封闭体系下烃源岩热模拟实验固体渣样总有机碳含量异常成因及意义

自然演化条件下,烃源岩总有机碳(TOC)含量通常随着成熟度的增加而持续降低;但在封闭体系热模拟实验的晚期阶段,固体渣样的TOC呈现“不减反增”的异常现象。基于银根—额济纳旗盆地中生界湖相烃源岩样品的热模拟实验等相关测试资料,分析TOC异常变化成因,探讨了其地球化学意义。研究认为,造成这种异常现象的原因与原油二次裂解有关。由于热模拟为封闭体系,早期生成的原油因无法排出而滞留在反应釜内,随着热模拟温度的增加,原油开始大规模裂解,原油转化成气态烃的同时产生焦沥青,“不可溶”的焦沥青附着在固体渣样上导致TOC增大。该研究还建立了一种确定不同类型烃源岩所生油裂解气主生气门限的方法,即基于封闭热模拟实验固体渣样的TOC变化曲线来确定油裂解气主生气门限,因为焦沥青的大量生成会导致固体渣样TOC的增加,也是原油开始大规模裂解生气的重要标志。这种方法解决了现有方法的不足,如在厘定主生气门限时存在不可避免的人为误差、无法对混源油开展更为深入研究等。

有色金属材料热模拟试验的稳定测温方法

热/力模拟试验不仅能充分而精确地揭示材料在热加工过程中组织与性能的变化规律,还能评定或预测材料在制备或热加工过程中可能出现的问题,进而为制定合理的加工工艺及研制新材料提供理论指导和技术依据。然而,热模拟试验过程中对试样温度的测量是否精确是决定试验成功与否的关键。在此基础上,根据试验机及有色金属材料的特点,对试样的准确测温方法进行了研究,解决了热电偶丝与有色金属材料试样难以牢固焊接的问题,极大地拓宽了试验机检测的应用范围。

海相页岩芳烃演化规律及成熟度指示意义——来自西加拿大盆地二白斑组自然演化与热模拟样品的对比研究

选取西加拿大盆地白垩系科罗拉多群二白斑组低成熟海相页岩进行地层孔隙热解生烃模拟实验,利用GC-MS对自然演化系列样品和热模拟系列样品内的芳烃进行了定量分析,系统对比自然演化与热模拟样品芳烃地球化学特征。结果表明:(1)自然系列页岩三甲基萘和四甲基萘、菲和甲基菲绝对含量相对较高,且随着演化程度的增加而增加;热模拟系列页岩内菲和甲基菲绝对含量和变化趋势在较高的热演化程度下依然保持与自然系列相同,而三甲基萘和四甲基萘绝对含量相对较低且变化趋势不同,随成熟度增加表现为先增加后减少。(2)自然系列页岩三甲基萘指数(TMNR)值随埋深增加逐渐增大,而热模拟系列页岩TMNR值表现为先减小后增大;自然系列和热模拟系列页岩四甲基萘指数(TeMNR)值、甲基菲指数(MPI)值变化具有协同性,TeMNR值随成熟度的增加呈先减小后增大,MPI值随成熟度的增加而增加,表明菲系列化合物可有效指示热模拟和自然演化条件下页岩的成熟度。(3)热模拟实验在一定温度内能够较好地反演芳烃热演化历程,即:350℃之前热模拟页岩TMNR值与自然演化页岩的规律不同,350℃之后相同;425℃之前烷基菲相关参数与自然演化页岩的规律相同,超过425℃后与自然演化不同,这主要受温度达到临界值而导致芳烃演化机理改变以及升温速率和有机质赋存状态等因素的影响。

基于热模拟试验机的大试样平面应变技术

使用热模拟试验机对大试样低碳钢进行了平面应变压缩热模拟试验,并对其各道次应力-应变曲线及相变温度进行分析,获得了低碳钢变形区的显微组织演变规律。通过调整热模拟试验机的参数,确保大试样在升温、保温和降温过程中保持温度稳定。结果表明:在保温阶段,试样的均温区尺寸(长度×宽度×高度)为30 mm×30 mm×20 mm,温差约为20℃,满足平面应变压缩试验对试样均温性的要求;压缩变形后试样的宽展较小,试样中间区域的显微组织相对均匀,力学性能较稳定。采用热模拟试验机的平面应变技术可以较好地模拟低碳钢压缩变形时的平面应变状态,实现同时分析材料的显微组织和力学性能。

