專利名稱：連續(xù)無(wú)損耗全巖天然氣生成模擬方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種連續(xù)無(wú)損耗全巖天然氣生成模擬方法，屬于石油地質(zhì)勘探技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)于烴源巖全巖天然氣生成情況的模擬實(shí)驗(yàn)多采用封閉體系，以便加大實(shí)驗(yàn)樣品量從而彌補(bǔ)由于烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度低而造成的產(chǎn)氣量小、難以準(zhǔn)確定量的難題。而采用開放體系下進(jìn)行的烴源巖天然氣生成模擬實(shí)驗(yàn)，由于受實(shí)驗(yàn)條件限制，實(shí)驗(yàn)加載的樣品量小(多為毫克級(jí))，多采用從烴源巖中分離、濃縮出的干酪根進(jìn)行。

已知的國(guó)內(nèi)外廣泛采用的封閉體系下烴源巖天然氣生成情況模擬技術(shù)其最大優(yōu)點(diǎn)是體系可以承載較大的壓力，加裝的樣品量大，產(chǎn)氣量大，易于定量且產(chǎn)物可以滿足后續(xù)分析研究的需要，缺點(diǎn)是每個(gè)溫度點(diǎn)都需要重新裝樣，體系內(nèi)產(chǎn)生大量的液態(tài)烴二次裂解反應(yīng)，裝置復(fù)雜，效率低下。對(duì)于開放體系下使用干酪根進(jìn)行天然氣生成模擬的實(shí)驗(yàn)技術(shù)，由于干酪根分離過程中破壞了烴源巖的原始結(jié)構(gòu)和成分，與實(shí)際地質(zhì)情況有較大的差異，因此實(shí)驗(yàn)結(jié)果不能直接應(yīng)用于實(shí)際地質(zhì)條件。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種烴源巖全巖天然氣生成情況的模擬方法，其是一種連續(xù)無(wú)損耗全巖天然氣生成模擬方法，具有可靠性高、操作簡(jiǎn)便、分析快捷、分析成本低的特點(diǎn)。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種連續(xù)無(wú)損耗全巖天然氣生成模擬方法，其是通過熱裂解器和色譜儀對(duì)全巖的天然氣生成過程進(jìn)行模擬的方法，包括以下步驟(I)、將烴源巖樣品碎成粒徑為0. 8mm-2. Omm的顆粒；(2)、取2g_3g烴源巖樣品顆粒，裝入熱裂解器的樣品管中，樣品管兩端用石英棉填充滿；(3)、將裝有烴源巖樣品顆粒的樣品管、熱裂解器的熱解爐連接到氣相色譜儀的進(jìn)樣口上并使連接處不漏氣；(4)、調(diào)節(jié)熱裂解器中的載氣壓力(可以通過調(diào)節(jié)熱裂解器的控制器中的調(diào)節(jié)旋鈕實(shí)現(xiàn))，使載氣壓力顯示表的示值保持在5psi-8psi ；(5)、向熱裂解器中通載氣5min-10min后，將色譜儀的液氮冷阱中加滿液氮(加入液氮是對(duì)冷阱進(jìn)行降溫，降至溫度約-196°C，以便將烴源巖模擬產(chǎn)物在低溫下吸附于冷阱內(nèi))，調(diào)節(jié)熱裂解器控制器中的溫度控制鍵將熱解爐的加熱溫度設(shè)定為預(yù)置溫度(或稱模擬溫度，一般為250°C _800°C，間隔為50°C )，使熱裂解器升溫，當(dāng)熱裂解器溫度達(dá)到預(yù)置溫度后，恒溫保持50min，通過升溫對(duì)烴源巖樣品進(jìn)行加熱，使其發(fā)生熱裂解產(chǎn)生氣體產(chǎn)物；(6)、恒溫保持時(shí)間到達(dá)后，將熱裂解器溫度降至80°C -85°C ；
