CN113936537A - 一种生烃动力学模拟实验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种生烃动力学模拟实验装置，包括：多个并联连接的高温高压反应系统，用于模拟烃源岩在不同地质约束条件下的生烃反应；用于控制高温高压反应系统的温压控制系统；地层流体注入系统，用于向高温高压反应系统中注入地层流体；对应连接在高温高压反应系统的出口端的排烃系统；用于对烃源岩生烃产物进行分离、收集和定量的产物分离定量系统，产物分离定量系统包括连接在高温高压反应系统的入口端的溶剂驱替器和连接在排烃系统的出口端的气液分离罐；以及设置在排烃系统和气液分离罐之间的抽真空系统，抽真空系统用于对高温高压反应系统、排烃系统和产物分离定量系统进行抽真空。本发明还提供了一种生烃动力学模拟实验方法。

Description

一种生烃动力学模拟实验装置及方法

技术领域

本发明属于油气地球化学和石油地质勘探技术领域，具体涉及一种生烃动力学模拟实验装置。本发明还涉及一种生烃动力学模拟实验方法。

背景技术

生烃动力学是油气地球化学研究及油气勘探的重要手段，其是基于地质过程和化学动力学的理论模型设计相应的实验装置，并经过特定的数据处理软件，把实验所获得的烃岩源生烃动力学参数外推到地质过程，通过生烃动力学模型既可以预测不同阶段的油气产量，又可以对油气组成作出更精细的推断。

现有技术中，基于不同的反应级数和反应类型，国内外先后发展了多种计算生烃动力学参数的数学模型。例如，总包n级反应模型、总包一级反应模型、串联一级反应模型、最大反应速率模型、无数平行一级反应模拟以及一系列平行一级反应模型。其中，一系列平行的一级化学反应模型是目前广泛采用的适合于各种类型有机质的生烃动力学模型，主要将有机质热解生烃反应视为若干个具有不同或相同频率因子、不同表观活化能同时发生的平行一级反应，其被大多数学者接受。然而若想要获取生烃动力学的关键参数，需要开展不同加热温度、不同加热时间或不同升温速率条件下的三组以上的生烃模拟实验，根据烃产率结果才能求解生烃动力学方程，获取动力学参数。由此，生烃动力学模拟实验装置显得尤为重要。

目前，最为常用的生烃动力学模拟实验装置主要包括开放体系生烃动力学和封闭体系生烃动力学装置两大类。开放体系生烃动力学实验装置例如有Rock-Eval热解仪、PY-GC热解—气相色谱仪等。开放体系模拟实验装置存在的缺点是无法考虑压力对生烃过程的影响，且在地质条件下，源岩生烃并不完全开放，因此通过开放体系模拟实验装置得到的实验数据很难直接应用于地质条件下。封闭体系生烃动力学实验装置例如有小体积密封模拟装置MSSV、黄金管-高压釜限定体系等。封闭体系生烃动力学实验装置生成的液态组分无法排出体系之外，在高温条件下液态烃与重烃气体组分都会发生裂解，一定程度上会夸大天然气的生成量，而低估了生油潜力。此外，由于两种反应实验条件(体系的性质)与地质条件缺乏可比性，导致热解组分与实际生烃过程不匹配，数学计算中许多参数存在不确定性，通过这些方法获得的活化能和频率因子推算到地质条件下，其结果往往与实际差异较大。地质条件下，烃源岩的生烃是有机物在烃源岩有限的孔隙空间内，受上覆岩层静岩压力、地层流体压力及地层流体共同作用下、生烃-排烃过程联动控制的一种复杂的物理化学反应。现有技术中提供有比较接近地质条件下的生烃模拟实验装置，虽然实现了能够在尽可能保留样品的原始孔隙、在一个有限的生烃空间里、同时考虑到与地质条件相近的地层流体压力、上覆静岩压力条件下进行烃源岩的加温加压密闭或可控生、排烃模拟实验。然而用于生烃动力学研究仍然存在一些问题，例如，每次只能进行一个温度、压力、时间的模拟实验(耗时4-5天)，开展生烃动力学方式(至少3组不同升温速率)实验耗时长。并且，样品室壁上容易残留烃，在卸样后室温用有机溶剂清洗，容易造成轻烃损失。此外，产物分离收集系统是通过冷阱进行简单的气、液分离，液态烃定量采用恒重法，定量过程中也会造成轻烃损失，从而影响动力学模型数据的准确性。

发明内容

针对如上所述的技术问题，本发明旨在提出一种生烃动力学模拟实验装置，其能够同时实现多组有机物在烃源岩有限的孔隙空间内，受上覆岩层静岩压力、地层流体压力及地层流体共同作用下、生烃-排烃过程联动控制作用下的模拟实验，并能够大大提高地层条件约束下的模拟实验效率。该模拟实验装置能够对生烃全组分进行收集定量，有效增强实验精度和提高分析效率，能够得出更合理的生烃动力学参数，非常有利于开展成烃机制、油气运移、盆地油气生成量和油气资源预测方面的研究。

