CN114509378B - 一种有机岩原位开采渗流与热解的模拟装置及实验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种有机岩原位开采渗流与热解的模拟装置及实验方法，属于地下非常规资源高效与清洁开采技术领域；所要解决的技术问题为：提供一种有机岩原位开采渗流与热解的模拟装置结构的改进；解决上述技术问题采用的技术方案为：包括原位热解机理反应釜、高温流体发生***、应力施加***、油气收集***等，原位热解机理反应釜连接高温流体发生***以及油气收集***实现对有机岩的热解以及产物收集，同时可以实时通过控制阀门的开闭使用稳态法或瞬态法对有机岩的渗透率进行测试；同时兼具双缸驱替泵与压力机施加轴压的切换；本发明应用于有机岩原位热解、渗流实验。
Description
技术领域
本发明提供了一种有机岩原位开采渗流与热解的模拟装置及实验方法，属于地下非常规资源高效与清洁开采研究范畴，用于模拟有机岩地下原位状态进行实时热解与渗流的研究技术领域。
背景技术
中国富有机质岩石（煤、油页岩等）储量十分丰富。我国的基本国情是贫油少气，通过对有机岩进行绝氧热解可以获得大量的可代替石油的成品油，这可作为石油资源的巨大补充。因此对有机岩进行合理开采以及充分利用便显得尤为重要。我们通过有机岩制油同样需要考虑环保、开采成本以及热解产生的成品油品质等一系列问题，而原位开采是绿色、清洁且安全的开采技术，该技术只需要在地面钻孔布井，利用其中一口或者多口井作为加热井直接对有机岩进行加热，待有机质充分热解形成油气，从其它井网将产物排采出来，而热解后的残渣依然处于地下对覆岩进行支撑作用，避免地表沉陷。若想使有机岩资源的开采更加高效，有机岩内部必须得形成充足的孔裂隙结构，直接反映为岩体的渗透性，故对有机岩的热解和渗流特性进行充分研究便甚是重要。因此，本发明提出了一种实现有机岩原位开采渗流与热解的模拟装置及实验方法，可以充分的对有机岩的原位开采过程中的热解与渗流特性进行研究，从而更好的为现场实际提供理论依据。
发明内容
本发明为了克服现有技术中存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种有机岩原位开采渗流与热解的模拟装置结构的改进。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种有机岩原位开采渗流与热解的模拟装置，包括原位热解机理反应釜、高温流体发生***、应力施加***、油气收集***，所述原位热解机理反应釜内部装有有机岩试样，所述原位热解机理反应釜***包裹加热套；所述高温流体发生***包括高温热流体发生器，所述高温热流体发生器通过管线与原位热解机理反应釜连接；
所述应力施加***包括伺服液压控制框架、双缸驱替泵、压力机、围压泵，所述伺服液压控制框架将原位热解机理反应釜固定，所述双缸驱替泵通过上游管线与原位热解机理反应釜连接，所述围压泵通过下游管线与原位热解机理反应釜连接，所述围压泵的出口管线上设置有围压泵阀门；
所述原位热解机理反应釜的上游管线上还连接有惰性气体气瓶、上游气室，其中惰性气体气瓶设置在高温热流体发生器、双缸驱替泵之间，所述上游气室设置在靠近原位热解机理反应釜的管线上，所述高温热流体发生器、惰性气体气瓶、双缸驱替泵、上游气室的出口管线上分别设置有发生器阀门、气瓶阀门、驱替泵阀门、上游气室阀门，所述原位热解机理反应釜的上游管线上设置有第一阀门、温度显示计、第一气压表；
所述原位热解机理反应釜的下游管线上设置有第三气压表；
所述油气收集***包括冷凝器，所述冷凝器通过管线与原位热解机理反应釜的流体出口连接，所述冷凝器的入口管线上设置有第二阀门，所述冷凝器的出口管线上设置有背压阀，所述原位热解机理反应釜的流体出口管线上还连接有下游气室，所述下游气室的出口管线上设置有下游气室阀门，所述原位热解机理反应釜的流体出口管线上还设置有第二气压表、流量计、惰性气体控制阀门；
所述背压阀与惰性气体控制阀门之间的管线上还连接有分管线，分管线的末端连接有两个管线，分别是气体管线和液体管线，其中分管线上设置有减压阀，气体管线上设置有气体控制阀门，液体管线上设置有液体控制阀门；
