CN110187058A - 一种人工合成流体包裹体的实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种人工合成流体包裹体的实验装置，属于油气地质勘探领域。该装置包括样品反应釜，箱式循环加热装置，流体注入装置，冷凝装置，抽真空装置；流体注入装置利用注入泵将水或其它流体注入到样品反应釜中，同时对样品反应釜进行加压；样品反应釜固定在箱式循环加热装置内，对其进行均匀稳定的加热；冷凝装置对样品反应釜进行降温处理。本发明利用高温高压实验技术将岩样与水或其它流体密封在样品反应釜中，在高温高压条件下实现流体矿物成分的补给，使主矿物胶结作用持续发生，从而捕获相应的流体，在石英、方解石和长石等矿物晶体中形成流体包裹体，对含油气盆地流体分析和油气勘查有重要的实践指导意义。

Description

一种人工合成流体包裹体的实验装置

技术领域

本发明涉及油气地质勘探领域，尤其涉及一种基于高温高压流体流动条件下人工合成流体包裹体的实验装置。

背景技术

流体包裹体是在石英、方解石和长石等矿物结晶过程中捕获的孔隙流体小样品。流体包裹体在矿物中普遍存在，它记录了盆地演化过程中大量的古流体性质、组分、物理化学条件及相关地球动力学特征，在研究储层成岩作用、判断油气生成和聚集时间、确定古地温及成藏期次、了解油气的运移规律等方面意义重大，是油气地质研究中不可或缺的一种研究对象。

流体包裹体作为一个独立复杂的地球化学体系，能够对成岩成矿流体性质和形成过程提供丰富多样的信息。在石油地质中，由于烃类包裹体成分和动力学特征的复杂性，使得烃类包裹体形成机制和捕获条件都面临着诸多难题。此外，关于流体包裹体的数据收集和对数据的解释中的许多假设也有待验证。因此，利用人工合成的流体包裹体研究与之相关的许多问题为流体包裹体的研究提供了一种技术手段，有助于人们对天然流体包裹体形成过程的理解。

近年来，随着激光拉曼光谱(LRS)、激光质谱分析(LMA)、傅立叶变换红外显微光谱(FTIR)、X射线荧光分析(XRF)、电感耦合等离子质谱(ICP-MS)、质子诱导X射线发射分析(PLXE)等的介入，使得流体包裹体的研究日趋成熟。

但是，在现有的人工合成流体包裹体的实验中，仍有部分实验采用金管、贵金属管作为样品反应的场所，其生成的烃类含量较少，可能无法在矿物晶体中合成油气流体包裹体。现有实验装置一般采用对开式加热装置进行升温，其最高温度仅仅为300℃，低于岩样生烃时的温度，且加热装置加热时的温度不均一；同时由于样品的不同，导致人工合成油气流体包裹体的成功率低，甚至无法人工合成油气流体包裹体；另外大多实验设备采用自然冷却或冷却水降温的方式，时间较长，管理不便；最重要的是，在高温压力条件下，现有实验装置不能实现流体矿物成分的补给，无法使主矿物胶结作用持续发生，进而不能捕获相应的流体形成流体包裹体。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种模拟真实流体包裹体形成的人工合成流体包裹体的实验装置，具有加热均匀稳定、降温快速、模拟过程中样品反应釜中流体可充分流动的特点。

本发明提供了一种人工合成流体包裹体的实验装置，该装置包括样品反应釜，箱式循环加热装置，流体注入装置，冷凝装置，抽真空装置；样品反应釜中加入岩样和流体用于合成流体包裹体，样品反应釜放置于箱式循环加热装置中，箱式循环加热装置用于对样品反应釜进行均匀稳定的加热；流体注入装置连接到样品反应釜，流体注入装置包括一注入泵，流体注入装置利用注入泵对注入样品反应釜里的流体进行加压，实现流体在样品反应釜内充分流动；冷凝装置与样品反应釜连接，冷凝装置用于对样品反应釜及样品反应釜内反应完成后排出的流体进行冷却降温；抽真空装置与样品反应釜连接，用于在反应前对样品反应釜进行抽真空处理。

