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油页岩热压原位转化试验装置.pdf

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油页岩 热压 原位 转化 试验装置
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摘要
申请专利号:

CN201510523728.7

申请日:

2015.08.24

公开号:

CN106483268A

公开日:

2017.03.08

当前法律状态:

实审

有效性:

审中

法?#19978;?#24773;: 实质审查的生效IPC(主分类):G01N 33/24申请日:20150824|||公开
IPC分类号: G01N33/24 主分类号: G01N33/24
申请人: 中国石油化工股份有限公司; 中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院
发明人: 郑伦举; 徐旭辉; 王强; 马中良; 秦建中; 关德范; 李志明
地址: 100728 ?#26412;?#24066;朝阳区朝阳门北大街22号
优?#28909;ǎ?/td>
专利代理机构: ?#26412;?#32895;宏知识产权代理有限公司 11372 代理人: 张少辉;刘华联
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法律状态
申请(专利)号:

CN201510523728.7

授权公告号:

|||

法律状态公告日:

2017.04.05|||2017.03.08

法律状态类型:

实质审查的生效|||公开

摘要

本发明公开了一种油页岩热压原位转化试验装置。该装置包括原位转化组件,与原位转化组件相连通的水平压裂组件,以及同时与水平压裂组件和原位转化组件相连通的液体分离组件。本发明的油页岩热压原位转化试验装置能够更加真实地模拟地质环境条件下油页岩的高温高压原位转化过程,因此试验结果更准确。

权利要求书

1.一种油页岩热压原位转化试验装置,包括:
原位转化组件,
与所述原位转化组件相连通的水平压裂组件,以及
同时与所述水平压裂组件和所述原位转化组件相连通的液体分离组件。
2.根据权利要求1所述的油页岩热压原位转化试验装置,其特征在于,所
述原位转化组件包括试验筒,设置在所述试验筒内的采集部件和加热部件,其中,
所述采集部件分别与所述水平压裂组件和液体分离组件相连通。
3.根据权利要求2所述的油页岩热压原位转化试验装置,其特征在于,所
述试验筒包括上密封盖和下密封盖,所述采集部件和加热部件固定在所述上密封
盖上。
4.根据权利要求3所述的油页岩热压原位转化试验装置,其特征在于,所
述原位转化组件还包括压力密封部件,所述压力密封部件包括与所述上密封盖相
连的密封压杆,与所述下密封盖相连的压实压杆,以及与所述密封压杆和所述压
实压杆相连的液压缸。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的油页岩热压原位转化试验装置,其
特征在于,所述原位转化组件还包括检测部件。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的油页岩热压原位转化试验装置,其
特征在于,所述水平压裂组件包括压力泵和与所述压力泵相连的水平压?#21387;埽?#25152;
述水平压?#21387;?#19982;所述试验筒相连通。
7.根据权利要求6所述的油页岩热压原位转化试验装置,其特征在于,所
述试验筒内设置有油页岩样品,所述水平压?#21387;?#24310;伸进入所述油页岩样品,并且
所述水平压?#21387;?#30340;延伸进入所述油页岩样品的部分设置有多个孔。
8.根据权利要求2至7中任一项所述的油页岩热压原位转化试验装置,其
特征在于,所述液体分离组件包括分离部件和收集部件,所述分离部件的一端通
过多通道组合阀与所述采集部件相连,另一端与所述收集部件相连。
9.根据权利要求8所述的油页岩热压原位转化试验装置,其特征在于,所
述多通道组合阀构造成具有多个开口并相互连通的针阀。
10.根据权利要求8所述的油页岩热压原位转化试验装置,其特征在于,所
述液体分离组件还包括真空泵,所述真空泵与所述多通道组合阀相连。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的油页岩热压原位转化试验装置,
其特征在于,所述液体分离组件还包括与所述分离部件相连的动力部件。
12.根据权利要求11所述的油页岩热压原位转化试验装置,其特征在于,
还包括控制器,所述控制器通过信号线分别与所述液压缸、所述检测部件、所述
压力泵和所述动力部件相连。

