巖性組合結(jié)構(gòu)控油氣運(yùn)聚物理模擬系統(tǒng)及實(shí)驗(yàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于油氣勘探開發(fā)技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種油氣運(yùn)移路徑物理模擬系統(tǒng)及實(shí)驗(yàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]油氣在地下的二次運(yùn)移是在不同的巖石地層中發(fā)生的，因此巖石之間的配置關(guān)系是影響油氣運(yùn)移的首要地質(zhì)因素。不同的巖石組合結(jié)構(gòu)會(huì)導(dǎo)致不同的油氣運(yùn)移路徑和油氣運(yùn)聚結(jié)果。同時(shí)，油氣的運(yùn)移是在沿著通道范圍內(nèi)有限的路徑發(fā)生的，由此可知，油氣的二次運(yùn)移是一種非均一性流動(dòng)的過程。其中，地層形態(tài)的展布、地層巖石之間的配置關(guān)系以及地層壓力的強(qiáng)弱對(duì)研宄油氣運(yùn)移非均質(zhì)性過程和油氣運(yùn)聚機(jī)理至關(guān)重要。
[0003]油氣運(yùn)聚一直是油氣勘探工業(yè)急需解決的難點(diǎn)問題。20世紀(jì)90年代以前，油氣運(yùn)聚研宄的焦點(diǎn)是初次運(yùn)移的動(dòng)力、相態(tài)、過程及其地球化學(xué)效應(yīng)。20世紀(jì)90年代以來，油氣在輸導(dǎo)層中的運(yùn)聚行為得到更廣泛的關(guān)注，這是因?yàn)闊N類流體在湖盆內(nèi)的二次運(yùn)移是一個(gè)極不均一的過程，即便是在均勻的孔隙介質(zhì)內(nèi)，烴類流體的運(yùn)移也只沿著通道范圍內(nèi)有限的路徑發(fā)生(Schowalter, 1979 ；Demibicki et al., 1989 ；Catalan et al., 1992)。從已觀察到的運(yùn)移現(xiàn)象可以推斷，不同尺度上的烴類流體運(yùn)聚的路徑和過程可能很類似，但仍存在一定的差異，某些宏觀上可視為均質(zhì)的過程在更小的尺度上往往是非均質(zhì)的(羅曉蓉，2003)。研宄表明，巖性結(jié)構(gòu)的不同配置直接影響了油氣的運(yùn)聚機(jī)理和分布規(guī)律。2002年陳中紅等研宄了準(zhǔn)格爾盆地陸梁隆起白堊系底部不整合面巖性結(jié)構(gòu)特征與油氣運(yùn)聚關(guān)系，發(fā)現(xiàn)白堊系底部不整合面上下地層的巖性配置可分為五種類型:I型，不整合面之上為砂礫，其下依次為泥巖、砂巖；II型，不整合面之上為砂巖，其下依次為泥巖、砂巖；111型，不整合面之上為砂礫巖，其下依次為泥巖、砂礫巖；IV型，不整合面之上為砂巖，其下依次為泥巖、砂礫巖；V型，不整合面之上為砂礫巖，其下依次為泥巖、砂巖、砂礫巖。其中，I型、II型對(duì)該區(qū)油氣運(yùn)聚最為有利，白堊系底部不整合與斷層共同構(gòu)成了良好的輸導(dǎo)通道，不整合之下的淋濾帶是較好的運(yùn)移通道，在其上風(fēng)化粘土層的遮擋下，油氣可有效地橫向運(yùn)移，喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)后期產(chǎn)生的正斷層切割不整合底部的礫巖及上覆大套砂巖，向上快速輸導(dǎo)油氣。
[0004]油氣運(yùn)聚機(jī)理是油氣藏定位和油氣勘探部署的基礎(chǔ)。物理模擬實(shí)驗(yàn)室研宄烴類油氣運(yùn)聚機(jī)理的有效方法之一。