(7)、當(dāng)熱裂解器降溫后，撤掉液氮冷阱并啟動(dòng)色譜儀對(duì)氣體產(chǎn)物進(jìn)行分析；(8)、氣體產(chǎn)物經(jīng)過色譜儀的氣相色譜柱分離為不同的組分(例如C:、C2, C3、C4、C5等)并通過色譜儀的火焰離子化檢測(cè)器檢測(cè)；(9)、記錄來(lái)自火焰離子化檢測(cè)器的數(shù)據(jù)并生成色譜圖(該記錄步驟可以通過與色譜儀連接的儀器控制與數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)按照常規(guī)方式進(jìn)行)，根據(jù)色譜圖的定量結(jié)果計(jì)算出氣體產(chǎn)物中各氣體組分的含量，并通過烴源巖有機(jī)碳含量及烴源巖樣品量計(jì)算得到烴源巖樣品的產(chǎn)氣率(將烴類氣體產(chǎn)物的總量與所用烴源巖樣品量與烴源巖有機(jī)碳含量的乘積相比得到烴源巖樣品的產(chǎn)氣率，單位為mVtTOC)；(10)、改變預(yù)置溫度，重復(fù)步驟(5)-(9)，獲得下一個(gè)預(yù)置溫度下的烴源巖樣品模擬產(chǎn)物的色譜圖，直到獲得全部預(yù)置溫度下的烴源巖樣品模擬產(chǎn)物的色譜圖；(11)、取鏡質(zhì)體反射率(Ro，％)< 0.6%的煤巖樣品，在與烴源巖樣品相同的條件下進(jìn)行步驟(I) 46)，其中，在各個(gè)預(yù)置溫度下加熱完成后取出煤巖樣品(即加熱到預(yù)置溫度并保溫保持50min之后就取出，然后選擇不同的預(yù)置溫度重復(fù)進(jìn)行上述步驟)，測(cè)定其鏡質(zhì)體反射率，得到溫度與煤巖樣品的鏡質(zhì)體反射率(鏡質(zhì)體反射率是表征煤巖等的熱演化程度的參數(shù))之間的關(guān)系；(12)、利用烴源巖樣品在各個(gè)預(yù)置溫度下的產(chǎn)氣率與相應(yīng)的預(yù)置溫度或者相應(yīng)溫度下的鏡質(zhì)體反射率在同一直角坐標(biāo)系內(nèi)作圖，形成烴源巖樣品在不同熱演化階段的天然氣生成模式圖。石油地質(zhì)研究中人們廣泛采用鏡質(zhì)體反射率Ro表示有機(jī)質(zhì)熱演化程度，但大部分烴源巖樣品中鏡質(zhì)體含量非常低，Ro很難測(cè)準(zhǔn)確，而煤巖中鏡質(zhì)體含量非常高，Ro容易測(cè)定。對(duì)于處在同一溫度體系下的烴源巖和煤巖樣品，其熱演化程度相同，因此可以用煤巖演化測(cè)得的Ro值代表烴源巖的熱演化程度。在本發(fā)明提供的上述方法中，優(yōu)選地，所采用的烴源巖樣品為鉆井中得到的巖心樣品，更優(yōu)選地，上述烴源巖樣品為鉆井巖心中的泥巖、炭質(zhì)泥巖、煤或泥灰?guī)r樣品。在本發(fā)明提供的上述方法中，優(yōu)選地,所采用的載氣為氦氣；更優(yōu)選地,氦氣的純度為 99. 999% o在本發(fā)明提供的上述方法中，所采用的裝置可以為本領(lǐng)域常用的裝置，優(yōu)選地，該方法所采用的裝置可以包括熱裂解器和色譜儀14，如圖I所示；其中，色譜儀14包括一色譜柱12、液氮冷阱11、火焰離子化檢測(cè)器10以及儀器控制與數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)(用于色譜儀的控制和數(shù)據(jù)采集、處理等)13，色譜柱14的一端與火焰離子化檢測(cè)器10連接；熱裂解器用于對(duì)樣品管中的樣品進(jìn)行加熱，使其產(chǎn)生可供檢測(cè)的氣體產(chǎn)物，其可以包括一樣品管
2、熱解爐I、載氣管線3、吹掃放空管線4以及熱裂解器控制器9，該熱裂解器控制器9上設(shè)有溫度顯示器5 (用于顯示熱裂解器中的溫度)、溫度控制鍵6 (用于控制熱裂解器的預(yù)置溫度以及加熱的進(jìn)行)、壓力調(diào)節(jié)旋鈕7 (用于調(diào)節(jié)載氣的壓力)、載氣壓力顯示表8 (用于顯示載氣的壓力)，樣品管2設(shè)置于熱解爐I內(nèi)，其通過管接口與色譜儀的進(jìn)樣口連接；儀器控制與數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)13(用于采集記錄處理來(lái)自火焰離子化檢測(cè)器的數(shù)據(jù)并生成色譜圖，可以是一具有相關(guān)功能的計(jì)算機(jī))與色譜儀14連接；載氣管線3、吹掃放空管線4分別與樣品管2連接，載氣管線3用于向樣品管2中輸入載氣，吹掃放空管線4用于對(duì)樣品管2進(jìn)行吹掃和放空。