本发明还提出一种生烃动力学模拟实验方法。

为此，根据本发明的第一方面，提供了一种生烃动力学模拟实验装置，包括：多个并联连接的高温高压反应系统，所述高温高压反应系统用于模拟烃源岩在不同地质约束条件下的生烃反应；用于控制所述高温高压反应系统的温度、压力和时间参数的温压控制系统；地层流体注入系统，用于向所述高温高压反应系统中注入地层流体；对应连接在所述高温高压反应系统的出口端的排烃系统，所述排烃系统用于收集生烃动力学模拟实验过程中排出烃源岩的烃类；用于对烃源岩生烃产物进行分离、收集和定量的产物分离定量系统，所述产物分离定量系统包括连接在所述高温高压反应系统的入口端的溶剂驱替器和连接在所述排烃系统的出口端的气液分离罐；以及设置在所述排烃系统和所述气液分离罐之间的抽真空系统，所述抽真空系统用于对所述高温高压反应系统、所述排烃系统和产物分离定量系统进行抽真空。

在一个实施例中，所述高温高压反应系统包括高温高压反应釜、设置在所述高温高压反应釜中的样品室、放置在所述样品室的内部的样品，所述高温高压反应釜构造成能够对所述样品进行加温加压以进行生烃动力学模拟实验。

在一个实施例中，所述高温高压反应系统还包括布置在所述样品室的内部的多孔介质衬层，所述多孔介质衬层构造成包括圆柱形本体和能够与所述圆柱形本体密封连接的顶盖，所述样品布置在所述圆柱形本体的内部。

在一个实施例中，所述多孔介质衬层孔隙度为处于15％-30％的范围内，所述多孔介质衬层的渗透率为处于0.1-1μm²的范围内。

在一个实施例中，所述温压控制系统包括加热炉、施压器和温压控制器，所述温压控制器分别与所述加热炉和所述施压器连接，

所述高压反应系统设置在所述加热炉的内部，所述施压器设置在所述高温高压反应釜的顶部，所述温压控制器用于控制所述加热炉和所述施压器以对所述高温高压反应釜进行加温加压。

在一个实施例中，所述地层流体注入系统包括地层流体罐，在所述地层流体罐的内部设有活塞从而分出第一腔体和第二腔体，在所述第一腔体内盛放实验用的地层流体，在所述第二腔体内填充有液体，

所述第一腔体与所述高温高压反应釜连通，所述第二腔体连接有第一高压泵，通过所述第一高压泵能够将所述第一腔体内的地层流体注入所述高温高压反应釜中。

在一个实施例中，所述排烃系统包括排烃器和高压电动阀，所述高压电动阀通过截止阀连接在所述高温高压反应系统和所述排烃器之间。

在一个实施例中，所述排烃器包括设有上腔体和下腔体的活塞腔，所述上腔体分别与所述高温高压反应系统和所述气液分离罐连通，在所述下腔体内填充有液体，

所述下腔体连接有能够自动进退的第二高压泵，所述排烃器在所述第二高压泵的作用下能够通过所述上腔体收集所述高温高压反应系统排出的烃，并能够将收集的烃排入所述气液分离罐中。

在一个实施例中，所述溶剂驱替器包括设有第一容腔和第二容腔的活塞腔，在所述第一容腔内盛放有机溶剂，在所述第二容腔内填充有液体，

所述第一容腔与所述高温高压反应釜连通，所述第二容腔连接有第三高压泵，通过所述第三高压泵能够将所述第一容腔内的有机溶剂注入所述高温高压反应釜中。

在一个实施例中，所述产物分离定量系统还包括与所述气液分离罐连通的气体计量收集器和轻烃收集罐，所述气体计量收集器和所述轻烃收集罐分别用于收集所述气液分离罐分离的气体和轻烃。

