专利名称：成岩生烃排烃全过程热压模拟实验装置的制作方法
技术领域：
本发明有关于一种石油地质、矿产领域的实验装置，尤其有关于一种用于常规烃源岩生排烃过程模拟、非常规地层如页岩气的生成排驱过程模拟和岩石成岩过程模拟的成岩生烃排烃全过程热压模拟实验装置。
背景技术：
地质成岩作用、生烃和排烃相互制约，都受空隙介质流体性质与替换速率影响。因此实验模拟地质受热、受力、水-岩作用及其动态演化条件下岩石经过成岩、生烃并最终排烃的过程，是研究常规烃源岩生排烃、非常规油气岩石生烃和储集的机理与效率最有效的方法之一。其中，控制排烃是模拟反应系统启闭性和地下流体渗流流动行为的关键。现有技术中的成岩模拟实验装置，例如，中国专利号为01264260. 6号的“压实成 岩作用与油气生成和排驱模拟实验装置”，其主要由液压装置、加热装置、生成釜和控制装置构成。其中，生成釜的下方开设有两个口 ；液压装置包括液压缸、加压柱、压力传感器；力口热装置包括中频电源、大电容及均匀缠绕在生成釜外侧上的铜线；控制装置包括控制柜和与控制柜相连的计算机。当进行实验时，控制装置控制液压装置对生成釜施以高压，此时通过加热装置对生成釜进行加热，使生成釜产生高温并对生成釜内的实验样品加热。同时，通过生成釜下方的两个开口，实现向生成釜内注入流体，以模拟地质条件下生烃和排烃的过程。但是，上述现有技术的成岩模拟实验装置，在成岩模拟上，实现的是密封不流动或反复“水洗”般的流体快速流动，这显然与真实地质条件下流体缓慢的渗流流动差别较大，该种成岩模拟的实验参考性不高；另外，在生烃模拟上，实现的是完全封闭性生烃或完全开放性生烃，产物只有干酪根热解或完全的原油裂解，其没有模拟出早期生成的油部分发生裂解成气的情况；再有，在排烃模拟上，缺乏对半开放体系的精确控制和排烃方向的考虑，未实现排出烃与反应系统的隔离控制，因此不能有效评价生烃、排烃的化学组分上的差异。从现有的技术来看，人为分离了本来有机联系的成岩、生烃和排烃的地质过程，并且缺乏流体渗流行为模式的控制，现有技术中还没有一种考虑流体渗流行为且要模拟成岩、生烃和排烃全过程的实验装置，因此，有必要提供一种新的模拟实验装置，来克服上述缺陷。
发明内容
本发明的目的是提供一种成岩生烃排烃全过程热压模拟实验装置，该模拟实验装置充分考虑了流体渗流流动状况及其对成岩-生烃-排烃的影响、排烃模式与方向、复杂变温过程等实际地质情况，其能较为真实模拟地质条件下成岩与生排烃的全过程。本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现本发明提供一种成岩生烃排烃全过程热压模拟实验装置，所述成岩生烃排烃全过程热压模拟实验装置包括
高压釜，其内设有放置实验样品的实验样品室，所述高压釜的外侧套设有加热控温箱，所述高压釜的上端穿设有加压柱，所述高压釜的下端连接有密封施压部件，所述加压柱和所述密封施压部件分别连接有加压油泵；气动阀组，其包括连接在所述加压柱上的上排流体气动阀、连接在所述密封施压部件上的下排流体气动阀和连接在所述高压釜中部的中排流体气动阀，所述上排流体气动阀、所述中排流体气动阀和所述下排流体气动阀分别连接有控压防堵装置；矿物水加压泵，其连接在所述密封施压部件上。在优选的实施方式中，所述控压防堵装置包括控压阀、过滤三通阀 和防堵阀，所述控压阀的一端通过所述过滤三通阀与所述防堵阀的一端相连，其另一端通过三通阀与所述防堵阀的另一端相连，所述过滤三通阀与所述上排流体气动阀、所述中排流体气动阀或所述下排流体气动阀相连。在优选的实施方式中，所述控压阀包括激光孔管线和连接在所述激光孔管线两端的阀门。在优选的实施方式中，所述激光孔管线的直径为0. 3mm。在优选的实施方式中，所述过滤三通阀与所述防堵阀之间连接有控流管线，所述控流管线与所述控压阀并联设置。在优选的实施方式中，所述控流管线的直径为0. 