[0005]公開號(hào)為CN 102808614Α的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)公開了一種油氣運(yùn)移物理模擬裝置和油氣運(yùn)移實(shí)驗(yàn)方法，所述油氣運(yùn)移物理模擬裝置包括:恒溫箱和設(shè)置在所述恒溫箱內(nèi)的填砂管。所示油氣運(yùn)移實(shí)驗(yàn)方法，將常壓的玻璃填砂管設(shè)置在恒溫箱內(nèi)，采用原油進(jìn)行油氣二次運(yùn)移實(shí)驗(yàn)，并進(jìn)行可視觀察，開展油氣宏觀運(yùn)移過程研宄；將高壓的不銹鋼填砂管設(shè)置在恒溫箱內(nèi)，采用原油進(jìn)行油氣二次運(yùn)移實(shí)驗(yàn)，開展油氣運(yùn)移過程微觀組份變化研宄。該發(fā)明集成了油氣二次運(yùn)移可視物理模擬和高溫高壓不可視物理模擬兩項(xiàng)功能，將油氣二次運(yùn)移宏觀運(yùn)移過程和微觀運(yùn)移機(jī)理研宄相結(jié)合，完善油氣二次運(yùn)移物理模擬研宄的手段。
[0006]公開號(hào)為CN 102720481A的中國(guó)發(fā)明專利公開了一種油氣運(yùn)聚仿真物理模擬實(shí)驗(yàn)儀，包括砂箱、動(dòng)力系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)及支撐系統(tǒng)，所述旋轉(zhuǎn)及支撐系統(tǒng)與砂箱連接，所述砂箱包括透明缸體，砂箱上設(shè)置有通油氣孔及裝砂口，砂箱內(nèi)側(cè)底部填充有η個(gè)底塊，底塊之間通過底塊連接器密封連接，其中7 < η < 13 ;所述動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)置在砂箱下方與砂箱內(nèi)的底塊連接。本發(fā)明將構(gòu)造運(yùn)動(dòng)與油氣的運(yùn)移、聚集相結(jié)合，能模擬油氣在地質(zhì)構(gòu)造發(fā)生前后在砂體中的運(yùn)移、聚集過程，可解決現(xiàn)有技術(shù)中三維油氣運(yùn)移與聚集動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)裝置稀缺，無法滿足多種實(shí)驗(yàn)要求的問題。
[0007]公開號(hào)為CN 103018003Α的中國(guó)發(fā)明專利公開了一種不整合結(jié)構(gòu)體油氣輸導(dǎo)優(yōu)勢(shì)方向物理模擬系統(tǒng)及實(shí)驗(yàn)方法。模擬系統(tǒng)包括由連接子系統(tǒng)連接的模擬子系統(tǒng)和注入子系統(tǒng)，所述的模擬子系統(tǒng)包括底座以及安裝于底座上的模擬器，所述模擬器與底座之間設(shè)置有孔隙，底座與連接子系統(tǒng)相接；所述模擬器為縱截面呈“U”型的透明容器，模擬器的橫截面包括板狀部分、槽狀部分和脊?fàn)畈糠?。本發(fā)明主要用于揭示不整合結(jié)構(gòu)體油氣運(yùn)移優(yōu)勢(shì)方向，同時(shí)根據(jù)不同地質(zhì)背景，改變實(shí)驗(yàn)條件，揭示不整合結(jié)構(gòu)體控藏作用機(jī)理，以指導(dǎo)地層油氣藏勘探。本發(fā)明在外觀上為360°全透明設(shè)計(jì)，實(shí)時(shí)三維觀察油氣在不整合結(jié)構(gòu)體中的運(yùn)移狀態(tài)。同時(shí)，通過改變傾角、石英沙粒徑、注油壓力等，研宄油氣沿不整合結(jié)構(gòu)體運(yùn)移的影響因素。
[0008]公開號(hào)為CN 102590887Α的中國(guó)發(fā)明專利公開了一種斷裂帶原油稠化機(jī)理實(shí)驗(yàn)?zāi)M系統(tǒng)及實(shí)驗(yàn)方法，包括由連接子系統(tǒng)連接的模擬子系統(tǒng)和注入子系統(tǒng)，所述的模擬子系統(tǒng)包括固定支架與模擬儀，模擬儀由兩根透明玻璃管斜交而成，長(zhǎng)玻璃管模擬斷裂帶，短玻璃管模擬儲(chǔ)層，固定支架呈圓盤狀，模擬儀固定在支架上，可隨支架旋轉(zhuǎn)，以改變斷裂帶和儲(chǔ)層的傾角；注入子系統(tǒng)由兩個(gè)呈柱狀的玻璃筒組成，一個(gè)盛模擬地層水，另一個(gè)盛原油，盛模擬地層水的玻璃筒通過連接子系統(tǒng)與短玻璃管的注水口連接，盛原油的玻璃筒通過連接子系統(tǒng)與長(zhǎng)玻璃管的注油口連接。本模擬系統(tǒng)和方法可以揭示原油在斷裂帶中的運(yùn)移過程及其稠化控制因素。