在本發(fā)明提供的上述方法中，優(yōu)選地，所采用的熱裂解器的樣品管的容積為2mL。
本發(fā)明提供的連續(xù)無(wú)損耗全巖天然氣生成模擬方法是油氣地球化學(xué)研究中天然氣生成模擬的一種專用實(shí)驗(yàn)分析技術(shù)，天然氣生成模擬技術(shù)廣泛應(yīng)用于天然氣資源評(píng)價(jià)和天然氣氣源對(duì)比研究工作，可為天然氣資源評(píng)價(jià)提供科學(xué)、可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。在該方法中，所采用的熱裂解器以及色譜儀可以是本領(lǐng)域所采用的常規(guī)設(shè)備。本發(fā)明提供的連續(xù)無(wú)損耗全巖天然氣生成模擬方法借用了已有的熱解氣相色譜技術(shù)，但在連續(xù)無(wú)損耗全巖天然氣生成模擬技術(shù)中所采用的樣品管要比常規(guī)熱解色譜所采用的樣品管的容積大( 大約2mL)，因此可以加大實(shí)驗(yàn)樣品量、直接使用鉆井巖心顆粒；另外本發(fā)明提供的方法對(duì)于同一個(gè)烴源巖樣品一次裝樣可以連續(xù)模擬不同溫度下的烴源巖產(chǎn)氣情況，提聞了分析效率。綜上所述，本發(fā)明提供的連續(xù)無(wú)損耗全巖天然氣生成模擬方法具有以下優(yōu)點(diǎn)1、天然氣生成模擬過程采用巖心顆粒，連續(xù)無(wú)損耗；2、操作簡(jiǎn)便、分析快捷、可靠性高；3、分析成本低。本發(fā)明提供的連續(xù)無(wú)損耗全巖天然氣生成模擬方法能夠?yàn)榭焖僭u(píng)價(jià)盆地內(nèi)潛在烴源巖各演化階段的產(chǎn)氣率和產(chǎn)氣潛能提供有效的技術(shù)手段，能夠?yàn)楹蜌馀璧剡M(jìn)行天然氣資源評(píng)價(jià)提供科學(xué)、可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。


圖I為連續(xù)無(wú)損耗全巖天然氣生成模擬方法所采用的模擬裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為實(shí)施例的泥巖樣品在450°C下的模擬產(chǎn)物的氣相色譜分析圖。圖3為實(shí)施例的泥巖樣品的產(chǎn)氣模式圖。主要附圖標(biāo)號(hào)說明熱解爐I樣品管2載氣管線3吹掃放空管線4溫度顯示器5溫度控制鍵6壓力調(diào)節(jié)旋鈕7載氣壓力顯示表8熱裂解器控制器9火焰離子化檢測(cè)器10液氮冷阱11色譜柱12儀器控制與數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)13色譜儀1具體實(shí)施例方式為了對(duì)本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行以下詳細(xì)說明，但不能理解為對(duì)本發(fā)明的可實(shí)施范圍的限定。實(shí)施例本實(shí)施例提供了一種連續(xù)無(wú)損耗全巖天然氣生成模擬方法，其包括以下步驟(I)取遼河油田盆地陸參3井(Toc = 4. 65%,原始Ro = 0. 5% )的鉆井深灰色泥巖巖心樣品IOOg,破碎成粒徑為0. 