Ti_(2)AlNb合金热模拟焊接热影响区的组织与力学性能

Ti_(2)AlNb合金因其较高的比强度和高温抗氧化能力,是先进航空发动机热端部件的重要候选材料。但作为金属间化合物材料,其焊接性能是一重要挑战。为了解焊接热循环对合金组织性能的影响规律,使用Gleeble3500热模拟试验机模拟了Ti_(2)AlNb合金焊缝附近热影响区的热循环,研究了冷却速度对焊接热影响区组织与性能的影响;根据热膨胀-温度曲线,结合不同冷速下合金的显微组织,建立了Ti_(2)AlNb合金焊接热影响区连续冷却转变(SH-CCT)曲线。结果表明:在快速加热至B2单相区后的连续冷却过程中Ti_(2)AlNb合金中主要析出相为O相,α_(2)相的析出量很少。随着冷却速度的增加,析出相的数量逐渐减少、尺寸降低,且α_(2)相的析出率先被抑制,B2相向O相转变的温度区间缩小。冷却速度低,合金中析出相数量多,强度高,但塑性低。反之,随着冷速的增加,残留B2相增多,合金的塑性得到改善。

一种变压器绕组温控器热模拟温升校准方法

变压器绕组温控器的热模拟温升对变压器温度的准确测量具有重要的影响。为准确评价并测量绕组温控器的热模拟温升特性,提出一种变压器绕组温控器热模拟温升校准方法。首先介绍绕组温控器热模拟原理及结构组成,其次讨论热模拟特性的具体校准方法和相关设备组成,最后通过对不同规格型号的绕组温控器热模拟温升部分进行测量校准。通过对测量数据的分析和研究,表明该校准方法测量准确度能够满足不大于被测绕组温控器最大允许误差1/3的要求,在此基础上总结了在测量过程中的影响因素和减小测量误差的方法。

油气管道工程用高强度感应加热弯管母管热模拟试验验收及应用

针对长输管道工程感应加热弯管母管入厂验收中遇到的母管焊缝热影响区夏比冲击吸收能数值离散性异常、管体屈强比超标及原材料替代等问题进行了分析讨论。基于热模拟方法形成了适用于多种特定母管的个性化感应加热弯管的热煨制工艺,并完成批量工程建设用X80高强度感应加热弯管生产。同时列举了多个力学性能及成分指标存在明显偏离母管工程规范的案例,验证了现行感应加热弯管母管选材规范允许采用热模拟评定方法验收的正确性和可行性。

热模拟技术在铸造领域的应用

热模拟技术作为一种较为成熟的物理模拟技术,已在结构焊接、锻轧、热处理等方面获得了广泛应用,但在铸造领域远没有获得充分开发和应用。本文针对铸造合金半固态成形、热处理、补焊/焊接等过程,分析了其热/力条件,介绍了热模拟技术在铸造合金的流变性能、组织与力学行为及铸造数值模拟等方面研究的方法和实例,展望了热模拟技术在铸造领域中的应用前景。

热模拟技术在钢板镀层与防护研究中的应用与展望

首先探讨了热模拟技术的基本原理和方法,包括温度控制、热循环模拟、应力控制以及试样在不同气体氛围下受热形变的过程等。接着分析了热模拟技术在研究钢板镀层的晶粒尺寸、晶界特征、相组成与相变行为、界面反应、缺陷与裂纹以及涂层性能等方面的应用。进一步比较了热模拟技术与其他研究方法的优势和融合方式,包括传统实验方法、数值模拟和材料表征技术等。最后讨论了热模拟技术在钢板镀层研究中的局限性与展望,并探讨了热模拟技术在其他新型材料研究中的潜在应用。

