一种原油原位热解及在线观测的实验装置

技术领域

本发明涉及原油观测实验装置技术领域，具体为一种原油原位热解及在线观测的实验装置。

背景技术

随着经济的高速发展，我国原油的对外依存度不断升高，已对我国的能源安全造成重大隐患。我国的原油资源分布不均，勘探难度大，拓展新的勘探区域和层系迫在眉睫。目前，深层油气勘探（＞4500m）是我国最重要的勘探方向之一。由于深层油气藏通常经历了复杂的埋藏史，原油在成藏过程中通常存在不同程度的热解，这不仅制约着原油的资源潜力评价，还会显著影响原油的勘探开发。有效的判识原油的热解程度是深层原油勘探所面临的关键科学问题。由于原油中普遍含有多环芳烃组分（PHA），原油的光谱学信息丰富，包括荧光光谱、荧光寿命和红外光谱等。在原油热解过程中，其多环芳烃组分会发生复杂的有机化学反应，造成原油光谱参数的演化。通过测定不同热解油的光谱学参数能够有效表征原油的热解程度。

然而，在原油热解过程中难以实现在线测定其光谱学参数，主要有三个原因：一是原油热解过程需要在真空无氧的环境中进行程序加热，在高温、高压的环境中发生热解作用；二是原油光谱学测试的过程中，光谱信号要在无背景荧光和高透光性的材质中传递；三是需要在不同温度条件下实现对不同热解程度热解油的光谱学测定。因此，需要研发一种能够实现原油原位热解及在线观测的实验装置。

在现有技术中进行原油样品热解时，通常是将原油样品封存在玻璃管或者金管中，然后放置到马弗炉中进行热解实验。在达到设定温度之后，将玻璃管或者金管中的热解油取出，然后加工制备成光片样品，在不同光谱学仪器中测试。这种方法在测试的过程中，会将热解油伴生的气态烃等流体释放掉，改变了热解油所处的压力条件，会显著影响热解油的光谱学参数；另外，油藏中的原油通常处于高温的地质环境中，并且随着地层的演化，所处的温度不断发生改变，这种方法也难以实现在不同温度条件下对热解油的光谱学测试，因此难以应用到实际的地质条件下。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种原油原位热解及在线观测的实验装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种原油原位热解及在线观测的实验装置，包括底座，所述底座的上方设置有两组并排布置的顶板，两组所述顶板与底座之间安装有四组呈方形布置的限位机构，所述底座的顶部固定安装有卡接组件，所述卡接组件的构造包括支撑座和垫板，所述支撑座和垫板的数量均为两组，两组所述支撑座并排固定安装底座的顶部，两组所述垫板分别固定安装在两组支撑座相对的一侧，两组所述垫板的顶部放置有三组前后布置的样品仓组件，所述样品仓组件的构造包括石英密封仓底面、石英密封仓顶面、样品腔槽和注入槽，所述石英密封仓顶面固定安装在石英密封仓底面的顶部，所述样品腔槽和注入槽均开设在石英密封仓底面的上表面，且注入槽与样品腔槽相互连通，两组所述顶板之间固定安装有程序控温机构。

作为优选的，所述卡接组件的构造还包括定位条、限位条和弹簧，所述弹簧的数量为多组，所述定位条固定安装在其中一组垫板的顶部，所述限位条放置在另外一组垫板的顶部，多组所述弹簧均固定连接在限位条远离定位条的一侧，且弹簧的一端与其中一组支撑座的外表面贴合。

作为优选的，所述底座的顶部固定安装有控制器，且控制器与程序控温机构之间电性连接，所述石英密封仓底面的背面固定插接有穿刺针，且穿刺针的前端延伸进入样品腔槽的空间内部，所述穿刺针的背面通过胶粘固定连接有微型单向阀，所述微型单向阀的一端插接有压力传感器。

作为优选的，所述穿刺针为一次性用品，所述压力传感器与控制器之间电性连接。

作为优选的，所述底座的顶部固定安装有两组并排布置的液压缸，且两组液压缸分别位于两组支撑座相反的一侧，所述液压缸与控制器之间电性连接，两组所述液压缸的伸缩端均固定连接有螺纹柱，所述螺纹柱的外表面通过螺纹嵌合连接有组合板，且组合板通过螺钉固定嵌合在顶板的上表面。

