一种非常规储层岩石纳米吸附气提取装置及提取与烃类分析方法
【专利摘要】本发明涉及一种非常规储层岩石纳米吸附气提取装置及提取与烃类分析方法。其特征在于：包含以下步骤：1）将非常规岩心密闭粉碎至粒径为纳米级，获得纳米级样品；2）利用岩石纳米吸附气提取装置及操作方法，获得岩石纳米吸附气样品；3）利用填充柱气相色谱检测方法，获得岩石纳米吸附气烃类分析数据；4）利用烃类组分碳同位素检测方法，获得岩石纳米吸附气烃类组分碳同位素分析结果；5）利用外标法进行定量计算，获得岩石纳米吸附气烃类组分及总烃量分析结果；6）计算获得岩石纳米吸附气分析评价参数。该非常规储层岩石纳米吸附气提取装置及提取与烃类分析方法，反映非常规储层含气情况，为非常规储层含气性评价及勘探开发提供实验技术支撑。
【专利说明】一种非常规储层岩石纳米吸附气提取装置及提取与烃类分析方法
【技术领域】
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[0001]本发明涉及油田油气勘探【技术领域】中非常规储层岩石烃类分析方法，具体涉及一种非常规储层岩石纳米吸附气提取装置及提取与烃类分析方法。
【背景技术】
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[0002]近年来，非常规油气资源包括致密油气、页岩气、重油和油砂等实现规模开发，推动全球石油工业进入了常规与非常规油气资源并重的新阶段。我国致密油气取得重大进展，发现了鄂尔多斯盆地苏里格致密气区、松辽盆地北部高台子和扶余致密油层等，致密油气已成为目前最为现实的非常规油气资源，有望成为重要的接替资源。
[0003]非常规储层天然气以不同赋存状态存在，主要有游离气和吸附气包括纳米吸附气。邹才能(2012年)提出了“纳米油气”的概念，是指用纳米技术研究和开采聚集在纳米级孔喉储集系统中的油气，纳米油气主要分布在烃源岩层及与其大面积紧密接触的近源致密储集层系中，涵盖了页岩油、页岩气、煤层气、致密砂岩油、致密砂岩气、致密灰岩油等，储集层孔喉直径一般为纳米级，油气水在纳米孔喉中纳米孔喉中渗流能力差，相态分异难，主要依靠超压驱动，油气被滞留吸附，在源储共生致密层系中大面积连续分布。
[0004]由于非常规油气勘探密闭保压取心很少，大都采用常规取心方法，钻井取心后岩石脱离地下原始环境及降压脱气，尤其是长期放置岩心的游离气大都散失，使非常规储层含气性评价缺乏准确、有效的地质实验分析技术。因此，建立纳米吸附气提取和烃类分析方法，为定量评价非常规储层含气性提供实验依据，是急需攻克的难题。
[0005]有文献报道油气化探中岩石烃气检测方法，参见(I)周玉凯、李景坤、方伟等“岩石中吸附气态烃制备方法”(ZL 03137729.7) ； (2)陈炜、揣媛媛、李广之、卢丽等“酸解烃测定气相色谱法(中华人民共和国石油天然气行业标准，SY/T 6009.1-2003) ； (3)蒋启贵、张彩明、税蕾蕾等“岩屑罐顶气轻烃的气相色谱分析方法(中华人民共和国石油天然气行业标准，SY/T5259-2013) (4)张居和、吕金龙、董艳华等“岩石吸留烃气相色谱快速检测技术及其应用研究”(地质地球化学，2003年第2期)；(5)蒋启贵、陈伟钧、金聚畅等“岩石低沸点轻烃指纹分析方法研究”(石油实验地质，2004年第5期)等。上述(I)通过岩石中吸附气态烃制备获得厘米-微米级岩石吸附气；上述(2)通过人工碎样(小于0.42mm)，利用酸解脱气装置获得烃气，利用填充柱或毛细柱气相色谱法测定；上述(3)将钻井现场新鲜岩屑装入罐内，振荡罐体，将岩屑中烃气释放出来，利用毛细柱气相色谱法测定；上述(4)粉碎筛取取1.94?0.97cm的岩样，利用热解-毛细柱气相色谱法检测岩石中C3?C40烃类；上述(5)粉碎取4?5mm的岩样，利用低沸点溶剂密闭抽提，利用毛细柱气相色谱法检测岩石中C3?C31烃类。上述方法都不能解决非常规储层岩石纳米级吸附气分析与评价问题。
