一種評價頁巖中可動油飽和量的裝置及方法與流程

2023-05-28 07:46:26

本發明涉及於石油工程和工藝技術領域，具體涉及一種評價頁巖中可動油飽和量的裝置及方法。

背景技術：

隨著頁巖氣理論研究的深入及勘探開發的迅速發展，頁巖油也在近年內受到了廣泛的關注和高度的重視。作為頁巖氣的同胞兄弟，頁巖油也具有較為廣泛的分布。在美國，頁巖油產量從2005年開始迅速增加，2011年的頁巖油產量達到了2973萬噸，已經成為了非常規油氣勘探開發領域中的重點。除此之外，加拿大等其他國家也在不同程度上取得了頁巖油勘探開發的突破。

我國頁巖油資源豐富，自從20世紀60年代以來，就已在不同含油氣盆地中發現了「泥頁巖裂縫性油藏」。隨著頁巖油氣富集理論的深入及勘探開發技術的進步，被賦予了全新機理意義的頁巖油目前已成為了各主要油氣田區內儲量增長的熱點領域。在松遼、渤海灣(遼河、濟陽、濮陽等坳陷)及南襄等中新生代陸相盆地中，均已不同程度地獲得了頁巖油流。我國頁巖油資源豐富，特別是中新生代陸相泥頁巖層系中的頁巖油資源已引起各石油企業的高度重視，相關理論研究與勘探開發實踐陸續展開。

與頁巖氣相似，頁巖油是以游離(含凝析態)、吸附及溶解(可溶解於天然氣、乾酪根和殘餘水等)態等多種方式賦存於有效生烴泥頁巖地層層系中且具有勘探開發意義的非氣態烴類。勘探開發頁巖油不但要評價頁巖層系中殘留油的蘊含量，更要評價其中多少具有可流動性。關於頁巖油的可流動性問題國內外學者尚處於探索階段。而要對頁巖油進行有效的開發，對頁巖油在頁巖中的賦存狀態的分析和評價就變得非常重要，因此，需要建立實驗方法來確定頁巖中以游離狀態和吸附及溶解狀態存在的可動原油的含量。只有在明確了頁巖中以游離狀態和吸附及溶解狀態的原油含量之後，才能有針對性地確立開發方案，目前的專利報導或者文獻都集中在頁巖總孔隙度和有機孔隙度的表徵，頁巖中孔隙的存在為油的存儲提供場所，但其只能代表頁巖中油的儲量可能有多少，並不能代表可動油或者可開發油的儲量，而對開發方案的設計和選取更具有指導意義的則是以不同賦存狀態存在的可動油的儲量，但目前還沒有文獻或者專利報導相關的技術或者方法來對頁巖中以游離狀態和吸附溶解狀態存在的可動油進行定量的表徵。現有技術還提供了一種巖塊油水滲吸過程的可動油量的定量控制方法，該方法通過油水兩相滲吸來定量的控制巖塊中油水的含量，來得到具有一定油水分布的巖心，由於採用有限真空飽和技術，導致氣相的存在會佔據一定的空間，所以測出的油水含量要遠遠小於巖塊的飽和量，該方法對同一巖心先後流入水和油，無法確定油和水在巖心中完全飽和時的量。另外，由於頁巖中含有大量的粘土，水的注入會導致粘土吸水膨脹，孔隙發生改變從而影響油和水的飽和量。因此，這一技術也無法對頁巖中可動油，特別是以以游離狀態和吸附溶解狀態存在的可動油進行定量的表徵。