在一个实施例中，在所述轻烃收集罐和所述气液分离罐之间设有轻烃净化器，所述轻烃收集罐设置在冷阱中，所述气液分离罐设置在电子冷热阱中。

在一个实施例中，所述气液分离罐设有观察窗，通过所述观察窗能够观察所述气液分离罐内流体的颜色。

根据本发明的第二方面，提出了一种生烃动力学模拟实验方法，包括以下步骤：

步骤一：提供如上所述的生烃动力学模拟实验装置；

步骤二：提供烃源岩样品和地层流体，并根据所述烃源岩样品所在地区的地层情况设定实验参数；

步骤三：将所述烃源岩样品分别对应安装到多个所述高温高压反应釜中并进行密封后，将多个所述高温高压反应釜放置于加热炉中；

步骤四：检查所述高温高压反应系统的气密性；

步骤五：通过温压控制器控制施压器和加热炉对所述高温高压反应釜进行升温加压，从而模拟生烃动力学实验；

步骤六：通过所述产物分离定量系统对所述高温高压反应釜中生成的产物进行收集定量，从而得到实验数据，并通过烃源岩生烃动力学方程和参数计算所述实验数据；

其中，所述实验参数包括加热温度、静岩压力、地层流体压力、静水压力、加热速率、时间，以及所述高温高压反应系统与所述排烃系统之间的压力差。

在一个实施例中，所述步骤三包括以下子安装步骤：

将所述烃源岩样品切割形成多个圆柱体形样品；

将样品室对应放入高温高压反应釜中；

将多孔介质层对应放入所述样品室中；

将多个所述圆柱体形样品分别对应放入所述多孔介质层中，并对所述多孔介质层进行密封，从而完成所述烃源岩样品的安装。

在一个实施例中，所述步骤四包括以下子检查步骤：

关闭地层流体罐、溶剂驱替器和所述抽真空系统，开启所述排烃系统中的第二高压泵，以将排烃器内的活塞顶升至上腔体的顶部；

启动温度控制器控制施压器对高温高压釜施加密封压力；

启动抽真空系统对所述高温高压反应系统和所述排烃系统进行抽真空；

关闭所述抽真空系统，打开所述地层流体罐向所述高温高压釜中注入地层流体，并保持一段时间；

观察所述高温高压釜中地层流体的压力，当地层压力降低，重复上述各子检查步骤，直至地层压力不下降，从而完成所述高温高压反应系统的气密性检查。

在一个实施例中，所述步骤五包括以下子实验步骤：

子实验步骤一：启动温度控制器控制施压器对所述高温高压釜中的烃源岩样品施加设定的静岩压力；

子实验步骤二：启动温压控制器按设定的加热速率、加热温度和时间设置程序，从而进行生烃动力学模拟实验；

子实验步骤三：在所述高温高压反应系统与所述排烃系统的压力差达到设定压力差值时，所述排烃系统中的高压电动阀自动开启，使得所述高温高压反应系统压力降至静水压力值；

子实验步骤四：重复子实验步骤三直至模拟实验结束。

在一个实施例中，所述步骤六包括以下子收集定量步骤：

通过所述抽真空系统对所述产物分离定量系统中的气液分离罐、气体计量收集器和轻烃收集罐进行抽真空；

启动电子冷热阱的制冷模式，并将所述高温高压反应系统中的生烃产物通入所述气液分离罐，生烃产物中的液态烃和地层流体被冷冻在气所述液分离罐中，气体和轻烃分别进入所述气体计量收集器和所述轻烃收集罐进行收集和定量；

通过溶剂驱替器驱替所述高温高压反应釜和所述排烃器及管线中残留的烃类；

启动所述电子冷热阱的加热模式，使得轻烃继续进入所述轻烃收集罐；

对收集的轻烃、气体和剩余的所述烃源岩样品进行测定。

与现有技术相比，本申请的优点之处在于：

根据本发明的生烃动力学模拟实验装置能够同时实现多组有机物在烃源岩有限的孔隙空间内，受上覆岩层静岩压力、地层流体压力及地层流体共同作用下、生烃-排烃过程联动控制作用下的模拟实验，并能够大大提高地层条件约束下的模拟实验效率。模拟实验装置通过产物分离定量系统能够对生烃全组分进行收集定量，有效增强了实验精度和提高了分析效率，并能够得出更合理的生烃动力学参数，非常有利于开展成烃机制、油气运移、盆地油气生成量和油气资源预测方面的研究。产物分离定量系统能够在生烃产物收集定量过程通过溶剂驱替器驱替高温高压反应釜中的多孔介质衬层、排烃器及管线中残留的烃类，从而有效避免轻烃损失。根据本发明的生烃动力学模拟实验方法使用模拟实验装置，其控制精度高，可控性强，能够大大提高模拟实验效率，并且能够有效保证实验数据精度，显著增强模拟实验结果的可靠性。

附图说明

下面将参照附图对本发明进行说明。

图1是根据本发明的生烃动力学模拟实验装置结构示意图。

图2显示了图1所示生烃动力学模拟实验装置中的高温高压反应系统的结构。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。在本申请中，所有附图均为示意性的附图，仅用于说明本发明的原理，并且未按实际比例绘制。

具体实施方式

下面通过附图来对本发明进行介绍。

图1是根据本发明的生烃动力学模拟实验装置100结构示意图。如图1所示，生烃动力学模拟实验装置100包括多个以并联方式连接的高温高压反应系统10，高温高压反应系统10用于模拟烃源岩在不同地质约束条件下(如不同温度、压力时间等)的生烃反应。高温高压反应系统10包括高温高压反应釜11、设置在高温高压反应釜11中的样品室12、放置在样品室12的内部的样品13，高温高压反应釜11构造成能够对样品13进行加温加压以进行生烃动力学模拟实验。高温高压反应釜在高温高压环境下不会产生蠕变，其具有良好的耐腐蚀性，从而能够有效模拟生烃动力学实验所需的高温高压环境。

