泥页岩比热容确定方法及装置与流程

本发明涉及石油勘探领域，特别涉及一种泥页岩比热容确定方法及装置。

背景技术：

近年来，泥页岩油气逐渐成为非常规油气领域勘探和研究的热点，原位改质技术是实现页岩油开采的有效途径，而有效评价原位加热改质过程中的热场分布是制约页岩油开采井位部署和经济核算的关键。目前的热场分布主要是通过anasys和fluent等软件开展模拟，而热场分布模拟过程中的重要参数比热容通常是采用常温常压下的差热分析仪测试得到的数据。由于泥页岩在温度超过350℃以后伴随生排烃，导致样品质量减少，从而不能获得高温比热数据，而常温常压数据不仅忽略了高温高压对页岩热性质的影响，也忽略了生成产物的影响，严重影响构建热场分布的精度。

目前页岩比热容的确定主要采用比较法，该方法基于蓝宝石标准物质的比热和待测物质进行比较获得待测物质的比热，但未分析在高温后泥页岩生排烃引起泥页岩样品质量变化的情况下，如何获得泥页岩样品的比热数据。

技术实现要素：

本发明实施例提出一种泥页岩比热容确定方法，用以获得泥页岩在高温阶段的比热容，且计算精度高，该方法包括：

对空白样品和标准岩石样品进行加热处理，获得空白样品和标准岩石样品的热流率与温度变化关系数据；

对泥页岩样品进行加压处理；

对加压处理后的泥页岩样品进行加热处理，获得加压处理后的泥页岩样品的热流率与温度变化关系数据；

根据空白样品、标准岩石样品和加压处理后的泥页岩样品的热流率与温度变化关系数据，获得泥页岩比热容。

本发明实施例提出一种泥页岩比热容确定装置，用以获得泥页岩在高温阶段的比热容，且计算精度高，该装置包括：

第一处理模块，用于对空白样品和标准岩石样品进行加热处理，获得空白样品和标准岩石样品的热流率与温度变化关系数据；

第二处理模块，用于对泥页岩样品进行加压处理；

第三处理模块，用于对加压处理后的泥页岩样品进行加热处理，获得加压处理后的泥页岩样品的热流率与温度变化关系数据；

比热容计算模块，用于根据空白样品、标准岩石样品和加压处理后的泥页岩样品的热流率与温度变化关系数据，获得泥页岩比热容。

本发明实施例还提出了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述泥页岩比热容确定方法。

本发明实施例还提出了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有执行上述泥页岩比热容确定方法的计算机程序。

在本发明实施例中，对空白样品和标准岩石样品进行加热处理，获得空白样品和标准岩石样品的热流率与温度变化关系数据；对泥页岩样品进行加压处理；对加压处理后的泥页岩样品进行加热处理，获得加压处理后的泥页岩样品的热流率与温度变化关系数据；根据空白样品、标准岩石样品和加压处理后的泥页岩样品的热流率与温度变化关系数据，获得泥页岩比热容。通过对泥页岩样品进行加压处理，防止泥页岩样品在加热过程中开裂产生质量损失，可提高泥页岩比热容的计算精度，然后对加压处理后的泥页岩样品进行加热处理，可加热到大于350℃的高温，从而可获得泥页岩在高温下的比热容，且计算精度高。

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。在附图中：

图1为本发明实施例中泥页岩比热容确定方法的流程图；

图2为本发明实施例中泥页岩比热容确定装置的结构示意图。

具体实施方式

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。

图1为本发明实施例中泥页岩比热容确定方法的流程图，如图1所示，该方法包括：

步骤101，对空白样品和标准岩石样品进行加热处理，获得空白样品和标准岩石样品的热流率与温度变化关系数据；

步骤102，对泥页岩样品进行加压处理；

步骤103，对加压处理后的泥页岩样品进行加热处理，获得加压处理后的泥页岩样品的热流率与温度变化关系数据；

步骤104，根据空白样品、标准岩石样品和加压处理后的泥页岩样品的热流率与温度变化关系数据，获得泥页岩比热容。

由图1所示，通过对泥页岩样品进行加压处理，防止泥页岩样品在加热过程中开裂产生质量损失，可提高泥页岩比热容的计算精度，然后对加压处理后的泥页岩样品进行加热处理，可加热到大于350℃的高温，从而可获得泥页岩在高温下的比热容，且计算精度高。

