[发明专利]一种夹持页岩油岩芯模拟地下原位电加热的装置及方法

说明书

本发明属于电加热模拟技术领域，公开了一种夹持页岩油岩芯模拟地下原位电加热的装置及方法，岩芯夹持器放置于高温高压样品腔内，高温高压样品腔放置于高温电炉里侧，底压装置通过金属管线与液压泵连接，当液压泵启动时，钢杆从底部厚壁圆筒孔洞中升起，对岩芯施加轴压；高温电炉上端分别与冷却装置、冷凝收集装置和真空泵连通，冷却装置通过循环冷却剂使整个系统快速降温，冷凝收集装置收集产物避免污染大气，真空泵将高温高压样品腔抽真空避免氧气对试验影响。本发明通过岩芯外侧套设的碳纤维‑石英保护套，又提供了试验所需的流体环境，外夹持器为圆心轴对称分离式，协同强力锁扣和伸缩密封装置，既保证了装置的气密性，又保证了样品完整取出。

技术领域

本发明属于电加热模拟技术领域，尤其涉及一种夹持页岩油岩芯模拟地下原位电加热的装置及方法。

背景技术

目前，我国常规油气资源产量逐年下降，加大对非常规油气资源的勘探和开发力度有望缓解我国高原油对外依存度的窘境，进而保障我国能源供给，优化能源结构，促进国民经济可持续发展。美国页岩油气革命使美国从油气进口国变为出口国，但美国页岩油气多富集于海相页岩储层中，其成功的勘探开发经验帮助了我国实现海相页岩气的勘探开发，但面对储量巨大的页岩油和油页岩，由于其形成于复杂的陆相沉积环境并且具有富含黏土、成熟度低和流动性差的特点，使得海相页岩的相关地质理论不适用于陆相页岩的勘探开发。页岩油是指以页岩为主的层系中所含的石油资源，包括泥页岩层系中的致密碳酸岩或碎屑岩邻层和夹层中的石油资源。

原位电加热是指将电加热装置通过井筒放置于水平井的水平段处，对页岩储层进行加热的一种技术。原位电加热技术是目前发现可以用于中低熟页岩和未熟油页岩储层改质，提高页岩油的流动性，有望在未来帮助实现页岩油商业开采的技术手段，但直接在地下进行试验，成本较高且困难重重。国外电加热技术已经开展多年，其中壳牌进行的原位加热转换技术已经进行了近20年的室内和现场试验累计投入研发经费约30亿美元，技术成熟度已超过80％，加热工艺和关键设备等技术难题基本得到解决。与国外相比，国内对页岩原位加热开采技术的研究工作起步较晚，国内高校与科研单位相继对原位加热技术展开了探索、论证，故亟需从实验室条件下开展岩芯尺度的地下原位电加热模拟，从理论层面进行系统研究，为工程的具体实施奠定理论基础。

市面上常见两种装置，其一是为了满足模拟成岩作用的高温高压而设计的，模拟对象以颗粒样品为主，模拟颗粒变成岩块的过程，压力和温度较大，样品用量较大，精度要求较低，若使用岩芯样品进行模拟，模拟结束后岩芯大多因超高压力压实强烈，在取出过程中造成严重破损，无法开展后续的地质理论研究；其二是为了满足有机质生烃热模拟而设计的，模拟对象以粉末样品为主，样品腔较小，适用于少量样品的热模拟，同时该装置设定了固定压力模拟幕式排烃，烃类物质大多排出，会忽略部分因烃产生的物理化学过程，不能真实模拟地下原位电加热。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

(1)现有设备在热模拟结束后，岩芯因高温高压压实强烈，基本不可直接取出，只能使用脱模设备取出，但在取出过程中极易造成严重破损，无法开展后续的CT、核磁等实验。

(2)现有设备在热模拟过程中烃类物质大多排出，会忽略烃类物质对岩石骨架的物理-化学变化，不能真实模拟地下原位电加热。

解决以上问题及缺陷的难度为：

以往仪器为了保证气密性，夹持器均为一体成型，但在高温高压条件下，有机质的生烃增压效应和岩石物理性质转变会使岩芯发生膨胀，完整取出的可能性较低。若使用分离式夹持器，整体气密性会受到影响，进而影响生成的烃类物质收集，这就违背了仪器设计的初衷，同时烃类物质的排出收集会忽略部分因烃产生的物理化学过程，综上不可能在原有仪器上进行改进，需进行重新设计。

解决以上问题及缺陷的意义为：