本發(fā)明屬于油氣勘探開發(fā)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度測(cè)定，是一種對(duì)烴源巖的有機(jī)碳含量(toc)及其有機(jī)質(zhì)構(gòu)成實(shí)施分析測(cè)試的裝置與方法，適用于一般熱演化程度至高熱演化程度泥頁巖的巖石熱解參數(shù)分析與toc測(cè)定。

背景技術(shù)：

烴源巖的有機(jī)碳含量是評(píng)價(jià)其油氣地質(zhì)條件的基礎(chǔ)性地球化學(xué)參數(shù)。巖石熱解分析是獲得烴源巖生烴潛力參數(shù)的基本技術(shù)手段，同時(shí)也是獲得烴源巖有機(jī)碳含量的一種快速、經(jīng)濟(jì)的方法，對(duì)于一般成熟度烴源巖的效果良好。對(duì)于高演化烴源巖來說，需要750℃-800℃的熱解溫度才能實(shí)現(xiàn)其干酪根的完全熱裂解，因此傳統(tǒng)的600℃最高熱解溫度所測(cè)得的巖石熱解分析數(shù)據(jù)不能反映其真實(shí)的生烴潛力，熱解烴(s2)參數(shù)值嚴(yán)重偏小，同時(shí)也直接導(dǎo)致按照經(jīng)驗(yàn)公式用熱解參數(shù)計(jì)算的有機(jī)碳含量與直接測(cè)定值偏差嚴(yán)重。然而，當(dāng)前的國產(chǎn)巖石熱解分析儀的最高熱解溫度只能達(dá)到600℃，對(duì)于高成熟度烴源巖只能用法國生產(chǎn)的rock-evalⅵ巖石熱解分析儀等國外儀器進(jìn)行熱解分析。國外巖石熱解儀不僅價(jià)格昂貴，而且耐用性差，零部件易損壞、專屬性很強(qiáng)，給維修帶來不便，維修及時(shí)率很差。我國頁巖氣勘探開發(fā)的主要對(duì)象是熱演化程度達(dá)到高成熟至過成熟階段的泥頁巖，然而，當(dāng)前這種設(shè)備與技術(shù)狀況使巖石熱解分析這一經(jīng)濟(jì)、快捷的技術(shù)手段不能有效地服務(wù)于我國頁巖氣等高演化油氣資源的勘探開發(fā)工作，影響了工作效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種烴源巖有機(jī)碳熱解分析裝置，其最高熱解溫度高，能夠適用于一般熱演化程度至高熱演化程度泥頁巖的有機(jī)碳分析。

本發(fā)明的另一目的是提供一種基于上述烴源巖有機(jī)碳熱解分析裝置的分析方法，其能夠適用于一般熱演化程度至高熱演化程度泥頁巖的有機(jī)碳分析，分析結(jié)果準(zhǔn)確度高。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：

一種烴源巖有機(jī)碳熱解分析裝置，它包括依次連接的熱解單元、氧化單元、凈化單元、檢測(cè)單元，以及用于裝置的操作與控制、數(shù)據(jù)采集與處理的控制處理單元；

該熱解單元包括第一控溫腔和內(nèi)部的熱解爐，該熱解爐包括耐溫1000℃的鎧裝加熱絲；該氧化單元包括第二控溫腔和內(nèi)部的氧化管，該第二控溫腔包括耐溫1000℃的鎧裝加熱絲；該凈化單元包括氣體降溫腔及內(nèi)部的水分祛除組件及固體顆粒祛除組件，該水分祛除組件及固體顆粒祛除組件串聯(lián)置于該氣體降溫腔內(nèi)；該檢測(cè)單元包括檢測(cè)器駐留腔及內(nèi)部的紅外檢測(cè)器；

該第一控溫腔一端通過氣體管道與氣路轉(zhuǎn)換開關(guān)連接，另一端通過氣路管道與該氧化管的進(jìn)氣端連接；該氣路轉(zhuǎn)換開關(guān)分別連接氦氣管道和氧氣管道；該氧氣管道還設(shè)有帶氣路開關(guān)的氧氣支管，該氧氣支管也連接至該氧化管的進(jìn)氣端；該氧化管的出氣端通過氣體管道與該水分祛除組件的進(jìn)氣端連接；該固體顆粒祛除組件的出氣端與該紅外檢測(cè)器的進(jìn)氣端連接，該紅外檢測(cè)器的出氣端與大氣連通。