根据本发明，高温高压反应系统10还包括布置在样品室12的内部的多孔介质层14。如图2所示，多孔介质衬层14构造成包括圆柱形本体141和与圆柱形本体141适配安装的顶盖142。样品13用于布置在圆柱形本体141的内部。顶盖142与圆柱形本体141采用螺纹连接方式固定安装，并进行密封。样品13例如可以为采集的烃源岩样品，在实验中，烃源岩样品需要进行切割从而形成能够装入多孔介质衬层14中的样品13。例如，样品13可以切割为圆柱体形，且直径小于圆柱形本体141的内径，长度小于圆柱形本体141的长度。

在本实施例中，多孔介质衬层14采用孔隙度和渗透率高的材料制成。多孔介质衬层14的孔隙度为处于15％-30％的范围内，多孔介质衬层14的渗透率为处于0.1-1μm²的范围内。优选地，多孔介质衬层14可以采用不锈钢烧结材料制成。多孔介质衬层14能够形成较好的孔渗条件，从而有效避免烃源岩生成的油滞留在样品里和样品表面，而能够直接排入多孔介质衬层14，有利于清洗和收集。多孔介质衬层14能够模拟地下烃源岩附近的储集岩(储层)，从而使生烃动力学模拟实验装置100的模拟实验环境更接近地质条件。

根据本发明，生烃动力学模拟实验装置100还包括温压控制系统20。如图1所示，温压控制系统20包括多个加热炉21、多个施压器22和温压控制器23。温压控制器23通过信号线(图1中的虚线连接线)分别与加热炉21和施压器22连接，用于控制加热炉21和施压器22工作。高压反应系统10设置在相应的加热炉21的内部，加热炉21用于对高压反应系统10进行加热升温。施压器22设置在相应的高温高压反应釜11的顶部，施压器22用于对高温高压反应釜11施加压力。在实际实验过程中，通过温压控制器23控制加热炉21和施压器22对高温高压反应釜11进行加温加压，从而模拟出烃源岩在不同温度、压力和时间等地质约束条件下的实验环境。

在本实施例中，施压器22能够同时提供实验过程中的样品13受到的静岩压力和高温高压反应系统10的密封压力。其中，样品13受到的静岩压力为0-200MPa，高温高压反应系统10的密封压力为0-200MPa。加热炉21的最高加热温度不低于600℃。并且，加热炉21的升温速度设置成能够调节，在加热过程中温度均匀性好，精度能够保证在正负1度的范围内。加热炉21温压控制器23能够能通过程序设置，从而控制实验过程中不同高温高压反应系统10中的高温高压反应釜11的温度和压力。在一个实施例中，加热炉21可以采用热风循环高温箱式点加热炉。

如图1所示，生烃动力学模拟实验装置100还包括地层流体注入系统30。地层流体注入系统30包括地层流体罐31，在地层流体罐31的内部设有活塞从而分出第一腔体和第二腔体。在第一腔体内盛放实验用的地层流体，在第二腔体内填充有液体，液体可以为蒸馏水或自来水。第一腔体设通过管线(图1中的实线连接线)与高温高压反应釜11连通，第二腔体连接有第一高压泵32。通过第一高压泵32能够向第二腔体内泵入蒸馏水或自来水，以增加第二腔体内液体压力，从而推动活塞向第一腔体方向运动，从而将第一腔体内的地层流体注入高温高压反应釜11中。

在本实施例中，在地层流体罐31的出口端设有一个截止阀311，同时在高温高压反应釜11的入口端设有一个截止阀15。优选地，截止阀311和截止阀15均连接在管线上。在实验过程中，通过开启或关闭截止阀311、截止阀15来控制实验进行。第一高压泵32的最高工作压力不低于100MPa，且截止阀311、截止阀15和连接管线耐压100MPa。

根据本发明，生烃动力学模拟实验装置100还包括排烃系统40。如图1所示，排烃系统40通过管线连接在相应的高温高压反应系统10的出口端。排烃系统40包括排烃器41和高压电动阀42，高压电动阀42通过一个截止阀411连接在高温高压反应系统10和排烃器41之间的管线上。高压电动阀42耐压不低于100MPa，且具有良好的抗腐蚀性能。

在本实施例中，排烃器41包括设有上腔体和下腔体的活塞腔，上腔体用于收集高温高压反应系统10排出的烃，在下腔体内填充有液体，液体可以为蒸馏水或自来水。上腔体通过管线与高温高压反应釜11连通，下腔体连接有能够自动进退的第二高压泵43，从而使排烃器41能够收集烃，并能够将所上腔体内收集的烃排入气液分离罐(见下文)中。第二高压泵43的最高工作压力不低于100Mpa。

根据本发明，生烃动力学模拟实验装置100还包括产物分离定量系统，产物分离定量系统用于烃源岩生烃产物的分离、收集和定量。如图1所示，产物分离定量系统包括设置在高温高压反应系统10的入口端的溶剂驱替器61。溶剂驱替器61包括设有第一容腔和第二容腔的活塞腔。在第一容腔内盛放有机溶剂，优选地，有机溶剂为二氯甲烷或正己烷与丙醇混合液，且二氯甲烷或正己烷与丙醇的浓度比为85:15。在第二容腔内填充有液体，液体可以为蒸馏水或自来水。第一容腔通过管线与高温高压反应釜11连通。第二容腔连接有第三高压泵611，同样地，通过第三高压泵611能够将第一容腔内的有机溶剂注入高温高压反应釜11中。

