烃源岩生烃实验系统及实验方法

1.本发明涉及油气工程的技术领域，尤其涉及一种烃源岩生烃实验系统及实验方法。


背景技术：

2.烃源岩中的有机质被温度催化进行生烃反应，这一过程往往伴随着一系列的生物化学作用和物理化学作用，是一个漫长而复杂的过程。高温可以实现烃源岩快速热演化生成油气，用温度来补偿时间对有机质的地质效应，以此来趋近实际地质条件下烃源岩演化生烃历程，从而可在实验室重现烃源岩热演化过程。
3.在真实的地层中，烃源岩生烃增压，当岩石内部压力达到突破压力后，岩石会产生破裂，烃类物质也会因此排出；排烃降压使得岩石内部压力小于突破压力后，则停止排烃。在地质历史时期中，大地构造运动会导致地层的埋深和压力环境发生变化，不同温度和压力环境对生烃效率会产生影响。
4.目前，实验室实验中，难以完整的收集其生烃产物，且不能模拟地层真实生排烃模式进行收集。在加热实验结束后，岩心桶是一个高温状态，冷却时间十分漫长，导致其实验效率低。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种烃源岩生烃实验系统及实验方法，以解决实验中难以完整收集生烃产物的技术问题。
6.本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：
7.本发明提供一种烃源岩生烃实验系统，包括：岩石反应桶、加热仓、气体收集装置和供氮气装置，所述岩石反应桶用于容纳岩心，并且所述岩石反应桶能够进入至所述加热仓中；所述气体收集装置能够与所述岩石反应桶的内腔连通；所述供氮气装置能够与所述岩石反应桶的内腔连通并向所述岩石反应桶的内腔输送氮气。
8.在优选的实施方式中，所述岩石反应桶呈圆柱形，所述岩石反应桶的顶部设有气孔。
9.在优选的实施方式中，所述烃源岩生烃实验系统包括降温仓和推送装置，所述推送装置能够将所述岩石反应桶推送至所述加热仓内或所述降温仓内。
10.在优选的实施方式中，所述加热仓设置于所述降温仓的上方；所述推送装置包括用于支撑所述岩石反应桶的伸缩台，所述伸缩台至少部分位于所述降温仓内，并且所述伸缩台能够将所述岩石反应桶向上推送至所述加热仓内。
11.在优选的实施方式中，所述烃源岩生烃实验系统包括设置于所述降温仓与所述加热仓之间的中部平台，所述中部平台包括第一隔热板和第二隔热板，所述第一隔热板与所述第二隔热板之间设置有竖向通道，所述岩石反应桶能够经所述竖向通道从所述降温仓运动至所述加热仓内，并且，所述第一隔热板与所述第二隔热板能够相对运动至包围所述岩
石反应桶的底部且与所述岩石反应桶的底部密封配合。
12.在优选的实施方式中，所述气体收集装置包括设置于所述加热仓内的气体收集口，所述岩石反应桶运动至所述加热仓内时，所述气体收集口能够连接至所述气孔；所述降温仓内设置有第一氮气喷口，所述第一氮气喷口通过竖向伸缩管和水平伸缩管来与所述供氮气装置连接，所述岩石反应桶运动至所述降温仓内时，所述第一氮气喷口能够连接至所述气孔。
13.在优选的实施方式中，所述第一氮气喷口包括喷口本体，所述喷口本体自其第一端至第二端逐渐缩小，所述喷口本体设有氮气流道，所述喷口本体的第二端设有与所述氮气流道连通的第一喷射孔，所述喷口本体的侧壁设有多个与所述氮气流道连通的第二喷射孔。
14.在优选的实施方式中，所述降温仓内设置有与所述供氮气装置连接的第二氮气喷口，所述第二氮气喷口用于向所述降温仓内喷洒氮气。
15.在优选的实施方式中，所述气体收集装置包括第一气路和第二气路，所述第一气路包括第一压力监测器，所述第一压力监测器能够与所述岩石反应桶连通；所述第二气路包括依次连接的气瓶、第二压力监测器、气泵和阀门，所述第二气路能够经所述阀门来与所述岩石反应桶连通。
