过热水蒸气、氮气加热生烃模拟仪器的制作方法

本发明属于地球化学技术领域，尤其涉及一种过热水蒸气、氮气加热生烃模拟仪器。

背景技术：

生烃热模拟实验是烃源岩成烃潜力与资源评价的重要手段,可再现地质体中有机质热解演化过程,为评价盆地成烃潜力、过程与机理、推导成烃模式及动力学提供理论依据和实验资料。

通过热模拟实验来研究地质样品在一定的温度、压力条件下，所产生的烃类的数量和成分。生烃热模拟实验用到的模拟仪器为生烃灶，常规的生烃灶存在以下几方面的问题：首先，常规的生烃灶为单纯的电加热式生烃灶，该种生烃灶的热量由外向内传递给烃源岩，为了保证烃源岩热解温度的均匀，不能将生烃灶制作过大，常规生烃灶的直径大概为30mm左右，小于常规全直径岩心的尺寸，所以岩心需要粉碎至40-60目，粉碎过程破坏了岩心骨架与干酪根接触关系以及岩心的孔隙结构；其次，常规的生烃灶属于开放—半封闭体系，灶内难免混入空气，使生烃过程处于氧化环境，导致干酪根及其生成物与氧气发生化学反应因而对实验结果造成严重影响；最后，常规的生烃灶内部为常压环境，与真实烃源岩原位的压力环境严重不符，所以模拟实验的结果不准确。综上所述，现有的生烃模拟仪不能实现对全直径岩心原位加热生烃模拟。

技术实现要素：

为解决背景技术中现有的生烃模拟仪不能实现对全直径岩心原位加热生烃模拟问题，本发明提供一种过热水蒸气、氮气加热生烃模拟仪器，本发明提供三种加热模块，充分保证全直径岩心加热均匀，同时，发明为烃源岩热解提供了惰性气体(还原)环境，避免空气(氧气)对热解反应造成不利影响，本发明还模拟了烃源岩原位的压力环境，充分保证模拟实验的结果的准确性。

本发明提供的技术方案是：一种过热水蒸气、氮气加热生烃模拟仪器，包括热解反应器、氮气加热器、蒸汽发生器和控制器，所述的热解反应器包括具有圆柱形内腔的热解腔体，热解腔体两端设置有端盖，端盖通过螺栓与热解腔体密封连接，端盖一端开有入氮气孔和入蒸汽孔，端盖的另一端开有出气孔，出气孔与色谱—质谱相连接，所述的氮气加热器通过入氮气孔向热解腔体注入热氮气，所述的蒸汽发生器通过入蒸汽孔向热解腔体注入过热水蒸气，热解腔体外侧设置有电加热管，所述的氮气加热器出氮气口安装有增压泵，所述的蒸汽发生器出蒸汽口安装有增压泵；所述的控制器控制热解反应器的热解温度，控制器还控制氮气加热器和蒸汽发生器注入气体温度、注入时间和注入流量。

进一步的：所述的热解反应器还包括保温罩、转动横轴和基座，所述的保温罩罩在热解腔体外侧，所述的转动横轴有两根，两根转动横轴对称焊接在热解腔体的外侧，两根转动横轴的自由端分别插入所述的基座上，转动横轴可相对基座转动，从而热解腔体可相对基座转动。

进一步的：所述的氮气加热器包括氮气加热器腔体，氮气加热器腔体内安装有电加热管。

进一步的：所述的蒸汽发生器包括蒸汽发生器腔体，蒸汽发生器腔体内安装有电加热管。

进一步的：所述的电加热管材质为材质为不锈钢310s，电阻丝材质为cr20ni80，内填充物材质为氧化镁粉。

本发明的有益效果为：

1.本发明提供三种加热模块，与现有的生烃模拟仪相比较多了两种加热模块，分别是过热水蒸气加热模块和氮气加热模块，多出的两种加热模块将热量直接通入岩心，热量分布更加均匀，可以实现全直径岩心加热生烃模拟，避免破坏岩心骨架与干酪根接触关系以及岩心的孔隙结构。

2.本发明中的三种加热模块均为加热生烃模拟实验提供了惰性气体(还原)环境，最大限度的模拟烃源岩处于原位地层的还原性环境，避免空气混入影响模拟实验的结果。

3.本发明中热解反应器出气端通过连接直色谱—质谱仪，可实现实时测定烃源岩生烃过程中产物的成分和含量。

4.本发明中的氮气加热模块和过热水蒸气加热模块出口均安装有增压泵，与常规的生烃灶内部为常压相比较，本发明能够提供一个与烃源岩原位相符的压力，提升模拟实验的准确性。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明中热解反应器的爆炸图。

图3是本发明中氮气加热器的半剖图。

图4是本发明中蒸汽发生器的半剖图。

图中：1-热解反应器，2-氮气加热器，3-蒸汽发生器，4-控制器，5-电加热管，6-增压泵。101-热解腔体，102-端盖，103-入氮气孔，104-入蒸汽孔，105-出气孔，106-保温罩，107-转动横轴，108-基座，201-氮气加热器腔体，202-进气口，203-出气口，301-蒸汽发生器腔体，302-进水口，303-出蒸汽口。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明包括热解反应器1、氮气加热器2、蒸汽发生器3和控制器4。