所述原位热解机理反应釜的上游管线与流体出口管线之间通过支路管线连接，所述支路管线上设置有第四气压表，在第四气压表连接原位热解机理反应釜的上游管线的支路管线上设置有第一气压表阀门，在第四气压表连接原位热解机理反应釜的流体出口管线的支路管线上设置有第二气压表阀门。
所述背压阀通过管线连接有手摇泵。
所述原位热解机理反应釜的上部为轴压施加头，所述轴压施加头的侧面为流体注入口，用于连接高温热流体发生器、惰性气体气瓶；
所述轴压施加头以下依次为传压头、第一金属卡套环、第二金属卡套环、传压腔、轴向位移计、第一传压腔进液口、传压***与耐高温高压长距离反应釜连接处的法兰、第二传压腔进液口、第一水循环冷却装置、第二水循环冷却装置，用于连接应力施加***，实现不同轴压加载方式的切换；
所述原位热解机理反应釜中部侧面的围压注入口连接围压泵，通过注入高温油为实验提供所需要的围压；
所述原位热解机理反应釜下部侧面为流体出口，使热解有机岩使用的高温热流体、热解有机岩所产生的产物以及进行渗透实验所使用的氮气或惰性气体排出反应釜，流体出口通过管线连接冷凝器。
所述有机岩试样采用紫铜套包裹，紫铜套通过金属卡箍固定，并分别通过第一石墨、第二石墨对紫铜套上下端进行密封，使紫铜套与有机岩试样紧紧贴合。
所述双缸驱替泵、围压泵采用具有恒流、恒压两种工作模式的泵，工作压力 0~50MPa，压力数显分辨率 0.01MPa，流量为 0.001~20mL/min。
所述双缸驱替泵、围压泵内部的介质采用水或油，其中双缸驱替泵的单杠泵体的容积为200ml，分辨率为0.01ml，给双缸驱替泵、围压泵进行注液压力采集的频率为10-100次/秒。
还包括控制中心，所述控制中心包括PC终端和显示器，所述PC终端通过导线分别与原位热解机理反应釜的上游管线、下游管线、流体出口管线、分支管线上设置的仪器仪表、控制阀门、驱动泵相连，所述原位热解机理反应釜的上游管线、下游管线、流体出口管线、分支管线上设置的仪器仪表和阀门均采用耐高温高压器件，最低承受温度为600℃，最低承受压力为50MPa。
一种有机岩原位开采渗流与热解的模拟实验方法，包括如下步骤：
S1：将切割好的尺寸的有机岩试样包裹上紫铜套放入原位热解机理反应釜中，然后将紫铜套使用金属卡箍与第一石墨将紫铜套密封固定，并保证反应釜各处螺栓拧紧；
S2：打开驱替泵阀门以及围压泵阀门，关闭惰性气体的气瓶阀门以及发生器阀门，将双缸驱替泵与第一传压腔进液口相连，并将第一金属卡套环和第二金属卡套环用石墨密封、螺栓卡死，通过双缸驱替泵和围压泵为块状有机岩试样提供设定压力的轴压和围压，使有机岩试样达到原位应力状态；
S3：对有机岩试样进行原位高温热解实验，通过瞬态法或稳态法测试渗透率，其中瞬态法的热解温度低于200℃，通过加热套进行加热达到热解温度，稳态法的热解温度高于200℃，通过高温热流体发生器产生高温流体达到热解温度。
所述步骤S3中通过瞬态法测试渗透率时的具体步骤如下：
S3.11：此时有机岩试样达到原位应力状态，再通过加热套把有机岩试样依次加热到指定不同温度，待温度恒定后，打开第二阀门、背压阀、减压阀、气体控制阀门以及液体控制阀门，通过油气收集***对热解所产生的有机岩油以及有机岩气进行收集，然后保温设定时长后，给上游气室和下游气室分别提供相应的孔隙压力，然后关闭第一阀门和第二阀门，打开上游气室阀门、下游气室阀门、第一气压表阀门和第二气压表阀门，构造出完全气密的环境，再由上游气室和下游气室提供具有压差的气体通过有机岩试样，得出相关曲线；
测试完成该温度点以后继续加热至下一温度点，直至最高设定温度值，重复上述过程，完成瞬态法测试渗透率。
所述步骤S3中通过稳态法测试渗透率的具体步骤如下：
S3.21：完成最高设定温度值的热解实验以及渗透率测试之后，再将双缸驱替泵与第二传压腔进液口相连，使传压头回推；
S3.22：传压头回推之后，将第一金属卡套环拆卸下来，将第二金属卡套环重新用石墨密封、螺栓卡死，通过压力机以及围压泵对有机岩试样提供设定压力的轴压以及围压，使有机岩试样重新达到原位应力状态；
S3.23：关闭加热套，然后使高温热流体发生器工作产生高温流体后，打开发生器阀门，关闭惰性气体的气瓶阀门以及驱替泵阀门，高温流体经管道通过原位热解机理反应釜的流体注入口通入有机岩试样，对有机岩试样进行原位高温热解实验；