在本实施例中，溶剂驱替器61与地层流体注入系统30并联连接在高温高压反应系统10的入口端。在溶剂驱替器61的出口端设有一个截止阀612。截止阀612作为开关阀，通过开启或关闭截止阀612来控制溶剂驱替器61。

根据本发明，产物分离定量系统还包括气液分离罐62、分别与气液分离罐62连通的气体计量收集器63和轻烃收集罐64。气液分离罐62连接在排烃系统40的出口端。气体计量收集器63和轻烃收集罐64分别通过管线连接在气液分离罐62的出口端。在气体计量收集器63与气液分离罐62连通的管线上设有截止阀631，在轻烃收集罐64与气液分离罐62连通的管线上设有截止阀641。在一个实施例中，气液分离罐62的体积为250ml，轻烃收集罐64的体积为50ml。

如图1所示，在轻烃收集罐64和气液分离罐62之间设有轻烃净化器65。气液分离罐62设置在电子冷热阱67中，轻烃收集罐64设置在冷阱66中。气液分离罐62设有观察窗，通过观察窗能够观察气液分离罐62内流体的颜色。

在实际模拟实验过程，当启动产物分离定量系统收集高温高压反应系统10中的生烃产物时，通过启动电子冷热阱67的制冷模式直至使气液分离罐62的温度低于0℃。由此，高温高压反应系统10排出的液态烃和地层流体被冷冻在气液分离罐62中，排出的气体进入气体计量收集器62进行收集和定量，排出的轻烃经轻烃净化器65净化后进入轻烃收集罐64中。并且，通过溶剂驱替器61能够驱替高温高压反应釜11内的多孔介质衬层14、排烃器41以及管线中残留的烃类，直至从气液分离罐62的看到流体颜色呈无色时为止，从而通过溶剂驱替器61能够使高温高压反应釜11内的多孔介质衬层14、排烃器41以及管线中残留的烃类完全进入气液分离罐62。然后，通过启动电子冷热阱67的加热模式直至气液分离罐62的温度达到40℃，轻烃继续进入轻烃收集罐64中，最后依次卸载气液分离罐62和轻烃收集罐64，从而完成生烃产物的收集定量。

根据本发明，生烃动力学模拟实验装置100还包括抽真空系统。如图1所示，抽真空系统设置在排烃系统40和气液分离罐62之间。抽真空系统用于在实验前对高温高压反应系统10和排烃系统40抽真空，在实验结束后对产物收集定量系统抽真空。抽真空系统包括真空泵50，真空泵50设置在连接排烃系统40与气液分离罐62的管线上，在真空泵50的入口端的管线上通过子管线连接有截止阀51，在真空泵50的出口端设有截止阀52。真空泵50的最高负压不小于-0.1MPa。截止阀51、截止阀52和连接管线耐压100MPa。抽真空系统能够有效提高生烃动力学模拟实验装置100收集的生烃产物的纯度，有利于增强生烃动力学模拟实验的精度。

根据本发明，多个高温高压反应系统10以并联方式连接在地层流体系统30与抽真空系统50之间，且排烃系统40对应设置在各高温高压反应系统10的出口端。在图1所示实施例中，生烃动力学模拟实验装置100包括3个并联设置的高温高压反应系统10和3个排烃系统40。由此，形成3组并联连接的高温高压反应系统10和排烃系统40。各排烃系统40的出口端通过管线连通后与抽真空系统50连通。其中，各组中的高温高压反应系统10及排烃系统40相同，这里不再赘述。

根据本发明，还提出一种生烃动力学模拟实验方法，该生烃动力学模拟实验方法使用不根据本发明的生烃动力学模拟实验装置100。下面介绍使用生烃动力学模拟实验装置100的生烃动力学模拟实验方法。

首先，提供根据本发明的生烃动力学模拟实验装置100。

之后，提供烃源岩样品和地层流体。地层流体通过采集或配置烃源岩样品所在地区的地层流体而得到，并将地层流体盛装到地层流体注入系统30的地层流体罐31中。同时，根据烃源岩样品所在地区的地层情况设定生烃动力学模拟实验参数。生烃动力学模拟实验参数包括加热温度、静岩压力、地层流体压力、静水压力、加热速率、时间，以及所述高温高压反应系统与所述排烃系统之间的压力差。

之后，安装烃源岩样品。在安装烃源岩样品的过程中，首先将烃源岩样品切割形成多个圆柱体形样品。优选地，采用多节理脆性页岩取心机切割烃源岩样品。圆柱体形样品的直径小于多孔介质层14的内径，长度小于多孔介质层14的长度。然后，将样品室12对应放入高温高压反应釜11中。之后，将多孔介质层14对应放入样品室12中。之后，将圆柱体形样品分别对应安装到相应的多孔介质层14的圆柱形本体141中，并通过顶盖142进行密封，从而将样品密封安装到多孔介质层14的内部。之后，将安装有样品的高温高压反应釜11分别依次放入到相应的加热炉21中。同时，将施压器22分别安装到相应的高温高压反应釜11的顶部。由此，完成烃源岩样品的安装。

