[发明专利]一种多功能成烃成岩高温高压模拟实验装置及其使用方法

说明书

本发明涉及一种多功能成烃成岩高温高压模拟实验装置及其使用方法，包括烃源岩生烃反应及流体生成系统、辅助系统、排烃反应及烃源流体中转系统、烃源流体‑岩石相互作用系统和产物分离收集系统，将烃源岩生烃反应及流体生成系统的流体释放进排烃反应及烃源流体中转系统，再将烃源流体注入岩心夹持器中的储集岩样品中，启动加热、加压装置，使流体‑岩石在设定的温度、压力、时间下反应。本发明既能模拟模拟烃源岩生烃、排烃的联动共控动态演化过程，确定烃源岩不同演化阶段常规天然气与页岩气的生成能力，又能模拟烃源流体生成与对储层成岩作用影响一体化的地质过程；满足成烃、成岩两个地质过程的模拟，提高了实验装置的应用领域与效率。

技术领域

本发明涉及石油地质研究领域的物理模拟实验装置，具体的说是涉及一种借助于电子机械、自动控制技术模拟高温高压条件下页岩气形成与演化、烃源流体-储层岩石相互作用模拟实验的装置及其使用方法。

背景技术

在石油地质学中，物理模拟实验作为一种特殊的手段，贯穿于成盆、成烃、成藏的各个环节，对深化油气的生、排、运、聚过程起到了非常重要的作用。

成烃方面，应用最广的就是烃源岩热压生排烃模拟实验装置，其最根本的理论基础是室内高温弥补地质长时间。按照实验体系封闭程度可分为开放体系、半开放体系和封闭体系3类。开放体系包括Rock-Eval热解仪、Py-Gc热解-气相色谱仪、Py-Gc-Ms热解-气相色谱仪等，热解室样品分解生成的烃气通过载气直接带到检测器在线分析，其最大的缺点是无法考虑压力对生烃过程的影响；且在地质条件下，烃源岩生烃并不完全开放，因此实验数据很难直接应用于地质条件下。封闭体系包括一般的钢质容器封闭体系、玻璃管体系和黄金管体系，其最大优点是可以模拟烃源岩的最大生烃量，但由于生成的液态组分无法排出体系之外，在高温条件下液态烃与重烃气体组分都会发生裂解，会低估烃源岩的液态烃生成能力。地质条件下，烃源岩的生烃过程既不是完全封闭，也不是完全开放，而是一个边生边排的半开放体系。中石化无锡石油地质研究所研制了一套半开放体系的模拟实验系统(ZL200810101067.9)，该系统的最大优点是考虑了烃源岩在地质条件下受到的静水压力和上覆岩石压力的共同作用，其工作基本原理是通过液压支柱给模拟岩心加压，来模拟源岩上覆岩石压力；通过高压泵向反应釜腔体注水，来模拟源岩在地质条件下受到的静水压力；体系开放度通过一个电磁阀进行自动控制，实验开始前对体系设置一个压力极限值(一般为源岩的驱排压力)，整个实验体系处于封闭状态，随着模拟温度的升高，源岩生烃量增加，体系内压力不断增加，当压力达到设置体系极限压力时，电磁阀自动打开，源岩排烃使得体系内的压力降低，电磁阀又自动关闭。如此循环，整个体系始终处于封闭、开放的动态变化过程，更接近地质条件下源岩边生边排的过程(图1)。

但是，随着页岩气的勘探开发实践，一些新的地质问题需要通过物理模拟重建复杂的地质过程。

在热演化过程中，富有机质页岩生成的液态石油，一部分会排出至常规储集层，另一部分则滞留在页岩中。随着成熟度的增加，页岩中的干酪根与滞留油都会发生裂解形成天然气，页岩中的滞留油是高成熟阶段甲烷的重要来源(Erdmann and Horsfield,2006；Jarvie et al.,2007；Hill et al.,2007)，直接影响着页岩的含气性，排出的油也可继续演化成气藏。但现有模拟实验装置排烃系统部分仅仅是一个类似收集罐的装置，不能继续模拟排出油在储集层温压作用下的演化生气过程，无法模拟烃源岩生烃、排烃的联动共控动态演化过程，无法确定烃源岩不同演化阶段常规天然气与页岩气的生成能力。此外，实验得出的结果是不同模拟温度下油气产率，而地质上衡量热成熟度的标尺是镜质体反射率Ro，目前多是在完成烃源岩不同模拟温度后，用同样的实验装置开展同样模拟温度的未熟煤热模拟实验，通过不同模拟温度实验后的煤的Ro测定值来标定不同热模拟温度对应的烃源岩演化阶段，但如此操作费时费力，直接将煤标样混同烃源岩样品放入反应釜，生成的油会污染煤样，影响Ro测定，需要一种能实现烃源岩样品、煤标样同时进行热模拟实验，又不互相干扰的实验装置。