作为优选的，所述程序控温机构的构造包括折弯板、加热电阻丝、石英透光板和热电偶，所述折弯板的数量为两组，两组所述折弯板分别固定安装在两组顶板相对的一侧，所述加热电阻丝的数量为多组，多组所述加热电阻丝分别均匀嵌合于两组折弯板的内部，所述石英透光板固定安装在两组折弯板之间，且石英透光板位于其中一组样品仓组件的上方，所述热电偶安装在两组折弯板的外表面。

作为优选的，所述限位机构的构造包括支撑垫块、直立圆杆方形板和滑筒，所述支撑垫块固定安装在底座底部的尖角处，所述方形板固定安装在顶板的顶部，所述直立圆杆固定安装在支撑垫块的顶部，且直立圆杆的顶部活动贯穿方形板的内部，所述滑筒固定安装在方形板的底部，且滑筒滑动连接于直立圆杆的外表面。

作为优选的，该实验装置的工作步骤如下：

S1、通过将装载有原油样品的针筒的针尖端插入至注入槽的内部，并挤压针筒，将其空间内部的原油样品顺着注入槽输送至样品腔槽的空间内部，以完成原油样品的注入作业；

S2、而后使用真空泵抽取样品仓组件之中的空气，在抽真空的过程中将注入槽的开口端焊死，防止样品仓组件内部的原油样品在热解过程中被仓体中的氧气氧化；

S3、之后对限位条施加远离定位条所在一侧的挤压力，促使多组弹簧向内收缩，以此来扩大限位条与定位条之间的间距，而后依次将多组样品仓组件放置于两组垫板的上方，并松开对限位条所施加的外力；

S4、通过运行两组液压缸，促使其向下收缩设定长度，使得组合板带动两组顶板向下移动，之后促使程序控温机构的底部贴合于样品仓组件的上表面，之后直接将本装置置于光学仪器的显微镜之下进行原始原油样品荧光光谱和荧光寿命等光谱学参数的在线测定；

S5、在步骤S4中原油样品的光谱学参数在线测定结束之后，促使液压缸继续向下收缩，带动程序控温机构的底部针对于样品仓组件的上表面进行加压，且其中微型压力传感器直接受到来自于上方的压力作用，其将压电信号转变为电阻信号，并反馈至控制器之中，其压力值达到50MPa时停止施压，并通过启动程序控温机构，其内部的加热电阻丝将电能转化为热能，并传递至下方的样品仓组件中，针对于其中的原油进行程序加热处理，在达到设定温度点之后，在线进行不同热解阶段热解油的光谱学参数测定；

S6、原油在进行完原位热解和在线光谱学测定之后，将石英密封仓取出，通过有机试剂的索氏抽提获取不同演化阶段的热解油，开展相关的有机地球化学分析。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明通过将多组原油样品的样品仓组件依次前后放置于卡接组件之中，而后促使程序控温机构的底部贴合于样品仓组件的上表面，之后直接将本装置置于显微镜之下进行原油样品光谱学参数的在线测定，且配合程序控温机构的启动运行，能够方便原油样品进行原位热解作业，且往样品仓组件中注入原油之后，石英密封仓能够承受原油热解过程中的高压，有效防止热解油及其伴生气态烃的泄漏。

2、本发明中，高纯石英具有无背景荧光和高透光性的特征，能够有效测定其中的热解油的光谱学参数。

3、本发明中，在检测样品仓组件的内压时，通过将压力传感器与微型单向阀电性连接，并打开微型单向阀，使得压力传感器直接感应样品仓组件内部的压力值，并于其显示屏上显示，且在前一组样品仓组件的内压测量结束之后，可将压力传感器拆卸下来，并入下一组样品仓组件中的微型单向阀中，使得压力传感器可重复利用。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明卡接组件的结构示意图；

图3为本发明限位机构的结构示意图；

图4为本发明限位条与弹簧的结构示意图；

图5为本发明样品仓组件的结构示意图；

图6为本发明程序控温机构的结构示意图；

图7为本发明液压缸与螺纹柱的结构示意图。

图中：1、底座；2、顶板；3、限位机构；4、卡接组件；5、支撑座；6、垫板；7、样品仓组件；8、石英密封仓底面；9、石英密封仓顶面；10、样品腔槽；11、注入槽；12、程序控温机构；13、定位条；14、限位条；15、弹簧；16、穿刺针；17、微型单向阀；18、微型压力传感器；19、液压缸；20、螺纹柱；21、组合板；22、折弯板；23、加热电阻丝；24、石英透光板；25、热电偶；26、支撑垫块；27、直立圆杆；28、方形板；29、滑筒。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1-图7，本发明提供的一种实施例：