说明书

油页岩热压原位转化试验装置

技术领域

本发明属于油气勘探开发领域,特别涉及油页岩热压原位转化试验装置。

背景技术

油页岩是一种灰?#31181;?#37327;分数大于40%,含油?#35797;?.5%~30%之间的可燃矿
产,主要由沉积有机物、无机矿物及地层水组成。对于埋深大于300m的油页岩
可以采用对油页岩层进行原位加热,在地下直接转化为页岩油气进行开采。油页
岩原位开采技术的基本原理是通过直接给地下油页岩层加热,使其固态沉积有机
?#35797;?#22320;下转化生成可流动的油气,最后通过生产井把油气开采出来。

然而,现有的油页岩原位开采装置或多或少地会存在一些缺陷。如现有技术
中采用电加热的方法对油页岩层进行原位加热,即将电热丝缠绕在油页岩岩芯外
侧进行加热,这种方法不能考察热的传导过程,也没有施加地层应力,?#23721;?#32771;察
油页岩在加热过程中微裂缝的演变过程;而使用煅烧后的石油焦作为导电介质加
入到油页岩内部的方法,在实际的生产中较难实?#37073;?#26377;的油页岩原位开采装置中
加入了模拟上覆岩层的压实过程,但没有考虑其中流体的压力;而有的油页岩原
位开采装置施加的地层压力偏低,没有模拟压实过程。

总体上,目前现有的各类油页岩原位开采装置均强调了加热方式,而忽略了
在地下油页岩向油气的转化过程中,各种物理化学边界条件(如压实程度、微孔
流体压力、流体介质性质、催化作用等)的共同控制作用。再者,目前采用的加
热温度较高(约450~500℃),传热慢,有效传热距离短,能耗大,油气转化率
与采收?#23454;?小于铝甑法测得的含油率)。另外,现有试验平台尺度较小,与地
下热传导及油气采出过程差异较大,没有将压?#21387;?#31243;与转化开采过程相结合,在
研究油页岩热解机理、热传导规律以及采收工艺条件上还?#23721;?#28385;足研究的目的,
因而不能很好地对现场中试试验提供更加合理的工艺技术参数。

针对上述技术存在的问题,本发明技术旨在提供一种油页岩热压原位转化试
验装置,其能更加真实地模拟地质环境条件下油页岩的高温高压原位转化过程,
以解决现有技术中的不足之处。

发明内容

本发明针对现有技术的不足之处,提出了一种油页岩热压原位转化试验装
置。

根据本发明提供的一种油页岩热压原位转化试验装置,包括原位转化组件,
与原位转化组件相连通的水平压裂组件,以及同时与水平压裂组件和原位转化组
件相连通的液体分离组件。

在本发明的油页岩热压原位转化试验装置中,原位转化组件用于对油页岩样
品进行热压原位转化,该原位转化组件一方面可以对油页岩样品进行加温,从而
对油页岩样品加热使其生成页岩油气以便对其进行采集,另一方面可以对油页岩
样品加压,从而模拟油页岩样品在地下埋深时所承受的上覆压实压力;与原位转
化组件相连通的水平压裂组件用于对油页岩样品进行水平压裂,用于模拟真实地
质环境下对油页岩的压?#21387;?#31243;;而分别与水平压裂组件和原位转化组件相连通的
液体分离组件一方面用于将在原位转化组件中采集到的页岩油气与非页岩油气
进行分离,另一方面可将非页岩油气再次循环回原位转化组件中。