S3.24：根据温度显示计的示数设定不同的温度点，待达到特定温度点，温度恒定后，打开第二阀门、背压阀、减压阀、气体控制阀门以及液体控制阀门，通过油气收集***对热解所产生的有机岩油以及有机岩气进行收集，然后保温设定时长后，关闭发生器阀门、上游气室阀门、下游气室阀门、减压阀、气体控制阀门、液体控制阀门、第一气压表阀门和第二气压表阀门以及驱替泵阀门，打开气瓶阀门、第二阀门、背压阀和惰性气体控制阀门，且不使用手摇泵对背压阀提供压力，通入惰性气体进行不同孔隙压渗透率测试，直到流量计数字稳定后记录惰性气体流量Q，间隔一段时间再进行下一个孔隙压下渗透率的测试，当前温度渗透率测试完成后，然后继续加热到下个温度，利用同样的步骤进行稳态法渗透率测试。
本发明相对于现有技术具备的有益效果为：
1.可以进行不同类型有机岩（完整岩石、破碎岩石和裂隙岩石）的实时原位渗流与热解特性的测试；
2.完全可以实现超低渗岩石、低渗岩石以及多孔高渗岩石渗透率的测试；
3.本发明中的原位热解机理反应釜的轴压加载方式既可使用压力机，也可使用驱替泵加载，根据热解环境可以选择不同的加载方式。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步说明：
图1为本发明的整体***结构示意图；
图2为本发明原位热解机理反应釜的结构示意图；
图中：1为高温热流体发生器；2为发生器阀门；3为惰性气体气瓶；4为气瓶阀门；5为双缸驱替泵；6为驱替泵阀门；7为第一阀门；8为上游气室；9为上游气室阀门；10为温度显示计；11为第一气压表；12为原位热解机理反应釜；13为第四气压表；14为第一气压表阀门；15为第二气压表阀门；16为第三气压表；17为第二气压表；18为围压泵阀门；19为下游气室；20为冷凝器；21为背压阀；22为流量计；23为手摇泵；24为围压泵；25为控制中心；26为下游气室阀门；27为流体注入口；28为轴压施加头；29为传压头；30为第一金属卡套环；31为第二金属卡套环；32为传压腔；33为轴向位移计；34为第一传压腔进液口；35为法兰；36为第二传压腔进液口；37为第一水循环冷却装置；38为第二水循环冷却装置；39为第一石墨；40为有机岩试样；41为金属卡箍；42为围压注入口；43为第二石墨；44为流体出口；45为第二阀门；46为加热套；47为惰性气体控制阀门；48为减压阀；49为气体控制阀门；50为液体控制阀门。
具体实施方式
如图1-2所示，本发明提供的实现有机岩原位开采渗流与热解的高温高压模拟装置由原位热解机理反应釜、高温流体发生***、应力施加***、稳态法测试***、瞬态法测试***、油气收集***等组成。
所述的原位热解机理反应釜12的长度设计为800mm，内径为255mm，内装有有机岩试样40，试样尺寸为φ50mm×100mm，试样可以是完整岩石、也可以是破碎岩石或者裂隙岩石（单裂隙和多裂隙）。原位热解机理反应釜12上部为轴压施加头28，其侧面为流体注入口27，用于连接高温热流体发生器1、惰性气体气瓶3，注入流体可以是高温流体、常温惰性气体等。轴压施加头28以下依次为传压头29、第一金属卡套环30、第二金属卡套环31、传压腔32、轴向位移计33、第一传压腔进液口34、传压***与耐高温高压长距离反应釜连接处的法兰35、第二传压腔进液口36、第一水循环冷却装置37、第二水循环冷却装置38，用于连接应力施加***，实现不同轴压加载方式的切换。原位热解机理反应釜12中部侧面的围压注入口42连接围压泵24，通过注入高温油为实验提供所需要的围压。原位热解机理反应釜12侧面使用加热套46包裹。原位热解机理反应釜12下部侧面为流体出口44，使热解有机岩使用的高温热流体、热解有机岩所产生的产物以及进行渗透实验所使用的氮气或惰性气体排出反应釜，且其连接小型冷凝油气收集的冷凝器20。
进一步，有机岩试样40使用1-3mm厚的紫铜套所包裹，紫铜套通过金属卡箍41固定以及第一石墨39、第二石墨43密封后与有机岩试样40紧紧贴合。
进一步，原位热解机理反应釜12***包裹加热套46，当有机岩试样40为完整且低渗岩石时，需要在渗透转变的阈值温度前通过加热套46对原位热解机理反应釜12进行加热。
进一步，该原位热解机理反应釜12的轴压加载方式既可以使用压力机进行轴压加载，也可以使用双缸驱替泵5进行轴压加载。
