专利名称：一种分体式源岩生烃模拟系统及源岩生烃釜体的制作方法
技术领域：
本发明是关于源岩生烃模拟技术，特别是关于黄金管模拟实验系统，具体地讲是 关于一种分体式源岩生烃模拟系统及源岩生烃釜体。
背景技术：
在地质条件下，有机源岩生成油气是一个漫长而又复杂的地质过程，实验室内很 难完全模拟这种非常漫长的地质过程。自从Waples，L0patian等提出温度可以弥补时间的 地质效应后，人们就利用模拟实验的方法来模拟源岩在地质条件下的生烃情况，源岩生烃 模拟实验也成为油气资源评价和油气资源对比研究非常重要的手段。但是，由于不同的实验方法考虑的模拟因素不同，利用不同的模拟实验方法得到 的实验结果往往有比较大的差异。目前的模拟实验设备按照实验体系的开放程度分为开放 体系、封闭体系和半开放体系。地质条件下有机源岩生烃是一个边生边排的地质过程。开 放体系是最早出现的模拟实验设备类型，其模拟实验过程虽然也是一种边生边排的生烃过 程，但地质条件下源岩生成的烃并不是马上排出进入储层；而且开放体系模拟实验一般只 考虑温度对生烃过程的影响，而无法模拟压力对源岩生烃过程的影响。而半开放模拟体系 在虽然最接近地质条件，但受目前的技术手段的限制，目前还很难真正实现。封闭体系的模 拟实验方法是目前应用最广、应用效果最佳的模拟实验手段。在半开放模拟体系中，黄金管模拟实验系统是一种既考虑温度，又考虑外界流体 压力模拟实验系统，学者们比较认可。但目前的黄金管模拟实验系统是一种整体式的实验 系统，实验模拟的多个反应釜体都在一个加热系统中(例如，多个反应釜体都放在加热炉 的炉腔内)，不能对单个釜体的反应条件进行独立控制，给实验带来了诸多不便。
发明内容
本发明提供一种分体式源岩生烃模拟系统及源岩生烃釜体，以提高实验温度及压 力，并单独控制每个釜体的温度。为了实现上述目的，在一个实施例中，提供一种分体式源岩生烃模拟系统，所述系 统包括多个釜体，多个温控仪，计算机及至少一个压力泵；所述的多个釜体与多个温控仪 一一对应，且每个所述釜体与对应的温控仪相耦接，所述的多个温控仪分别与计算机相连 接，所述的多个釜体分别通过连接管线与压力泵相连接，所述的压力泵与所述的计算机相 耦接；其中，所述的压力泵用于向所述的釜体内部提供压力；所述的计算机通过温控仪控 制对应釜体的温度及升温程序；所述的釜体包括带有卡槽的釜体外壳；带有卡槽的釜体 盖，与所述釜体外壳卡合；密封堵头，具有密封锥面；所述密封堵头的外环设有与其相配合 的密封件；所述密封件的侧壁与所述釜体的内壁接触。为了实现上述目的，在另一实施例中，还提供一种源岩生烃釜体，所述的釜体包 括带有卡槽的釜体外壳；带有卡槽的釜体盖，与所述釜体外壳卡合；密封堵头，具有密封 锥面；所述密封堵头的外环设有与其相配合的密封件；所述密封件的侧壁与所述釜体外壳的内壁接触。本发明实施例的有益技术效果本发明可以对同一样品在不同温度点进行模拟， 也可以对不同样品在同一温度点进行模拟。同时釜体的抗压性能得到了提升，为探讨压力 对生烃的影响提供了可能。
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性的前提下，还可 以根据这些附图获得其他的附图。在附图中图1为本发明实施例分体式源岩生烃模拟系统的结构示意图；图2为本发明另一实施例分体式源岩生烃模拟系统的结构示意图；图3为本发明实施例分体式源岩生烃模拟系统的具体组成示意图；图4为本发明实施例两组实验的甲烷产率实验结果对比示意图；图5为本发明实施例两组实验的甲烷碳同位素实验结果对比示意图。
