[发明专利]烃类水合热解模拟实验装置及方法

说明书

本发明提供了一种烃类水合热解模拟实验装置及方法，该烃类水合热解模拟实验装置包括烘箱和冷却箱，烘箱的内部设有高压釜，高压釜上连接有压力检测器和重量检测器；冷却箱的内部设有气液分离器，气液分离器具有进气口、排气口和排液口，进气口通过连接管与高压釜的排气阀相连通，排气口连通有气相色谱仪，排液口连接有液相色谱仪。本发明能够模拟在页岩储层原始含水条件下，原油的热蚀变及其所产出烃类的运移、解吸附以及固体残余物的性质变化。

技术领域

本发明涉及油藏工程技术领域，特别涉及一种烃类水合热解模拟实验装置及方法。

背景技术

烃类在地下依靠烃源岩生成。在沉积的初始阶段，烃源岩被掩埋并经受高温和高压作用。当烃源岩达到足够高的温度，有足够的热量能够将有机物转化为干酪根，并释放出液态烃和/或气态烃时，就会发生烃类生成，这一过程称为烃源岩成熟。生成后，烃类可能会从烃源岩中被排驱并运移到地下，进入储层岩石(例如砂岩、石灰岩、碳酸盐岩等)中，这些储层岩石具有适当的孔隙度、结构、比表面积和封闭能力，可以捕获或吸附烃类。

原油是烃类和非烃类的混合物，在漫长的地质作用过程中会遭受各种蚀变，例如热蚀变和生物降解。由于这类混合物与储层中的岩石和矿物长期接触，因此不同的储层条件将对原油的蚀变产生影响。为了研究原油热解过程中各种组分(气态烃类和固体残渣)的动态变化，研究人员将更多的注意力放在了生烃动力学的发展和应用上。根据化学动力学原理建立其反应过程的描述方法，以及储层原油热解过程的化学动力学方程。

许多学者通过模拟实验研究了原油裂解的动态过程，其中Behar通过封闭系统热模拟技术揭示了原油和干酪根裂解的动态过程，该过程包括四种反应类型：

1.干酪根和沥青质的解聚：该反应主要是某些C-O或C-S键的断裂。这一反应的产物主要是可溶性不饱和有机化合物，而烃类(主要是气态烃类和液态烃类)的产率相对较低。

2.C-C键在C₆₊饱和烃类基质上断裂：此反应比解聚反应需要更高的活化能，主要产物为短链脂肪烃，且仍将产出较少的气态烃类和液态烃类。

3.芳烃和初级焦炭的脱甲基化：该反应主要针对C₁₄多环芳烃、C_9-13芳烃和初级焦炭。活化能分布较窄，主要产物为气态烃和焦炭残渣。

4.C_3-5脂肪链上的C-C键断裂反应：该反应的主要产物为甲烷和乙烷，在高活化能的条件下，乙烷可进一步分解为甲烷。

上述四种反应中各种化合物的平行反应按平均活化能的顺序进行。在实际地质条件下，原油的裂解受到许多因素的控制和限制，例如温度、压力、盐水和矿物成分等。温度和压力对深埋储层中原油热稳定性的影响已有广泛报道。近年来，研究人员逐渐意识到了介质环境对油气生成的影响，特别是一些无机介质，例如水和盐，将以反应物或催化剂的形式参与油气生成和转化的全过程。Lewan等人在无水封闭系统和有水封闭系统中分别进行了II型干酪根的裂解实验。之后，Behar等人采用褐煤(III型干酪根)在无水和含水条件下进行了比较热解实验，结果表明，无论是C_6-14、C₁₅₊组分还是沥青质，热解产物在无水和含水系统条件下都是不同的。在这项研究的基础上，Lewan等人还在上述两种条件下进行了I型干酪根的封闭模拟实验，并详细描述了水对源岩气的影响。但是，关于介质环境对原油热解气的影响以及水或盐对所产出的烃的捕获或吸附的影响的研究相对较少。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够模拟在页岩储层原始含水条件下，原油的热蚀变及其所产出烃类的运移、解吸附以及固体残余物的性质变化的烃类水合热解模拟实验装置。

本发明的另一个目的是提供一种应用上述烃类水合热解模拟实验装置的烃类水合热解模拟实验方法。

为达到上述目的，本发明提供了一种烃类水合热解模拟实验装置，其包括：