进一步的，所述样品反应釜包括釜体反应腔，釜体反应腔的整体结构为一底部封闭的中空圆柱体，釜体反应腔的顶部靠内侧为环形凹槽，一密封组件置于该环形凹槽中用于密封样品反应釜；釜体反应腔上设置有流体入口和流体出口，流体出口的位置高度高于流体入口，流体入口通过流体入口管与流体注入装置连接，流体出口与冷凝装置连接；釜体反应腔上还连接有压力传感器和温度传感器，两者分别用于监测样品反应釜内的压力和温度；样品反应釜的工作压力范围为0-70MPa，工作温度范围为0-600℃。

进一步的，所述流体注入装置包括注入泵和流体容器，注入泵与三通接口连通后通过注水阀直接连接到样品反应釜，或注入泵与三通接口连通，然后依次连接第一针形阀、流体容器和注液阀，注液阀最后连接到样品反应釜。该流体注入装置可以注入水溶液，也可以注入其他流体；若注入水溶液，则需关闭第一针形阀和注液阀，打开注水阀；若注入其他流体，则需关闭注水阀，打开第一针形阀和注液阀。

进一步的，所述箱式循环加热装置为一前开门的长方形箱式高温加热炉，升温方式是通过对内腔的空气传导进行加热，保证样品反应釜内的样品受热均匀稳定；箱式高温加热炉的外壳材料为陶瓷纤维，具有保温作用，在箱式高温加热炉的炉膛与外壳之间设有一空腔，起到与外界隔热的作用。

进一步的，所述抽真空装置包括真空泵、真空表、真空缓冲容器和第二针形阀；真空泵通过金属管线与真空缓冲容器顶部连接，真空缓冲容器用于使汽水分离，真空缓冲容器顶部通过金属管线与真空表连接，真空表用于指示真空缓冲容器的真空度，真空缓冲容器的底部通过第二针型阀连接到样品反应釜；真空泵配合真空缓冲容器对样品反应釜进行抽真空。

进一步的，所述冷凝装置包括第三针形阀和冷凝器，冷凝器通过第三针形阀连接到样品反应釜的流体出口，冷凝器用于对样品反应釜进行降温，同时对样品反应釜排出的流体进行降温。

进一步的，所述回压装置包括回压泵和缓冲罐，回压泵通过缓冲罐连接到冷凝器的液体排出口，用于调节连接管线的压力，防止压力过高而发生危险。

进一步的，该实验装置还包括一天平，经冷凝装置冷凝的流体液体汇聚到天平上，天平用来对流出样品反应釜的流体进行称重。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有的有益效果如下：

(1)本发明装置利用高温高压实验技术将岩样与水或其它流体密封在样品反应釜中，在模拟过程中使流体充分地流动，在高温压力条件下实现流体矿物成分的补给，使主矿物胶结作用持续发生，较真实的还原地下流体包裹体形成的真实情况；

(2)本发明装置采用箱式循环加热装置对反应釜进行加热，通过内腔空气的加热，可以使整个模拟过程受热均匀、稳定；

(3)本发明装置含有一冷凝装置，可以对试验后的样品反应釜及连接管道快速降温，避免了水处理的麻烦，节省时间。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明实施例中人工合成流体包裹体实验装置的结构示意图；

图2为图1中样品反应釜的结构示意图；

图3为图1中箱式加热装置的结构示意图。

附图标记：

1-流体注入装置；11-注入泵；12-流体容器；13-注水阀；14-第一针形阀；15-注液阀；2-样品反应釜；21-釜体反应腔；22-密封组件；23-压力传感器插孔；24-流体入口；25-流体出口；26-温度传感器插孔；3-箱式循环加热装置；31-碳化硅炉膛；32-外壳；33-保温层；4-抽真空装置；41-真空泵；42-真空表；43-真空缓冲容器；44-放空阀；45-第二针形阀；5-冷凝装置；51-第三针形阀；52-冷凝器；6-控温装置；61-第一温度传感器；62-第二温度传感器；7-控压装置；71-压力传感器；8-回压装置；81-回压泵；82-缓冲罐；83-压力表；84-回压阀；85-回压针形阀；9-天平；10-控制面板。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。

请参考图1，本发明实施例提供了一种基于高温高压流体流动条件下人工合成流体包裹体的实验装置，该装置包括流体注入装置1、样品反应釜2、箱式循环加热装置3、抽真空装置4、冷凝装置5、控温装置6、控压装置7、回压装置8、天平9和控制面板10。