16.本发明提供一种烃源岩生烃实验方法，采用上述的烃源岩生烃实验系统，所述烃源岩生烃实验方法包括：所述加热仓控制所述岩石反应桶的温度，岩心在所述岩石反应桶内进行生烃反应；所述气体收集装置收集油气产物；反应完成后，所述供氮气装置向所述岩石反应桶的内腔输送氮气使反应后的岩心降温。
17.本发明的特点及优点是：
18.使用该烃源岩生烃实验系统在实验室进行实验，通过加热仓加热岩石反应桶，使烃源岩内的有机质在高温催化下发生生烃反应，并可调整温度，模拟不同温度下的生烃效率，较为真实地模拟烃源岩热演化反应；气体收集装置可以比较完整地收集岩石反应桶内的气体及生烃产物；在实验结束后，供氮气装置向岩石反应桶的内腔输送氮气，可以将高温的岩石反应桶和岩石样品进行快速降温，完整收集岩石反应桶内的岩石与其反应后产生的液态烃，有效地提高了工作效率，便于实验后对岩石样品快速开展其他相关实验。
附图说明
19.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。
20.图1为本发明提供的烃源岩生烃实验系统的结构示意图；
21.图2为本发明提供的烃源岩生烃实验系统中的岩石反应桶的结构示意图；
22.图3为本发明提供的烃源岩生烃实验系统中的第一氮气喷口的结构示意图；
23.图4-图5为本发明提供的烃源岩生烃实验系统中的加热仓的结构示意图；
24.图6-图8为本发明提供的烃源岩生烃实验系统中的中部平台的结构示意图；
25.图9为本发明提供的烃源岩生烃实验系统中的伸缩台的结构示意图；
26.图10为本发明提供的烃源岩生烃实验系统中的下部平台的结构示意图；
27.图11为本发明提供的烃源岩生烃实验系统中的底座的结构示意图。
28.附图标号说明：
29.10、岩石反应桶；101、气孔；
30.11、上部分体；111、圆孔；12、下部分体；121、插孔；13、桶底部；
31.20、加热仓；21、加热装置；22、隔热材料；
32.30、降温仓；
33.40、中部平台；401、竖向通道；402、钢材外壳；
34.41、第一隔热板；42、第二隔热板；43、第二推动器；
35.50、推送装置；
36.500、伸缩台；51、支撑台；52、活动杆；53、第一推动器；
37.60、气体收集装置；601、气体收集口；
38.61、第一气路；611、第一压力监测器；
39.62、第二气路；621、气瓶；622、第二压力监测器；623、收集阀门；624、拆卸口；625、气泵；626、阀门；
40.70、供氮气装置；701、氮气瓶；
41.71、第一氮气喷口；710、喷口本体；711、第一喷射孔；712、第二喷射孔；713、氮气流道；
42.72、第二氮气喷口；
43.731、水平伸缩管；732、竖向伸缩管；
44.81、底座；82、方型把手；83、定位柱；
45.84、下部平台。
具体实施方式
46.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做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。
47.方案一
48.本发明提供了一种烃源岩生烃实验系统，如图1所示，该烃源岩生烃实验系统包括：岩石反应桶10、加热仓20、气体收集装置60和供氮气装置70，岩石反应桶10用于容纳岩心，并且岩石反应桶10能够进入至加热仓20中；气体收集装置60能够与岩石反应桶10的内腔连通；供氮气装置70能够与岩石反应桶10的内腔连通并向岩石反应桶10的内腔输送氮气。
49.使用该烃源岩生烃实验系统在实验室进行实验，通过加热仓20加热岩石反应桶10，使烃源岩内的有机质在高温催化下发生生烃反应，并可调整温度，模拟不同温度下的生烃效率，较为真实地模拟烃源岩热演化反应；气体收集装置60可以比较完整地收集岩石反应桶10内的气体及生烃产物；在实验结束后，供氮气装置70向岩石反应桶10的内腔输送氮气，可以将高温的岩石反应桶10和岩石样品进行快速降温，完整收集岩石反应桶10内的岩