技術實現要素：

本發明的目的是為克服上述現有技術的不足，提供一種評價頁巖中可動油飽和量的裝置及方法，以評價頁巖中以游離和吸附溶解狀態存在的可動油飽和量。

一種評價頁巖中可動油飽和量的裝置，包括密閉樣品罐、樣品罐蓋、第一刻度管、第二刻度管、真空泵、四通閥、連通口、第一管線、第二管線、第三管線、第四管線、第一截止閥、第二截止閥、第三截止閥和第四截止閥；所述密閉樣品罐上方設置樣品罐蓋，所述樣品罐蓋上設置連通口，所述第一管線的一端通過連通口與密閉樣品罐內部相連通，所述第一管線的另一端與四通閥相連通，所述第一管線上設置第一截止閥；所述第一刻度管底端通過第二管線與四通閥相連通，所述第二管線上設置第二截止閥；所述第二刻度管底端通過第三管線與四通閥相連通，所述第三管線上設置第三截止閥；所述真空泵通過第四管線與四通閥相連通，所述第四管線上設置第四截止閥。

優選的，所述第一刻度管內裝填KCl溶液，所述第二刻度管內裝填烷烴。

優選的，所述密閉樣品罐的容積為50-100cm3。

本發明還公開了一種評價頁巖中可動油飽和量的方法，包括以下步驟：

(1)首先，選取頁巖樣品進行洗油操作，然後進行烘乾，將頁巖樣品破碎成碎樣。將頁巖樣品破碎可以加大頁巖樣品與油/水接觸面積，加快自吸，縮短實驗周期；

(2)將頁巖樣品的碎樣裝入密閉樣品罐並蓋上樣品罐蓋，記錄裝入碎樣的質量m，並將裝置各部分連接完整；

(3)打開第一截止閥和第四截止閥，其餘截止閥關閉，開動真空泵，對密閉樣品罐進行抽真空處理，抽真空24小時；

(4)將KCl溶液裝入第一刻度管，排空第二管線內的空氣，使KCl溶液充滿第一刻度管和第二管線，記錄KCl溶液的初始體積V水0；

(5)打開第一截止閥和第二截止閥，讓第一刻度管中的KCl溶液流入到密閉樣品罐中，當第一刻度管中KCl溶液液面刻度連續4小時不再變化時，記錄此時KCl溶液的體積V水i；

(6)將密閉樣品罐中的碎樣取出，在100℃的烘箱中烘乾，直到碎樣的重量不再減少，將碎樣裝回密閉樣品罐，打開第一截止閥和第四截止閥，其餘關閉，重新抽真空24小時；

(7)將烷烴裝入第二刻度管，排空第三管線內的空氣，使烷烴充滿第二刻度管和第三管線，記錄烷烴的初始體積V油0；

(8)打開第一截止閥和第三截止閥，讓第二刻度管中的烷烴流入到密閉樣品罐中，當第二刻度管中烷烴液面刻度連續4小時不再變化時，記錄此時烷烴的體積V油i。

(9)頁巖樣品中的KCl溶液的飽和量ω水，即頁巖巖心單位質量頁巖樣品飽和液體體積，由下式計算得到：

頁巖樣品中的烷烴的飽和量ω油由下式求得：

其中，

ω水：頁巖樣品中的KCl溶液的飽和量，cm3/g；

ω油：頁巖樣品中的烷烴的飽和量，cm3/g；

V水0：KCl溶液的初始體積，cm3；

V水i：第一刻度管中KCl溶液液面刻度連續4小時不再變化時的體積，cm3；

V油0：烷烴的初始體積，cm3；

V油i：第二刻度管中烷烴液面刻度連續4小時不再變化時的體積，cm3；

V罐：密閉樣品罐與第一管線的體積總和，cm3；

V樣：碎樣的體積，由樣品的質量和密度求得，cm3；

m：碎樣的質量，g。

進入巖心中的油可以分成兩部分，一部分進入到頁巖中的孔隙當中，另一部分吸附和溶解到有機質當中，而進入孔隙當中的油的體積與可進入的KCl溶液的體積相等，因此，頁巖中以游離狀態存在的烷烴的飽和量ω′可以由進入的水的飽和量進行表徵，而頁巖中有機質中吸附和溶解狀態的烷烴的飽和量ω″可由頁巖樣品中進入的烷烴的總量減去游離狀態存在的烷烴的飽和量。

