[发明专利]页岩气赋存转化与同位素响应模拟装置和方法

说明书

本发明公开了一种页岩气赋存转化与同位素响应模拟装置，包括饱和‑解吸罐、色谱‑同位素质谱分析系统和采送样机构。饱和‑解吸罐用于对岩心进行气体高压饱和，并对高压饱和后的岩心进行解吸；色谱‑同位素质谱分析系统用于实时监控碳同位素或氢同位素的变化；采送样机构用于收集岩心解吸后的气体，并将岩心解吸后的气体送入色谱‑同位素质谱分析系统。该页岩气赋存转化与同位素响应模拟装置，用于页岩岩心气体高压饱和—解吸实验，实验室内模拟页岩气的产出过程，并实时监控碳同位素或氢同位素的变化，为示踪页岩气井的开发状态，进行产能预测提供基础数据和理论支撑。

技术领域

本发明涉及油气地质勘探技术领域，尤其是涉及一种页岩气赋存转化与同位素响应模拟装置和方法。

背景技术

我国在四川盆地焦石坝、威远等区块页岩气产量达到5.1×10⁹m³，现在正处于勘探开发的关键阶段，关于页岩气产出过程中吸附气/游离气比例、页岩气井开发状态和产能预测等问题均是油田单位重点关心的问题。近期的同位素法逐渐得到关注，初步展现了对于上述问题的应用潜力。原理上在吸附/解吸、扩散过程中，会出现明显的甲烷同位素分馏效应，从而会造成同位素分馏现象。已经发现页岩气钻井泥浆气甲烷的碳同位素值要轻于岩屑脱气，且页岩气开采过程中甲烷同位素δ¹³C随开采时间有变重的趋势。显然与页岩气吸附/解吸、扩散过程中的同位素分馏作用有关。

钟宁宁(2016)等在对上扬子龙马溪组页岩和水井坨组页岩岩心的解析中，观察到页岩气吸附/解吸、扩散过程中，其甲烷碳同位素组成(δ¹³C1)可以产生高达7‰～14.4‰的分馏作用。对这一明显的同位素分馏效应，采用多组分吸附和双孔隙气体流动模型，利用澳大利亚新南威尔士大学和CSIRO研发的SIMEDWin软件模拟计算了页岩气解吸-扩散过程的同位素分馏效应。依据模拟计算结果，进一步求取了不同时刻解析气中游离气/吸附气的比例及其随解析时间的变化。

目前，同位素法的研究还只是刚刚起步，用于研究页岩气赋存状态的转化和页岩气开发状态的示踪还有很大的潜力。重点是要掌握页岩气解析(吸附/解吸、扩散)过程中的同位素分馏规律，并建立具有理论基础的分馏效应定量表征模型。

发明内容

针对现有技术中所存在的上述技术问题，本发明提出了一种页岩气赋存转化与同位素响应模拟装置和方法。根据本发明的一方面，该页岩气赋存转化与同位素响应模拟装置包括：

饱和-解吸罐，用于对岩心进行气体高压饱和，并对所述高压饱和后的岩心进行解吸；

色谱-同位素质谱分析系统，用于实时监控碳同位素或氢同位素的变化；

采送样机构，用于收集所述岩心解吸后的气体，并将所述岩心解吸后的气体送入所述色谱-同位素质谱分析系统。

在一实施方式中，所述饱和-解吸罐和所述采送样机构之间沿气体流通方向依次设有减压阀和流量控制器。

在一实施方式中，所述采送样机构为六通阀，所述六通阀内设有取样管。

在一实施方式中，所述色谱-同位素质谱分析系统包括沿气体流通方向依次设置的色谱仪和同位素质谱仪，所述色谱仪和所述同位素质谱仪之间设有燃烧炉，所述燃烧炉用于将气体氧化或者将气体高温裂解。

在一实施方式中，所述饱和-解吸罐的外部设有加热套，所述加热套用于为所述饱和-解吸罐提供合适的温度。

在一实施方式中，所述饱和-解吸罐的进口连接高压储气罐，所述高压储气罐的出口设有第一压力计，所述饱和-解吸罐的出口设有第二压力计。

在一实施方式中，所述饱和-解吸罐的下部连接真空泵。

根据本发明的另一方面，该页岩气赋存转化与同位素响应模拟的方法，包括以下步骤：