超深层油气相态转化过程及其控制因素:来自原油可视化热模拟实验的启示

超深层油气相态转化过程及主控因素缺乏系统的实验研究,也缺少对转化过程的可视化直观呈现。为研究超深层油气相态转化过程及主控因素,以SHB7井正常原油为研究对象,开展了原油相态转化过程的在线及离线可视化观测实验。得出如下结果:(1)在热模拟实验温度达到原油发生裂解的起始温度之前,原油的红绿熵值(Q650/500)在升、降温过程中发生可逆变化,说明原油荧光不仅受油成分、密度的影响,还受到温度本身的影响。(2)在实验温度达到原油发生裂解的起始温度之后,原油的Q650/500发生不可逆的变化,指示油的成分受热裂解的影响发生了不可逆变化,并且随着模拟温度的增高原油中液态烃的含量呈减少的变化趋势,而沥青的含量呈增加的变化趋势,表明温度是控制原油热裂解及相态转化的关键因素。(3)对比0.1℃/min、0.7℃/min、5℃/min升温速率下原油的荧光演化,热解后残余油发生荧光(成分)分异的温度点依次升高,表明升温速率越小越有利于原油的热裂解,因此长期缓慢升温的地质条件下不利于液态烃的保存。(4)对比不同油充填度的样品实验结果,可知原油经历过Ro=1.89%的热演化后,压力增加促进了原油的热演化。所以,压力不一定抑制液态油裂解转化,反而有可能促进热裂解转化。综合原油热裂解的可视化分析结果,将原油热裂解过程划分三个阶段:第一阶段的Ro范围是0.80%~1.24%,重质饱和烃优先裂解,原油中的饱芳比下降,液态烃荧光颜色发生红移;第二阶段的Ro的范围是1.24%~1.55%,该阶段大量的芳烃缩合成固体-半固体沥青并在降温后附在管壁,导致残余油的饱和烃相对含量略微升高,液态烃荧光蓝移。第三阶段的Ro大于1.90%,芳烃继续缩合形成固体-半固体沥青,毛细管中的烃类在室温下出现明显荧光分异现象,其中发蓝色荧光的烃类为由非极性饱和烃为主要成分的轻质油,而发橙黄色荧光的烃类为由极性沥青质为主要成分的重质油。这种荧光分异现象或可为同一微域下不同荧光颜色的油包裹体共生提供解释。塔里木盆地顺北油气田的油气分布规律验证了实验结果中温度和压力对油裂解的控制作用。

生烃热模拟实验方法述评

生烃热模拟实验是烃源岩成烃潜力与资源评价的重要手段,可再现地质体中有机质热解演化过程,为评价盆地成烃潜力、过程与机理、推导成烃模式及动力学提供理论依据和实验资料。模拟实验样品的选择取决于研究目的和沉积盆地中有机质的类型及演化程度,实验模拟装置体系主要有开放体系和封闭体系两种,开放体系模拟有机质初始裂解反应,封闭体系模拟原油和天然气的二次裂解反应。通过温度、压力、水介质及矿物质等不同实验条件下有机质成烃的模拟实验研究,使实验条件尽量接近地质实际条件,结合沉积盆地热史、沉积史,实验结果可揭示生烃史与沉积盆地的演化关系,为盆地模拟提供重要参数;模拟结果可有效外推到地质实际揭示烃类形成机理和排烃效率。开发岩石围压控制等新的实验技术,加强天然气二次裂解动力学研究、有机质、地层水和矿物质相互作用及孔隙发育条件下的高温高压模拟是生烃热模拟实验领域的发展方向,对页岩气等非常规油气资源评价具有重要意义。