一种原油原位热解及在线观测的实验装置，包括底座1，底座1的上方设置有两组并排布置的顶板2，两组顶板2与底座1之间安装有四组呈方形布置的限位机构3，底座1的顶部固定安装有卡接组件4，卡接组件4的构造包括支撑座5和垫板6，支撑座5和垫板6的数量均为两组，两组支撑座5并排固定安装底座1的顶部，两组垫板6分别固定安装在两组支撑座5相对的一侧，两组垫板6的顶部放置有三组前后布置的样品仓组件7，样品仓组件7的构造包括石英密封仓底面8、石英密封仓顶面9、样品腔槽10和注入槽11，石英密封仓顶面9固定安装在石英密封仓底面8的顶部，样品腔槽10和注入槽11均开设在石英密封仓底面8的上表面，且注入槽11与样品腔槽10相互连通，两组顶板2之间固定安装有程序控温机构12。

本实验装置中，石英密封仓能够有效替代玻璃管/金管中的原油热解，其中石英密封仓为高纯石英材质，不仅能够承受原油热解过程中产生的高压，还具有无背景荧光和高透光率特点，原油样品在本实验装置中可实现原位热解和在线测定；

具体的，使用本实验装置时，通过将装载有原油样品的针筒的针尖端插入至注入槽11的内部，并挤压针筒，将其空间内部的原油样品顺着注入槽11输送至样品腔槽10的空间内部，以完成原油样品的注入作业，之后通过将多组注入原油样品的样品仓组件7依次前后放置于卡接组件4之中，而后促使程序控温机构12的底部贴合于样品仓组件7的上表面，之后直接将本装置置于显微镜之下进行原油样品荧光光谱、荧光寿命以及红外光谱的光谱学参数的在线测定，且配合程序控温机构12的启动运行，能够方便原油样品进行原位热解作业；

更具体的，通过于卡接组件4中放置三组样品仓组件7，使得后期在测定时，能够有效提高整体效率，同时使得数据具备对比性，且本装置中程序温控机构12的总长度与卡接组件4的前后总长度一致，继而能够针对于卡接组件4中卡合的三组样品仓组件7施加相同热量，使得三组样品仓组件7受热较为均匀。

卡接组件4的构造还包括定位条13、限位条14和弹簧15，弹簧15的数量为多组，定位条13固定安装在其中一组垫板6的顶部，限位条14放置在另外一组垫板6的顶部，多组弹簧15均固定连接在限位条14远离定位条13的一侧，且弹簧15的一端与其中一组支撑座5的外表面贴合。

通过对限位条14施加远离定位条13所在一侧的挤压力，促使多组弹簧15向内收缩，以此来扩大限位条14与定位条13之间的间距，而后依次将多组样品仓组件7放置于两组垫板6的上方，并松开对限位条14所施加的外力，此时通过定位条13和限位条14来限定样品仓组件7所处位置，能够有效避免在后续针对于样品仓组件7进行加压加热作业时，其出现较大位置偏移，影响加压和加热效果，且样品仓组件7与限位条14、定位条13之间处于活动贴合的状态，故在程序控温机构12下方的一组原油样品在线测定之后，可将后方的一组样品仓组件7向前推进，使得整体的以便于连续测试。

底座1的顶部固定安装有控制器，且控制器与程序控温机构12之间电性连接，石英密封仓底面8的背面固定插接有穿刺针16，且穿刺针16的前端延伸进入样品腔槽10的空间内部，穿刺针16的背面通过胶粘固定连接有微型单向阀17，微型单向阀17的一端插接有压力传感器18，穿刺针16为一次性用品，压力传感器18与控制器之间电性连接。

在生产石英密封仓底面8的同时，将穿刺针16嵌合于其中，且其通气尖端处于样品腔槽10的空间内部，使得二者形成一组整体，之后在石英密封仓顶面9与石英密封仓底面8焊接之后，穿刺针16的尖端处未进行密封，而后在穿刺针16的尾端连接微型单向阀17，通过控制微型单向阀17闭合和开启，来将穿刺针16从疏通和堵塞的状态之间进行调整，微型单向阀17闭合时，石英密封仓底面8内部的空气无法顺着穿刺针16向外排出，继而能够确保体系的封闭性，在检测样品仓组件7的内压时，通过将压力传感器18与微型单向阀17电性连接，并打开微型单向阀17，使得压力传感器18直接感应样品仓组件7内部的压力值，并于其显示屏上显示，且在前一组样品仓组件7的内压测量结束之后，可将压力传感器18拆卸下来，并入下一组样品仓组件7中的微型单向阀17中，使得压力传感器18可重复利用，其操作原理可参考人体腹内压的直接测量法。