之后，检查高温高压反应系统10的气密性。首先，关闭地层流体罐31和溶剂驱替器61的出口端的截止阀311、612、真空泵50的入口端连接的截止阀51和真空泵50的出口端的截止阀52，而保持其他截止阀均处于开启状态，并开启各排烃系统40中的第二高压泵43，以将各排烃器41内的活塞顶升至上腔体的顶部。之后，启动温压控制器23控制各个施压器22对相应的高温高压釜11施加100MPa的密封压力。之后，启动真空泵50对高温高压反应系统10和排烃系统40进行抽真空。抽真空时间保持3至5min，直至真空泵50显示的真空度小于-0.1MPa。之后，关闭真空泵50，打开地层流体罐31的出口端的截止阀311，启动第一高压泵32，从而使地层流体罐31的第一腔体中的地层流体注入到各个高温高压反应釜10中，使得各个高温高压反应釜10中的地层流体的压力不低于50MPa，并保持10min。然后观察各个高温高压反应釜10中的地层流体的压力是否下降，若下降，则重复上述检查步骤，若没有下降，则关闭地层流体罐31的出口端的截止阀311，并打开真空泵50的入口端连接的截止阀51，以将各个高温高压反应釜10中的地层流体的压力降低至2MPa。由此，完成高温高压反应系统10的气密性检查。高温高压反应釜10中的地层流体的压力变化可以通过压力计(未示出)进行观察，压力计例如可以设置在高温高压反应釜11与高压电动阀42之间的管线上。

之后，通过温压控制器23控制施压器22对高温高压反应釜11进行升温加压，从而模拟生烃动力学实验。首先，关闭各高温高压反应系统10的入口端对应的截止阀15、各排烃器41的出口端对应的截止阀412，并通过温压控制器23控制施压器22对高温高压反应釜11内的样品施加设定的静岩压力。之后，通过温压控制器23控制按设定的加热速率、加热温度和时间设置的程序，从而进行生烃动力学模拟实验。在模拟实验过程中，在高温高压反应系统10与排烃系统40的压力差达到设定压力差值时，排烃系统40中的高压电动阀42自动开启，以使得高温高压反应系统10的压力降至静水压力值，高温高压反应系统10的压力降至静水压力值高压电动阀42关闭，然后重复该步骤，直至按照设定的升温速率进行实验而达到设定的温度时，模拟实验结束。

模拟实验结束后，依次对各个高温高压反应系统10生成的产物进行收集定量。具体为，通过产物分离定量系统对高温高压反应釜11中生成的产物进行收集定量，从而得到实验数据，并通过烃源岩生烃动力学方程和参数计算得到的实验数据。在收集定量过程中，首先，打开真空泵50的出口端(即气液分离罐62入口端)的截止阀52、气体计量收集器63和轻烃收集罐64的入口端的截止阀631、641，并启动真空泵50，以对产物收集系统抽真空。抽真空之间保持3至5min，直至真空泵50显示的真空度小于-0.1MPa后关闭真空泵50。之后，打开各个排烃器41的入口端的截止阀411和相应的高压电动阀42，以释放各个高温高压反应系统10中的生烃产物。同时，启动电子冷热阱67的制冷模式，使气液分离罐62的温度低于0℃，从而使高温高压反应系统10排出的液态烃和地层流体被冷冻在气液分离罐62中，排出的气体进入气体计量收集器62进行收集和定量，排出的轻烃经轻烃净化器65净化后进入轻烃收集罐64中。之后，关闭气体计量收集器63的入口端的截止阀631，打开各个高温高压反应系统10的入口端对应的截止阀15和溶剂驱替器61的出口端的截止阀612。启动第三高压泵611以将溶剂驱替器61的第一容腔内的有机溶剂注入高温高压反应系统10中，以驱替高温高压反应釜10中的多孔介质衬层14、排烃器41及管线中残留的烃类，直至从气液分离罐62的观察窗观察到流体颜色呈无色时为止。之后，关闭各个排烃器41的出口端对应的截止阀412和气液分离罐62的入口端的截止阀52，并启动电子冷热阱67的加热模式，使气液分离罐62的温度达到40℃，气液分离罐62中的轻烃继续通过轻烃净化器65净化后进入轻烃收集罐64中，最后依次卸载气液分离罐62和轻烃收集罐64，从而完成生烃产物的收集定量。由此，完成在地质条件约束下的生烃动力学模拟实验。