进一步，原位热解机理反应釜12的釜体要求质量轻，釜体材料可确保在高温条件下仍维持足够的强度，耐腐性能好，结构尺寸小，容易拆卸；环压套要求高温下依然密封可靠，装卸方便。
所述的高温流体发生***主要由高温热流体发生器1以及其他辅助元件所组成。
进一步，高温热流体发生器1通过管线与原位热解机理反应釜12连接，由高温热流体发生器1所产生的高温热流体再经管线通过流体注入口27进入有机岩试样40完成对有机岩试样40的原位热解实验。在高温热流体发生器1上部焊接安全阀。
所述的应力施加***主要由伺服液压控制框架、高精密恒流恒压的双缸驱替泵5、压力机以及围压泵24组成。
进一步，伺服液压控制框架为四柱式框架，将原位热解机理反应釜12固定，根据不同的实验温度条件选用不同的轴压围压加载方式：①双缸驱替泵5以及围压泵24施加轴压和围压；②压力机以及围压泵24施加轴压和围压。
进一步，当加载温度为0℃到超低渗透与低渗透的临界温度时，将双缸驱替泵5与第一传压腔进液口34相连，并将第一金属卡套环30和第二金属卡套环31用石墨密封、螺栓卡死，便可实现双缸驱替泵5加载轴压，当轴压加载完毕之后再将双缸驱替泵5与第二传压腔进液口36相连，便可实现传压头29回推；当加载温度为200~550℃时，使用压力机加载轴压更为安全，此时将第一金属卡套环30拆卸下来，将第二金属卡套环31重新用石墨密封、螺栓卡死，之后便可直接使用压力机对试件施加轴压。
进一步，双缸驱替泵5以及围压泵24要求具有恒流、恒压两种工作模式以及相应模式下的多种不同工作方式，精确控制泵排出流体的流量和压力，工作压力 0~50MPa，压力数显分辨率 0.01MPa，流量为 0.001~20mL/min。
进一步，双缸驱替泵5以及围压泵24的使用介质为水或油，双缸驱替泵5的单缸泵体的容积为200ml，分辨率为0.01ml，给双缸驱替泵5和围压泵24进行注液压力采集的***的采集频率为 10~100 次/秒。
所述的稳态法测试***主要由惰性气体气瓶3、双缸驱替泵5、围压泵24、原位热解机理反应釜12、高精密的流量计22以及其他辅助元件所组成。
进一步，当岩石不处于低渗状态时采用稳态法测试***对有机岩试样40进行渗透率测试。
进一步，在进行稳态法测试渗透率之前，需要首先使用高温流体发生***产生高温热流体对经管线进入有机岩试样40，使试样达到指定温度。
进一步，为了避免加热过程中热解气体对渗透率的测试造成影响，直到没有产物后再使用稳态法测试***对渗透率进行测试。
进一步，在稳态法测试渗透率的实验过程中，不可以使用手摇泵23对背压阀21提供压力。
进一步，当高精密的流量计22数字稳定后记录氮气或惰性气体的流量Q便可完成渗透率测试实验。
所述的瞬态法测试***主要由上游气室8、下游气室19、原位热解机理反应釜12、第四压力表13以及其他辅助元件所组成。
进一步，当岩石处于低渗或者超低渗状态时采用瞬态法测试***对有机岩试样40进行渗透率测试。
进一步，在使用瞬态法测试***测试渗透率的过程中，一定要保证第一阀门7和第二阀门45关闭，使测试***处于密闭状态，保证测试结果的精确性。
进一步，上游气室8和下游气室19的气室气压要低于对有机岩试样40所施加的轴压，防止撑破包裹试样的紫铜套。
进一步需要说明的是，上游气室压力0.5~4MPa，下游气室压力0.25~3MPa，此值可根据具体实验情况进行调整。
所述的油气收集***由冷凝器20一端经管线连接流体出口44，另一端经管线连接背压阀21所组成，保证有机岩试样40热解形成的油气产物经流体出口44通过管线进入冷凝器20将油气分离出来，再经背压阀21排出收集。
进一步，背压阀21的压力根据实验最终所要收集到的油气压强，通过手摇泵23进行提供。
进一步，测试渗透率的惰性气体通过惰性气体控制阀门47经流量计22排出收集。
进一步，热解有机岩试样40所产生有机岩气及其有机岩油经冷凝器20冷凝分离以后仍然具有很大压力，因此首先要通过减压阀48减压后再分别经气体控制阀门49以及液体控制阀门50进行有机岩气以及有机岩油的收集。
本发明通过采用模拟装置进行有机岩原位开采渗流与热解的模拟实验方法根据下面两个不同实施例进行详细描述。
实施例1
当矿层埋深为300m，热解样品为块状油页岩，其具体实验步骤为：