具体实施例方式为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发 明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并 不作为对本发明的限定。如图1所示，本发明提供一种分体式源岩生烃模拟系统，所述的系统包括多个釜 体101，多个温控仪102，计算机103及至少一个压力泵104 ；所述的多个釜体101与多个温 控仪102 —一对应，且每个所述釜体101与对应的温控仪102相耦接(图中仅示出了一个 釜体)，所述的多个温控仪102分别与计算机103相连接(图中仅示出了一个温控仪)，所 述的多个釜体101分别通过连接管线116与压力泵104相连接，所述的压力泵101与所述 的计算机103相耦接；其中，所述的压力泵104用于向所述的釜体101内部提供压力；所述 的计算机101通过温控仪控制对应釜体的温度及升温程序(升温速率，例如某一釜体的升 温速率设定为2°C/小时)。所述的釜体101包括带有卡槽的釜体外壳105 ；带有卡槽的釜体盖106，釜体盖 106的卡槽与所述釜体外壳的卡槽卡合；密封堵头107，具有密封锥面；所述密封堵头107 的外环设有与其相配合的密封件108 ；所述密封件108的侧壁与所述釜体外壳105的内壁 接触。压力泵104提供的压力将向上挤压密封堵头107，为了保证密封堵头能够很好的 向四周挤压密封件，所述密封锥面依作用在所述密封堵头上压力的方向呈渐缩状，即密封 锥面沿图1中向上的方向呈减缩状。当压力泵提供的压力压紧密封堵头时，密封堵头将会向四周挤压密封件，密封件 在密封堵头的挤压力作用下将产生向外的力而压紧釜体内壁，起到了很好的密封作用，另 外，在密封堵头和釜体盖之间还可以放置一个铜垫片109，铜垫片具有很好的延展性，在密 封堵头的挤压作用下能够使得釜体盖与釜体外壳之间的接触更加紧密。
所述密封堵头的剖面可以包括矩形部分及梯形部分，也可以为梯形，图1中密封 堵头的剖面包括矩形部分及梯形部分。图2密封堵头的剖面为梯形。所述的釜体还包括料篮110，位于所述釜体内部，用于放置装有源岩的黄金管 111。在所述釜体外壳105的外壁套有钢套112，可以起到保温作用；所述钢套中嵌入了 热电偶114及多根加热棒113(图中只示出一根加热棒)，加热棒113用于加热所述釜体；热 电偶114，嵌在所述钢套中，用于测量所述釜体的温度。所述的温控仪与所述的加热棒113 及热电偶114相耦接，计算机103根据热电偶114测量釜体的温度，通过控制温控仪将所述 釜体加热到设定的温度。所述的釜体还包括保温层115，套在所述钢套的外壁，以减少釜 体热量的散失。图3为本发明实施例分体式源岩生烃模拟系统的具体组成示意图。图中只示出了 两个釜体，本发明的分体式源岩生烃模拟系统可以有多个釜体(大于或等于20个釜体)。 多个釜体101与多个温控仪102 —一对应，且每个所述釜体101与对应的温控仪102相耦 接，所述的多个温控仪102分别与计算机103相连接，所述的多个釜体101分别通过连接管 线116与压力泵104相连接，所述的压力泵101与所述的计算机103相耦接。所述的分体式源岩生烃模拟系统还还包括真空容器117及真空泵118，真空容器 117用于放置所述的釜体，以减少釜体热量的散失；真空泵118连接所述的真空容器117。所述的密封堵头可以为合金密封堵头；所述的密封件可以为石墨密封件，本发明 不依此为限。分体式源岩生烃模拟系统通过计算机对系统中的每一个反应釜体进行单独的温 度和升温程序控制(升温速率控制等)，可以根据研究需要很好地对每一个反应釜体的反 应条件进行随意组合，为缩短整个模拟实验时间、提高模拟实验系统的利用效率提供了很 大的方便，为研究源岩生烃过程中的各种催化作用及无机烃类合成提供了可能。传统的模拟实验方法一般最高实验温度只能达到600°C、压力达到50MPa，在这个 温度及压力下，有机源岩在这样的温度和压力条件生烃能力并不能完全被释放，大大地影 响了实验数据的应用效果。本发明通过改变釜体结构和选择不同的实验加热方式，把分体式源岩生烃模拟系 统的最高模拟温度提高到800°C、釜体的最大承受压力提高到120MPa，为完全反映有机源 岩的生烃能力提供了可能。最高模拟压力提高到了 120MPa，为探讨压力对生烃作用的影响 提供了可能。本发明关键的技术环节包括一反应釜体高温高压密封、自动控制系统和保温系统 三个方面。1)反应釜材料选择及高温高压条件下的密封分体式源岩生烃模拟系统是一套高温、高压密闭的模拟实验体系，最大压力为 120MPa，最高模拟温度为800°C。