根据本发明，收集的轻烃按照《SY/T0542-2008稳定轻烃组分分析气相色谱法》测定，收集的气体按照《GB/T13610-2014天然气的组成分析气相色谱法》测定，气液分离罐中液态烃按照自然恒重法定量，高温高压反应釜11中取出的烃源岩样品后按照《SY/T5118-2005岩石中氯仿沥青的测定》测定。由此，得到实验数据，并通过烃源岩生烃动力学方程和参数计算实验数据。根据本发明的根据本发明的生烃动力学模拟实验装置100能够同时实现多组有机物在烃源岩有限的孔隙空间内，受上覆岩层静岩压力、地层流体压力及地层流体共同作用下、生烃-排烃过程联动控制作用下的模拟实验，并能够大大提高地层条件约束下的模拟实验效率。生烃动力学模拟实验装置100通过产物分离定量系统能够对生烃全组分进行收集定量，有效增强了实验精度和提高了分析效率，并能够得出更合理的生烃动力学参数，非常有利于开展成烃机制、油气运移、盆地油气生成量和油气资源预测方面的研究。产物分离定量系统能够在生烃产物收集定量过程通过溶剂驱替器61驱替高温高压反应釜10中的多孔介质衬层14、排烃器41及管线中残留的烃类，从而有效避免轻烃损失。生烃动力学模拟实验装置100实现了产物的轻烃收集和定量，实验数据更为科学。根据本发明的生烃动力学模拟实验方法使用模拟实验装置100，其控制精度高，可控性强，能够大大提高模拟实验效率，并且能够有效保证实验数据精度，显著增强模拟实验结果的可靠性。

最后应说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施方案而已，并不构成对本发明的任何限制。尽管参照前述实施方案对本发明进行了详细的说明，但是对于本领域的技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (17)

1.一种生烃动力学模拟实验装置，其特征在于，包括：

多个并联连接的高温高压反应系统(10)，所述高温高压反应系统用于模拟烃源岩在不同地质约束条件下的生烃反应；

用于控制所述高温高压反应系统的温度、压力和时间参数的温压控制系统(20)；

地层流体注入系统(30)，用于向所述高温高压反应系统中注入地层流体；

对应连接在所述高温高压反应系统的出口端的排烃系统(40)，所述排烃系统用于收集生烃动力学模拟实验过程中排出烃源岩的烃类；

用于对烃源岩生烃产物进行分离、收集和定量的产物分离定量系统，所述产物分离定量系统包括连接在所述高温高压反应系统的入口端的溶剂驱替器(61)和连接在所述排烃系统的出口端的气液分离罐(62)；以及

设置在所述排烃系统和所述气液分离罐之间的抽真空系统，所述抽真空系统用于对所述高温高压反应系统、所述排烃系统和所述产物分离定量系统进行抽真空。

2.根据权利要求1所述的生烃动力学模拟实验装置，其特征在于，所述高温高压反应系统包括高温高压反应釜(11)、设置在所述高温高压反应釜中的样品室(12)、放置在所述样品室的内部的样品(13)，所述高温高压反应釜构造成能够对所述样品进行加温加压以进行生烃动力学模拟实验。

3.根据权利要求2所述的生烃动力学模拟实验装置，其特征在于，所述高温高压反应系统还包括布置在所述样品室的内部的多孔介质衬层(14)，所述多孔介质衬层构造成包括圆柱形本体(141)和能够与所述圆柱形本体密封连接的顶盖(142)，所述样品布置在所述圆柱形本体的内部。

4.根据权利要求3所述的生烃动力学模拟实验装置，其特征在于，所述多孔介质衬层孔隙度为处于15％-30％的范围内，所述多孔介质衬层的渗透率为处于0.1-1μm²的范围内。

5.根据权利要求2所述的生烃动力学模拟实验装置，其特征在于，所述温压控制系统包括加热炉(21)、施压器(22)和温压控制器(23)，所述温压控制器分别与所述加热炉和所述施压器连接，

所述高压反应系统设置在所述加热炉的内部，所述施压器设置在所述高温高压反应釜的顶部，所述温压控制器用于控制所述加热炉和所述施压器以对所述高温高压反应釜进行加温加压。

6.根据权利要求2所述的生烃动力学模拟实验装置，其特征在于，所述地层流体注入系统包括地层流体罐(31)，在所述地层流体罐的内部设有活塞从而分出第一腔体和第二腔体，在所述第一腔体内盛放实验用的地层流体，在所述第二腔体内填充有液体，

所述第一腔体与所述高温高压反应釜连通，所述第二腔体连接有第一高压泵(32)，通过所述第一高压泵能够将所述第一腔体内的地层流体注入所述高温高压反应釜中。

7.根据权利要求1所述的生烃动力学模拟实验装置，其特征在于，所述排烃系统包括排烃器(41)和高压电动阀(42)，所述高压电动阀通过截止阀连接在所述高温高压反应系统和所述排烃器之间。

8.根据权利要求1或7所述的生烃动力学模拟实验装置，其特征在于，所述排烃器包括设有上腔体和下腔体的活塞腔，所述上腔体分别与所述高温高压反应系统和所述气液分离罐连通，在所述下腔体内填充有液体，

所述下腔体连接有能够自动进退的第二高压泵(43)，所述排烃器在所述第二高压泵的作用下能够通过所述上腔体收集所述高温高压反应系统排出的烃，并能够将收集的烃排入所述气液分离罐中。