1.将切割好的尺寸为φ50mm×100mm的试样包裹上1mm厚的紫铜套放入原位热解机理反应釜12中，然后将紫铜套使用金属卡箍41与第一石墨39、第二石墨43将紫铜套密封固定，并保证反应釜各处螺栓拧紧。
2.打开驱替泵阀门6以及围压泵阀门18，关闭惰性气体的气瓶阀门4以及发生器阀门2，将双缸驱替泵5与第一传压腔进液口34相连，并将第一金属卡套环30和第二金属卡套环31用石墨密封、螺栓卡死，通过双缸驱替泵5和围压泵24为块状油页岩试样提供7.5MPa的轴压和9MPa的围压。
3.此时油页岩试样达到原位应力状态，再通过加热套46把试样依次加热到指定温度（20℃，50℃，100℃，150℃，200℃），待温度恒定后，打开第二阀门45、背压阀21、耐减压阀48、气体控制阀门49以及液体控制阀门50，通过油气收集***对热解所产生的油页岩油以及油页岩气进行收集，然后保温10h后，给上游气室8和下游气室19分别提供相应的孔隙压力（分别为（0.75MPa，0.25MPa），（1.25MPa，0.75MPa），（2.25MPa，1.75MPa），（3.25MPa，2.75MPa）），然后关闭第一阀门7和第二阀门45，打开上游气室阀门9、下游气室阀门26、第一压力表阀门14和第二压力表阀门15，构造出完全气密的环境，再由上游气室8和下游气室19提供具有压差的气体通过有机岩试样40，得出相关曲线。测试完成该温度点以后继续加热至下一温度点，直至200℃，重复上述过程，完成瞬态法测试渗透率。
4.完成200℃的热解实验以及渗透率测试之后，再将双缸驱替泵5与第二传压腔进液口36相连，使传压头29回推。
5.传压头29回推之后，将第一金属卡套环30拆卸下来，将第二金属卡套环31重新用石墨密封、螺栓卡死，通过压力机以及围压泵24对试样提供7.5MPa轴压以及9MPa围压，使试件重新达到原位应力状态。
6.关闭加热套46，然后使高温热流体发生器1工作产生高温流体后，打开高温热流体发生器阀门2，关闭惰性气体气瓶阀门4以及驱替泵阀门6，高温流体经管道通过反应釜流体注入口27通入有机岩试样40，对试样进行原位高温热解实验。
7.根据高精密的温度显示计10的示数设定不同的温度点，待达到特定温度点（300℃，350℃，400℃，450℃，500℃，550℃），温度恒定后，打开第二阀门45、背压阀21、减压阀48、气体控制阀门49以及液体控制阀门50，通过油气收集***对热解所产生的油页岩油以及油页岩气进行收集，然后保温10h后，关闭高发生器阀门2、上游气室阀门9、下游气室阀门26、减压阀48、气体控制阀门49、液体控制阀门50、第一压力表阀门14和第二压力表阀门15以及驱替泵阀门6，打开惰性气体的气瓶阀门4、第二阀门45、背压阀21和惰性气体控制阀门47，且不使用手摇泵23对背压阀21提供压力，通入氮气进行不同孔隙压（0.5MPa，1MPa，1.5MPa，2MPa，2.5MPa，3MPa）渗透率测试，直到高精密的流量计22数字稳定后记录氮气流量Q，间隔二十分钟再进行下一个孔隙压下渗透率的测试，当前温度渗透率测试完成后，然后继续加热到下个温度，利用同样的步骤进行稳态法渗透率测试。
实例2
当矿层埋深为800m，热解样品为单裂隙煤块，其具体实验步骤为：
1.将切割好的尺寸为φ50mm×100mm的试样包裹上1mm厚的紫铜套放入原位热解机理反应釜12中，然后将紫铜套使用金属卡箍41与第一石墨39、第二石墨43将紫铜套密封固定，并保证反应釜各处螺栓拧紧。
2.打开驱替泵阀门6以及围压泵阀门18，关闭惰性气体气瓶阀门4以及发生器阀门2，将双缸驱替泵5与第一传压腔进液口34相连，并将第一金属卡套环30和第二金属卡套环31用石墨密封、螺栓卡死，通过双缸驱替泵5和围压泵24为煤块试样提供20MPa的轴压和24MPa的围压。
3.此时煤块试样达到原位应力状态，再通过加热套46把试样依次加热到指定温度（20℃，50℃，100℃，150℃，200℃），待温度恒定后，打开第二阀门45、背压阀21、减压阀48、气体控制阀门49以及液体控制阀门50，通过油气收集***对热解所产生的油页岩油以及油页岩气进行收集，然后保温10h后，给上游气室8和下游气室19分别提供相应的孔隙压力（分别为（1.25MPa，0.75MPa），（2.25MPa，1.75MPa），（3.25MPa，2.75MPa），（4.25MPa，3.75MPa）），然后关闭第一阀门7和第二阀门45，打开上游气室阀门9、下游气室阀门26、第一压力表阀门14和第二压力表阀门15，构造出完全气密的环境，再由上游气室8和下游气室19提供具有压差的气体通过有机岩试样40，得出相关曲线。测试完成该温度点以后继续加热至下一温度点，直至200℃，重复上述过程，完成瞬态法测试渗透率。