在一些实施方案中,原位转化组件包括试验筒,在试验筒内设置有采集部件
和加热部件。其中,采集部件分别与水平压裂组件和液体分离组件相连通。加热
部件用于对油页岩样品进行加热从而得到页岩油气,而采集部件用于采集油页岩
样?#20998;?#30340;页岩油气和其他杂质流体,通过液体分离组件对页岩油气和其他杂质流
体进行过滤分离以得到所需的页岩油气,随后液体分离组件将其他杂质流体循环
回原位转化组件中。

在一些实施方案中,试验筒包括上密封盖和下密封盖,采集部件和加热部件
固定在上密封盖上。该设置可方便试验筒的拆装,并且可以根据需要对采集部件
和加热部件安装的位置以及进入油页岩样品的深度进?#26800;?#25972;。

在一些实施方案中,原位转化组件还包括压力密封部件,压力密封部件包括
与上密封盖相连的密封压杆,与下密封盖相连的压实压杆,以及与密封压杆和压
实压杆相连的液压缸。密封压杆用于对试验筒的上密封盖和下密封盖施加压力,
实现对试验筒高温高压密封的作用;压实压杆用于对试验样品油页岩样品施加压
力以实现压实作用,从而模拟试验样品油页岩样品在地下埋深时所承受的上覆压
实压力;而液压缸用于为密封压杆和压实压杆提供动力。

在一些实施方案中,原位转化组件还包括检测部件。该检测部件优选包括温
度传感器和流体压力传感器。温度传感器设置在上密封盖上,流体压力传感器通
过管线与采集部件的出口相连,用于指示试验样品油页岩样?#32442;?#30340;流体压力。

在一些实施方案中,水平压裂组件包括压力泵和与压力泵相连的水平压裂
管,水平压?#21387;?#19982;试验筒相连通。压力泵用于对水平压?#21387;?#20869;压?#23721;?#26045;加压力以
实现对试验筒内的油页岩样品进行压裂。

在一些实施方案中,试验筒内设置有油页岩样品,水平压?#21387;?#24310;伸进入油页
岩样品,并?#20063;?#20837;油页岩样?#20998;?#30340;水平压?#21387;?#37096;分设置有多个孔。这些孔用于供
压?#23721;?#27969;出。

在一些实施方案中,液体分离组件包括分离部件和收集部件,分离部件的一
端通过多通道组合阀与采集部件相连,另一端与收集部件相连。该方案通过多通
道组合阀实现了液体分离组件中各个部件与其他组件的连通。优选地,多通道组
合阀构造成具有多个开口并相互连通的针阀。

在一些实施方案中,液体分离组件还包括真空泵,真空泵与多通道组合阀相
连。真空泵用于在装好油页岩样?#20998;?#21518;,对整个试验筒及连接管道抽真空,以防
?#20849;?#30041;空气对油页岩样品的氧化作用。

在一些实施方案中,液体分离组件还包括与分离部件相连的动力部件。该动
力部件用于对分离部件提供动力以实现分离部件对页岩油气和流体杂质的分离。

在一些实施方案中,油页岩热压原位转化试验装置还包括控制器,控制器通
过信号线分别与液压缸、检测部件、压力泵和动力部件相连。该控制器用于控制
上述元件的动作以及记录温度、压力等数据。

与现有技术相比,本发明的油页岩热压原位转化试验装置能够更加真实地模
拟地质环境条件下油页岩的高温高压原位转化过程,利用本发明的油页岩热压原
位转化试验装置,可以对油页岩进行加热方式、热转转化边界条件、热传?#32487;?#24449;、
流体的渗流性及岩石的可压裂性?#30830;?#38754;的工艺参数的试验工作,由于设置的条件
与页岩油气在地下原位转化的实际过程更为接近,因此能为油页岩原位转化工程
开发提供更为有效的工艺评价参数。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中:

图1是根据本发明的油页岩热压原位转化试验装置的结构示意图。

在附图中,相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

这里所介绍的?#38468;?#26159;示例性的,并仅用来对本发明的实施例进行例证性讨
论,它们的存在是为了提供被认为是对本发明的原理和概念方面的最有用和最易
理解的描述。关于这一点,这里并没有试图对本发明的结构?#38468;?#20316;超出于基本理
解本发明所需的程度的介绍,本领域的技术人员通过说明书及其附图可以清楚地
理解如何在实践中实施本发明的几种形式。

图1显示了根据本发明的油页岩热压原位转化试验装置100的结构示意图。
该装置100包括原位转化组件、与原位转化组件相连通的水平压裂组件,以及分
别与水平压裂组件和原位转化组件相连通的液体分离组件。各个组件在下文中将
会有详细地介绍。

在本发明的油页岩热压原位转化试验装置100中,原位转化组件用于对油页
岩样品进行热压原位转化,该原位转化组件一方面可以对油页岩样品进行加温,
从而对油页岩样品60加热使其生成页岩油气以便对其进行采集,另一方面可以
对油页岩样品60加压,从而模拟油页岩在地下埋深时所承受的上覆压实压力;
与原位转化组件相连通的水平压裂组件用于对油页岩样品60进行水平压裂,用
于模拟真实地质环境下对油页岩的压?#21387;?#31243;;而分别与水平压裂组件和原位转化
组件相连通的液体分离组件一方面用于将在原位转化组件中采集到的页岩油气
与非页岩油气进行分离,另一方面可将非页岩油气再次循环回原位转化组件中。
本发明较现有技术而言,能够更加真实地模拟地质环境条件下油页岩的高温高压
原位转化过程,利用本发明的油页岩热压原位转化试验装置100,可以对油页岩
样品60进行加热方式、热转化边界条件、热传?#32487;?#24449;、流体的渗流性及岩石的
可压裂性?#30830;?#38754;工艺参数的试验工作,由于更加真实地模拟了页岩油气的开采过
程,因此其转化结果更精确。

根据本发明,如图1所示的实施例中,原位转化组件包括试验筒51,设置在
试验筒51内的采集部件53和加热部件52。其中,采集部件53分别与水平压裂
组件和液体分离组件相连通。加热部件52用于对油页岩样品60进行加热从而得
到页岩油气,而采集部件53用于采集油页岩样品60中的页岩油气和其它杂质流
体,通过液体分离组件对页岩油气和其它杂质流体进行过滤分离以得到所需的页
岩油气,随后液体分离组件将其它杂质流体循环回原位转化组件中。可以理解的
是,采集部件53和加热部件52均可根据实际需要设计成不同的个数。优选地,
采集部件53和加热部件52成对配套设置并延伸进入油页岩样品60中,加热部
件52可采用多种加热方式,例如选择微波与热流体进行加热,并且优选通过温
度传感器551检测油页岩样品60不同部位的温度。

优选地,试验筒51优选由特制的不锈钢材料制成,其?#26412;?#19981;小于30cm,高
度不低于20cm,油页岩样品60以圆柱状填满试验筒51。试验筒51包括上密封
盖511和下密封盖512,试验筒51的外壁优选设置保温套54。采集部件53和加
热部件52固定安装在上密封盖上。该设置可方便试验筒的拆装,并且可以根据
需要对采集部件53和加热部件52的位置以及进入油页岩样品60的深度进行控
制。优选地,上密封盖511上可开设多个开口以对加热部件52和采集部件53进
行固定。

根据本发明,如图1所示,原位转化组件还包括压力密封部件,压力密封部
件包括与上密封盖511相连的密封压杆571,与下密封盖512相连的压实压杆572,
以及与密封压杆571和压实压杆572相连的液压缸。密封压杆571用于对试验筒
51的上密封盖511和下密封盖512施加压力,起到对试验筒51高温高压密封的
作用;压实压杆572用于对油页岩样品60施加压力以完成压实作用,从而模拟
油页岩在地下埋深时所承受的上覆压实压力;而液压缸573用于为密封压杆571
和压实压杆572提供动力。优选地,在下密封盖512上还可设置压力调节器58,
其用于检测并调节试验筒51内的压力。