样品反应釜2中加入岩样和流体用于合成流体包裹体，样品反应釜2放置于箱式循环加热装置3中，箱式循环加热装置3用于对样品反应釜2进行均匀稳定的加热，流体注入装置1连接到样品反应釜2，流体注入装置1包括一注入泵11，流体注入装置1利用注入泵11对注入样品反应釜2里的流体进行加压，实现流体在样品反应釜2里充分流动，冷凝装置5与样品反应釜2连接，冷凝装置5用于对样品反应釜2及样品反应釜2内反应完成后排出流体进行冷却降温，抽真空装置4与样品反应釜2连接，用于在反应前对样品反应釜2进行抽真空处理。

所述流体注入装置1包括注入泵11、流体容器12、注水阀13、第一针形阀14和注液阀15。注入泵11为恒速恒压泵，最大输出压力为70MPa，流量精度为0.001ml；流体容器12容积为500ml。注入泵11通过含钨的镍-铬-钼合金材料合成的金属管线连接到三通接口的第一接口，三通接口的第二接口连接注水阀13，注水阀13另一端通过另一三通接口的第一、第二接口连接到样品反应釜底部的流体入口24，这一连接通路为将水注入样品反应釜的注入通路；另一注入其他流体通路为：注入泵11通过含钨的镍-铬-钼合金材料合成的金属管线连接到三通接口的第一接口，三通接口的第三接口依次连接第一针形阀14、流体容器12和注液阀15，注液阀15最后通过金属管线与三通接口连接，进而连接到样品反应釜2的流体入口24。该流体注入装置1可以注入水溶液，也可以注入其他流体溶液；若注入水溶液，则需关闭第一针形阀14和注液阀15，打开注水阀13；若注入其他流体溶液，则需关闭注水阀13，打开第一针形阀14和注液阀15。

所述控压装置7包括流体注入装置1中的注入泵11和连接到样品反应釜2的压力传感器71。流体注入装置1中的注入泵11用来对注入到样品反应釜2的流体进行加压。在注入实验流体之前，调节好注入泵11的压力，通过加压的方式将流体注入样品反应釜2，同时也对样品反应釜2进行加压；样品反应釜2的釜体反应腔21连接一压力传感器71，压力传感器71用于显示釜内的真实压力；釜内的压力显示在控制面板10上。

所述样品反应釜2是整台仪器的核心装置，亦是实验发生的场所，如图2所示。其材料为镍基耐腐蚀哈氏合金(KA145)，整体结构为一底部封闭的中空圆柱体，圆柱体筒体壁厚38mm，耐压70MPa，耐温600℃。釜体反应腔21的顶部靠内侧为环形凹槽，密封组件22置于该环形凹槽中用于密封样品反应釜2。釜体一侧设有两孔，分别为压力传感器插孔23和流体入口24，分别用于连接压力传感器71和注入流体；釜体相对的另一侧也设有两孔，一孔为流体出口25，通过第二针形阀51连接到冷凝器52，另一孔为温度传感器插孔26，与第一温度传感器61连接；流体出口25的位置高度高于流体入口24，流体入口24和流体出口25分别连接流体入口管和流体出口管，流体入口管和流体出口管均为含钨的镍-铬-钼合金材料合成的金属管线，管线耐压均为100MPa，通过焊接与釜体连接。在整个实验过程中，高温高压条件下模拟样品与流体的反应均在样品反应釜2内进行，而且可以通过流体注入装置1可以随时补充实验所需的矿物成分，使流体充分在釜体内流动，与样品反应较为完全。该过程中胶结作用也可以持续发生，形成相应的流体，从而合成所需的包裹体。

如图3所示，所述箱式循环加热装置3为一前开门的长方形箱式高温加热炉，最高加热温度为800℃，其内腔尺寸为250mm×400mm×250mm；整个箱式高温加热炉由碳化硅炉膛31、外壳32及保温层33组成，保温层33位于碳化硅炉膛31和不锈钢外壳32之间。所述箱式高温加热炉的升温方式是通过对内腔的空气传导进行加热，这样可以确保样品反应釜2内的样品受热均匀稳定，保证温度波动低于2℃，箱式高温加热炉的外壳32材料采用陶瓷纤维作为保温材料，从而保证外壳32温度低于60℃，并在保温层34与外壳33之间设有一个空腔，空腔起到与外界隔热的作用。箱式高温加热炉的底部和顶部开有同心通孔，样品反应釜2固定在其中；箱式高温加热炉右侧方预留两个通孔用于上排烃管路和第一温度传感器61的连接，左侧方还设有一个传感器插孔，用于连接第二温度传感器62，第二温度传感器62用于监控箱式高温加热炉内腔的温度变化。