進(jìn)一步的，所述控制處理單元通過傳感器及數(shù)字通信端口與所述熱解單元、氧化單元、凈化單元、檢測(cè)單元連接。

進(jìn)一步的，所述氧氣管道和氦氣管道上均設(shè)有穩(wěn)流閥。

進(jìn)一步的，所述氧氣管道接氧氣源或者空氣源，所述氦氣管道接氦氣源。

一種利用上述分析裝置進(jìn)行烴源巖有機(jī)碳熱解分析的方法，它包括下列步驟：

(1)有機(jī)質(zhì)熱解

打開氦氣管道和氧氣管道，調(diào)節(jié)氣路轉(zhuǎn)換開關(guān)，使氦氣通入第一控溫腔；設(shè)定第一控溫腔的升溫程序及第二控溫腔溫度；稱取100～120mg粒度200目以下的烴源巖樣品粉末，置于熱解爐中；在50℃至800℃溫度范圍內(nèi)，以階梯式程序升溫方式控制熱解爐的溫度，使烴源巖樣品中有機(jī)質(zhì)在氦氣流下依次發(fā)生揮發(fā)、蒸發(fā)與熱裂解，并在熱裂解完成后，調(diào)節(jié)氣路轉(zhuǎn)換開關(guān)，使氧氣通入第一控溫腔，將殘余有機(jī)質(zhì)在空氣(或氧氣)流下完全氧化；

(2)熱解產(chǎn)物氧化

通過第二控溫腔將氧化管加熱到600℃至800℃，打開氧氣支管的氣路開關(guān)，使從熱解爐流出的熱解產(chǎn)物在有氧氣流下全部氧化為co2；

(3)氧化產(chǎn)物檢測(cè)

步驟(2)中得到的氣體通入凈化單元，除去水分和固體顆粒后，送入檢測(cè)單元，利用紅外檢測(cè)器對(duì)產(chǎn)出的co2進(jìn)行在線檢測(cè)；

(4)測(cè)試數(shù)據(jù)處理

①將50℃～90℃，90℃～300℃，300℃～800℃的熱解產(chǎn)物依次劃分為氣態(tài)烴、游離烴、裂解烴；將熱裂解完成后可氧化的有機(jī)質(zhì)劃分為殘余有機(jī)質(zhì)；

②通過實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)測(cè)試，將氣態(tài)烴、游離烴、裂解烴和殘余有機(jī)質(zhì)測(cè)試數(shù)據(jù)分別與傳統(tǒng)巖石熱解分析儀的s0、s1、s2、s4參數(shù)值相關(guān)聯(lián)，獲得與傳統(tǒng)巖石熱解分析儀相一致的烴源巖巖石熱解分析參數(shù)數(shù)據(jù)；

③在用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行校準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，將烴源巖樣品中氣態(tài)烴、游離烴、裂解烴的有機(jī)碳含量及殘余有機(jī)質(zhì)含量的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行加和，獲得與用碳硫儀傳統(tǒng)測(cè)試結(jié)果相一致的烴源巖總有機(jī)碳含量數(shù)據(jù)。

進(jìn)一步的，所述氦氣管道和氧氣管道內(nèi)的輸出壓力為0.5mpa。

進(jìn)一步的，所述步驟(1)、(2)、(3)、(4)通過控制處理單元進(jìn)行。

進(jìn)一步的，所述控制處理單元為計(jì)算機(jī)。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明裝置的最高熱解溫度達(dá)到850℃，可以實(shí)現(xiàn)高演化烴源巖干酪根的完全熱裂解，并且通過將傳統(tǒng)巖石熱解儀對(duì)于各熱解溫度階段熱解產(chǎn)物的氫火焰離子信號(hào)檢測(cè)(fid)轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)于其碳信號(hào)的檢測(cè)，使得測(cè)試數(shù)據(jù)直接體現(xiàn)烴源巖的有機(jī)碳含量(toc)，無需通過經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算，避免了因?yàn)闃悠沸再|(zhì)差異帶來的誤差；同時(shí)，基于烴源巖巖石熱解分析的原理與技術(shù)方法，本發(fā)明裝置的巖石熱解參數(shù)可以與傳統(tǒng)巖石熱解儀的巖石熱解參數(shù)一一對(duì)應(yīng)，具備傳統(tǒng)巖石熱解儀的分析測(cè)試功能，因而可以獲得烴源巖生烴潛力參數(shù)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明烴源巖有機(jī)碳熱解分析裝置的結(jié)構(gòu)框架示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明的具體實(shí)施方式。