石与其反应后产生的液态烃，有效地提高了工作效率，便于实验后对岩石样品快速开展其他相关实验。
50.实验过程中岩石反应桶10可以保持密闭状态。优选地，岩石反应桶10呈圆柱形，岩石反应桶10的顶部设有气孔101，气体收集装置60可以通过该气孔101与岩石反应桶10连通，以检测岩石反应桶10内部的压力，或向岩石反应桶10中充注气体来调节岩石反应桶10中的压力。
51.在一些实施方式中，气体收集装置60包括第一气路61，第一气路61包括第一压力监测器611，第一压力监测器611能够与岩石反应桶10连通，在生烃过程中检测岩石反应桶10内部的压力。
52.进一步地，气体收集装置60还包括第二气路62，第二气路62包括依次连接的气瓶621、第二压力监测器622、气泵625和阀门626，第二气路62能够经阀门626来与岩石反应桶10连通。通过气泵625收集岩石反应桶10内部的气体，并可将气瓶621内部的气体充注至岩石反应桶10中来调节岩石反应桶10中的压力，从而设置不同温压环境，模拟其不同温压下的生烃效率，实现受控于烃源岩内部压力的生排烃模式。气体收集装置60完整地收集岩石反应桶10内的气体；监测气瓶621内的压力，便于进行生气量计算及产物的后续实验。如图1所示，第二压力监测器622与气泵625之间还依次设置有收集阀门623和拆卸口624。岩石反应桶10的顶部设有至少两个气孔101，第一气路61和第二气路62分别与气孔101连接。
53.发明人对该烃源岩生烃实验系统作了改进：该烃源岩生烃实验系统包括降温仓30和推送装置50，推送装置50能够将岩石反应桶10推送至加热仓20内或降温仓30内，有利于提高实验效率。进一步地，加热仓20设置于降温仓30的上方，如图1和图9所示，推送装置50包括用于支撑岩石反应桶10的伸缩台500，伸缩台500至少部分位于降温仓30内，并且伸缩台500能够将岩石反应桶10向上推送至加热仓20内，以便于完整地收集岩石样品，提高了实验精度。具体地，伸缩台500包括支撑台51、活动杆52和第一推动器53，支撑台51连接于活动杆52，第一推动器53与活动杆52连接，用于驱动活动杆52上下移动。加热仓20和支撑台51的内部填充绝热材料，使其可以持续高温加热并与外界隔温，保证实验有效地、安全地进行。如图1和图10所示，降温仓30的底部设置有下部平台84，下部平台84对降温仓30提供支撑。
54.进一步地，该烃源岩生烃实验系统包括设置于降温仓30与加热仓20之间的中部平台40，如图1和图6-图8所示，中部平台40包括第一隔热板41和第二隔热板42，第一隔热板41与第二隔热板42之间设置有竖向通道401，岩石反应桶10能够经竖向通道401从降温仓30运动至加热仓20内，并且，第一隔热板41与第二隔热板42能够相对运动至包围岩石反应桶10的桶底部13且与岩石反应桶10的桶底部13密封配合，通过中部平台40，保障了加热仓20的密封性，有利于对加热仓20内的温度进行准确控制，并且便于岩石反应桶10在加热仓20与降温仓30之间切换。具体地，第一隔热板41和第二隔热板42分别与第二推动器43连接，第二推动器43能够驱动第一隔热板41和第二隔热板42水平移动，以实现相对靠近和远离。进一步地，中部平台40包括钢材外壳402，第一隔热板41和第二隔热板42均设置于钢材外壳402内；钢材外壳402能够承担上部的加热仓20的重量且与加热仓20的底面密封配合；钢材外壳402内部布置有实心立柱，以防止中部平台40变形，提高结构的稳固性；钢材外壳402内部还布置有输送氮气的管线。
55.如图1-图3所示，气体收集装置60包括设置于加热仓20内的气体收集口601，岩石
