

3.根据权利要求2所述的可研究地下原位转化过程的成岩模拟实验装置，其特征在于：还包括上微孔滤片和下微孔滤片，所述上微孔滤片与所述下微孔滤片分别用于放置于所述岩心样品的顶部和底部；所述上微孔滤片和所述下微孔滤片的外侧均设置有石墨密封环。

4.根据权利要求3所述的可研究地下原位转化过程的成岩模拟实验装置，其特征在于：所述样品顶柱的上方设置有顶柱中间套，所述样品顶柱的外侧由上至下依次套设有上压环中间套、上压环和中间套；所述自紧式下端盖为T型结构，包括水平部和竖直部，所述水平部位于所述岩心样品的下方，所述竖直部位于所述水平部的下方；所述竖直部的外侧由上至下依次套设有下压环和压套，所述压套的外侧套设有端盖压帽；

所述上压环以及所述中间套的下方均设置有上密封环，所述上密封环套设于所述样品顶柱与所述釜体之间；所述自紧式下端盖的水平部的下端外缘设置有下密封环，所述下密封环位于所述自紧式下端盖与所述釜体之间。

5.根据权利要求4所述的可研究地下原位转化过程的成岩模拟实验装置，其特征在于：所述顶部液压装置和所述底部液压装置均采用液压缸，所述顶部液压装置和所述底部液压装置的活塞杆分别与所述顶柱中间套以及所述压套连接；所述顶部液压装置和所述底部液压装置还连接压力传感器。

6.根据权利要求1所述的可研究地下原位转化过程的成岩模拟实验装置，其特征在于：所述高温高压反应釜采用不锈钢材制成，所述高温高压反应釜上还设置有石棉保温层；所述高温高压反应釜的上方与所述顶部液压装置的连接处设置有冷却夹套，所述高温高压反应釜的下方与所述底部液压装置的连接处设置有散热片；

所述加热装置采用高温烘箱，通过空气浴加热控温，所述高温烘箱的流程管路上设置有电接点压力表。

7.根据权利要求1所述的可研究地下原位转化过程的成岩模拟实验装置，其特征在于：所述岩心夹持装置的产物出口连接的管路上还设置有冷凝器和背压控制系统，所述背压控制系统采用背压控制阀。

8.根据权利要求1所述的可研究地下原位转化过程的成岩模拟实验装置，其特征在于：还包括有清洗装置，所述清洗装置与所述管路进行连通；所述清洗装置包括电动压力泵和溶剂腔，所述溶剂腔内用于盛放有机溶剂，并通过所述电动压力泵输入至所述管路内；所述有机溶剂采用二氯甲烷；还包括真空泵，所述真空泵与所述管路相连，用于对所述管路抽真空。

9.根据权利要求1所述的可研究地下原位转化过程的成岩模拟实验装置，其特征在于：所述高温高压反应釜设置有两个。

10.一种可研究地下原位转化过程的成岩模拟实验方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一、建立单井原位电加热温度场模型，设置成岩模拟实验装置的升温速率、温度点分布和加热时间；

步骤二、选取原位转化目的层样品，在同一块岩心上切割多块岩心样品开展平行实验；将岩心样品擦拭干净称重后放入岩心夹持装置中，并通过填样器压入岩心样品上表面的上微孔滤片和石墨密封环以及岩心样品下表面的下微孔滤片和石墨密封环；

安装好温度控制检测器和压力传感器后，将岩心夹持装置放入高温高压反应釜中间部位，合并并封闭高温高压反应釜的釜体；

步骤三、封闭好高温高压反应釜的釜体后，打开真空泵开始对整个高温高压反应釜的釜体和管路内部抽真空，保证高温高压反应釜的釜体呈真空状态；

步骤四、启动控制装置，根据步骤一中单井原位电加热温度场模型模拟计算的升温速率、温度点分布和加热时间，设置成岩模拟实验装置参数；

开启加热装置开关对高温高压反应釜加热，同时打开高温高压反应釜的冷水循环系统；

步骤五、待热模拟实验完成后，关闭加热装置开关，使整个高温高压反应釜在冷水循环系统作用下自然降温至室温后，打开高温高压反应釜取出岩心夹持装置；

取出实验后的岩心样品。将岩心样品切割成多份，进行不同的试验分析；

热模拟实验过程中的烃类产物逐渐排出，经过冷凝器实现气液分离并收集到收集装置中；分别计量热模拟实验过程中生成的液态烃和气态烃的量，并开展产物分析实验，以研究产物组分变化。

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