頁巖中以游離狀態存在的烷烴的飽和量ω′由下式計算得到：

頁巖中有機質中吸附和溶解狀態的烷烴的飽和量ω″由下式計算得到：

其中，

ω′：頁巖中以游離狀態存在的烷烴的飽和量,cm3/g；

ω″：頁巖中有機質中吸附和溶解狀態的烷烴的飽和量,cm3/g；

ω水：頁巖樣品中的KCl溶液的飽和量，cm3/g；

ω油：頁巖樣品中的烷烴的飽和量，cm3/g；

V水0：KCl溶液的初始體積，cm3；

V水i：第一刻度管中KCl溶液液面刻度連續4小時不再變化時的體積，cm3；

V油0：烷烴的初始體積，cm3；

V油i：第二刻度管中烷烴液面刻度連續4小時不再變化時的體積，cm3；

V罐：密閉樣品罐與第一管線的體積總和，cm3；

V樣：碎樣的體積，由樣品的質量和密度求得，cm3；

m：碎樣的質量，g。

優選的，所述頁巖樣品為塊狀巖心。

優選的，所述KCl溶液的質量濃度為8％。

優選的，所述烷烴為正十烷、正十二烷或正十六烷。

優選的，所述步驟(1)中的洗油操作採用索氏抽提器，用二氯甲烷作為溶劑進行抽提，抽提時間為15天，烘乾溫度為100℃，烘乾時間為48h。

優選的，所述步驟(1)中的頁巖樣品破碎成尺寸為1cm×1cm×0.5cm的碎樣。上述大小的碎樣既不會破壞頁巖自身微觀結構，不影響實驗模擬的真實環境，又可以提高實驗效率，縮短實驗時間。

根據本發明，所述裝置用於評價頁巖中可動油的飽和量。

本測量方法首先需要選取樣品，進行洗油操作，採用索氏抽提器用二氯甲烷作為溶劑進行抽提。頁巖樣品抽提時間為15天左右，然後取出在烘箱(100℃)中烘乾48h。最後將頁巖樣品破碎成1cm×1cm×0.5cm左右大小的碎樣，將頁巖樣品破碎可以加大頁巖樣品與油(水)接觸面積，加快自吸，縮短實驗周期，同時儘量不破壞頁巖自身結構；頁巖樣品準備好之後，將頁巖樣品儘可能多的裝入密閉樣品罐，記錄裝入頁巖樣品的質量m；打開第一截止閥和第四截止閥，其餘截止閥關閉，同時開動真空泵，對密閉樣品罐進行抽真空處理，抽真空24小時；同時，將8％的KCl溶液裝入第一刻度管，並排空第二管線內的空氣，記錄KCl溶液的初始體積V水0；打開第一截止閥和第二截止閥，其餘截止閥關閉，讓第一刻度管中的KCl溶液流入到密閉樣品罐中，當刻度管中KCl溶液液面刻度連續4小時不再變化時，記錄此時KCl溶液的體積V水i；將密閉樣品罐中樣品取出，在烘箱(100℃)中烘乾，直到重量不再減少，將樣品裝回密閉樣品罐，重新抽真空24小時；同時，將烷烴裝入第二刻度管，並排空第三管線內的空氣，記錄烷烴的初始體積V油0；打開第一截止閥和第三截止閥，其餘截止閥關閉，讓第二刻度管中的烷烴流入到密閉樣品罐中，當刻度管中的烷烴液面刻度連續4小時不再變化時，記錄此時烷烴的體積V油i。這樣，就可以得到進入到頁巖樣品中的KCl溶液和烷烴的體積，通過公式進行計算可得到頁巖中有機質吸附和溶解烷烴的飽和量。