反应桶10运动至加热仓20内时，气体收集口601能够连接至气孔101；降温仓30内设置有第一氮气喷口71，第一氮气喷口71通过竖向伸缩管732和水平伸缩管731来与供氮气装置70连接，岩石反应桶10运动至降温仓30内时，第一氮气喷口71能够连接至气孔101。岩石反应桶10向上运动至加热仓20时，气体收集口601能够与气孔101连接；第一氮气喷口71在竖向伸缩管732和水平伸缩管731的带动下水平运动和竖向运动，以避让岩石反应桶10，便于岩石反应桶10顺畅地上下运动，并且在岩石反应桶10向下运动至降温仓30后，第一氮气喷口71能够与气孔101连接。具体地，水平伸缩管731、竖向伸缩管732和第一氮气喷口71依次连接，水平伸缩管731能够受驱动水平平移，竖向伸缩管732能够受驱动竖向平移。供氮气装置70可以报氮气瓶701。
56.供氮气装置70通过第一氮气喷口71向岩石反应桶10内喷射氮气，一方面使岩石反应桶10内的岩石样品降温，另一方面促使生烃产物向下流动，便于对生烃产物进行完整收集，提高了实验精度。
57.如图1和图4-图5所示，加热仓20中固设有两个气体收集口601，分别连接于第一气路61和第二气路62。加热仓20包括环形的加热装置21，用于环绕岩石反应桶10。加热仓20的侧壁填充有隔热材料22。加热仓20的下端设有开口，供岩石反应桶10进出，该开口能够与中部平台40配合以实现密闭。
58.发明人作了进一步的改进：第一氮气喷口71包括喷口本体710，喷口本体710自其第一端至第二端逐渐缩小，如图3所示，喷口本体710设有氮气流道713，喷口本体710的第二端设有与氮气流道713连通的第一喷射孔711，喷口本体710的侧壁设有多个与氮气流道713连通的第二喷射孔712，便于通过第一氮气喷口71向岩石反应桶10内喷射氮气，并使氮气与岩石反应桶10内的岩石充分接触，提高降温的效率。
59.在一些实施方式中，降温仓30内设置有与供氮气装置70连接的第二氮气喷口72，第二氮气喷口72用于向降温仓30内喷洒氮气，有利于提高岩石反应桶10及内部的岩石样品的降温速度。
60.岩石在高温和生烃作用下产生膨胀，使其岩心样品难以完整回收；在回收实验样品时往往需要一些工具进行撬、敲、推等动作，会导致岩石反应桶10的精密性降低、以及油产物不能完整回收的缺陷；岩石反应桶10及岩石样品的重量较大，且外表光滑，使得人为进行安装和拆除的难度较大。为此，发明人对岩石反应桶10作了改进：如图1-图2和图11所示，岩石反应桶10包括上部分体11和下部分体12，气孔101设置于上部分体11，上部分体11与下部分体12可拆卸地连接，两者可采用螺纹连接。上部分体11的侧壁设置有圆孔111，圆孔111内有螺纹，可由带螺纹的把手旋入，用来安装和拆卸岩石反应桶10。下部分体12设有插孔121，可插入方型把手82，并配合底座81来安装及拆除岩石反应桶10；下部分体12具有桶底部13，桶底部13可旋入支撑台51或底座81。
61.如图1所示，该实验系统包括底座81。底座81上设有可滑动的方型把手82，方型把手82可插入岩石反应桶10的插孔121中，对岩石反应桶10起到稳定作用；底座81上设有定位柱83，定位柱83可插入桶底部13的定位孔中，对岩石反应桶10起到稳定作用。
62.该烃源岩生烃实验系统中，在密闭状态下加热岩石反应桶10，使烃源岩内的有机质在高温催化下发生生烃反应，在生烃过程中检测岩石反应桶10内部的压力，并收集岩石反应桶10内部的气体，还能够调节岩石反应桶10内部的压力，达到设置其不同温压环境的