在一实施例中，在对空白样品和标准岩石样品进行加热处理，获得空白样品和标准岩石样品的热流率与温度变化关系数据之前，还可以包括：

将泥页岩样品和标准岩石样品处理成固定形状的样品，其中，泥页岩样品可以为泥页岩的原始岩心或露头样品，标准岩石样品可以为蓝宝石样品，固定形状与进行加热处理的装置有关，例如，利用圆柱形的坩埚进行加热，且坩埚内可放置直径为4.8毫米～4.9毫米、高为2毫米～4厘米的圆柱形，则需要将泥页岩样品和标准岩石样品处理为同样大小的圆柱形。例如，可利用线切割方法将泥页岩岩心制备成固定形状。

对空白样品进行加热处理，是指进行加热处理时，在加热处理的装置中不放入任何样品。

具体实施时，可将空白样品和标准岩石样品分别放入带压力阀的加压坩埚内，然后将带压力阀的加压坩埚内放入差示扫描量热仪内进行加热，带压力阀的加压坩埚可以为耐高温耐压钢制作的，且加压阀通过外螺扣安装在坩埚的顶部，当然，可以理解的是，差示扫描量热仪仅为距离，还可以采用成熟的商业设备或者基于差热原理的自研设备对空白样品和标准岩石样品进行加热处理，相关变化例均在本发明的保护范围之内。

将带压力阀的加压坩埚内放入差示扫描量热仪内进行加热具体过程可以包括：

启动差示扫描量热仪，并等待10分钟，以确保差示扫描量热仪内的温度稳定，然后将放入空白样品(即带压力阀的加压坩埚内不放入任何样品)的带压力阀的加压坩埚放入差示扫描量热仪内，差示扫描量热仪的升温程序均采用10℃/min～20℃/min之间某一升温速率，直至加热到指定温度，该指定温度可以为从室温到600℃之间的的高温，且指定的上限温度通过坩埚在马弗炉内爆破点确定，最后获得空白样品的热流率与温度变化关系数据，采用差示扫描量热仪进行以上加热处理时，可得到空白样品的热流率曲线，该热流率曲线记录了热流率与温度变化关系数据。

获得空白样品热流率与温度变化关系数据后，将差示扫描量热仪与带压力阀的加压坩埚降至室温，然后将标准岩石样品放入带压力阀的加压坩埚内，将带压力阀的加压坩埚放入差示扫描量热仪，采用与空白样品的相同的加热处理过程，获得标准岩石样品的热流率与温度变化关系数据，同样，标准岩石样品的热流率与温度变化关系数据也可以为热流率曲线。

在一实施例中，在对泥页岩样品进行加压处理之前，还可以包括：

对泥页岩样品进行干燥处理；

对干燥处理的泥页岩样品进行真空脱气处理；

对泥页岩样品进行加压处理，可以包括：

对真空脱气处理后的泥页岩样品进行加压处理。

具体实施时，对泥页岩样品进行干燥处理的干燥温度可以为25℃，以确保表面水分移除；然后对干燥处理的泥页岩样品进行真空脱气处理，以防止泥页岩样品氧化；为确保泥页岩样品稳定，可将真空脱气处理后的泥页岩样品放入干燥箱中待用，干燥箱可以为烘箱机或相关具有干燥功能的设备。

对将干燥箱内的泥页岩样品称重后，再对真空脱气处理后的泥页岩样品进行加压处理，以确保泥页岩样品的重量值的准确性，称重的天平精度要求达到万分之一。

对真空脱气处理后的泥页岩样品进行加压处理，放入降温至室温的坩埚内，用压力阀门对坩埚加压。在一实施例中，压力阀门可对坩埚进行垂直加压，加压可以达到10mpa，以确保样品在后续加热过程中不会出现层面破裂，因此不会造成质量损失。

然后，对加压处理后的泥页岩样品进行加热处理，获得加压处理后的泥页岩样品的热流率与温度变化关系数据，具体过程与获得空白样品和标准岩石样品的热流率与温度变化关系数据的过程相同。