4.完成200℃的热解实验以及渗透率测试之后，再将双缸驱替泵5与第二传压腔进液口36相连，使传压头29回推。
5.传压头29回推之后，将第一金属卡套环30拆卸下来，将第二金属卡套环31重新用石墨密封、螺栓卡死，通过压力机以及围压泵24对试样提供20MPa轴压以及24MPa围压，使试件重新达到原位应力状态。
6.关闭加热套46，然后使高温热流体发生器1工作产生高温流体后，打开发生器阀门2，关闭惰性气体的气瓶阀门4以及驱替泵阀门6，高温流体经管道通过反应釜流体注入口27通入有机岩试样40，对试样进行原位高温热解实验。
7.根据高精密的温度显示计10的示数设定不同的温度点，待达到特定温度点（300℃，350℃，400℃，450℃，500℃，550℃），温度恒定后，打开第二阀门45、背压阀21、减压阀48、气体控制阀门49以及液体控制阀门50，通过油气收集***对热解所产生的油页岩油以及油页岩气进行收集，然后保温10h后，关闭发生器阀门2、上游气室阀门9、下游气室阀门26、减压阀48、气体控制阀门49、液体控制阀门50、第一压力表阀门14和第二压力表阀门15以及驱替泵阀门6，打开惰性气体的气瓶阀门4、第二阀门45、背压阀21和惰性气体控制阀门47，且不使用手摇泵23对背压阀21提供压力，通入氮气进行不同孔隙压（0.5MPa，1MPa，1.5MPa，2MPa，2.5MPa，3MPa）渗透率测试，直到高精密的流量计22数字稳定后记录氮气流量Q，间隔二十分钟再进行下一个孔隙压下渗透率的测试，当前温度渗透率测试完成后，然后继续加热到下个温度，利用同样的步骤进行稳态法渗透率测试。
进一步说明，使用原位热解机理反应釜12进行渗透率测试可既使用稳态法也可使用瞬态法，当加载温度低于200℃时使用瞬态法进行渗透率测试，当加载温度达到200℃以上时使用稳态法进行渗透率测试。轴压的加载方式也是取决于加载温度，低于200℃时使用双缸驱替泵5进行轴压的加载，高于200℃时使用压力机进行轴压加载。
进一步说明，对有机岩进行原位热解实验时，当温度低于200℃采用加热套46对有机岩试样进行加热，当温度高于200℃采用高温流体发生***对有机岩试样进行原位热解实验。
关于本发明具体结构需要说明的是，本发明采用的各部件模块相互之间的连接关系是确定的、可实现的，除实施例中特殊说明的以外，其特定的连接关系可以带来相应的技术效果，并基于不依赖相应软件程序执行的前提下，解决本发明提出的技术问题，本发明中出现的部件、模块、具体元器件的型号、连接方式除具体说明的以外，均属于本领域技术人员在申请日前可以获取到的已公开专利、已公开的期刊论文、或公知常识等现有技术，无需赘述，使得本案提供的技术方案是清楚、完整、可实现的，并能根据该技术手段重现或获得相应的实体产品。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (9)
1.一种有机岩原位开采渗流与热解的模拟装置，其特征在于：包括原位热解机理反应釜（12）、高温流体发生***、应力施加***、油气收集***，所述原位热解机理反应釜（12）内部装有有机岩试样（40），所述原位热解机理反应釜（12）***包裹加热套（46）；所述高温流体发生***包括高温热流体发生器（1），所述高温热流体发生器（1）通过管线与原位热解机理反应釜（12）连接；
所述应力施加***包括伺服液压控制框架、双缸驱替泵（5）、压力机、围压泵（24），所述伺服液压控制框架将原位热解机理反应釜（12）固定，所述双缸驱替泵（5）通过上游管线与原位热解机理反应釜（12）连接，所述围压泵（24）通过下游管线与原位热解机理反应釜（12）连接，所述围压泵（24）的出口管线上设置有围压泵阀门（18）；