9.根据权利要求2所述的生烃动力学模拟实验装置，其特征在于，所述溶剂驱替器包括设有第一容腔和第二容腔的活塞腔，在所述第一容腔内盛放有机溶剂，在所述第二容腔内填充有液体，

所述第一容腔与所述高温高压反应釜连通，所述第二容腔连接有第三高压泵(611)，通过所述第三高压泵能够将所述第一容腔内的有机溶剂注入所述高温高压反应釜中。

10.根据权利要求1所述的生烃动力学模拟实验装置，其特征在于，所述产物分离定量系统还包括与所述气液分离罐连通的气体计量收集器(63)和轻烃收集罐(64)，所述气体计量收集器和所述轻烃收集罐分别用于收集所述气液分离罐分离的气体和轻烃。

11.根据权利要求10所述的生烃动力学模拟实验装置，其特征在于，在所述轻烃收集罐和所述气液分离罐之间设有轻烃净化器(65)，所述轻烃收集罐设置在冷阱(66)中，所述气液分离罐设置在电子冷热阱(67)中。

12.根据权利要求1所述的生烃动力学模拟实验装置，其特征在于，所述气液分离罐设有观察窗，通过所述观察窗能够观察所述气液分离罐内流体的颜色。

13.一种生烃动力学模拟实验方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：提供根据权利要求1至12中任一项所述的生烃动力学模拟实验装置；

步骤二：提供烃源岩样品和地层流体，并根据所述烃源岩样品所在地区的地层情况设定实验参数；

步骤三：将所述烃源岩样品分别对应安装到多个所述高温高压反应釜中并进行密封后，将多个所述高温高压反应釜放置于加热炉中；

步骤四：检查所述高温高压反应系统的气密性；

步骤五：通过温压控制器控制施压器和加热炉对所述高温高压反应釜进行升温加压，从而模拟生烃动力学实验；

步骤六：通过所述产物分离定量系统对所述高温高压反应釜中生成的产物进行收集定量，从而得到实验数据，并通过烃源岩生烃动力学方程和参数计算所述实验数据；

其中，所述实验参数包括加热温度、静岩压力、地层流体压力、静水压力、加热速率、时间，以及所述高温高压反应系统与所述排烃系统之间的压力差。

14.根据权利要求13所述的生烃动力学模拟实验方法，其特征在于，所述步骤三包括以下子安装步骤：

将所述烃源岩样品切割形成多个圆柱体形样品；

将样品室对应放入高温高压反应釜中；

将多孔介质层对应放入所述样品室中；

将多个所述圆柱体形样品分别对应放入所述多孔介质层中，并对所述多孔介质层进行密封，从而完成所述烃源岩样品的安装。

15.根据权利要求13所述的生烃动力学模拟实验方法，其特征在于，所述步骤四包括以下子检查步骤：

关闭地层流体罐、溶剂驱替器和所述抽真空系统，开启所述排烃系统中的第二高压泵，以将排烃器内的活塞顶升至上腔体的顶部；

启动温度控制器控制施压器对高温高压釜施加密封压力；

启动抽真空系统对所述高温高压反应系统和所述排烃系统进行抽真空；

关闭所述抽真空系统，打开所述地层流体罐向所述高温高压釜中注入地层流体，并保持一段时间；

观察所述高温高压釜中地层流体的压力，当地层压力降低，重复上述各子检查步骤，直至地层压力不下降，从而完成所述高温高压反应系统的气密性检查。

16.根据权利要求13所述的生烃动力学模拟实验方法，其特征在于，所述步骤五包括以下子实验步骤：

子实验步骤一：启动温度控制器控制施压器对所述高温高压釜中的烃源岩样品施加设定的静岩压力；

子实验步骤二：启动温压控制器按设定的加热速率、加热温度和时间设置程序，从而进行生烃动力学模拟实验；

子实验步骤三：在所述高温高压反应系统与所述排烃系统的压力差达到设定压力差值时，所述排烃系统中的高压电动阀自动开启，使得所述高温高压反应系统压力降至静水压力值；

子实验步骤四：重复子实验步骤三直至模拟实验结束。

17.根据权利要求13所述的生烃动力学模拟实验方法，其特征在于，所述步骤六包括以下子收集定量步骤：

通过所述抽真空系统对所述产物分离定量系统中的气液分离罐、气体计量收集器和轻烃收集罐进行抽真空；

启动电子冷热阱的制冷模式，并将所述高温高压反应系统中的生烃产物通入所述气液分离罐，生烃产物中的液态烃和地层流体被冷冻在气所述液分离罐中，气体和轻烃分别进入所述气体计量收集器和所述轻烃收集罐进行收集和定量；

通过溶剂驱替器驱替所述高温高压反应釜和所述排烃器及管线中残留的烃类；

启动所述电子冷热阱的加热模式，使得轻烃继续进入所述轻烃收集罐；

对收集的轻烃、气体和剩余的所述烃源岩样品进行测定。

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