【发明内容】
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[0006]本发明在于克服【背景技术】中存在的问题，而提供一种非常规储层岩石纳米吸附气提取装置及提取与烃类分析方法。该非常规储层岩石纳米吸附气提取装置及提取与烃类分析方法，能够反映非常规储层含气情况，为非常规储层含气性评价及勘探开发提供实验技术支撑。
[0007]本发明解决其问题可通过如下技术方案来达到:一种非常规储层岩石纳米吸附气提取装置，包括磨口平底烧瓶，所述的磨口平底烧瓶放置在水浴锅中，磨口平底烧瓶瓶口盖有密封塞，密封塞连接有玻璃三通A、玻璃三通B ;玻璃三通A —端连接酸溶液缓冲瓶，酸溶液缓冲瓶连接酸溶液瓶，玻璃三通A另一端连接水溶液瓶；玻璃三通B —端通过密封塞连接真空缓冲瓶，通过真空缓冲瓶上的密封塞连接真空表、玻璃三通开关、真空泵，玻璃三通B另一端通过玻璃三通C 一端连接碱液吸收瓶，碱液吸收瓶连接平衡瓶，玻璃三通C另一端依次连接集气管及平衡瓶；所述的玻璃三通A与酸溶液缓冲瓶、水溶液瓶间管线上分别接有止血钳B、止血钳C ;玻璃三通B与真空缓冲瓶、玻璃三通C间分别接有止血钳A、止血钳D ；玻璃三通C与集气管间的管线上接有止血钳E ;所述的集气管管口盖有胶塞。
[0008]一种非常规储层岩石纳米吸附气提取与烃类分析方法，包含以下步骤:
[0009]I)将非常规岩心密闭粉碎至粒径为纳米级，获得非常规储层岩石纳米级样品；
[0010]2)将步骤I)得到的岩石纳米级样品进行定量称取，利用岩石纳米吸附气提取装置及操作方法，获得岩石纳米吸附气样品；
[0011]3)将步骤2)得到的岩石纳米吸附气样品，利用填充柱气相色谱检测方法，获得岩石纳米吸附气烃类分析数据；
[0012]4)将步骤2)得到的岩石纳米吸附气样品，利用烃类组分碳同位素检测方法，获得岩石纳米吸附气烃类组分碳同位素分析结果；
[0013]5)将步骤3)得到的岩石纳米吸附气烃类分析数据，利用外标法进行定量计算，获得岩石纳米吸附气烃类组分及总烃量(μ L/ kg )分析结果；
[0014]6)将步骤5)得到的岩石纳米吸附气烃类分析结果，计算获得岩石纳米吸附气分析评价参数。
[0015]致密储层岩石纳米吸附气含气性分析评价的机理:
[0016]地层中泥岩生成的油气充满其孔隙网络并达到排烃压力后，排入或运移进入砂岩储层连通孔隙并被颗粒表面吸附，随着泥岩生成大量油气排入或运移进入砂岩储层及油气场和压力的增大，油气充满连通孔隙(游离油气)并进一步渗透或扩散到砂岩内部及纳米孔隙被矿物基质吸附(吸附油气)，尤其是烃气分子小、黏度小，较原油更容易渗透或扩散进入纳米孔隙被矿物基质吸附，吸附作用是一个可逆的动平衡过程。
[0017]砂岩烃气吸附量(V)与砂岩质量(m)、特性⑶、吸附气体种类(Z)及浓度(C)、吸附时间(T)、压力⑵等有关，函数关系式为:V = f(m、S、Z、C、T、P)
[0018]当S、Z、T、P —定时，V = f(mC)S、Z、T