本发明制作釜体的材料可以选择的Ns312镍基合金Alloy 600 (Ni-Cr-Fe)，Ni-Cr-Fe是一种标准的耐热、耐腐蚀、高强度的工程材料，其在800°C时的 抗拉强度达到531Mpa，屈服强度230Mpa，能很好的满足该实验的釜体要求，本发明不依此 为限，任何其它具备上述性能的材料可以代替Ni-Cr-Fe制作釜体。在压力泵的作用下，外 加压力流体从釜体底部进入釜体，釜体顶部采用如图1所示密封方式，带有锥面密封堵头和石墨圈密封进行密封。在高压条件下，内部压力高于外界压力，通过锁紧压制柔性石墨密 封件，使其产生伸展变形，从而密封效果更好。2)自动控制系统本系统选择分体式的模拟设备，每一个反应釜体有独立的加热系统，可根据实验 需要，通过计算机控制对不同的反应釜体进行独立的温度控制。3)保温系统为了保证反应釜内不同深度位置温度的均勻，采用加长的电热棒，使有效加热区 间温度更均勻。同时为了保证实验过程中环境温度不致太高，每一个反应釜体保温石棉 (钢套)周围增加了一个中空的真空容器117，真空泵可以对真空容器117抽真空，既减少 了反应釜体热量的散失，又可使实验室内不因反应釜的加热导致温度升高。在本发明的模拟实验过程中，同一样品既可以进行有外加流体压力的模拟实验， 同时又可以进行无外加流体压力的模拟实验；在实验过程中，可以对同一样品同时进行不 同升温速率的模拟实验。本发明适用于对烃源岩生油、生气研究、原油裂解研究、无机合成、压力对油气生 成作用的进一步探讨、不同催化剂对油气生成的影响。该套设备有20个单独的反应釜，可 以对同一样品在不同温度点进行模拟，也可以对不同样品在同一温度点进行模拟。实验结 果除了在油气资源评价方面有广泛的应用前景，同时通过对模拟生成物中生物标志化合物 分析及重要组分的碳、氢同位素分析，对于确定油气藏的生成环境和母质来源以及源-源 对比和油_源对比都有很好的指导作用。本发明的分体式源岩生烃模拟系统与整体式源岩生烃模拟系统，对同一样品采用 相同的外加流体压力及相同的升温速率条件进行模拟生气实验，所的得到的实验结果有很 好的一致性。但本发明在可以对同一样品同时进行不同升温速率的实验，其实验效率得到 很大提高。黄金管模拟实验体系是一套封闭的模拟实验系统，它是目前应用最广的一套模拟 实验系统，其最早是由国外研制开发的。目前的源岩生烃模拟系统都是整体式的热模拟实 验系统，所有反应釜体都在同一个加热体系中，如果不同釜体需要不同的升温速率，整体式 模拟体系就无能为力。分体式源岩生烃模拟系统有20个反应釜体，每一个釜体放置在一个 单独的加热系统中，且加热系统可以通过计算机进行温度、压力及升温速率的单独控制，这 对不同实验条件的自由选择带来了很大的方便，如图3所示。为了验证本发明的分体式源岩生烃模拟系统的可靠性，在50MPa压力条件下，分 别利用整体式与分体式源岩生烃模拟系统，设定2°C /小时和20°C /小时的升温速率对同 一样品进行了模拟实验。图4为本发明实施例两组实验的甲烷产率实验结果对比示意图； 图5为本发明实施例两组实验的甲烷碳同位素实验结果对比示意图；从图中可以发现两 套模拟实验系统所产生的气体主要组分_甲烷的产率和碳同位素结果都比较一致，而且分 体式源岩生烃模拟系统在650°C时2V /小时和20°C /小时两种升温速率条件下的甲烷已 经非常接近，基本能完全反映有机质的完整生气过程。本发明实施例的有益技术效果本发明可以对同一样品在不同温度点进行模拟， 也可以对不同样品在同一温度点进行模拟。同时釜体的抗压性能得到了提升，为探讨压力 对生烃的影响提供了可能。
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以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详 细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保 护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本 发明的保护范围之内。
权利要求
