一種頁巖儲層成巖裂縫模擬實驗裝置和方法與流程
2023-10-10 16:58:34 2
本發明涉及一種模擬實驗裝置和方法，尤其涉及一種頁巖儲層成巖裂縫模擬實驗裝置和方法，屬於石油開採
技術領域：
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背景技術：
：在21世紀，現代科技引導下的生產生活對能源的需求快速增長，現階段，化石燃料仍然處於不可替代的地位，隨著石油的開發的快速進行，全球常規油氣資源儲量快速減少，頁巖氣、緻密油、緻密氣的開發越來越受到重視。而頁巖氣、緻密油、緻密氣的開發仍然處於基礎階段，對緻密頁巖儲層的認知還存在很多盲點。其中，頁巖油氣成為目前石油工業發展的重要引擎，廣泛發育的裂縫系統是頁巖油氣能夠有效動用的關鍵。成巖縫和構造縫是該類儲層主要的裂縫類型，其中成巖縫是頁巖成巖過程中由於泥頁巖成巖收縮作用或有機質熱演化作用發生體積膨脹而形成的微裂縫。然而關於頁巖儲層成巖裂縫的模擬問題一直沒有開展深入研究。通過對成巖縫的模擬，不僅可以研究不同儲層條件對緻密頁巖裂縫的形成作用，還可以反推儲層構造發育史，對研究區域構造演變具有重要的指導和佐證意義。技術實現要素：為了解決上述技術問題，本發明的目的在於提供一種頁巖儲層成巖裂縫模擬實驗裝置，該裝置可以研究原始細粒沉積物在不同頁巖儲層溫度條件下，經過長期地質作用下頁巖儲層裂縫的形成規律，同時可用於反推儲層構造發育史。為了實現上述技術目的，本發明提供了一種頁巖儲層成巖裂縫模擬實驗裝置，該頁巖儲層成巖裂縫模擬實驗裝置包括：反應室、上覆壓力加載設備、溫控設備、壓力顯示單元、溫度顯示單元和計算機端；其中，上覆壓力加載設備與反應室連接；溫控設備與反應室連接；壓力顯示單元與反應室連接；溫度顯示單元與反應室連接；計算機端分別與上覆壓力加載設備、溫控設備、壓力顯示單元、溫度顯示單元連接。在本發明的頁巖儲層成巖裂縫模擬實驗裝置中，該頁巖儲層成巖裂縫模擬實驗裝置包括：反應室、上覆壓力加載設備、溫控設備、壓力顯示單元、溫度顯示單元和計算機端；其中，反應室，用於頁巖儲層成巖裂縫模擬實驗的樣品進行反應；上覆壓力加載設備與反應室連接，用於控制反應室內樣品的靜巖壓力；溫控設備與反應室連接，用於控制和調節反應溫度；壓力顯示單元與反應室連接，用於顯示和記錄所述反應室內的壓力變化；溫度顯示單元與反應室連接，用於顯示和記錄所述反應室內的溫度變化；計算機端分別與上覆壓力加載設備、溫控設備、壓力顯示單元、溫度顯示單元連接，用於整體控制和數據記錄。本發明的頁巖儲層成巖裂縫模擬實驗裝置中，優選地，反應室包括反應釜和恆溫電加熱爐。根據本發明的具體實施方式，反應釜作為反應室的反應裝置，頁巖儲層成巖裂縫模擬實驗的樣品(固體細粒沉積物和所需液體)在其中進行反應。採用的反應釜的釜體以鈦鉻鎳合金作為外殼，採用耐高溫的氟膠O型圈進行環槽端面密封加徑向密封對頂部活塞密封；反應釜的釜體內襯採用聚醯亞胺襯筒，使釜體內壁具有很好的光潔度，有利於活塞的上下運行並保證密封性。釜體直徑為10cm，高為5cm，具有硬度大、熔點高、抗腐蝕性強的特點。