[0019]它符合弗洛恩德利希(Freundlich)等温吸附经验公式:X = mKCn式中X—被吸附物的数量(体积或质量单位)，m—吸附剂的质量，C一被吸附物的浓度，K一吸附系数(常数)，η—常数(O?I)。吸附量X与被吸附物的浓度C在一定范围内呈近似线性关系。因此，利用砂岩纳米吸附烃气量可以反映地下所处烃气场的情况，这就是致密储层纳米吸附气评价含气性的理论依据。
[0020]本发明与上述【背景技术】相比较可具有如下有益效果:该非常规储层岩石纳米吸附气提取装置及提取与烃类分析方法，能够利用密闭粉碎制样技术获得纳米级岩石样品，在定量、密闭、真空、恒温(80°C)酸解条件下提取含有纳米孔隙吸附烃组分的气体，采用填充柱气相色谱分析获得非常规储层岩石纳米吸附气烃组分含量(μ L/ kg )，采用碳同位素分析获得组分碳同位素，利用总烃量、甲烷干燥系数、湿度系数、平衡系数、特征系数、组分碳同位素参数等对非常规储层含油气性评价，满足非常规油气勘探开发的需求。
【专利附图】
【附图说明】
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[0021]附图1为本发明的提取装置的结构示意图；
[0022]附图2为YX55井2374.67m纳米吸附气烃类分析色谱图；
[0023]附图3为泥岩纳米吸附气总烃量与Ro关系图；
[0024]附图4为YX55井泥岩纳米吸附气总烃量与有机碳关系图；
[0025]附图5为YX55井泥岩纳米吸附气总烃量与SI关系图。
[0026]图中:1_真空泵；2_真空缓冲瓶；3_水浴锅；4_磨口平底烧瓶；5_酸溶液瓶；6-水溶液瓶；7_酸溶液缓冲瓶；8_碱溶液吸收瓶；9_平衡瓶；10_平衡瓶；11_集气管；12_胶塞；13-真空表；14-密封塞；15-密封塞；16-玻璃三通A ; 17-玻璃三通B ； 18-玻璃三通C ；19-玻璃三通开关；20_止血钳A ；21-止血钳B ；22-止血钳C ;23_止血钳D ；24~止血钳E。
【具体实施方式】
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[0027]下面结合附图将对本发明作进一步说明:
[0028]本发明提出了非常规储层岩石纳米吸附气提取装置及提取与烃类分析方法，其主要是利用密闭粉碎制样技术获得纳米级岩石样品，定量、密闭、真空、恒温(80°C)酸解提取岩石纳米吸附气，采用填充柱外标法气相色谱和组分碳同位素分析方法及评价参数，达到对非常规储层含油气性评价的目的，满足非常规油气勘探开发对地质实验技术的需求。非常规储层岩石纳米吸附气分析获得总烃量及组分(口17^目，(:1?(:7)、甲烷含量(％)、甲烷干燥系数、烃的湿度系数(Wh)、烃类平衡系数(Bh)、烃的特征系数(Ch)、组分碳同位素等评价参数，利用这些指标对非常规储层含气性进行综合评价。
[0029]如附图1所示，本发明非常规储层岩石纳米吸附气的提取装置，包括磨口平底烧瓶4，所述的磨口平底烧瓶4放置在水浴锅3中，磨口平底烧瓶4瓶口盖有密封塞14，密封塞14连接有玻璃三通A16、玻璃三通B17 ;玻璃三通A16 一端连接酸溶液缓冲瓶7，酸溶液缓冲瓶7连接酸溶液瓶5，玻璃三通A16另一端连接水溶液瓶6 ;玻璃三通B17 —端通过密封塞15连接真空缓冲瓶2，通过真空缓冲瓶2上的密封塞15连接真空表13、玻璃三通开关19、真空泵1，玻璃三通B17另一端通过玻璃三通C18 —端连接碱液吸收瓶8，碱液吸收瓶8连接平衡瓶9，玻璃三通C18另一端依次连接集气管11及平衡瓶10 ;所述的玻璃三通16与酸溶液缓冲瓶7、水溶液瓶6间管线上分别接有止血钳B21、止血钳C22 ;玻璃三通B17与真空缓冲瓶2、玻璃三通C18间分别接有止血钳A20、止血钳D23 ;玻璃三通C18与集气管11间的管线上接有止血钳E24 ;所述的集气管11管口盖有胶塞12。