8mm。在优选的实施方式中，在所述过滤三通阀与所述上排流体气动阀、所述中排流体气动阀或所述下排阀气动阀之间分别设有多孔过滤金属烧结板。在优选的实施方式中，所述控压防堵装置的另一端依次连接有气液分离器、气体计量装置和气体收集装置。在优选的实施方式中，所述气体计量装置包括气体计量罐和气体密封罐，所述气体计量罐与所述气体密封罐内分别设有可移动的活塞，所述气体计量罐与所述气体密封罐的底部相连通，所述气体计量罐的一端连接所述气体分离器，其另一端与所述气体收集装置相连。在优选的实施方式中，所述上排流体气动阀、所述中排流体气动阀和所述下排流体气动阀分别电连接计算机。在优选的实施方式中，所述密封施压部件与所述下排流体气动阀之间连接有三通管路，所述三通管路通过气动阀与所述矿物水加压泵相连。在优选的实施方式中，在所述加压柱与所述上排流体气动阀之间还连接有压力传感器。本发明的成岩生烃排烃全过程热压模拟实验装置的特点及优点是通过控压防堵装置对排烃量进行精确控制，可以使成岩、生烃反应的流体环境达到地质情况下的缓慢渗流条件，同时也可以模拟幕式瞬态流、稳态连续流两种排烃模式。另外，本发明通过上排流体气动阀、中排流体气动阀和下排流体气动阀的及时关闭，有效隔离了反应物和排出物，为进行滞留烃和排出烃的化学组成分析提供了基础；本发明通过加热控温箱进行加热控温，并通过控压防堵装置控制流体渗流流动状态，可更加逼近地质事实进行成岩、生烃反应的控制，且有效实现了成岩、生烃和排烃的全过程模拟，具有成岩模拟、生烃模拟和排烃模拟多功能。另外，在排烃模拟上，本发明通过上、中、下管路的设计，满足了科研所需的任何方向排烃组合模式，本发明更加有易于逼近地质事实的成岩反应环境控制。
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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I为本发明的成岩生烃排烃全过程热压模拟实验装置的结构示意图。图2为本发明的成岩生烃排烃全过程热压模拟实验装置的控压防堵装置的结构 示意图。
具体实施例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作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。如图I所示，本发明提供一种成岩生烃排烃全过程热压模拟实验装置，其包括高压釜I、气动阀组和矿物水加压泵2。其中，高压釜I内设有放置实验样品的实验样品室11，所述高压釜I的外侧套设有加热控温箱3，所述高压釜I的上端穿设有加压柱12，所述高压釜I的下端连接有密封施压部件13，所述加压柱12和所述密封施压部件13分别连接有加压油泵4 ;气动阀组包括连接在所述加压柱12上的上排流体气动阀41、连接在所述密封施压部件13上的下排流体气动阀42和连接在所述高压釜I中部的中排流体气动阀43，所述上排流体气动阀41、所述中排流体气动阀43和所述下排流体气动阀42分别连接有控压防堵装置5 ;矿物水加压泵2连接在所述密封施压部件13上。具体是，高压釜I为在高压下进行化学反应的设备，其实验样品室11内放置有待实验的岩石样品；高压釜I密闭在加热控温箱3内，该加热控温箱3用于模拟地下温度，其可进行反复升温降温的操作，可以模拟持续埋藏升温升压、埋藏过程中抬升降温降压和任意温压变化的情况。