方坯软接触电磁连铸结晶器内钢液弯月面行为的热模拟研究

以低熔点 Ｐｂ－Ｓｎ－Ｂｉ合金作为钢液模拟工质，对谐波高频磁场作用下，方坯软接触电磁连铸结晶器内钢液的弯月面行为进行热模拟实验研究、通过录像手段记录高频磁场作用下非导电石英玻璃容器内液态金属的弯月面行为，并采用“浸镀法”测得不同实验条件下的弯月面形状，掌握了高频磁场作用下液态金属弯月面的波动特性及不同感应线圈实验参数对弯月面行为特征的影响效果．研究表明：方坯结晶器内高频磁场沿结晶器周向的不均匀分布是影响弯月面稳定性的重要因素，在设计软接触电磁连铸结晶器时，应在结晶器角部对磁场采取适当的屏蔽措施．此外，感应线圈匝数以及感应线圈工作位置的选取将在很大程度上影响到钢液弯月面的形态和稳定性，是影响软接触电磁连铸铸坯表面质量的重要工艺参数．

页岩气形成机制的生烃热模拟研究

选择Green River,Woodford及珠江口等3种不同有机质类型的低成熟页岩,采用密封金管-高压釜体系,在24.1 MPa围压下,以20℃/h和2℃/h的升温速率进行生烃热模拟实验,测定产物气态烃和液态烃的产量及气态烃的碳同位素组成,探讨页岩气生成机制。随温度的升高,页岩有机质热演化成烃可分为3个阶段：①热解初期的生油阶段,液态烃产量增加迅速,在Ro=0.9%~1.1%时达到峰值,气态烃产量较低;②油裂解生气阶段,液态烃产量降低,气态烃产量迅速增加;③气裂解阶段,气态烃产量略微增加,气体明显变干。气态烃的δ13C先变轻后变重,I型页岩气态烃的δ13C在热解初期阶段呈现局部倒转,δ13C1〈δ13C2〉δ13C3〈δ13nC4。气态烃来源于有机质的初次裂解和大量液态烃的二次裂解,气态烃的产量主要受有机质类型的控制,I型泥页岩气态烃产量最高。页岩气中碳同位素局部反序可能是液态烃二次裂解成气的标志,或由不同演化阶段来源气态烃混合造成的。

全岩热模拟新方法及其在气源岩评价中的应用

由中国石油勘探开发研究院廊坊分院建立的全岩热模拟仪器分析方法是采用岩心样品 (岩石颗粒 0 .5～ 2mm)来模拟烃类生成的一项实验新技术。该方法模拟结果表明 :(1)不同类型样品单位质量岩石的产气率与传统的加水温压模拟法结果具有可比性 ;(2 )能够反映源岩在不同演化阶段的产气量 ;(3)比常规的有机碳评价方法能更准确地反映源岩在不同演化阶段的产气潜力。 (4 )全岩热模拟新方法经济、简便、分析周期短 ,可以用于大量常规样品分析 ,是判识有效气源岩及定量评价的一种快速、可靠的方法 ,在油气勘探过程中 。

煤岩及其显微组分热模拟成气特征

通过煤岩及其各显微组分等6个系列以50℃为一温阶,从250～550℃进行热模拟实验,对其气体产物进行了系统分析。结果表明:随着温度的升高,煤岩及其各显微组分产气率均呈增长趋势;不同的模拟物质,在同一温度下产气率各不相同;同一模拟物质,在不同温度下产气率亦不同;其中镜质组和壳质组具有较强的产气潜力,丝质组和半丝质组产气量甚低,而全煤表现为各显微组分成烃的综合效应。气体产物中CO2和N2主要在低温阶占比例较大。

脂肪酸盐生烃热模拟研究及其意义

干酪根晚期生油说很难圆满解释碳酸盐岩的生烃机制。本文从新的视角探讨了在碳酸盐岩中还存在一类潜在的生烃母质—脂肪酸盐。由于脂肪酸盐物化性质独特，很难从地质体中得到纯脂肪酸盐，因此我们采用了化学合成方法制备硬脂酸镁（ＲＣＯＯ）２Ｍｇ，并对硬脂酸镁、硬脂酸及硬脂酸镁加碳酸钙三个系列的样品进行了３００℃和３５０℃的常规热解实验；实验结果表明脂肪酸盐在热解温度下能够生成烃类物质，并且脂肪酸盐的烃类转化率明显高于脂肪酸。脂肪酸盐的热解断裂方式中α＞β＞γ，与脂肪酸的断裂方式相比，其β和γ断裂方式较强。