所述的热解反应器1包括具有圆柱形内腔的热解腔体101，热解腔体101内腔用于放置圆柱形岩心，热解腔体101两端设置有端盖102，端盖102通过螺栓与热解腔体101密封连接，热解腔体101工作压力范围为常压—30mpa。

端盖102一端开有入氮气孔103和入蒸汽孔104，端盖102的另一端开有出气孔105，所述的氮气加热器2通过入氮气孔103向热解腔体101注入热氮气，所述的蒸汽发生器3通过入蒸汽孔104向热解腔体101注入过热水蒸气。出气孔105与色谱—质谱相连接，本发明中热解反应器出气端通过连接直色谱—质谱仪，可实现实时测定烃源岩生烃过程中产物的成分和含量。此处需要明确的是，放入岩心后,未热解前，为了排出热解腔体101内的空气，避免空气对热解反应产生不利影响，先利用氮气加热器2注入室温氮气，将空气从出气孔105排出，使整个热解腔体101充满氮气，由于氮气属于惰性气体，最大限度的模拟烃源岩处于地层原位周围的气体环境，避免空气混入影响模拟实验的结果。所述的热解腔体101外侧设置有电加热管5，电加热管5为热解腔体101内腔提供热量，这种方式与传统的生烃灶使用的电加热方式相同。本发明不仅提供了电加热模块，还提供了氮气加热模块和过热水蒸气加热模块。

所述的氮气加热器2包括氮气加热器腔体201，氮气加热器腔体201的一端开有进气口202，另一端开有出气口203，所述的出气口203安装有增压泵6，氮气加热器腔体201内安装有对氮气进行加热的电加热管5；氮气加热模块由氮气加热器2通过电加热管5将氮气加热至设定温度通过增压泵6加压至设定压力后注入热解反应器1的热解腔体101内直接为岩心供热。氮气加热器2的工作温度为室温～600℃可调，控制温度精度为±5℃，流量控制为6l/h。氮气加热器腔体201外部设置有保温棉，保温棉材质为硅酸铝棉。

所述的蒸汽发生器3包括蒸汽发生器腔体301，蒸汽发生器腔体301的一端开有进水口302，另一端开有出蒸汽口303，所述的出蒸汽口303安装有增压泵6，蒸汽发生器腔体301内安装有电加热管5；过热水蒸汽加热模块由蒸汽发生器3将水加热至设定温度后经增压泵增压至设定压力后注入至热解反应器1的热解腔体101内直接为岩心供热。蒸汽发生器3的工作温度为室温～600℃可调，流量控制为20l/h。额定蒸发量为20kg/h，饱和蒸汽温度为151～172℃，额定工作压力为0.4-0.7mpa，蒸汽发生器腔体301外部设置有保温棉，保温棉材质为硅酸铝棉。

由于本发明提供了三种可选加热模块，与现有的生烃模拟仪相比较多了两种加热模块，分别是过热水蒸气加热模块和氮气加热模块，多出的两种加热模块通过热的氮气或过热水蒸气将热量直接通入岩心，热量分布更加均匀。并且热解放映器1的热解腔101的尺寸增大，可以实现对完整的全直径岩心加热生烃模拟，避免因粉碎岩心而破坏了岩心骨架与干酪根的接触关系以及岩心的孔隙结构。

本发明提供的过热水蒸气加热模块和氮气加热模块都配有增压泵6，与常规的生烃灶内部为常压相比较，本发明能够提供一个与烃源岩原位相符的压力，使烃源岩生烃模拟处于原始地层的压力条件，因而可提升模拟实验结果的准确性。

所述的控制器4控制热解反应器1的加热温度，控制器4还控制氮气加热器2和蒸汽发生器3注入温度、注入时间和注入流量。由于控制器4对热解反应器1、氮气加热器2和蒸汽发生器3的控制都是常规的自动控制，属于自动控制领域惯用手段，在此不再赘述。

所述的热解反应器1还包括保温罩106、转动横轴107和基座108，所述的保温罩106罩在热解腔体101外侧，避免热量损失。所述的转动横轴107有两根，两根转动横轴107对称焊接在热解腔体101的外侧，两根转动横轴107的自由端分别插入所述的基座108上，转动横轴107可相对基座108转动，从而热解腔体101可相对基座108转动，热解腔体101相对基座108转动的意义在于便于放入岩心，放入岩心时，将热解腔体101转至水平位置，将岩心推入热解腔体101，缓慢立起热解腔体101，使岩心缓慢滑落至热解腔体101底部，避免岩心滑落速度过快而导致岩心与热解腔体101底部撞击使岩心和热解腔体101发生损坏，影响模拟实验的准确性。

所述的电加热管5材质为不锈钢310s，因为310s不锈钢是奥氏体铬镍不锈钢具有很好的抗氧化性、耐腐蚀性，因为较高百分比的铬和镍，使其拥有好得多蠕变强度，在高温下能持续作业，具有良好的耐高温性。电阻丝材质为cr20ni80，内填充物材质为氧化镁粉。