[0030]使用时，在水浴锅3中加入2/3量的水，加热至80°C、恒温，碱液吸收瓶8加满碱液及平衡瓶9加入1/3量的碱液，集气管11加满碱液及平衡瓶10加入1/3量的碱液；将装有一定量纳米级岩石样品的磨口平底烧瓶4放入水浴锅3中，塞紧密封塞14，打开止血钳A20，启动真空泵I，转动玻璃三通开关19，抽真空至真空表13接近-0.1MPa, 1min后，夹紧止血钳A20，转动玻璃三通开关19放空，关闭真空泵I电源，缓慢打开止血钳B21，酸液流入磨口平底烧瓶4，至不再与岩样反应为止，夹紧止血钳B21，打开止血钳C22，水溶液流入磨口平底烧瓶4，至水溶液不再流入，开止血钳D23，气体完全流入碱液吸收瓶8，夹紧止血钳23,22,待碱液吸收瓶8中气体体积不再减小，拿高平衡瓶9，打开止血钳24，气体完全流入集气管11，夹紧止血钳E24，将平衡瓶10与集气管11的碱液液面平行，计量、记录纳米级岩石样品中提取气体的体积。
[0031]以下以大庆探区中浅层非常规油气￥乂55及5￥1、北6、乂83、612井，深层0515、0516、DS17、SS4井为例说明本发明方法的实施过程。
[0032]采集大庆探区中浅层非常规油气YX55及SY1、J86、X83、G12井岩石样品27件(样品信息见表2)，深层DS15、DS16、DS17、SS4井岩石样品16件(样品信息见表4)，深层DS15、DS16、DS17、SS4井天然气样品5件(样品信息见表6)。
[0033]实施例1:
[0034]非常规储层岩石纳米吸附气提取与烃类分析方法步骤如下:
[0035](I)纳米级岩石样品的制备
[0036]将非常规储层岩石样品密闭粉碎至粒径纳米级，获得纳米级岩石样品。
[0037](2)岩石纳米吸附气的提取
[0038]称取1g?50g纳米级岩石样品，利用上述非常规储层岩石纳米吸附气提取装置及操作方法获得岩石纳米吸附气气体。
[0039](3)岩石纳米吸附气的烃类含量气相色谱检测
[0040]气相色谱条件:安捷伦7890A气相色谱仪及化学工作站；填充柱:3mX 2mm不锈钢柱，0V-101固定液与铬姆沙伯担体的配比为1: 4 ;汽化室温度150°C ;检测器:FID、温度180°C;柱温:60°C，恒温0.5min,以10°C /min升温到100°C，再恒温5min ;燃气:氢气，流量45ml/min ;助燃气:空气，流量为450ml/min。
[0041]定量:采用标准气外标法计算，获得岩石纳米吸附气Cl?C6+组分含量(μ L/kg )。
[0042](4)岩石纳米吸附气烃类组分碳同位素检测
[0043]气相色谱条件:安捷伦6890气相色谱仪；毛细柱:PL0TQ30mX0.32mmX20ym ；汽化室温度210°C ;柱温:40°C，恒温0.5min,以25V /min升温到240°C。质谱主要条件:IsoPrism同位素质谱仪及化学工作站，氧化温度820°C。
[0044]检测实验结果发现，同一样品重复分析的重复性好。如YX55井2374.67m泥质粉砂岩样品重复分析的最大相对偏差为9.99%、最小为2.18% (表1、图2)。