本發明的有益效果是，

(1)本發明的方法較核磁共振方法相比設備成本低，簡單可行，數據可靠。

(2)通過本發明的方法可以將頁巖樣品中以游離和吸附溶解不同狀態的可動油進行定量表徵，可為後續開發方案的設計提供重要參數。

(3)使用破碎後的碎樣進行實驗，能顯著縮短實驗周期，實驗效率提高50％以上。

(4)通過刻度管可以直觀的測量油/水體積，測量準確，可信度高。

(5)通過兩個刻度管分別注入KCl溶液和烷烴，可以減少實驗中對刻度管的洗滌過程，縮短實驗步驟，同時，注入油/水的不會相互汙染，實驗結果準確。

(6)實驗過程中，KCl溶液和烷烴在飽和進入巖心的過程中分別在乾燥巖心中進行，可以保證油水之間不會因為殘留而對實驗結果造成產生幹擾，可保證實驗結果的準確性。

附圖說明

圖1是本發明裝置的結構示意圖；

其中1.密閉樣品罐，2.樣品罐蓋，3.第一刻度管，4.第二刻度管，5.真空泵，6.四通閥，7.連通口，101.第一管線，102.第二管線，103.第三管線，104.第四管線，201.第一截止閥，202.第二截止閥，203.第三截止閥，204.第四截止閥。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。

一種評價頁巖中可動油飽和量的裝置，包括容積為50-100cm3的密閉樣品罐1、樣品罐蓋2、第一刻度管3、第二刻度管4、真空泵5、四通閥6、連通口7、第一管線101、第二管線102、第三管線103、第四管線104、第一截止閥201、第二截止閥202、第三截止閥203和第四截止閥204；所述密閉樣品罐1上方設置樣品罐蓋2，所述密閉樣品罐1內部裝填頁巖樣品，所述頁巖樣品，為塊狀樣品，所述樣品罐蓋2上設置連通口7，所述第一管線101的一端通過連通口7與密閉樣品罐1內部相連通，所述第一管線101的另一端與四通閥6相連通，所述第一管線101上設置第一截止閥201；所述第一刻度管3內裝填KCl溶液，所述第一刻度管3底端通過第二管線102與四通閥6相連通，所述第二管線102上設置第二截止閥202；所述第二刻度管4內裝填烷烴，所述第二刻度管4底端通過第三管線103與四通閥6相連通，所述第三管線103上設置第三截止閥203；所述真空泵5通過第四管線104與四通閥6相連通，所述第四管線104上設置第四截止閥204。

一種評價頁巖中可動油飽和量的方法：

(1)首先，選取塊狀巖心進行洗油操作，採用索氏抽提器，用二氯甲烷作為溶劑進行抽提，抽提時間為15天，烘乾溫度為100℃，烘乾時間為48h，然後將頁巖樣品破碎成1cm×1cm×0.5cm的碎樣。

(2)將頁巖樣品的碎樣裝入密閉樣品罐1並蓋上樣品罐蓋2，記錄裝入碎樣的質量m，並將裝置各部分連接完整；

(3)打開第一截止閥201和第四截止閥204，其餘截止閥關閉，開動真空泵8，對密閉樣品罐1進行抽真空處理，抽真空24小時；

(4)將質量濃度為8％的KCl溶液裝入第一刻度管3，排空第二管線102內的空氣，使KCl溶液充滿第一刻度管3和第二管線102，記錄KCl溶液的初始體積V水0；

(5)打開第一截止閥201和第二截止閥202，讓第一刻度管3中的KCl溶液流入到密閉樣品罐1中，當第一刻度管3中KCl溶液液面的刻度連續4小時不再變化時，記錄此時KCl溶液的體積V水i；

(6)將密閉樣品罐1中的碎樣取出，在100℃的烘箱中烘乾，直到碎樣的重量不再減少，將碎樣裝回密閉樣品罐1，打開第一截止閥201和第四截止閥204，其餘關閉，重新抽真空24小時；

(7)將烷烴裝入第二刻度管4，排空第三管線103內的空氣，使烷烴充滿第二刻度管4和第三管線103，記錄烷烴的初始體積V油0；

(8)打開第一截止閥201和第三截止閥203，讓第二刻度管4中的烷烴流入到密閉樣品罐1中，當第二刻度管4中烷烴液面刻度連續4小時不再變化時，記錄此時烷烴的體積V油i。