所述原位热解机理反应釜（12）的上游管线上还连接有惰性气体气瓶（3）、上游气室（8），其中惰性气体气瓶（3）设置在高温热流体发生器（1）、双缸驱替泵（5）之间，所述上游气室（8）设置在靠近原位热解机理反应釜（12）的管线上，所述高温热流体发生器（1）、惰性气体气瓶（3）、双缸驱替泵（5）、上游气室（8）的出口管线上分别设置有发生器阀门（2）、气瓶阀门（4）、驱替泵阀门（6）、上游气室阀门（9），所述原位热解机理反应釜（12）的上游管线上设置有第一阀门（7）、温度显示计（10）、第一气压表（11）；
所述原位热解机理反应釜（12）的下游管线上设置有第三气压表（16）；
所述油气收集***包括冷凝器（20），所述冷凝器（20）通过管线与原位热解机理反应釜（12）的流体出口连接，所述冷凝器（20）的入口管线上设置有第二阀门（45），所述冷凝器（20）的出口管线上设置有背压阀（21），所述原位热解机理反应釜（12）的流体出口管线上还连接有下游气室（19），所述下游气室（19）的出口管线上设置有下游气室阀门（26），所述原位热解机理反应釜（12）的流体出口管线上还设置有第二气压表（17）、流量计（22）、惰性气体控制阀门（47）；
所述背压阀（21）与惰性气体控制阀门（47）之间的管线上还连接有分管线，分管线的末端连接有两个管线，分别是气体管线和液体管线，其中分管线上设置有减压阀（48），气体管线上设置有气体控制阀门（49），液体管线上设置有液体控制阀门（50）；
所述原位热解机理反应釜（12）的上游管线与流体出口管线之间通过支路管线连接，所述支路管线上设置有第四气压表（13），在第四气压表（13）连接原位热解机理反应釜（12）的上游管线的支路管线上设置有第一气压表阀门（14），在第四气压表（13）连接原位热解机理反应釜（12）的流体出口管线的支路管线上设置有第二气压表阀门（15）；
所述原位热解机理反应釜（12）的上部为轴压施加头（28），所述轴压施加头（28）的侧面为流体注入口（27），用于连接高温热流体发生器（1）、惰性气体气瓶（3）；
所述轴压施加头（28）以下依次为传压头（29）、第一金属卡套环（30）、第二金属卡套环（31）、传压腔（32）、轴向位移计（33）、第一传压腔进液口（34）、传压***与耐高温高压长距离反应釜连接处的法兰（35）、第二传压腔进液口（36）、第一水循环冷却装置（37）、第二水循环冷却装置（38），用于连接应力施加***，实现不同轴压加载方式的切换；
所述原位热解机理反应釜（12）中部侧面的围压注入口（42）连接围压泵（24），通过注入高温油为实验提供所需要的围压；
所述原位热解机理反应釜（12）下部侧面为流体出口（44），使热解有机岩使用的高温热流体、热解有机岩所产生的产物以及进行渗透实验所使用的氮气或惰性气体排出反应釜，流体出口（44）通过管线连接冷凝器（20）。
2.根据权利要求1所述的一种有机岩原位开采渗流与热解的模拟装置，其特征在于：所述背压阀（21）通过管线连接有手摇泵（23）。
3.根据权利要求2所述的一种有机岩原位开采渗流与热解的模拟装置，其特征在于：所述有机岩试样（40）采用紫铜套包裹，紫铜套通过金属卡箍（41）固定，并分别通过第一石墨（39）、第二石墨（43）对紫铜套上下端进行密封，使紫铜套与有机岩试样（40）紧紧贴合。
4.根据权利要求1所述的一种有机岩原位开采渗流与热解的模拟装置，其特征在于：所述双缸驱替泵（5）、围压泵（24）采用具有恒流、恒压两种工作模式的泵，工作压力 0~50MPa，压力数显分辨率 0.01MPa，流量为 0.001~20mL/min。
5.根据权利要求4所述的一种有机岩原位开采渗流与热解的模拟装置，其特征在于：所述双缸驱替泵（5）、围压泵（24）内部的介质采用水或油，其中双缸驱替泵（5）的单杠泵体的容积为200ml，分辨率为0.01ml，给双缸驱替泵（5）、围压泵（24）进行注液压力采集的频率为10-100次/秒。
6.根据权利要求1所述的一种有机岩原位开采渗流与热解的模拟装置，其特征在于：还包括控制中心（25），所述控制中心（25）包括PC终端和显示器，所述PC终端通过导线分别与原位热解机理反应釜（12）的上游管线、下游管线、流体出口管线、分支管线上设置的仪器仪表、控制阀门、驱动泵相连，所述原位热解机理反应釜（12）的上游管线、下游管线、流体出口管线、分支管线上设置的仪器仪表和阀门均采用耐高温高压器件，最低承受温度为600℃，最低承受压力为50MPa。