加压柱12穿设在高压釜I的上端，其上开设有与高压釜I的实验样品室11相连通的孔，气动阀组的上排流体气动阀41通过管线与加压柱12的孔相连，打开上排流体气动阀41，高压釜I的实验样品室11与外部相连通；高压釜I的中部开设有连通孔，气动阀组的中排流体气动阀43通过管线与高压釜I中部开设的连通孔相连通，打开中排流体气动阀43，高压釜I的实验样品室11与外部形成连通状态；密封施压部件13连接在高压釜I的下端，其上开设有与高压釜I的实验样品室11相连通的孔，气动阀组的下排流体气动阀42通过管线连接在密封施压部件13的孔上，打开下排流体气动阀42，高压釜I的实验样品室11与外部相连通，在本发明中，下排流体气动阀42是通过三通管路14与密封施压部件13的孔相连，该三通管路14的第三端还通过一气动阀15与该矿物水加压泵2相连，打开气动阀15，同时启动矿物水加压泵2，实现向高压釜I的实验样品室11内加注矿物水的目的。加压油泵4分别通过液压缸(图中未示出)与加压柱12和密封施压部件13相连，加压油泵4提供液压缸动力，液压缸带动加压柱12轴向向下移动，以压抵高压釜I中的岩石样品；该加压油泵4同时也通过另一液压缸带动密封施压部件13轴向向上移动，使密封施压部件13带动高压釜I向加热控温箱3的内顶壁移动，以实现高压釜I的密封，随着高压釜I的不断升高，加压柱12可进一步向高压釜I内移动以挤压岩石样品。在上排流体气动阀41、中排流体气动阀43和下排流体气动阀42上分别连接有控压防堵装置5，该控压防堵装置5可精确控制自高压釜I内排出的流体或气体的流量和流压，使成岩、生烃反应的流体环境达到地质情况下的缓慢渗流条件，以模拟更加逼近地质事实的成岩、生烃和排烃过程。本发明的成岩生烃排烃全过程热压模拟实验装置，在进行成岩模拟时，打开加压油泵4，此时高压釜I下端的密封施压部件13向上移动，推顶高压釜I向加热控温箱3的内 顶壁靠近，而连接在高压釜I上端的加压柱12向下移动，以挤压高压釜I实验样品室11内的岩石样品，在加压柱12挤压岩石样品的同时，打开气动阀15和矿物水加压泵2，矿物水自密封施压部件13上开设的孔流向高压釜I的实验样品室11内。在进行生烃模拟时，高压釜I通过加热控温箱3，实现了反复升降温过程的模拟，真正模拟地下生烃环境；另外，本发明通过上排流体气动阀41、中排流体气动阀43和下排流体气动阀42与控压防堵装置5的配合，可恒压持续排烃，还实现了早期生成的油在半封闭体系下部分发生裂解成气的控制。在进行排烃模拟时，本发明可选择打开上排流体气动阀41、中排流体气动阀43或下排流体气动阀42，以使高压釜I内产生的烃分别自高压釜I的上部、中部或下部排出，满足了科研所需的任何方向排烃模式的组合；另外，上排流体气动阀41、中排流体气动阀43和下排流体气动阀42与控压防堵装置5的有机结合，真正实现了全开放、封闭和半封闭体系下的幕式瞬态流、恒压稳态持续流多种排烃模式。本发明的成岩生烃排烃全过程热压模拟实验装置，通过控压防堵装置5对排烃量进行精确控制，可以使成岩、生烃反应的流体环境达到地质情况下的缓慢渗流条件，同时也可以模拟幕式瞬态流、稳态连续流两种排烃模式。另外，本发明通过上排流体气动阀41、中排流体气动阀43和下排流体气动阀42的及时关闭，有效隔离了反应物和排出物，为进行滞留烃和排出烃的化学组成分析提供了基础；本发明通过加热控温箱3进行加热控温，并通过控压防堵装置5控制流体渗流流动状态，可更加逼近地质事实进行成岩、生烃反应的控制，且有效实现了成岩、生烃和排烃的全过程模拟，具有成岩模拟、生烃模拟和排烃模拟多功能。再有，在排烃模拟上，本发明通过上、中、下管路的设计，满足了科研所需的任何方向排烃组合模式，本发明更加有易于逼近地质事实的成岩反应环境控制。如图2所示，根据本发明的一个实施方式，所述控压防堵装置5包括控压阀51、过滤三通阀52和防堵阀53，所述控压阀51的一端通过所述过滤三通阀52与所述防堵阀53的一端相连，其另一端通过三通阀54与所述防堵阀53的另一端相连，所述过滤三通阀52与所述上排流体气动阀41、所述中排流体气动阀43或所述下排流体气动阀42相连。具体是，所述控压阀51包括激光孔管线55和连接在所述激光孔管线55两端的阀门56。