85mm-2. Omm的顆粒,準(zhǔn)確稱取2. Og破碎好的泥巖樣品顆粒，裝入熱裂解器的樣品管2中，樣品管2兩端用石英棉填充滿；(2)把裝有泥巖樣品顆粒的樣品管2、熱裂解器的熱解爐(加熱爐)I連接到氣相色譜儀14的進(jìn)樣口上并確保接口處不漏氣；(3)調(diào)節(jié)熱裂解器控制器9上的壓力調(diào)節(jié)旋鈕7，使載氣壓力顯示表8的示數(shù)保持在 5psi ；(4)向熱裂解器中通氣5min后，將液氮冷阱11中加滿液氮；(5)調(diào)節(jié)熱裂解器控制器9上的溫度控制鍵6，把熱裂解器加熱爐加熱溫度設(shè)定為250°C ;當(dāng)溫度顯示器5顯示的溫度達(dá)到250°C后，恒溫50min，在恒溫過程中樣品會(huì)發(fā)生熱裂解產(chǎn)生氣體產(chǎn)物；(6)恒溫時(shí)間到達(dá)后，調(diào)節(jié)熱裂解器控制器的溫度控制鍵6，將熱解爐I的溫度降至 80 0C ；(7)降溫之后，撤掉液氮冷阱11并啟動(dòng)氣相色譜儀14對(duì)氣體產(chǎn)物進(jìn)行分析；(8)氣體產(chǎn)物經(jīng)過氣相色譜柱12將氣體產(chǎn)物中的C1X2X3X4X5等分離開并通過火焰離子化檢測(cè)器10進(jìn)行檢測(cè)； (9)采用氣相色譜儀14附帶的儀器控制與數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)13記錄來(lái)自于火焰離子化檢測(cè)器10的數(shù)據(jù)并生成氣相色譜圖(如圖2所示)，根據(jù)色譜圖的定量結(jié)果計(jì)算出產(chǎn)物中烴類氣體組分的總含量(250°C烴類氣體總含量為0. 047ml)，并通過烴源巖有機(jī)碳含量及烴源巖樣品量計(jì)算得到泥巖樣品的產(chǎn)氣率；各溫度點(diǎn)的產(chǎn)氣率=各溫度點(diǎn)烴類氣體總含量/(樣品重量X樣品有機(jī)碳含量)，250°C的產(chǎn)氣率=0. 047/(2.0X4. 65% )=
0.50m3/tToc)；(10)調(diào)整預(yù)置溫度分別為 300°C、350 °C、400°C、450°C、50(rC、55(rC、600°C、650°C、70(TC，重復(fù)步驟(5)至(9)，繼續(xù)泥巖樣品下一個(gè)預(yù)置溫度點(diǎn)的天然氣生成模擬實(shí)驗(yàn)；300°C _700°C下各溫度點(diǎn)烴類氣體總量及各溫度點(diǎn)累計(jì)產(chǎn)氣率如下表I所示。表I 300°C _700°C下各溫度點(diǎn)烴類氣體總量及累計(jì)產(chǎn)氣率表
權(quán)利要求
1.一種連續(xù)無(wú)損耗全巖天然氣生成模擬方法，其是通過熱裂解器和色譜儀對(duì)全巖的天然氣生成過程進(jìn)行模擬的方法，包括以下步驟 (1)、將烴源巖樣品碎成粒徑為0.8mm-2. Omm的顆粒； (2)、稱取2g-3g烴源巖樣品顆粒，裝入熱裂解器的樣品管中，樣品管兩端用石英棉填充滿； (3)、將裝有烴源巖樣品顆粒的樣品管、熱裂解器的熱解爐連接到氣相色譜儀的進(jìn)樣口上并使連接處不漏氣； (4)、調(diào)節(jié)熱裂解器中的載氣壓力，使載氣壓力顯示表的示值保持在5psi-8psi； (5)、向熱裂解器中通載氣5min-10min后，將色譜儀的液氮冷阱中加滿液氮，調(diào)節(jié)熱裂解器的控制器中的溫度控制鍵將熱解爐的加熱溫度設(shè)定為預(yù)置溫度，使熱裂解器升溫，當(dāng)熱裂解器溫度達(dá)到預(yù)置溫度后，恒溫保持50min，通過對(duì)烴源巖樣品進(jìn)行加熱，使其發(fā)生熱裂解產(chǎn)生氣體產(chǎn)物； (6)、恒溫保持時(shí)間到達(dá)后，將熱裂解器溫度降至80°C-85°C ； (7)、當(dāng)熱裂解器降溫后，撤掉液氮冷阱并啟動(dòng)色譜儀對(duì)氣體產(chǎn)物進(jìn)行分析； (8)、氣體產(chǎn)物經(jīng)過色譜儀的氣相色譜柱分離為不同的組分并通過色譜儀的火焰離子化檢測(cè)器檢測(cè)； (9)、記錄來(lái)自火焰離子化檢測(cè)器的數(shù)據(jù)并生成色譜圖，根據(jù)色譜圖的定量結(jié)果計(jì)算出氣體產(chǎn)物中各烴類氣體組分的含量，再將烴類氣體產(chǎn)物的總量與所用烴源巖樣品量與烴源巖有機(jī)碳含量的乘積相比得到烴源巖樣品的產(chǎn)氣率； (10)、改變預(yù)置溫度，重復(fù)步驟(5)-(9)，獲得下一個(gè)預(yù)置溫度下的烴源巖