(9)頁巖中以游離狀態存在的烷烴的飽和量ω′由下式計算得到：

頁巖中有機質中吸附和溶解狀態的烷烴的飽和量ω″由下式計算得到：

其中，

ω′：頁巖中以游離狀態存在的烷烴的飽和量,cm3/g；

ω″：頁巖中有機質中吸附和溶解狀態的烷烴的飽和量,cm3/g；

ω水：頁巖樣品中的KCl溶液的飽和量，cm3/g；

ω油：頁巖樣品中的烷烴的飽和量，cm3/g；

V水0：KCl溶液的初始體積，cm3；

V水i：第一刻度管中KCl溶液液面刻度連續4小時不再變化時的體積，cm3；

V油0：烷烴的初始體積，cm3；

V油i：第二刻度管中烷烴液面刻度連續4小時不再變化時的體積，cm3；

V罐：密閉樣品罐與第一管線的體積總和，cm3；

V樣：碎樣的體積，由樣品的質量和密度求得，cm3；

m：碎樣的質量，g。

所述烷烴為正十烷、正十二烷或正十六烷。

實施例1

選取經過洗油和乾燥的碎樣樣品一，稱取質量為46.76g的樣品，加入到密閉樣品罐1中，樣品的密度為2.21g/cm3，V樣為21.16cm3，通過實驗得到第一刻度管中液體初始和最終體積分別為100.00和65.26cm3，第二刻度管中液體的初始和最終體積分別為100.00和64.18cm3，因此，可以計算得到該樣品一中以游離態存在的烷烴的飽和量ω′和以吸附溶解態存在的烷烴的飽和量ω″分別為0.041cm3/g和0.023cm3/g。

實施例2

選取經過洗油和乾燥的碎樣樣品二，稱取質量為63.5g的樣品，加入到密閉樣品罐中，樣品的密度為2.42g/cm3，V樣為26.2cm3，通過實驗得到第一刻度管中液體初始和最終體積分別為100.00和70.22cm3，第二刻度管中液體的初始和最終體積分別為100.00和69.43cm3，因此，可以計算得到該樣品二中以游離態存在的烷烴的飽和量ω′和以吸附溶解態存在的烷烴的飽和量ω″分別為0.031cm3/g和0.012cm3/g。

實施例3

選取經過洗油和乾燥的碎樣樣品三，稱取質量為45.2g的樣品，加入到密閉樣品罐中，樣品的密度為2.34g/cm3，V樣為19.32cm3，通過實驗得到第一刻度管中液體初始和最終體積分別為10.00和63.86cm3，第二刻度管中液體的初始和最終體積分別為100.00和63.08cm3，因此，可以計算得到該樣品三中以游離態存在的烷烴的飽和量ω′和以吸附溶解態存在的烷烴的飽和量ω″分別為0.032cm3/g和0.017cm3/g。

實施例4

選取經過洗油和乾燥的碎樣樣品四，稱取質量為71.06g的樣品，加入到密閉樣品罐中，樣品的密度為2.47g/cm3，V樣為28.77cm3，通過實驗得到第一刻度管中液體初始和最終體積分別為100.00和72.91cm3，第二刻度管中液體的初始和最終體積分別為100.00和72.16cm3，因此，可以計算得到該樣品四中以游離態存在的烷烴的飽和量ω′和以吸附溶解態存在的烷烴的飽和量ω″分別為0.026cm3/g和0.011cm3/g。

實施例5

選取經過洗油和乾燥的碎樣樣品五，稱取質量為58.05g的樣品，加入到密閉樣品罐中，樣品的密度為2.33g/cm3，V樣為24.91cm3，通過實驗得到第一刻度管中液體初始和最終體積分別為100.00和69.10cm3，第二刻度管中液體的初始和最終體積分別為100.00和67.28cm3，因此，可以計算得到該樣品中以游離態存在的烷烴的飽和量ω′和以吸附溶解態存在的烷烴的飽和量ω″分別為0.031cm3/g和0.031cm3/g。

以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的範圍。