如圖1所示，本發(fā)明提供一種烴源巖有機(jī)碳熱解分析裝置，它包括依次連接的熱解單元、氧化單元、凈化單元、檢測(cè)單元，以及用于裝置的操作與控制、數(shù)據(jù)采集與處理的控制處理單元15。該控制處理單元15通過傳感器與該熱解單元、氧化單元、凈化單元、檢測(cè)單元連接。

該熱解單元包括第一控溫腔1和內(nèi)部的熱解爐2，該熱解爐2包括耐溫1000℃的鎧裝加熱絲。該氧化單元包括第二控溫腔3和內(nèi)部的氧化管4，該第二控溫腔3包括耐溫1000℃的鎧裝加熱絲。該凈化單元包括氣體降溫腔5及內(nèi)部的水分祛除組件6及固體顆粒祛除組件7，該水分祛除組件6及固體顆粒祛除組件7串聯(lián)置于該氣體降溫腔5內(nèi)。該檢測(cè)單元包括檢測(cè)器駐留腔8及內(nèi)部的紅外檢測(cè)器9。

該第一控溫腔1一端通過氣體管道與氣路轉(zhuǎn)換開關(guān)10連接，另一端通過氣路管道與該氧化管4的進(jìn)氣端連接。該氣路轉(zhuǎn)換開關(guān)10分別連接氦氣管道11和氧氣管道12，該氧氣管道12接氧氣源或者空氣源，該氦氣管道11接氦氣源，氦氣管道11和該氧氣管道12上分別設(shè)有穩(wěn)流閥a、穩(wěn)流閥b。該氧氣管道12還設(shè)有帶氣路開關(guān)13的氧氣支管14，該氧氣支管14也連接至該氧化管4的進(jìn)氣端。該氧化管4的出氣端通過氣體管道與該水分祛除組件6的進(jìn)氣端連接。該固體顆粒祛除組件7的出氣端與該紅外檢測(cè)器9的進(jìn)氣端連接，該紅外檢測(cè)器9的出氣端與大氣連通。

巖石樣品在熱解爐2中隨著第一控溫腔1溫度的上升發(fā)生揮發(fā)、蒸發(fā)與熱裂解，生成一些氣態(tài)、液態(tài)的烴類。同時(shí)，固定流速的氦氣在穩(wěn)流閥a的控制下，經(jīng)由氣路轉(zhuǎn)換開關(guān)10，通過氣體管道進(jìn)入熱解爐2；當(dāng)熱解爐2的溫度穩(wěn)定在設(shè)定的最高溫度后，切換氣路轉(zhuǎn)換開關(guān)10，切斷氦氣供應(yīng)，讓氧氣(或空氣)在穩(wěn)流閥b的控制下，以設(shè)定流速通過氣體管道進(jìn)入熱解爐2，使殘余有機(jī)質(zhì)在空氣(或氧氣)流下完全氧化；如此同時(shí)，氣路開關(guān)13關(guān)閉。在熱解爐2中生成的氣態(tài)烴和液態(tài)烴類在氦氣流的帶動(dòng)下，經(jīng)過氣體管道進(jìn)入氧化管4，與經(jīng)由穩(wěn)流閥b，氣路開關(guān)13，氧氣支管14的設(shè)定流速氧氣(或空氣)流混合，在第二控溫腔3提供的600℃至800℃溫度下被氧化為co2。氧化管4和熱解爐2中生成的co2和水在氦氣流的帶動(dòng)下，通過氣體管道進(jìn)入氣體降溫腔5，依次通過水分祛除組件6和固體顆粒祛除組件7，祛除其中的固體顆粒和水。經(jīng)凈化后的含co2氣體通過氣體管道進(jìn)入檢測(cè)器駐留腔8，被紅外檢測(cè)器9檢測(cè)。對(duì)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行分析，在用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的參數(shù)值對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行校準(zhǔn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行樣品數(shù)據(jù)的綜合處理，獲得其s0、s1、s2、s4、toc各項(xiàng)指標(biāo)參數(shù)的值。