一种分体式源岩生烃模拟系统，其特征在于，所述的系统包括多个釜体，多个温控仪，计算机及至少一个压力泵；所述的多个釜体与多个温控仪一一对应，且每个所述釜体与对应的温控仪相耦接，所述的多个温控仪分别与计算机相连接，所述的多个釜体分别通过连接管线与压力泵相连接，所述的压力泵与所述的计算机相耦接；其中，所述的压力泵用于向所述的釜体内部提供压力；所述的计算机通过温控仪控制对应釜体的温度及升温程序；所述的釜体包括带有卡槽的釜体外壳；带有卡槽的釜体盖，与所述釜体外壳卡合；密封堵头，具有密封锥面；所述密封堵头的外环设有与其相配合的密封件；所述密封件的侧壁与所述釜体的内壁接触。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的釜体还包括垫片，夹持于所述釜体 盖与密封堵头之间。
3.如权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述密封堵头的剖面包括矩形部分及梯 形部分。
4.如权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述密封堵头的剖面为梯形。
5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述密封锥面依作用在所述密封堵头上压 力的方向呈渐缩状。
6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的釜体还包括料篮，位于所述釜体内 部，用于放置装有源岩的黄金管。
7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的釜体还包括钢套，套在所述釜体外 壳的外壁。
8.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的釜体还包括多根加热棒，嵌在所述 钢套中，用于加热所述釜体。
9.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述的釜体还包括热电偶，嵌在所述钢套 中，用于测量所述釜体的温度。
10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述的温控仪与所述的加热棒及热电偶相 華禹接。
11.如权利要求7或10所述的系统，其特征在于，所述的釜体还包括保温层，套在所 述钢套的外壁。
12.如权利要求1或11所述的系统，其特征在于，所述的系统还包括真空容器，用于 放置所述的釜体，以保持釜体温度不散失。
13.如权利要求12所述的系统，其特征在于，所述的系统还包括真空泵，连接所述的真空容器。
14.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的密封堵头为合金密封堵头。
15.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的密封件为石墨密封件。
16.一种源岩生烃釜体，其特征在于，所述的釜体包括带有卡槽的釜体外壳；带有卡槽的釜体盖，与所述釜体外壳卡合；密封堵头，具有密封锥面；所述密封堵头的外环设有与其相配合的密封件；所述密封件的侧壁与所述釜体外壳的 内壁接触。
全文摘要
一种分体式源岩生烃模拟系统及源岩生烃釜体，该系统包括多个釜体，多个温控仪，计算机及至少一个压力泵；每个釜体与对应的温控仪耦接，多个温控仪分别与计算机连接，多个釜体分别通过连接管线与压力泵连接，压力泵与计算机耦接；压力泵用于向釜体内部提供压力；计算机通过温控仪控制对应釜体的温度及升温程序；釜体包括带有卡槽的釜体外壳；带有卡槽的釜体盖，与釜体外壳卡合；密封堵头，具有密封锥面；密封堵头的外环设有与其相配合的密封件；密封件的侧壁与釜体外壳的内壁接触。本发明可以对同一样品在不同温度点进行模拟，也可以对不同样品在同一温度点进行模拟。同时釜体的抗压性能得到了提升，为探讨压力对生烃的影响提供了可能。
文档编号B01J3/04GK101916522SQ201010232819
公开日2010年12月15日 申请日期2010年7月16日 优先权日2010年7月16日
发明者刘建宪, 张水昌, 米敬奎, 陈建平 申请人:中国石油天然气股份有限公司