[0045]表I岩石纳米吸附气分析重复性实验数据 μ L/kg
[0046]
并号次数__Cl__C2CS__iC4__nC4__iC5__rK5____总译量
第I 次84 54330.97 1304K.35 3L70.51 3309.64 1621.08 1084.JO Vlll.5S 4068'Jl.26
YX55
_I 第 2 次 '?'2\7ΗΗ.57 ο?ο--.8ο IΗ963.2 ? LUSH.19 3569.Pt 1492.82 981.08 1200, TB LI9798T.54
相对偏差? I 2, 18 I B.1 6.77 I 6.36 | 7.54 | H.24 | 9.99 | 6.20 | 2 20
[0047]由中浅层致密砂岩和泥岩纳米吸附气分析(见表2)可见，中浅层致密砂岩纳米吸附气总烃量介于621.38~406821.26 μ L/kg,甲烷含量69.60%~84.31%,甲烷干燥系数
2.99~4.88，湿度系数分析18.41 %~29.162 %，平衡系数4.98~17.16，特征系数0.65~
3.16 ;泥岩及介形虫层的分别为 351.86 ~383780.49 μ L/ kg,37.54%~81.71%,0.93 ~
6.77,14.81%~60.95%U.47~60.67,0.64~5.98。可见，青一段黑色泥岩纳米吸附气总烃量以YX55和J86井最高、G12和X83井次之、SYl井最低；YX55井青一段储层纳米吸附气总烃量较泉四段的高出2~3个数量级，ΥΧ55井青一段致密砂岩气和泥岩气应具有勘探潜力。SY1、Χ83、J86井青一段源岩较ΥΧ55、Gl2井的甲烷含量低、甲烷干燥系数低、湿度系数高、平衡系数低。
[0048]表2中浅层纳米吸附气分析数据及特征
[0049]
【权利要求】
1.一种非常规储层岩石纳米吸附气提取装置，包括磨口平底烧瓶(4)，其特征在于:所述的磨口平底烧瓶(4)放置在水浴锅(3 )中，磨口平底烧瓶(4)瓶口盖有密封塞(14)，密封塞(14)连接有玻璃三通A (16)、玻璃三通B (17);玻璃三通A (16)—端连接酸溶液缓冲瓶(7 )，酸溶液缓冲瓶(7 )连接酸溶液瓶(5 )，玻璃三通A (16 )另一端连接水溶液瓶(6 );玻璃三通B (17) —端通过密封塞(15)连接真空缓冲瓶(2)，通过真空缓冲瓶(2)上的密封塞(15)连接真空表(13)、玻璃三通开关(19)、真空泵(1)，玻璃三通B (17)另一端通过玻璃三通C (18)—端连接碱液吸收瓶(8)，碱液吸收瓶(8)连接平衡瓶(9)，玻璃三通C (18)另一端依次连接集气管(11)及平衡瓶(10);所述的玻璃三通A (16)与酸溶液缓冲瓶(7)、水溶液瓶(6)间管线上分别接有止血钳B (21)、止血钳C (22);玻璃三通B (17)与真空缓冲瓶(2)、玻璃三通C (18)间分别接有止血钳A (20)、止血钳D (23);玻璃三通C (18)与集气管(11)间的管线上接有止血钳E (24);所述的集气管(11)管口盖有胶塞(12)。
2.一种利用权利要求1所述的非常规储层岩石纳米吸附气提取装置的非常规储层岩石纳米吸附气提取与烃类分析方法，其特征在于:包含以下步骤: 1)将非常规岩心密闭粉碎至粒径为纳米级，获得非常规储层岩石纳米级样品； 2)将步骤I)得到的岩石纳米级样品进行定量称取，利用岩石纳米吸附气提取装置及操作方法，获得岩石纳米吸附气样品； 3)将步骤2)得到的岩石纳米吸附气样品，利用填充柱气相色谱检测方法，获得岩石纳米吸附气烃类分析数据； 4)将步骤2)得到的岩石纳米吸附气样品，利用烃类组分碳同位素检测方法，获得岩石纳米吸附气烃类组分碳同位素分析结果； 5)将步骤3)得到的岩石纳米吸附气烃类分析数据，利用外标法进行定量计算，获得岩石纳米吸附气烃类组分及总烃量分析结果； 6)将步骤5)得到的岩石纳米吸附气烃类分析结果，计算获得岩石纳米吸附气分析评价参数。