在一实施例中，根据空白样品、标准岩石样品和加压处理后的泥页岩样品的热流率与温度变化关系数据，获得泥页岩比热容，可以包括：

根据空白样品、标准岩石样品和加压处理后的泥页岩样品的热流率曲线，获得泥页岩比热容。

在一实施例中，根据空白样品、标准岩石样品和加压处理后的泥页岩样品的热流率曲线，获得泥页岩比热容，可以包括：

获取标准岩石样品在预设温度下的比热容值、标准岩石样品重量值和泥页岩样品的重量值，其中泥页岩样品的重量值为干燥箱内的泥页岩样品称重获得的泥页岩样品的重量值；

根据计算空白样品和标准岩石样品的热流率曲线，计算预设温度下的空白样品和标准岩石样品的热流率的差值；

根据标准岩石样品和泥页岩样品的热流率曲线，计算预设温度下的标准岩石样品和泥页岩样品的热流率的差值；

根据标准岩石样品在预设温度下的比热容值、标准岩石样品重量值、泥页岩样品的重量值、预设温度下的空白样品和标准岩石样品的热流率的差值、预设温度下的标准岩石样品和泥页岩样品的热流率的差值，计算泥页岩样品在预设温度下的比热容值。

在一实施例中，可采用如下公式，计算泥页岩样品在预设温度下的比热容值：

cps＝(cpt×△s×wt)/(△t×ws)

其中，cps为泥页岩样品在预设温度下的比热容值；

cpt为标准岩石样品在预设温度下的比热容值；

△s为预设温度下的标准岩石样品和泥页岩样品的热流率的差值；

△t为预设温度下的空白样品和标准岩石样品的热流率的差值；

wt为标准岩石样品重量值；

ws为泥页岩样品的重量值。

下面给出一具体实施例，说明本发明实施例提出的泥页岩比热容确定方法的具体应用，选取鄂尔多斯盆地的4种泥页岩样品，标准岩石样品采用蓝宝石样品，采用压力阀的加压坩埚进行加热，因此，先利用线切割方法将泥页岩岩心和标准岩石样品制备成直径为4.8毫米～4.9毫米、高为2毫米～4厘米的圆柱形。

然后，启动差示扫描量热仪，并等待10分钟，以确保差示扫描量热仪内的温度稳定，然后将放入空白样品(即带压力阀的加压坩埚内不放入任何样品)的带压力阀的加压坩埚放入差示扫描量热仪内，差示扫描量热仪的升温程序采用10℃/min～20℃/min之间某一升温速率，直至加热到600℃，最后获得空白样品的热流率曲线，该热流率曲线记录了从25℃到600℃之间的热流率与温度变化关系数据。

获得空白样品热流率与温度变化关系数据后，将差示扫描量热仪与带压力阀的加压坩埚降至室温，然后将标准岩石样品放入带压力阀的加压坩埚内，将带压力阀的加压坩埚放入差示扫描量热仪，采用与空白样品的相同的加热处理过程，获得标准岩石样品的热流率曲线，该曲线记录从25℃到600℃的温度变化内标准岩石样品的热流率。

分别对4种泥页岩样品进行干燥处理，干燥温度为25℃，以确保表面水分移除；然后对干燥处理的4种泥页岩样品进行真空脱气处理，以防止泥页岩样品氧化；为确保泥页岩样品稳定，将真空脱气处理后的泥页岩样品放入干燥箱中待用。

对将干燥箱内的4种泥页岩样品称重后，再对真空脱气处理后的泥页岩样品进行加压处理，以确保泥页岩样品的重量值的准确性，称重的天平精度要求达到万分之一。

然后分别对4种泥页岩样品进行如下处理，获得4种泥页岩样品的热流率曲线：将压力阀门对坩埚进行垂直加压，加压达到10mpa，然后，将差示扫描量热仪与带压力阀的加压坩埚降至室温，将放入泥页岩样品的带压力阀的加压坩埚放入差示扫描量热仪内，差示扫描量热仪的升温程序采用10℃/min～20℃/min之间某一升温速率，直至加热到600℃，最后获得泥页岩样品的热流率曲线，该曲线记录从25℃到600℃的温度变化内泥页岩样品的热流率。

采用如下公式，分别计算4种泥页岩样品在25℃下的比热容值：

cps＝(cpt×△s×wt)/(△t×ws)