本發(fā)明還提供一種利用上述分析裝置進(jìn)行烴源巖有機(jī)碳熱解分析的方法，具體來說，它包括下列步驟：

(1)有機(jī)質(zhì)熱解

打開氦氣管道11和氧氣管道12，該氦氣管道11和氧氣管道12內(nèi)的輸出壓力為0.5mpa；調(diào)節(jié)氣路轉(zhuǎn)換開關(guān)10，使氦氣通入第一控溫腔1；設(shè)定第一控溫腔1的升溫程序及第二控溫腔3溫度；稱取100～120mg粒度200目以下的烴源巖樣品粉末，置于熱解爐2中；在50℃至800℃溫度范圍內(nèi)，以階梯式程序升溫方式控制熱解爐2的溫度，使烴源巖樣品中有機(jī)質(zhì)在氦氣流下依次發(fā)生揮發(fā)、蒸發(fā)與熱裂解，并在熱裂解完成后，調(diào)節(jié)氣路轉(zhuǎn)換開關(guān)10，使氧氣通入第一控溫腔1，將殘余有機(jī)質(zhì)在空氣(或氧氣)流下完全氧化；

(2)熱解產(chǎn)物氧化

通過第二控溫腔3將氧化管4加熱到600℃至800℃，打開氧氣支管14的氣路開關(guān)13，使從熱解爐2流出的熱解產(chǎn)物在有氧氣流下全部氧化為co2；

(3)氧化產(chǎn)物檢測(cè)

步驟(2)中得到的氣體通入凈化單元，除去水分和固體顆粒后，送入檢測(cè)單元，利用紅外檢測(cè)器9對(duì)產(chǎn)出的co2進(jìn)行在線檢測(cè)；

(4)測(cè)試數(shù)據(jù)處理

①將50℃～90℃，90℃～300℃，300℃～800℃的熱解產(chǎn)物依次劃分為氣態(tài)烴、游離烴、裂解烴；將熱裂解完成后可氧化的有機(jī)質(zhì)劃分為殘余有機(jī)質(zhì)；

②通過實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)測(cè)試，將氣態(tài)烴、游離烴、裂解烴和殘余有機(jī)質(zhì)測(cè)試數(shù)據(jù)分別與傳統(tǒng)巖石熱解分析儀的s0、s1、s2、s4參數(shù)值相關(guān)聯(lián)，獲得與傳統(tǒng)巖石熱解分析儀相一致的烴源巖巖石熱解分析參數(shù)數(shù)據(jù)；

③在用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行校準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，將烴源巖樣品中氣態(tài)烴、游離烴、裂解烴的有機(jī)碳含量及殘余有機(jī)質(zhì)含量的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行加和，獲得與用碳硫儀傳統(tǒng)測(cè)試結(jié)果相一致的烴源巖總有機(jī)碳含量數(shù)據(jù)(toc)。

上述步驟(1)、(2)、(3)、(4)通過控制處理單元15進(jìn)行，例如計(jì)算機(jī)。

以下列舉若干實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。

實(shí)施例1

樣品描述：牛蹄塘組泥頁巖。

測(cè)試條件：第一控溫腔1升溫程序：起始溫度50℃，恒溫1分鐘后以20℃/分鐘速率升溫至90℃，恒溫1分鐘；以50℃/分鐘速率升溫至300℃，恒溫5分鐘；以50℃/分鐘速率升溫至800℃，恒溫1分鐘。第二控溫腔3溫度650℃。氣體降溫腔5溫度＜100℃。氦氣流速18ml/min，空氣流速20ml/min。紅外檢測(cè)器9波長(zhǎng)4.26微米。

測(cè)試結(jié)果：s0:0.00mg/g；s1:0.08mg/g；s2:0.61mg/g；s4:25.04mg/g；toc:2.57％。

實(shí)施例2

樣品描述：合山組碳質(zhì)泥頁巖。

測(cè)試條件：第一控溫腔1升溫程序：起始溫度50℃，恒溫1分鐘后以20℃/分鐘速率升溫至90℃，恒溫1分鐘；以50℃/分鐘速率升溫至300℃，恒溫5分鐘；以50℃/分鐘速率升溫至800℃，恒溫1分鐘。第二控溫腔3溫度650℃。氣體降溫腔5溫度＜100℃。氦氣流速18ml/min，空氣流速20ml/min。紅外檢測(cè)器9波長(zhǎng)4.26微米。