本發明的頁巖儲層成巖裂縫模擬實驗裝置中，優選地，所採用的恆溫電加熱爐包括：碳化矽爐膛，設於碳化矽爐膛外的鋁合金外膛，設於鋁合金外膛外的石棉橡膠板，和設於石棉橡膠板外的不鏽鋼外殼。在本發明的頁巖儲層成巖裂縫模擬實驗裝置中，所採用的石棉橡膠板的厚度為8mm，作為耐火材料和保溫材料。本發明的頁巖儲層成巖裂縫模擬實驗裝置中，優選地，所採用的碳化矽爐膛表面繞有鎳鉻電熱絲。本發明的頁巖儲層成巖裂縫模擬實驗裝置中，優選地，所採用的恆溫電加熱爐的外部設置兩個插孔，兩個插孔中分別設置有傳感器。上述插孔位於碳化矽爐膛側壁的中部區域，用於將傳感器插入儲層樣本內部進行測量數據；其中，一個插孔插入對反應室進行壓力檢測的傳感器，另一個插孔插入對反應室進行溫度檢測的傳感器。本發明的頁巖儲層成巖裂縫模擬實驗裝置中，優選地，所採用的上覆壓力加載設備包括液壓機。液壓機與反應釜頂部的活塞相連，用於為反應釜內的樣品提供靜巖壓力。根據本發明的具體實施方式，對反應室進行溫度檢測的傳感器將反應釜中的溫度反映到溫度顯示單元，根據溫度顯示單元的數據，利用溫控設備調節反應釜中恆溫電加熱爐的溫度，對反應釜的溫度進行調解，使反應釜中的溫度時刻與頁巖儲層的溫度保持一致。根據本發明的具體實施方式，對反應室進行壓力監測的傳感器將反應釜中的壓力反映到壓力顯示單元，根據壓力顯示單元的數據，利用上覆壓力加載設備調節反應釜中的壓力，使反應釜中壓力與頁巖儲層的壓力保持水平。根據本發明的具體實施方式，壓力顯示單元用於顯示和記錄反應室內的樣品的壓力變化，由於實驗過程中，頁巖樣品生排烴，尤其是在高溫條件下，氣態烴類在密閉裝置內會產生一定的氣體壓力，因此需要時刻監控反應室內的壓力變化。本發明還提供了一種頁巖儲層成巖裂縫模擬實驗方法，該頁巖儲層成巖裂縫模擬實驗方法是利用上述的頁巖儲層成巖裂縫模擬實驗裝置完成的，該方法包括以下步驟：獲取頁巖儲層的實際地質參數，其中，實際地質參數包括：頁巖儲層的溫度與壓力，頁巖儲層的埋藏方式，頁巖儲層的現代淤泥及沉積物樣品中粘土礦物種類及含量，頁巖儲層的巖石礦物組分、含量、有機質豐度及成熟度；將現代淤泥及沉積物樣品加入反應室的反應釜中，注入儲層模擬液；開啟溫控設備，對反應室進行加熱，開啟上覆壓力加載設備對反應室的反應釜進行加壓，模擬頁巖儲層成巖演化過程；停止加壓和加熱，結束模擬頁巖儲層成巖演化過程，記錄分析結果，結果包括統計成巖縫的方向、開度和面密度。根據本發明的具體實施方式，根據沉積巖中粘土礦物總量和常見非粘土礦物X射線衍射定量分析方法確定粘土礦物種類及含量、有機質豐度及成熟度等參數。頁巖儲層的現代淤泥及沉積物樣品可以根據實際的儲層礦物成分配置，也可以直接採集現代淤泥樣品使用。本發明的頁巖儲層成巖裂縫模擬實驗方法中，儲層模擬液根據現代淤泥及沉積物樣品的數量配置，優選地，儲層模擬液採用濃度為100mg/L的CaCl2型水。本發明的頁巖儲層成巖裂縫模擬實驗方法中，優選地，儲層模擬液的添加量為現代淤泥及沉積物樣品的質量的20％-40％。本發明的頁巖儲層成巖裂縫模擬實驗方法中，優選地，加熱溫度控制為模擬頁巖儲層的溫度，一般不超過500℃，加壓的壓力控制為模擬頁巖儲層的壓力，一般不超過80MPa。