所述抽真空装置4包括2XZ-1型真空泵41、真空表42、真空缓冲容器43、放空阀44及第二针形阀45。2XZ-1型真空泵41通过金属管线与真空缓冲容器43顶部连接，真空缓冲容器43可以使汽水分离，其顶部通过金属管线与真空表42连接，真空表42用于指示真空缓冲容器43的真空度；真空缓冲容器43底部通过金属管线连接到三通接口，再分别连接放空阀44和第二针型阀45，第二针型阀45连接到样品反应釜2。

所述控温装置6包括第一温度传感器61和第二温度传感器62。两个温度传感器的显示温度最高可达900℃，精度为±0.5℃。釜体反应腔21一侧设一温度传感器插孔26，该孔连接温度传感器61，温度传感器61通过程序设定实验温度。箱式高温加热炉的左侧面设一传感器插孔，连接第二温度传感器62，用于监测箱式高温加热炉内腔的温度变化。

所述冷凝装置5包括第三针形阀51和冷凝器52。第三针形阀51一端连接到釜体反应腔21、另一端通过金属管线与冷凝器52连接。

所述回压装置8由压力表83、缓冲罐82、回压阀84、回压泵81和回压针形阀85组成。回压泵81通过金属管线与缓冲罐82相连，缓冲罐82再通过回压阀84连接到冷凝器52的液体排出口，回压泵81和缓冲罐82配合用于调节管线压力。压力表83通过含钨的镍-铬-钼合金材料合成的金属管线连接到管线，用于显示管线的压力。压力表83最高显示压力为70MPa，精度为±0.075％F，耐温为常温；缓冲罐82最高压力为70MPa，压力控制精度为0.1MPa，容积为200ml；回压泵81最大输出压力80MPa，有效容积为100ml。

所述天平9与回压装置8中的针形阀85连接，用来称重从针形阀85流出的流体。

所述控制面板10可以将实验进行的温度、压力显示在上面。

整个实验装置所用的金属管线均为含钨的镍-铬-钼合金材料合成的合金，具有极好的耐腐蚀、耐高温性能。

在利用上述装置进行人工合成流体包裹体的过程包括：装样、抽真空、调节压力、注水或其他流体、升温、冷凝降温、降压、取样、实验结束等步骤。具体为：

装样：将清洗晾干的岩样装入样品反应釜2中，再用密封组件22将样品反应釜2密封好。

抽真空：关闭第三针形阀51、注水阀13、注液阀15、放空阀44，打开第二针形阀45，然后启动2XZ-1型真空泵41对样品反应釜2进行抽真空。

调节压力：调节好注入泵11的压力，在注入流体的同时对样品反应釜2进行加压，通过压力传感器71显示在控制面板10上的数值，查看样品反应釜2釜内压力，同时利用回压装置8对样品反应釜2釜内压力进行调节以达到实验所需压力。

注水或其他流体：若注入水溶液，则关闭第一针形阀14、第二针形阀45和第三针形阀51，打开注水阀13，通过注入泵11向样品反应釜2注入水溶液；若注入其他流体，则需关闭注水阀13、第二针形阀45和第三针形阀51，打开第一针形阀14和注液阀15，通过注入泵11将流体注入到样品反应釜2中。

升温：打开箱式循环加热装置3，通过空气传导加热方式对样品反应釜2进行加热，使其达到实验模拟的温度，温度在温度数显表61上显示，监控温度变化。

降温冷凝：人工合成流体包裹体实验完成后，关闭箱式循环加热装置3，打开第三针形阀51和冷凝器52，将实验装置的温度降至室温。

降压：降温后实验管线还有较大的压力，打开回压阀84，关闭回压针形阀85，通过回压泵81和缓冲罐82来调节管线压力。

取样：调节好压力后，打开回压针形阀85使流体流出，对流出的流体进行取样称重。

实验结束：待压力降至常压后，打开样品反应釜2，取出实验所用岩样，关闭其他实验装置，模拟实验至此结束。

综上所述，本发明实施例提供了人工合成流体包裹体的实验装置，该装置利用高温高压实验技术将岩样与水或其它流体密封在反应釜中，在模拟过程中能使流体充分地流动，在高温压力条件下实现流体矿物成分的补给，使主矿物胶结作用持续发生，较真实的还原地下流体包裹体形成的真实情况；该装置采用箱式循环加热装置对反应釜进行加热，通过内腔空气的加热，可以使整个模拟过程受热均匀、稳定。