3.根据权利要求2所述的一种非常规储层岩石纳米吸附气提取与烃类分析方法，其特征在于，所述步骤I)非常规储层岩石纳米级样品粉碎至粒径1nm?1000 nm。
4.根据权利要求2所述的一种非非常规储层岩石纳米吸附气提取与烃类分析方法，其特征在于，所述岩石纳米吸附气提取操作方法为:在水浴锅(3)中加入2/3量的水，加热至80°C、恒温，碱液吸收瓶(8)加满碱液及平衡瓶(9)加入1/3量的碱液，集气管(11)加满碱液及平衡瓶(10)加入1/3量的碱液；将装有一定量纳米级岩石样品的磨口平底烧瓶(4)放入水浴锅(3)中，塞紧密封塞(14)，打开止血钳A(20)，启动真空泵(1)，转动玻璃三通开关(19)，抽真空至真空表(13)接近-0.1MPa，1min后，夹紧止血钳A (20)，转动玻璃三通开关(19)放空，关闭真空泵(I)电源，缓慢打开止血钳B (21)，酸液流入磨口平底烧瓶(4)，至不再与岩样反应为止，夹紧止血钳B (21)，打开止血钳C (22)，水溶液流入磨口平底烧瓶(4)，至水溶液不再流入，开止血钳D (23)，气体完全流入碱液吸收瓶(8)，夹紧止血钳(23、22)，待碱液吸收瓶(8)中气体体积不再减小，拿高平衡瓶(9)，打开止血钳(24)，气体完全流入集气管(11)，夹紧止血钳E (24)，将平衡瓶(10)与集气管(11)的碱液液面平行，计量、记录纳米级岩石样品中提取气体的体积。
5.根据权利要求2所述的一种非常规储层岩石纳米吸附气提取与烃类分析方法，其特征在于，所述步骤3)填充柱气相色谱检测方法是安捷伦7890A气相色谱仪及化学工作站，填充柱3mX 2mm不锈钢柱、填充的填料为OV-1Ol固定液与铬姆沙伯担体配比1: 4，汽化室温度150°C，检测器FID、温度180°C，柱温:50°C，、以10°C / min升温到100°C，燃气氢气、流量45 ml/min，助燃气空气、流量为450ml/min。
6.根据权利要求2所述的一种非常规储层岩石纳米吸附气提取与烃类分析方法，其特征在于，所述步骤4)纳米吸附气烃类组分碳同位素检测方法是气相色谱为安捷伦6890气相色谱仪，毛细柱PL0TQ30mX 0.32mmX20Mm,汽化室温度210°C;柱温40°C、恒温0.5min、以250C / min升温到240°C ;质谱主要条件为IsoPrism II同位素质谱仪及化学工作站，氧化温度820°C。
7.根据权利要求2所述的一种非常规储层岩石纳米吸附气提取与烃类分析方法，其特征在于，所述步骤6)岩石纳米吸附气分析评价参数是指甲烷含量、甲烷干燥系数、湿度系数Wh、平衡系数Bh、特征系数Ch、组分碳同位素Cl?C5。
【文档编号】G01N1/24GK104198228SQ201410406372
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年8月18日 优先权日:2014年8月18日
【发明者】张居和, 冯子辉, 霍秋立, 张琨, 周玉凯, 徐春龙, 司万霞, 孙晶 申请人:中国石油天然气股份有限公司, 大庆油田有限责任公司