[发明专利]一种生烃动力学模拟实验装置及方法

说明书

本发明提供了一种生烃动力学模拟实验装置，包括：多个并联连接的高温高压反应系统，用于模拟烃源岩在不同地质约束条件下的生烃反应；用于控制高温高压反应系统的温压控制系统；地层流体注入系统，用于向高温高压反应系统中注入地层流体；对应连接在高温高压反应系统的出口端的排烃系统；用于对烃源岩生烃产物进行分离、收集和定量的产物分离定量系统，产物分离定量系统包括连接在高温高压反应系统的入口端的溶剂驱替器和连接在排烃系统的出口端的气液分离罐；以及设置在排烃系统和气液分离罐之间的抽真空系统，抽真空系统用于对高温高压反应系统、排烃系统和产物分离定量系统进行抽真空。本发明还提供了一种生烃动力学模拟实验方法。

技术领域

本发明属于油气地球化学和石油地质勘探技术领域，具体涉及一种生烃动力学模拟实验装置。本发明还涉及一种生烃动力学模拟实验方法。

背景技术

生烃动力学是油气地球化学研究及油气勘探的重要手段，其是基于地质过程和化学动力学的理论模型设计相应的实验装置，并经过特定的数据处理软件，把实验所获得的烃岩源生烃动力学参数外推到地质过程，通过生烃动力学模型既可以预测不同阶段的油气产量，又可以对油气组成作出更精细的推断。

现有技术中，基于不同的反应级数和反应类型，国内外先后发展了多种计算生烃动力学参数的数学模型。例如，总包n级反应模型、总包一级反应模型、串联一级反应模型、最大反应速率模型、无数平行一级反应模拟以及一系列平行一级反应模型。其中，一系列平行的一级化学反应模型是目前广泛采用的适合于各种类型有机质的生烃动力学模型，主要将有机质热解生烃反应视为若干个具有不同或相同频率因子、不同表观活化能同时发生的平行一级反应，其被大多数学者接受。然而若想要获取生烃动力学的关键参数，需要开展不同加热温度、不同加热时间或不同升温速率条件下的三组以上的生烃模拟实验，根据烃产率结果才能求解生烃动力学方程，获取动力学参数。由此，生烃动力学模拟实验装置显得尤为重要。

目前，最为常用的生烃动力学模拟实验装置主要包括开放体系生烃动力学和封闭体系生烃动力学装置两大类。开放体系生烃动力学实验装置例如有Rock-Eval热解仪、PY-GC热解—气相色谱仪等。开放体系模拟实验装置存在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，源岩生烃并不完全开放，因此通过开放体系模拟实验装置得到的实验数据很难直接应用于地质条件下。封闭体系生烃动力学实验装置例如有小体积密封模拟装置MSSV、黄金管-高压釜限定体系等。封闭体系生烃动力学实验装置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，一定程度上会夸大天然气的生成量，而低估了生油潜力。此外，由于两种反应实验条件(体系的性质)与地质条件缺乏可比性，导致热解组分与实际生烃过程不匹配，数学计算中许多参数存在不确定性，通过这些方法获得的活化能和频率因子推算到地质条件下，其结果往往与实际差异较大。地质条件下，烃源岩的生烃是有机物在烃源岩有限的孔隙空间内，受上覆岩层静岩压力、地层流体压力及地层流体共同作用下、生烃-排烃过程联动控制的一种复杂的物理化学反应。现有技术中提供有比较接近地质条件下的生烃模拟实验装置，虽然实现了能够在尽可能保留样品的原始孔隙、在一个有限的生烃空间里、同时考虑到与地质条件相近的地层流体压力、上覆静岩压力条件下进行烃源岩的加温加压密闭或可控生、排烃模拟实验。然而用于生烃动力学研究仍然存在一些问题，例如，每次只能进行一个温度、压力、时间的模拟实验(耗时4-5天)，开展生烃动力学方式(至少3组不同升温速率)实验耗时长。并且，样品室壁上容易残留烃，在卸样后室温用有机溶剂清洗，容易造成轻烃损失。此外，产物分离收集系统是通过冷阱进行简单的气、液分离，液态烃定量采用恒重法，定量过程中也会造成轻烃损失，从而影响动力学模型数据的准确性。

发明内容