成岩模拟装置

成岩模拟装置

 

一、成岩模拟装置具备的功能

成岩模拟装置根据时间与温度补偿原理，高温短时间模拟地下低温长时间的成岩过程。成岩模拟装置能够设置不同温度、压力、固体及流体介质条件，定量收集流体（油、气、水）及固体产物，准确测量并记录温度、位移、压力等数据。为使设备模拟结果更接近于地下实际热演化情况，设备需具备以下功能：

（1）模拟不同类型烃源岩在不同温度、压力条件下的生排烃过程；

（2）能进行可溶有机质、固体干酪根生烃及油裂解气实验；

（3）能够模拟烃源岩岩石成岩演化过程；

（4）能够定量收集固体及流体产物；

（5）能够通过测定岩石压实演化过程中体积变化量来研究孔隙度演化；

 

 

 

 

 

 

 

 

二、主要技术参数

1、温度

（1）、模拟温度范围：室温-500℃

（2）、温度控制精度：±1℃

2、压力

（1）、模拟上覆压力（直接施加至岩石上的压力）：200MPa

（2）、模拟流体压力: 100MPa

（3）、控制精度：±0.2MPa

3、高压釜内岩样尺寸

（1）、直径：25mm

（2）、高度：100mm

4、流体计量器

（1）气液分离器、气量计、液位瓶

（2）测量精度：±1ml

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

三、仪器的主要构成及技术指标

仪器至少应该包括4大系统：高温高压釜系统、控制系统、测量系统、力学系统，这4大系统应该提供如下功能：

1. 依据实验目的，能够任意设置温度、上覆压力、孔隙压力，开展地层条件下的压实模拟；在保持的时间内仪器能够自动补偿这些参数的变化，参数的误差控制在精度内，减少实验人员在实验室的陪护时间。

2. 计算机能够自动记录试验过程的数据，并自动录入，形成数据库。

3. 能够测量不同压力状态岩石的位移量，用以计算孔隙度的变化；

4. 能够模拟和计量烃源岩的生烃量。

5. 能够保持孔隙流体压力的条件下，完成岩石的固结成岩。（在此过程中，随着温度升高、孔隙流体会膨胀，孔隙流体压力会升高，关键是能够释放升高部分的流体压力，保持升温前的孔隙流体压力）。

 

（一）、高温高压釜系统

高温高压反应釜系统需具有较高的温度和压力适用条件，以确保能够模拟下地下任何温度及压力条件下的生排烃反应，并且具有很好的密封性，能够保证生烃产物的全部收集，可模拟静岩压力和流体压力。

样品室内径为25mm，样品室压实后最小高度为100mm，样品室承受最大流体压力100MPa，承受最大模拟净岩压力（直接施加至岩石上的压力）：200MPa，以确保可以模拟地下8000m深处岩石所承受的地层静岩压力。模拟温度范围：室温-500℃。反应釜由于承受超高压，超高温，且高温高压下对材料的腐蚀性能要求很高，为保证在以上几个极端恶劣环境下满足实验要求，同时又不能过分增加结构尺寸，使反应釜过于笨重，方便操作，我们采取以下设计措施：

a、                     主体材料全部采用耐高温耐腐蚀的镍基合金材料，该材料在高温条件下有较高的强度和较好的塑性，这样反应釜在高温高压条件下不需较大的几何尺寸，不会笨重，耐腐性能也很好。

b、                     密封采用专用油缸液压压紧方式，预紧力大，操作简单方便，密封可靠，改变过去常用螺栓压紧，几何尺寸大，操作不方便，密封不可靠等缺点。

c、                      密封材料选用进口复合超高温材料，即使在600℃也有很好的弹性，且可频繁装卸，任意冲压成型。

d、                     密封压力泵：用来进退密封油缸，并给密封油缸施压，压紧密封圈。

 

（二）、力学系统

系统保证长时间、稳定地将模拟净岩压力直接施加到反应釜中的样品上。最大模拟静岩压力：200MPa。系统由以下部件组成：

a、     液压龙门架：由上支承板、下支承板、以及连接上支承板与下支承板的拉杆组成。用来承受地层静岩压力、流体压力、密封压力所产生的拉力。最大可承受拉力1000KN。

b、    上覆压力油缸：油缸直径95mm，油缸活塞面积与样品截面积比为14.4，最大模拟上覆压力：200MPa。

c、     上覆压力泵：采用伺服恒压泵，上覆压力控制范围0-200MPa，控压精度±0.1Mpa

（三）、控制系统

a、温度控制：使用开启式高温加热炉，最高使用温度600℃，温度控制精度：±1℃，可以升温、恒温。高温炉底部、顶部开有同心通孔，用于静岩压力油缸、密封油缸活塞杆的上下移动，侧面上下开2个孔用于上、下排烃管路连接。加热炉采用精密炉膛，与反应釜直接接触，传热速度快，温控精度高。

b、上覆压力控制：采用伺服恒压泵，压力能够自动补偿，上覆压力控制范围0-200MPa，控压精度±0.1Mpa。

c、孔隙压力控制：采用伺服恒压泵，具有自动恒压功能，随着温度升高、孔隙流体会膨胀，孔隙流体压力会升高，该泵自动退泵泄压，并保持恒压。孔隙压力控制范围0-100MPa，控压精度±0.1Mpa。

 

（四）、产物分离收集与计量系统

能够实现油气水产物的自动分离、收集与计量。系统包括气液分离器，气量计等。

（五）、数据采集系统

能够自动实时动态采集温度、压力、位移等数据，并存储于电脑。

记录及存储参数：上覆压力、流体压力、温度及岩石压缩量（岩石顶面位移）等数据。

(六)、外围辅助设备部分

包括：样品预压及卸样装置，以实现对模拟样品的前期制备，保证整个系统的高效运行等。