生物标志化合物热成熟度参数演化规律及意义——以Ⅲ型烃源岩HTHP生排烃热模拟液态烃产物为例

为了探究烃源岩不同热演化阶段生物标志化合物成熟度参数的演化规律及其专属指示意义。通过对辽河盆地桃10井Ⅲ型烃源岩进行HTHP生排烃热模拟实验,获取的液态烃产物饱和烃组分进行GC/MS分析,以模拟温度为成熟度标尺,检测出正构烷烃、类异戊二烯类烷烃、三环二萜烷、藿烷及甾烷系列中对热成熟度演化具有一定指示意义的生物标志化合物,并计算出参数指标。依据不同生物标志化合物对热作用的敏感程度不同,利用不同热敏感性的生标化合物比值指示热演化阶段。结果发现,随着模拟温度的升高,藿烷会受热作用影响形成三环萜烷,Tm会转化为Ts,20R型生物型异构体会向20S型地质异构体转化,所以∑三环萜烷/∑藿烷、Ts/Tm和C31-藿烷22S/(22S+22R)参数对有机质热演化阶段可以起到较好的指示作用。而受热作用的差异性影响,参数C24-四环萜烷/∑藿烷、C30βα-莫烷/C30αβ-藿烷和C29-甾烷ββ/(αα+ββ)则在成熟至过成熟阶段具有更强的指示意义。由此可见,样品不同热演化阶段均有其最佳适用的生标参数组合,这为正确利用成熟度参数判识该地区烃源岩成熟度演化阶段提供了一定的理论依据。

盘星藻热模拟生油研究

盘星藻是单细胞淡水生藻类，其化石在我国许多油田的第三纪地层中有广泛分布．通过对盘星藻的热模拟生油试验获得：（１）热模拟试验是研究单细胞藻类生成油气的重要而有效的方法；（２）盘星藻是良好的生油母质，相当于Ⅰ—Ⅱ类干酪根，自然界盘星藻数量很多，是地质年代里提供有效生油的重要原始物质之一；（３）从各项测试的初步数据看出３００℃时是盘星藻主要的产烃高峰期．

南海西南海盆构造演化的热模拟研究

南海西南海盆的张裂和海底扩张是白垩纪末至中始新世南海形成过程中最重要的构造事件.本文采用三维有限单元法对该区的热演化过程进行了模拟计算.通过对变形、温度结构的计算,研究了西南海盆张裂变形、海底扩张持续时间、地幔物质上升、地壳岩墙沿扩张中心的挤入扩张活力、岩浆活动等.计算结果表明:由于其深部动力学条件不足,海盆一次扩张持续时间在10～15Ma之间,其后地幔物质的上升活动逐渐停止,地壳失去扩张动力,使得扩张中心成为残留扩张中心的死亡裂谷,而未构成中脊或中隆带.虽然该处地幔物质上升的潜力不足,但伴随局部的断裂,尤其是盆、缘边界的拆离拉张,仍能产生相当强烈的岩浆喷溢活动,导致此区海盆成型之后的海山崛起.

吐哈盆地侏罗系煤成液态烃生成演化的热模拟实验研究

利用绝对密闭式干热解方法对吐哈盆地侏罗系腐殖煤的液态烃生成演化规律进行了研究。研究结果表明,煤在低成熟阶段(R_0=0.40％～0.65％)的液态烃产率变化幅度较小、地球化学特征也保持未熟—低熟特征;热解物产率曲线在R_0=0.58％～0.59％阶段呈现一个低谷;液态烃大量生成于R_0=0.65％阶段,产率峰值出现于R_0=1.09％阶段。进一步通过热模拟产物Pr/Ph、Pr/nC_(17)、Ph/nCl_(18)及饱/芳值等参数的变化规律、热解物正构烷烃分布特征、热模拟残渣的热解色谱特征,及与典型煤成油进行对比研究.证实了侏罗系煤成液态烃主要生成并排驱于成熟阶段(R_0=0.65％～1.09％)。