本發明的頁巖儲層成巖裂縫模擬實驗方法和裝置，建立頁巖成藏模擬過程，並對成巖裂縫進行觀察統計和表徵，改變不同的模擬參數，分別進行緻密頁巖的成巖模擬，並進行成巖裂縫的表徵，由此可以得到頁巖成巖裂縫與儲層溫度、壓力及作用時間的規律，通過改變細粒沉積物的成分，也可以得到含有不同有機質類型、不同有機質豐度的細粒沉積物成巖裂縫的不同性質；例如，通過改變樣品的壓力，模擬得到不同頁巖儲層壓力情況下成巖縫生成狀況差異性，開展壓力對成巖縫生成產狀的影響效果研究；通過改變樣品的溫度，模擬得到不同頁巖儲層溫度情況下成巖縫生成狀況差異性，開展溫度對成巖縫生成產狀的影響效果研究。本發明的上述頁巖儲層成巖裂縫模擬實驗裝置主要採用TTI原理，即：高溫短時和低溫長時均可使有機質演化均能達到相同的效果。本發明的頁巖儲層成巖裂縫模擬實驗裝置和方法可以根據實驗進度要求，適當提高溫度，縮短實驗時間，通過短時間的實驗過程模擬長久的實際地質成巖發育史，實驗過程可以根據實際頁巖儲層的埋深及地溫梯度和壓力梯度資料，折算實驗過程的溫度和壓力取值範圍。本發明的上述頁巖儲層成巖裂縫模擬實驗裝置綜合考慮了所模擬地區的實際地質要素，包括泥頁巖的巖石學特徵、成巖過程中的溫度、壓力及流體變化等主要影響因素，對頁巖儲層成巖縫生成條件的基礎研究更有針對性；建立的模擬地質過程約束下的泥頁巖儲層成巖演化階段，為泥頁巖儲層成巖演化階段的劃分以及頁巖氣勘探提供基礎實驗依據，進而使成巖模擬實驗在非常規儲層評價和預測方面具有實用性、可靠性、科學性；通過對成巖縫的模擬，不僅可以研究不同頁巖儲層條件對頁巖成巖裂縫的形成作用，還可以反推儲層構造發育史，對研究區域構造演變具有重要的指導和佐證意義。本發明的頁巖儲層成巖裂縫模擬實驗裝置設置高溫高壓細粒沉積物反應室、上覆壓力加載設備、溫控設備、壓力顯示單元和溫度顯示單元，可以使細粒沉積物在實驗室內按TTI原理在所設置的模擬參數(上覆壓力、地層溫度、反應時間)條件下，建立頁巖成藏模擬過程，並對成巖裂縫進行觀察統計和表徵，改變不同的模擬參數，分別進行緻密頁巖的成巖模擬，並進行成巖裂縫的表徵，由此可以得到頁巖成巖裂縫與儲層溫度、壓力及作用時間的規律，通過改變細粒沉積物的成分，也可以得到含有不同有機質類型、不同有機質豐度的細粒沉積物成巖裂縫的不同性質。本發明的頁巖儲層成巖裂縫模擬實驗裝置和方法，從反應物放入系統後，實驗開始到最終結束都是一次完成，操作便捷，模擬效果良好。附圖說明圖1為實施例1中的頁巖儲層成巖裂縫模擬實驗裝置的結構示意圖。主要附圖符號說明1高溫高壓細粒沉積物反應室2上覆壓力加載設備3溫控設備4壓力顯示單元5溫度顯示單元6PC機具體實施方式為了對本發明的技術特徵、目的和有益效果有更加清楚的理解，現對本發明的技術方案進行以下詳細說明，但不能理解為對本發明的可實施範圍的限定。