目的。气体收集装置60可以完整地收集岩石反应桶10内的气体，并监测气瓶621内的压力以便于进行生气量计算及产物的后续实验。在实验结束后，可以将高温的岩石反应桶10和样品进行快速降温，并完整收集岩石反应桶10内的岩石与其反应后产生的液态烃。通过该烃源岩生烃实验系统，可以较为真实地模拟烃源岩热演化反应及受控于烃源岩内部压力的生排烃模式，通过设置温度和压力，模拟其不同温压下的生烃效率；并完整收集生烃产物；在实验结束后可以快速冷却，完整收集实验样品，有效地提高了工作效率，且便于实验后对此样品快速开展其他相关实验，比如观察样品在实验后的孔隙结构变化、内部有机质的变化。
63.通过该烃源岩生烃实验系统，完整地收集油气产物以及经过热演化后的实验样品。还可以分阶段重复本实验，根据实验设计来分期完整收集气体烃，实现模拟真实地层分期排出气态烃。在实验中主要靠岩石反应桶10来监测确定岩心的内压，在压力达到实验设计时抽取岩石反应桶10内的气态烃；考虑到岩石内的气体在破裂时排出的气态烃也只是一部分，也可以在实验前设置一个下限压力值来停止抽取气态烃。
64.考虑到地层抬升与沉降，深度越大温度越高，通过该烃源岩生烃实验系统，可以模拟地层在演化时的温度改变及相对应的产烃速率变化。具体地，可以待气瓶621内的气体温度达到常温后，根据压力计算气体体积。
65.方案二
66.本发明提供了一种烃源岩生烃实验方法，采用上述的烃源岩生烃实验系统，该烃源岩生烃实验方法包括：加热仓20控制岩石反应桶10的温度，岩心在岩石反应桶10内进行生烃反应；气体收集装置60收集油气产物；反应完成后，供氮气装置70向岩石反应桶10的内腔输送氮气使反应后的岩心降温。
67.该烃源岩生烃实验方法中，岩石反应桶10受热，使烃源岩内的有机质在高温催化下发生生烃反应，并可调整温度，模拟不同温度下的生烃效率，较为真实地模拟烃源岩热演化反应；可以比较完整地收集岩石反应桶10内的气体及生烃产物；在实验结束后，通过向岩石反应桶10内输送氮气，可以将高温的岩石反应桶10和岩石样品进行快速降温，完整收集岩石反应桶10内的岩石与其反应后产生的液态烃，有效地提高了工作效率，便于实验后对岩石样品快速开展其他相关实验。
68.具体地，在实验中，提前在计算机上预设温度和时间；将实验设计岩心样品放入岩石反应桶10的下部分体12；将完整的岩石反应桶10安装在伸缩台500；伸缩台500上升，使岩石反应桶10进入到加热仓20内，岩石反应桶10的气孔101与气体收集口601连接，中部平台40中的第一隔热板41和第二隔热板42封闭，使加热仓20形成密闭加热环境。
69.在加热过程中可以通过加热仓20内部的温度监测器，来对岩石反应桶10进行温度监测，通过收集岩石反应桶10内部的气体及向岩石反应桶10充注气瓶621内的气体来调节压力。在实验中可根据第一压力监测器611随时监测岩石反应桶10内压力，可选择是否开启阀门626以通过气泵625收集气体产物，或向岩石反应桶10充注气体，并控制其收集量和注入量，气瓶621内部压力可以通过第二压力监测器622来监测，并可通过关闭收集阀门623后更换气瓶621，实现完整、有效地收集了烃源岩气态烃产物。
70.加热完毕后中部平台40开启，伸缩台500降下，降温仓30关闭，第一氮气喷口71伸缩插入气孔101，第一氮气喷口71和第二氮气喷口72同时喷氮气，对岩石反应桶10及内部岩石进行降温，同时第一氮气喷口71喷出的气可以使附着在岩心及岩石反应桶10上的油快速
向下流动，使其聚集在岩石反应桶10下部，完整、有效地收集了烃源岩产生的液态烃。岩石反应桶10内部设有有红外测温口，当岩石反应桶10温度下降到正常值时，关气，第一氮气喷口71返回预设位，打开降温仓30，取出岩石反应桶10，并将岩石反应桶放置在底座81上、与方型把手82连接，将其打开，即可收获完整岩心和液态烃产物。
71.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。