在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种人工合成流体包裹体的实验装置，其特征在于，该装置包括样品反应釜，箱式循环加热装置，流体注入装置，冷凝装置，抽真空装置；样品反应釜中加入岩样和流体用于合成流体包裹体，样品反应釜放置于箱式循环加热装置中，箱式循环加热装置用于对样品反应釜进行均匀稳定的加热；流体注入装置连接到样品反应釜，流体注入装置包括一注入泵，流体注入装置利用注入泵对注入样品反应釜里的流体进行加压，实现流体在样品反应釜里充分流动；冷凝装置与样品反应釜连接，冷凝装置用于对样品反应釜及样品反应釜内反应完成后排出的流体进行冷却降温；抽真空装置与样品反应釜连接，用于在反应前对样品反应釜进行抽真空处理。

2.根据权利要求1所述的一种人工合成流体包裹体的实验装置，其特征在于，所述样品反应釜包括釜体反应腔，釜体反应腔的整体结构为一底部封闭的中空圆柱体，釜体反应腔的顶部靠内侧为环形凹槽，一密封组件置于该环形凹槽中用于密封样品反应釜；釜体反应腔上设置有流体入口和流体出口，流体出口的位置高度高于流体入口，流体入口通过流体入口管与流体注入装置连接，流体出口与冷凝装置连接；釜体反应腔上还连接有压力传感器和温度传感器，两者分别用于监测釜体反应腔内的压力和温度；样品反应釜的工作压力范围为0-70MPa，工作温度范围为0-600℃。

3.根据权利要求1所述的一种人工合成流体包裹体的实验装置，其特征在于，所述流体注入装置包括注入泵和流体容器，注入泵与三通接口连通后通过注水阀直接连接到样品反应釜，或注入泵与三通接口连通，然后依次连接第一针形阀、流体容器和注液阀，注液阀再连接到样品反应釜。

4.根据权利要求1所述的一种人工合成流体包裹体的实验装置，其特征在于，所述箱式循环加热装置为一前开门的长方形箱式高温加热炉，升温方式是通过对内腔的空气传导进行加热，保证样品反应釜内的样品受热均匀稳定；所述箱式高温加热炉的外壳材料为陶瓷纤维，具有保温作用；在箱式高温加热炉的炉膛与外壳之间设有一空腔，起到与外界隔热的作用。

5.根据权利要求1所述的一种人工合成流体包裹体的实验装置，其特征在于，所述抽真空装置包括真空泵、真空表、真空缓冲容器和第二针形阀；真空泵通过金属管线与真空缓冲容器顶部连接，真空缓冲容器用于使汽水分离，真空缓冲容器顶部通过金属管线与真空表连接，真空表用于指示真空缓冲容器的真空度，真空缓冲容器的底部通过第二针型阀连接到样品反应釜；真空泵配合真空缓冲容器对样品反应釜进行抽真空。

6.根据权利要求1所述的一种人工合成流体包裹体的实验装置，其特征在于，所述冷凝装置包括第三针形阀和冷凝器，冷凝器通过第三针形阀连接到样品反应釜的流体出口，冷凝器用于对样品反应釜进行降温，同时对样品反应釜排出的流体进行降温。

7.根据权利要求6所述的一种人工合成流体包裹体的实验装置，其特征在于，所述回压装置包括回压泵和缓冲罐，回压泵通过缓冲罐连接到所述冷凝器的液体排出口，用于调节管线内的压力，防止压力过高而发生危险。

8.根据权利要求6所述的一种人工合成流体包裹体的实验装置，其特征在于，该实验装置还包括一天平，经所述冷凝器冷凝的流体液体汇聚到天平上，天平用来对流出样品反应釜的流体进行称重。