測(cè)試結(jié)果：s0:0.03mg/g；s1:0.16mg/g；s2:2.55mg/g；s4:38.21mg/g；toc:4.09％。

實(shí)施例3

樣品描述：龍?zhí)督M煤。

測(cè)試條件：第一控溫腔1升溫程序：起始溫度50℃，恒溫1分鐘后以20℃/分鐘速率升溫至90℃，恒溫1分鐘；以50℃/分鐘速率升溫至300℃，恒溫5分鐘；以50℃/分鐘速率升溫至800℃，恒溫1分鐘。第二控溫腔3溫度650℃。氣體降溫腔5溫度＜100℃。氦氣流速18ml/min，空氣流速20ml/min。紅外檢測(cè)器9波長(zhǎng)4.26微米。

測(cè)試結(jié)果：0.05mg/g；s1:0.13mg/g；s2:9.05mg/g；s4:590.67mg/g；toc:59.99％。

實(shí)施例4

樣品描述：侏羅系碳質(zhì)泥巖。

測(cè)試條件：第一控溫腔1升溫程序：起始溫度50℃，恒溫1分鐘后以20℃/分鐘速率升溫至90℃，恒溫1分鐘；以50℃/分鐘速率升溫至300℃，恒溫5分鐘；以50℃/分鐘速率升溫至600℃，恒溫1分鐘。第二控溫腔3溫度650℃。氣體降溫腔5溫度＜100℃。氦氣流速18ml/min，空氣流速20ml/min。紅外檢測(cè)器9波長(zhǎng)4.26微米。

測(cè)試結(jié)果：0.08mg/g；s1:0.89mg/g；s2:9.48mg/g；s4:26.40mg/g；toc:3.68％。

實(shí)施例5

樣品描述：飛仙關(guān)組泥灰?guī)r。

測(cè)試條件：第一控溫腔1升溫程序：起始溫度50℃，恒溫1分鐘后以20℃/分鐘速率升溫至90℃，恒溫1分鐘；以50℃/分鐘速率升溫至300℃，恒溫5分鐘；以50℃/分鐘速率升溫至600℃，恒溫1分鐘。第二控溫腔3溫度650℃。氣體降溫腔5溫度＜100℃。氦氣流速18ml/min，空氣流速20ml/min。紅外檢測(cè)器9波長(zhǎng)4.26微米。

測(cè)試結(jié)果：s0:0.04mg/g；s1:0.21mg/g；s2:7.79mg/g；s4:9.76mg/g；toc:1.78％。

綜上所述，本發(fā)明烴源巖有機(jī)碳熱解分析裝置與方法，其具有下列優(yōu)點(diǎn)：

(1)最高熱解溫度能夠達(dá)到850℃，適用于一般熱演化程度至高熱演化程度泥頁巖的有機(jī)碳分析；

(2)通過將傳統(tǒng)巖石熱解儀對(duì)于各熱解溫度階段熱裂解產(chǎn)物的氫火焰離子信號(hào)檢測(cè)(fid)轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)于其碳信號(hào)的檢測(cè)，使得測(cè)試數(shù)據(jù)直接體現(xiàn)烴源巖的有機(jī)碳含量，無需通過經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算，避免了因?yàn)闃悠沸再|(zhì)差異帶來的烴源巖有機(jī)碳含量數(shù)據(jù)誤差；

(3)基于烴源巖巖石熱解分析的原理與技術(shù)方法，本發(fā)明裝置的巖石熱解參數(shù)可以與傳統(tǒng)巖石熱解儀的巖石熱解參數(shù)一一對(duì)應(yīng)，具備傳統(tǒng)巖石熱解儀的分析測(cè)試功能，因而可以獲得烴源巖生烴潛力參數(shù)；

(4)一次測(cè)試就能獲得烴源巖的s0、s1、s2、s4熱解參數(shù)和toc指標(biāo)，操作便捷，測(cè)試效率高。

上述實(shí)施例僅示例性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。本發(fā)明還有許多方面可以在不違背總體思想的前提下進(jìn)行改進(jìn)，任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。