其中，cps为泥页岩样品在25℃下的比热容值，单位为j/g*k；

cpt为标准岩石样品在25℃下的比热容值，单位为j/g*k；

△s为25℃下的标准岩石样品和泥页岩样品的热流率的差值，单位为毫瓦(mw)；

△t为25℃下的空白样品和标准岩石样品的热流率的差值，单位为毫瓦(mw)；

wt为标准岩石样品重量值，单位为毫克(mg)；

ws为泥页岩样品的重量值，单位为毫克(mg)。

采用同样的公式，分别计算4种泥页岩样品在100℃、200℃、300℃、400℃、500℃和600℃下的比热容值，表1列出了4种泥页岩样品在7种温度下的比热容值。

表14种泥页岩样品在7种温度下的比热容值

在本发明实施例中，对空白样品和标准岩石样品进行加热处理，获得空白样品和标准岩石样品的热流率与温度变化关系数据；对泥页岩样品进行加压处理；对加压处理后的泥页岩样品进行加热处理，获得加压处理后的泥页岩样品的热流率与温度变化关系数据；根据空白样品、标准岩石样品和加压处理后的泥页岩样品的热流率与温度变化关系数据，获得泥页岩比热容。通过对泥页岩样品进行加压处理，防止泥页岩样品在加热过程中开裂产生质量损失，可提高泥页岩比热容的计算精度，然后对加压处理后的泥页岩样品进行加热处理，可加热到大于350℃的高温，从而可获得泥页岩在高温下的比热容，且计算精度高。

另外，对泥页岩样品进行干燥处理，可确保表面水分移除，然后对干燥处理的泥页岩样品进行真空脱气处理，以防止泥页岩样品氧化，为确保泥页岩样品稳定，可将真空脱气处理后的泥页岩样品放入干燥箱中待用，对将干燥箱内的泥页岩样品称重后，再对真空脱气处理后的泥页岩样品进行加压处理，以上过程均可以提高泥页岩样品的质量的计算精度。压力阀门可对坩埚进行垂直加压，可确保样品在后续加热过程中不会出现层面破裂，因此不会造成质量损失，提高计算精度。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种泥页岩比热容确定装置，如下面的实施所述。由于这些解决问题的原理与一种泥页岩比热容确定方法相似，因此装置的实施可以参见方法的实施，重复之处不在赘述。

图2为本发明实施例中泥页岩比热容确定装置的结构示意图，如图2所示，该装置包括：

第一处理模块201，用于对空白样品和标准岩石样品进行加热处理，获得空白样品和标准岩石样品的热流率与温度变化关系数据；

第二处理模块202，用于对泥页岩样品进行加压处理；

第三处理模块203，用于对加压处理后的泥页岩样品进行加热处理，获得加压处理后的泥页岩样品的热流率与温度变化关系数据；

比热容计算模块204，用于根据空白样品、标准岩石样品和加压处理后的泥页岩样品的热流率与温度变化关系数据，获得泥页岩比热容。

在一实施例中，泥页岩比热容确定装置还包括：第一样品处理模块，用于将将泥页岩样品和标准岩石样品处理成固定形状的样品。

在一实施例中，泥页岩比热容确定装置还包括：

第二样品处理模块，用于：

对泥页岩样品进行干燥处理；

对干燥处理的泥页岩样品进行真空脱气处理；

第二处理模块202，进一步用于：

对真空脱气处理后的泥页岩样品进行加压处理。

综上所述，在本发明实施例中，对空白样品和标准岩石样品进行加热处理，获得空白样品和标准岩石样品的热流率与温度变化关系数据；对泥页岩样品进行加压处理；对加压处理后的泥页岩样品进行加热处理，获得加压处理后的泥页岩样品的热流率与温度变化关系数据；根据空白样品、标准岩石样品和加压处理后的泥页岩样品的热流率与温度变化关系数据，获得泥页岩比热容。通过对泥页岩样品进行加压处理，防止泥页岩样品在加热过程中开裂产生质量损失，可提高泥页岩比热容的计算精度，然后对加压处理后的泥页岩样品进行加热处理，可加热到大于350℃的高温，从而可获得泥页岩在高温下的比热容，且计算精度高。

另外，对泥页岩样品进行干燥处理，可确保表面水分移除，然后对干燥处理的泥页岩样品进行真空脱气处理，以防止泥页岩样品氧化，为确保泥页岩样品稳定，可将真空脱气处理后的泥页岩样品放入干燥箱中待用，对将干燥箱内的泥页岩样品称重后，再对真空脱气处理后的泥页岩样品进行加压处理，以上过程均可以提高泥页岩样品的质量的计算精度。压力阀门可对坩埚进行垂直加压，可确保样品在后续加热过程中不会出现层面破裂，因此不会造成质量损失，提高计算精度。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

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。