7.采用如权利要求1-6任一项所述的有机岩原位开采渗流与热解的模拟装置进行有机岩原位开采渗流与热解的模拟实验方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1：将切割好的尺寸的有机岩试样（40）包裹上紫铜套放入原位热解机理反应釜（12）中，然后将紫铜套使用金属卡箍（41）与第一石墨（39）将紫铜套密封固定，并保证反应釜各处螺栓拧紧；
S2：打开驱替泵阀门（6）以及围压泵阀门（18），关闭惰性气体的气瓶阀门（4）以及发生器阀门（2），将双缸驱替泵（5）与第一传压腔进液口（34）相连，并将第一金属卡套环（30）和第二金属卡套环（31）用石墨密封、螺栓卡死，通过双缸驱替泵（5）和围压泵（24）为块状有机岩试样（40）提供设定压力的轴压和围压，使有机岩试样（40）达到原位应力状态；
S3：对有机岩试样（40）进行原位高温热解实验，通过瞬态法或稳态法测试渗透率，其中瞬态法的热解温度低于200℃，通过加热套（46）进行加热达到热解温度，稳态法的热解温度高于200℃，通过高温热流体发生器（1）产生高温流体达到热解温度。
8.根据权利要求7所述的一种有机岩原位开采渗流与热解的模拟实验方法，其特征在于：所述步骤S3中通过瞬态法测试渗透率时的具体步骤如下：
S3.11：此时有机岩试样（40）达到原位应力状态，再通过加热套（46）把有机岩试样（40）依次加热到指定不同温度，待温度恒定后，打开第二阀门（45）、背压阀（21）、减压阀（48）、气体控制阀门（49）以及液体控制阀门（50），通过油气收集***对热解所产生的有机岩油以及有机岩气进行收集，然后保温设定时长后，给上游气室（8）和下游气室（19）分别提供相应的孔隙压力，然后关闭第一阀门（7）和第二阀门（45），打开上游气室阀门（9）、下游气室阀门（26）、第一气压表阀门（14）和第二气压表阀门（15），构造出完全气密的环境，再由上游气室（8）和下游气室（19）提供具有压差的气体通过有机岩试样（40），得出相关曲线；
测试完成该温度点以后继续加热至下一温度点，直至最高设定温度值，重复上述过程，完成瞬态法测试渗透率。
9.根据权利要求7所述的一种有机岩原位开采渗流与热解的模拟实验方法，其特征在于：所述步骤S3中通过稳态法测试渗透率的具体步骤如下：
S3.21：完成最高设定温度值的热解实验以及渗透率测试之后，再将双缸驱替泵（5）与第二传压腔进液口（36）相连，使传压头（29）回推；
S3.22：传压头（29）回推之后，将第一金属卡套环（30）拆卸下来，将第二金属卡套环（31）重新用石墨密封、螺栓卡死，通过压力机以及围压泵（24）对有机岩试样（40）提供设定压力的轴压以及围压，使有机岩试样（40）重新达到原位应力状态；
S3.23：关闭加热套（46），然后使高温热流体发生器（1）工作产生高温流体后，打开发生器阀门（2），关闭惰性气体的气瓶阀门（4）以及驱替泵阀门（6），高温流体经管道通过原位热解机理反应釜（12）的流体注入口（27）通入有机岩试样（40），对有机岩试样（40）进行原位高温热解实验；
S3.24：根据温度显示计（10）的示数设定不同的温度点，待达到特定温度点，温度恒定后，打开第二阀门（45）、背压阀（21）、减压阀（48）、气体控制阀门（49）以及液体控制阀门（50），通过油气收集***对热解所产生的有机岩油以及有机岩气进行收集，然后保温设定时长后，关闭发生器阀门（2）、上游气室阀门（9）、下游气室阀门（26）、减压阀（48）、气体控制阀门（49）、液体控制阀门（50）、第一气压表阀门（14）和第二气压表阀门（15）以及驱替泵阀门（6），打开气瓶阀门（4）、第二阀门（45）、背压阀（21）和惰性气体控制阀门（47），且不使用手摇泵（23）对背压阀（21）提供压力，通入惰性气体进行不同孔隙压渗透率测试，直到流量计（22）数字稳定后记录惰性气体流量Q，间隔一段时间再进行下一个孔隙压下渗透率的测试，当前温度渗透率测试完成后，然后继续加热到下个温度，利用同样的步骤进行稳态法渗透率测试。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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