根据本发明,原位转化组件还包括检测部件。该检测部件优选包括温度传感
器551和流体压力传感器552。温度传感器551优选设置在上密封盖511上,流
体压力传感器552通过管线与采集部件53的出口相连,用于指示油页岩样品60
中的流体压力。

还优选地,在试验筒51外还可设置龙门支架80,其包括上承压钢板、下承
压钢板和四根不锈?#31181;?#26609;,上承压钢板用于支撑密封压杆571,下承压钢板用于
放置试验筒51和保温套54以及平衡密封压杆571的压力。

根据本发明,水平压裂组件包括压力泵和与压力泵相连的水平压?#21387;?2,水
平压?#21387;?2与试验筒51相连通。水平压?#21387;?2插入在试验筒中51的油页岩样
品60中。压力泵包括高压储液器31和电动泵33,高压储液器31为一个内密封
移动活塞的中间容器,其内?#21208;灰?#21160;活塞分割为上下两部分,高压储液器31上
部与水平压?#21387;?2通过管线和阀门相连,下部与电动泵33相连;而电动泵33
用于提供压力并将压?#23721;?#36890;过水平压?#21387;?2对油页岩样品60进行压裂。

水平压?#21387;?2优选由?#36879;?#34432;合金?#31181;?#25104;,其大部分被埋在油页岩样品60中,
水平压?#21387;?2的延伸进入油页岩样品60的部分开设有多个孔,用于供压?#23721;?#27969;
出。优选地,水平压?#21387;?2通过紧固螺丝固定在试验筒51侧面的开口处。

根据本发明,如图1所示,液体分离组件包括分离部件71和收集部件73,
分离部件71的一端通过多通道组合阀74与采集部件53相连,另一端与收集部
件73相连。优选地,多通道组合阀74构造成具有多个开口并相互连通的针阀。
每个针阀均与采集部件53相连,用于注入页岩油气和流体杂质。分离部件71为
一个内部装有密封移动活塞,上下端盖均可以拆卸的中间容器,移动活塞上具有
开口,通过耐高压软管与下端盖连通,再通过管线与多通道组合阀74连接,用
于将排出的非油气流体再次循?#20998;?#35797;验筒51内;而上端盖有两个开口,分别与
多通道组合阀74和收集部件73连接。分离部件71还优选包括冷热装置72,用
于对其进行加热或制冷。收集部件73用于收集生成的页岩油气。

优选地,液体分离组件还包括真空泵75,真空泵75与多通道组合阀74相连。
真空泵75用于在放置油页岩样品60之后,对整个试验筒51及管道抽真空,以
防?#20849;?#30041;空气对油页岩样品60的氧化作用。

根据本发明,液体分离组件还包括与分离部件相连的动力部件76。该动力部
件76用于对分离部件71提供动力以实现分离部件71对页岩油气和流体杂质的
分离。

如图1所示,油页岩热压原位转化试验装置100还包括控制器90,控制器
90通过信号线分别与液压缸573、检测部件(优选包括温度传感器551和流体压
力传感器552)、电动泵33和动力部件76相连,用于控制上述元件的动作以及记
录温度、压力等数据。

应注意的是,前面所述的例子仅以解释为目的,而不能认为是限制了本发明。
虽然已经根据示例性实施例对本发明进行了描述,然而应当理解,这里使用的是
描述性和说明性的语言,而不是限制性的语言。在当前所述的和修改的所附权利
要求的范围内,在不脱离本发明的范围和精神的范围中,可以对本发明进行改变。
尽管这里已经根据特定的方式、材料和实施例对本发明进行了描述,但本发明并
不仅限于这里公开的?#38468;冢?#30456;反,本发明可扩展到例如在所附权利要求的范围内
的所有等同功能的结构、方法和应用。

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