激光孔管线55是由激光穿孔形成的管线，该管线内侧壁光滑，且管线内的穿孔同轴度高，穿孔沿轴向方向直径大小均匀，当流体或气体自高压釜I内流出后，打开控压阀51的阀门56，高压釜I内的流体或气体便流入该激光孔管线55内，流体或气体在该激光孔管线55内不易堵塞，且流速均匀，在本发明中，激光孔管线55的直径为0. 3mm，可有效控制流体或气体的流速和流压，其控制精度偏差小于3MPa。进一步的，所述过滤三通阀52与所述防堵阀53之间连接有控流管线57，所述控流管线57与所述控压阀51并联设置。在本发明中，所述控流管线的直径为0.8mm。当控压阀51的激光孔管线55发生堵塞的状况时，为保证实验能够继续进行而不失败，特在控压阀51上并联设置控流管线57，打开防堵阀53，流体或气体可自该控流管线57流出控压防堵装置5。在本发明中，在过滤三通阀52与上排流体气动阀41、中排流体气动阀43或下排流体阀气动阀42之间分别设有多孔过滤金属烧结板58。该多孔过滤金属烧结板58用于过滤流体或气体中的杂质颗粒，防止控压防堵装置5堵塞。
根据本发明的一个实施方式，所述控压防堵装置的另一端依次连接有气液分离器
6、气体计量装置7和气体收集装置8。具体是，该气液分离器6与控压防堵装置5的三通阀54相连，自控压防堵装置5流出的流体或气体，经过气液分离器6进行气体和液体的分离，分离后的液体留置在气液分离器6内，而分离后的气体流入气体计量装置7内进行气体流量的计量。在本发明中，气体计量装置7由气体计量罐71和气体密封罐72相连组成，气体计量罐71与气体密封罐72内分别设有可轴向移动的活塞711和活塞721，在气体计量罐71的活塞711下部以及在气体密封罐72的活塞721下部装填有水，并且二者之间通过管线相互连通，自气液分离器6内分离出的气体，首先流入气体计量罐71内活塞711上部的 空间内，随着气体的不断增加，活塞711在气体压力的作用下向下移动，进而将活塞711下部的水压入气体密封罐72内，此时，气体密封罐72内的活塞721便向上移动，活塞721上部的空气被挤压而排出气体密封罐72，气体计量罐71内的活塞711和气体密封罐72内的活塞721用于气体产物少或多时的收集和密封，其可更好的密封气体计量罐71内的气体产 物，以便精确计量气体的体积。本发明的气体计量装置7，当气体计量罐71内收集的气体较少时，为便于将气体计量罐71内的气体排入气体收集装置8内，此时可通过向气体密封罐72内打压，通过气体密封罐72内活塞721上部空气的压力推抵活塞721，使气体计量罐71内的活塞711向上移动，实现气体计量罐71内气体的排出；当气体计量罐71内的气体较多时，活塞711和活塞721也可防止高压，并且，通过打开气体计量罐71上的阀门，即可将气体计量罐71内的气体排入至气体收集装置8内。根据本发明的一个实施方式，所述上排流体气动阀41、所述中排流体气动阀43和所述下排流体气动阀42分别电连接计算机9。本发明通过计算机9控制上排流体气动阀41、所述中排流体气动阀43和所述下排流体气动阀42的开启或关闭，达到自动化控制的目的。进一步的，在所述加压柱12与所述上排流体气动阀41之间还连接有压力传感器10。该压力传感器10用于感测自高压釜I上部排出烃的压力。本发明的计算机9还电连接有加压油泵4、气动阀15、矿物水加压泵2和压力传感器10，通过计算机9自动控制加压油泵4、气动阀15和矿物水加压泵2的开启或关闭，以实现本发明的成岩生烃排烃全过程热压模拟实验装置的自动化控制，同时压力传感器10可将其测量的压力数据传输给计算机9进行储存。以上所述仅为本发明的几个实施例，本领域的技术人员依据申请文件公开的内容可以对本发明实施例进行各种 改动或变型而不脱离本发明的精神和范围。
权利要求