程序控温机构12的构造包括折弯板22、加热电阻丝23、石英透光板24和热电偶25，折弯板22的数量为两组，两组折弯板22分别固定安装在两组顶板2相对的一侧，加热电阻丝23的数量为多组，多组加热电阻丝23分别均匀嵌合于两组折弯板22的内部，石英透光板24固定安装在两组折弯板22之间，且石英透光板24位于其中一组样品仓组件7的上方，热电偶25安装在两组折弯板22的外表面。

两组折弯板22为加热电阻丝23和石英透光板24提供较为合适的组装空间，且通过控制器运行加热电阻丝23，能够促使其将电能转化为热能，并传递至下方的样品仓组件7中，针对于其中的原油进行加热处理，以便于后续进行热解油光谱学参数的在线测定，且其中热电偶 25能够实时测定折弯板22外表面的温度。

限位机构3的构造包括支撑垫块26、直立圆杆27方形板28和滑筒29，支撑垫块26固定安装在底座1底部的尖角处，方形板28固定安装在顶板2的顶部，直立圆杆27固定安装在支撑垫块26的顶部，且直立圆杆27的顶部活动贯穿方形板28的内部，滑筒29固定安装在方形板28的底部，且滑筒29滑动连接于直立圆杆27的外表面。

在液压缸19进行上下伸缩作业时，可带动四组滑筒29沿着直立圆杆27的外表面上下活动。

该实验装置的工作步骤如下：

S1、通过将装载有原油样品的针筒的针尖端插入至注入槽11的内部，并挤压针筒，将其空间内部的原油样品顺着注入槽11输送至样品腔槽10的空间内部，以完成原油样品的注入作业；

S2、而后使用真空泵抽取样品仓组件7之中的空气，在抽真空的过程中将注入槽11的开口端焊死，防止样品仓组件7内部的原油样品在热解过程中被仓体中的氧气氧化；

S3、之后对限位条14施加远离定位条13所在一侧的挤压力，促使多组弹簧15向内收缩，以此来扩大限位条14与定位条13之间的间距，而后依次将多组样品仓组件7放置于两组垫板6的上方，并松开对限位条14所施加的外力；

S4、通过运行两组液压缸19，促使其向下收缩设定长度，使得组合板21带动两组顶板2向下移动，之后促使程序控温机构12的底部贴合于样品仓组件7的上表面，之后直接将本装置置于光学仪器的显微镜之下进行原始原油样品荧光光谱和荧光寿命等光谱学参数的在线测定；

S5、在步骤S4中原油样品的光谱学参数在线测定结束之后，促使液压缸19继续向下收缩，带动程序控温机构12的底部针对于样品仓组件7的上表面进行加压，且其中微型压力传感器18直接受到来自于上方的压力作用，其将压电信号转变为电阻信号，并反馈至控制器之中，其压力值达到50MPa时停止施压，并通过启动程序控温机构12，其内部的加热电阻丝23将电能转化为热能，并传递至下方的样品仓组件7中，针对于其中的原油进行程序加热处理，在达到设定温度点之后，在线进行不同热解阶段热解油的光谱学参数测定；

S6、原油在进行完原位热解和在线光谱学测定之后，将石英密封仓取出，通过有机试剂的索氏抽提获取不同演化阶段的热解油，开展相关的有机地球化学分析。

工作原理：通过将装载有原油样品的针筒的针尖端插入至注入槽11的内部，并挤压针筒，将其空间内部的原油样品顺着注入槽11输送至样品腔槽10的空间内部，以完成原油样品的注入作业，之后使用真空泵抽取样品仓组件7之中的空气，而后将多组样品仓组件7置于两组垫板6之上，并通过液压缸19带动两组顶板2和程序控温机构12向下移动，促使程序控温机构12之中的石英透光板24与样品仓组件7的顶部贴合，而后直接将本装置置于显微镜之下进行原油样品荧光光谱、荧光寿命以及红外光谱的光谱学参数的在线测定，且其中通过液压缸19持续向下收缩 ，带动程序控温机构12向下挤压样品仓组件7，同时配合程序控温机构12，能够方便进行原油的原位热解作业。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。