樣品模擬產(chǎn)物的色譜圖，直到獲得全部預(yù)置溫度下的烴源巖樣品模擬產(chǎn)物的色譜圖； (11)、取鏡質(zhì)體反射率<0.6%的煤巖樣品，在與烴源巖樣品相同的條件下進(jìn)行步驟(I)- ￠)，其中，在各個(gè)預(yù)置溫度下加熱完成后取出煤巖樣品，測(cè)定其鏡質(zhì)體反射率，得到溫度與煤巖樣品的鏡質(zhì)體反射率之間的關(guān)系； (12)、利用烴源巖樣品在各個(gè)預(yù)置溫度下的產(chǎn)氣率與相應(yīng)的預(yù)置溫度或者煤巖樣品的鏡質(zhì)體反射率在同一直角坐標(biāo)系內(nèi)作圖，形成所述烴源巖樣品在不同熱演化階段的天然氣生成模式圖。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，所述烴源巖樣品為鉆井中得到的巖心樣品。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的方法，其中，所述烴源巖樣品為泥巖樣品、炭質(zhì)泥巖樣品、煤樣品或泥灰?guī)r樣品。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，該方法所采用的裝置包括熱裂解器和色譜儀； 所述色譜儀包括一色譜柱、液氮冷阱、儀器控制與數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)以及火焰離子化檢測(cè)器，所述色譜柱的一端與所述火焰離子化檢測(cè)器連接； 所述熱裂解器包括一樣品管、熱解爐、載氣管線、吹掃放空管線以及熱裂解器控制器，該熱裂解器控制器上設(shè)有溫度顯示器、溫度控制鍵、壓力調(diào)節(jié)旋鈕、載氣壓力顯示表，所述樣品管設(shè)置于所述熱解爐內(nèi)，其通過管接口與所述色譜儀的進(jìn)樣口連接，所述載氣管線、吹掃放空管線分別與所述樣品管連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，所述載氣為氦氣。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述氦氣的純度為99.999%。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，所述預(yù)置溫度為250-800°C，溫度間隔為50°C。
8.根據(jù)權(quán)利要求I或4所述的方法，其中，所述熱裂解器的樣品管的容積為2mL。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種連續(xù)無(wú)損耗全巖天然氣生成模擬方法。該方法包括以下步驟將烴源巖樣品碎成顆粒，裝入熱裂解器的樣品管中；將樣品管、熱裂解器的熱解爐連接到色譜儀的進(jìn)樣口；調(diào)節(jié)熱裂解器中的載氣壓力；向熱裂解器中通氣，將液氮冷阱中加滿液氮，將熱解爐的加熱溫度設(shè)定為預(yù)置溫度，使熱裂解器升溫，當(dāng)溫度達(dá)到預(yù)置溫度后保持50min使烴源巖樣品熱裂解產(chǎn)生氣體產(chǎn)物；當(dāng)熱裂解器降溫后，撤掉液氮冷阱并啟動(dòng)氣相色譜儀對(duì)氣體產(chǎn)物進(jìn)行分析，并獲得色譜圖和產(chǎn)氣率；改變預(yù)置溫度重復(fù)上述步驟；利用各個(gè)預(yù)置溫度下的產(chǎn)氣率與相應(yīng)的預(yù)置溫度或者煤巖樣品的鏡質(zhì)體反射率在同一直角坐標(biāo)系內(nèi)作圖，形成烴源巖樣品在不同熱演化階段的天然氣生成模式圖。
文檔編號(hào)G01N30/02GK102721590SQ20121022292
公開日2012年10月10日 申請(qǐng)日期2012年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月28日
發(fā)明者孫慶伍, 張英, 李劍, 李志生, 王東良, 王義鳳, 王曉波 申請(qǐng)人:中國(guó)石油天然氣股份有限公司