间歇开放式原油热裂解实验设备的研制及对典型原油裂解成气的实验研究

This project contains development of an equipment for gas generation by thermal cracking of crude oil in intermittently opened condition, and experimental research on thermal cracking of crude oil from Sichuan and Talimu Basins. So far all oil cracking experiments were carried out by closed system, but this closed condition dose not match open or semi-open condition in some gas-oil fields. Based on American and Chinese patents, this equipment will provides gas yields and compositions and also carbon and hydrogen isotope data, which can be applied to reveal mechanisms of gas generation by oil thermal cracking, and be applied in oil/gas exploration. .Isotopeδ13C of methane from thermal cracking of crude oil from Sichuan Basin and Talimu Basin in closed system is much lighter than that of natural gases of this area, one explanation is that early gas, which has very light Isotope δ13C, had escaped in geological history in open or intermittently open condition. To Confirm this hypothesis and to obtain reasonable explanation to the question, this new developed equipment will be used in experiment of thermal cracking for oil samples from those Basins, results will be applied in gas exploration in gas fields of this area.

研究证明，部分天然气的气源被认为是油的热裂解形成的，但是用封闭系统进行的油裂解实验生成的甲烷的碳同位素比气藏中甲烷的碳同位素轻的多，一种解释认为在地层中油裂解早期生成的具有很轻的同位素的甲烷因为地层的半开放性而散失，剩下现存的甲烷就具有较重的碳同位素值。这种解释需要实验的证实。目前国内外对于原油热裂解生成天然气的模拟实验都是利用封闭体系，但是封闭式的实验条件往往与实际地质条件不符。本申请拟研制可在间歇开放式条件下对原油进行热裂解生成天然气的实验装置。与现有的金管实验设备不同，该设备可以得到在不同的温度阶段原油瞬间裂解而不是累积裂解的气体成分、产率及碳氢同位素特征，为研究天然气生成机理及油田的勘探开发提供一种新的技术手段。拟利用该设备对四川盆地、塔里木盆地的原油进行热裂解生成天然气的实验，以解决现有的实验结果与实际气藏中天然气同位素值不相符的问题，为该地区及类似地区的天然气成因来源提供参考。

研制了可在间歇开放式条件下对原油进行热裂解生成天然气的实验装置，利用该设备对烃源岩及原油进行阶段性的生烃-排烃实验，得到了不同的温度阶段干酪根及原油受热产生的油气的成分、产率及碳、氢同位素特征，并与封闭式金管的实验结果进行了比较，研究了二者在气体产率、成分特征以及同位素特征的差异，为研究天然气生成机理及油田的勘探开发提供一种新的技术手段。紧密围绕烃源岩热模拟实验产物的开放或间歇性排出的科学问题，重点做了以下工作：.1 研发了开放式热模拟实验分段取气实验装置。采用系列的储气罐取代了常规的冷阱，可以对烃源岩及原油进行不同条件下的热模拟实验，并把不同温度的气体产物分别收集在对应的储气罐中，随后分析产物的生烃动力学参数及气体同位素特征。利用该设备对不同类型的干酪根进行了实验，并取得了有效的数据；.2 设计制造了高压开放式生烃实验装置，并利用该装置对珠江口盆地第三系烃源岩做了半开放体系下的生烃实验，取得了油裂解产气对气藏储量的贡献以及气体同位素的数据；.3 研发了高压间歇开放式烃源岩热模拟实验装置，并对鄂尔多斯长7段油页岩及我国东部第三系油页岩做了间歇开放的生-排烃实验，取得了在封闭和间歇开放条件下油页岩生烃的差异。实验结果对于建立该地层的生烃模式及开展烃源岩原地加热生烃工程具有指导意义；.4 建立了石英管生-排烃实验装置及实验方法，可以快速简便的对烃源岩进行开放式的热模拟及取得样品的生-排烃参数；.5 建立了金管封闭式生-排烃实验方法，可以准确有效的模拟在半封闭的地质条件下烃源岩的生烃和运移过程；.6 对于国内部分主要生烃层位的烃源岩做了封闭式热模拟及半开放式热模拟生烃动力学研究，取得了在不同实验条件下的生烃动力学参数并用于油气勘探。.所做研究共发表相关研究论文12 篇，其中已标注SCI论文10 篇，已标注EI论文2篇。申请国际PCT专利1项，申请国内发明专利6项，取得发明专利授权2项，取得实用新型专利授权4项，取得软件著作权3项。