實施例1本實施例提供了一種巖儲層成巖裂縫模擬實驗裝置，該頁巖儲層成巖裂縫模擬實驗裝置的結構如圖1所示，該裝置包括：高溫高壓細粒沉積物反應室1、上覆壓力加載設備2、溫控設備3、壓力顯示單元4、溫度顯示單元5和PC機6；其中，高溫高壓細粒沉積物反應室1為頁巖儲層成巖裂縫模擬實驗的樣品進行反應提供反應空間；高溫高壓細粒沉積物反應室1包括反應釜和恆溫電加熱爐，恆溫電加熱爐包括：表面繞有鎳鉻電熱絲的碳化矽爐膛，設於碳化矽爐膛外的高鋁外膛，設於高鋁外膛外的加厚橡膠石棉板，和設於加厚橡膠石棉板外的不鏽鋼外殼；恆溫電加熱爐的外部設置兩個插孔，一個插孔插入對反應室進行壓力檢測的傳感器，另一個插孔插入對反應室進行溫度檢測的傳感器；上覆壓力加載設備2與高溫高壓細粒沉積物反應室1相連，控制反應室內樣品的靜巖壓力；上覆壓力加載設備2包括液壓機，液壓機與反應釜頂部的活塞相連，為反應釜內的樣品提供靜巖壓力；溫控設備3與高溫高壓細粒沉積物反應室1相連，控制和調節反應溫度；壓力顯示單元4與高溫高壓細粒沉積物反應室1相連，顯示和記錄反應室內的壓力變化；溫度顯示單元5與高溫高壓細粒沉積物反應室1相連，顯示和記錄反應室內的溫度變化；PC機6分別與上覆壓力加載設備2、溫控設備3、壓力顯示單元4、溫度顯示單元5連接，用於整體控制和數據記錄。本實施例提供了一種利用上述巖儲層成巖裂縫模擬實驗裝置完成的巖儲層成巖裂縫模擬實驗方法，具體包括以下步驟：獲取頁巖儲層的實際地質參數，頁巖儲層的溫度與壓力，頁巖儲層的埋藏方式，頁巖儲層的現代淤泥及沉積物樣品中粘土礦物種類及含量，頁巖儲層的巖石礦物組分、含量、有機質豐度及成熟度；以濮城地區沙三段泥頁巖為模擬對象，儲層成分如表1所示，其中黏土礦物主要有高嶺石，蒙脫石、綠泥石和伊利石，四種物質按同等比例配置成本儲層粘土礦物成分；有機質成熟度為1.23％。表1頁巖儲層礦物成分表頁巖成分實際所佔比值模擬成分比值黏土礦物31％-67％50％石英10.5％-56.6％15％白雲石3.8％-23.4％18％斜長石1.8％-18.7％14％黃鐵礦1.3％-3.9％2％有機質0.5％-1.1％1％將現代淤泥及沉積物樣品加入反應釜中，注入儲層模擬液；儲層模擬液為濃度為100mg/L的CaCl2型水；選取穩定模擬溫度400℃，模擬壓力85MPa。壓力加載過程為加熱啟動前加載；根據中國東部盆地斷-坳演化特點，加熱方式為首先全功率升溫至200℃，然後依次以40℃/h的功率進行加熱，達到最終溫度後恆溫2h。實現對反應室進行加熱模擬頁巖儲層成巖演化過程；停止加壓和加熱，結束模擬頁巖儲層成巖演化過程，記錄分析結果，包括統計成巖縫的方向、開度和面密度。模擬結果如下：中部生成一條與巖層近垂直的高角度構造主裂縫，裂縫傾角約80°，裂縫長度達10cm，開度約為1mm-2mm，垂向貫穿儲層巖樣；伴生數條微裂縫，開度小於0.5mm，裂縫高度普遍介於1-3cm，面密度約為26條/m2。由此可得到本區域的成巖縫以微裂縫為主，受主應力作用能夠產生少量垂向高角度裂縫。成巖微裂縫對本區頁巖油藏生儲具有重要作用，是油藏的重要儲油空間和滲流通道。以上實施例說明，本發明提供的巖儲層成巖裂縫模擬實驗裝置和方法能有效模擬頁巖儲層成巖裂縫的形成，設計合理，操作便捷，本發明的裝置和方法為頁巖儲層成巖裂縫主控因素的研究提供了等效模擬裝置和方法。當前第1頁1 2 3