1.一种成岩生烃排烃全过程热压模拟实验装置，其特征在干，所述成岩生烃排烃全过程热压模拟实验装置包括 高压釜，其内设有放置实验样品的实验样品室，所述高压釜的外侧套设有加热控温箱，所述高压釜的上端穿设有加压柱，所述高压釜的下端连接有密封施压部件，所述加压柱和所述密封施压部件分别连接有加压油泵； 气动阀组，其包括连接在所述加压柱上的上排流体气动阀、连接在所述密封施压部件上的下排流体气动阀和连接在所述高压釜中部的中排流体气动阀，所述上排流体气动阀、所述中排流体气动阀和所述下排流体气动阀分别连接有控压防堵装置； 矿物水加压泵，其连接在所述密封施压部件上。
2.如权利要求I所述的成岩生烃排烃全过程热压模拟实验装置，其特征在于，所述控压防堵装置包括控压阀、过滤三通阀和防堵阀，所述控压阀的一端通过所述过滤三通阀与所述防堵阀的一端相连，其另一端通过三通阀与所述防堵阀的另一端相连，所述过滤三通阀与所述上排流体气动阀、所述中排流体气动阀或所述下排流体气动阀相连。
3.如权利要求2所述的成岩生烃排烃全过程热压模拟实验装置，其特征在于，所述控压阀包括激光孔管线和连接在所述激光孔管线两端的阀门。
4.如权利要求3所述的成岩生烃排烃全过程热压模拟实验装置，其特征在于，所述激光孔管线的直径为O. 3mm。
5.如权利要求2所述的成岩生烃排烃全过程热压模拟实验装置，其特征在干，所述过滤三通阀与所述防堵阀之间连接有控流管线，所述控流管线与所述控压阀并联设置。
6.如权利要求5所述的成岩生烃排烃全过程热压模拟实验装置，其特征在干，所述控流管线的直径为O. 8mm。
7.如权利要求2所述的成岩生烃排烃全过程热压模拟实验装置，其特征在于，在所述过滤三通阀与所述上排流体气动阀、所述中排流体气动阀或所述下排阀气动阀之间分别设有多孔过滤金属烧结板。
8.如权利要求I所述的成岩生烃排烃全过程热压模拟实验装置，其特征在于，所述控压防堵装置的另一端依次连接有气液分离器、气体计量装置和气体收集装置。
9.如权利要求8所述的成岩生烃排烃全过程热压模拟实验装置，其特征在于，所述气体计量装置包括气体计量罐和气体密封罐，所述气体计量罐与所述气体密封罐内分别设有可移动的活塞，所述气体计量罐与所述气体密封罐的底部相连通，所述气体计量罐的一端连接所述气体分离器，其另一端与所述气体收集装置相连。
10.如权利要求I所述的成岩生烃排烃全过程热压模拟实验装置，其特征在于，所述上排流体气动阀、所述中排流体气动阀和所述下排流体气动阀分别电连接计算机。
11.如权利要求I所述的成岩生烃排烃全过程热压模拟实验装置，其特征在于，所述密封施压部件与所述下排流体气动阀之间连接有三通管路，所述三通管路通过气动阀与所述矿物水加压泵相连。
12.如权利要求I所述的成岩生烃排烃全过程热压模拟实验装置，其特征在于，在所述加压柱与所述上排流体气动阀之间还连接有压カ传感器。
全文摘要
一种成岩生烃排烃全过程热压模拟实验装置，其包括高压釜，其内设有放置实验样品的实验样品室，其外侧套设有加热控温箱，高压釜的上端穿设有加压柱，高压釜的下端连接有密封施压部件，加压柱和密封施压部件分别连接有加压油泵；气动阀组，其包括连接在加压柱上的上排流体气动阀、连接在密封施压部件上的下排流体气动阀和连接在高压釜中部的中排流体气动阀，上排流体气动阀、中排流体气动阀和下排流体气动阀分别连接有控压防堵装置；矿物水加压泵，其连接在密封施压部件上。本发明充分考虑了流体渗流流动状况及其对成岩-生烃-排烃的影响、排烃模式与方向、复杂变温过程等实际地质情况，其能较为真实模拟地质条件下成岩与生排烃的全过程。
文档编号E21B49/00GK102733801SQ201210216250
公开日2012年10月17日 申请日期2012年6月26日 优先权日2012年6月26日
发明者倪云燕, 唐生荣, 张斌, 张水昌, 朱光有, 王汇彤, 王黎, 米敬奎, 陈建平, 陈瑞银 申请人:中国石油天然气股份有限公司