[0009]由上述可知，現(xiàn)有的油氣運(yùn)聚物理模擬方法雖實(shí)現(xiàn)了從二維到三維的可視化特點(diǎn)，但仍存在以下缺陷:
[0010](I)現(xiàn)有的油氣運(yùn)聚機(jī)理物理模擬基本都是圍繞斷裂、不整合面和單一砂體展開的，尚未有針對(duì)巖性配置結(jié)構(gòu)控制油氣運(yùn)聚機(jī)理的物理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。
[0011](2)現(xiàn)有的油氣運(yùn)移路徑物理模擬方法或未考慮充注壓力對(duì)模擬路徑的影響，或僅僅考慮了進(jìn)口壓力對(duì)模擬實(shí)驗(yàn)的影響，由于實(shí)際地下油氣運(yùn)移受運(yùn)移動(dòng)力的支配，而地層壓力是重要的運(yùn)移動(dòng)力之一，并且油氣運(yùn)移過程同時(shí)受到進(jìn)口壓力和出口壓力影響，即實(shí)際地質(zhì)過程中的圍壓和泄壓條件影響。因此，現(xiàn)有技術(shù)未真正解決壓控下的模擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)。
[0012](3)現(xiàn)有的物理模型都是在單一箱體里充填砂體進(jìn)行，不能有效進(jìn)行巖性配置結(jié)構(gòu)的設(shè)置和控藏機(jī)理研宄。
[0013](4)現(xiàn)有的物理模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，充填的石英砂層多是水平設(shè)計(jì)，不能反映地下地層曲面形態(tài)的特征，尤其不能反映油氣沿構(gòu)造脊運(yùn)移的特征。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷和不足，基于巖性組合結(jié)構(gòu)的變化和壓力對(duì)油氣運(yùn)移路線的影響，提供了一種巖性組合結(jié)構(gòu)控油氣運(yùn)聚物理模擬系統(tǒng)及實(shí)驗(yàn)方法，以實(shí)現(xiàn)在線定量模擬在不同壓力控制下、不同巖性組合結(jié)構(gòu)下的油氣運(yùn)聚過程，分析油氣運(yùn)移和聚集的規(guī)律及控制因素，深化對(duì)油氣成藏成因和油氣分布規(guī)律的認(rèn)識(shí)，為含油氣盆地的油氣勘探提供依據(jù)。
[0015]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種巖性組合結(jié)構(gòu)控油氣運(yùn)聚物理模擬系統(tǒng)，包括模擬箱體、與模擬箱體的注油口和出油口相連的壓力控制系統(tǒng)以及與壓力控制系統(tǒng)相連的數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)，所述的模擬箱體包括下底板、上頂板和安裝在下底板和上頂板之間多層模擬室，所述多層模擬室中，所有模擬室的頂?shù)酌婢O(shè)有孔，或至少有一層模擬室的頂?shù)酌鏌o孔。
[0016]作為優(yōu)選，最底層的模擬室為上曲下平結(jié)構(gòu)，最頂層的模擬室為上平下曲結(jié)構(gòu)，其余各層模擬室的結(jié)構(gòu)形態(tài)相同，均為上底面和下底面皆帶“槽”和“脊”狀結(jié)構(gòu)的曲面。模擬室的這種曲面結(jié)構(gòu)真實(shí)實(shí)現(xiàn)地下曲面地層中油氣運(yùn)聚路徑的追蹤和油氣運(yùn)聚機(jī)理。
[0017]進(jìn)一步的，所述每層模擬室上均設(shè)有把手，上頂板和下底板之間通過帶有滑道的立式框架連接，模擬室放置于框架的滑道上。模擬室通過滑道實(shí)現(xiàn)抽拉功能，實(shí)現(xiàn)方便快捷地充填不同巖性體。
[0018]作為優(yōu)選，所述設(shè)在模擬室頂?shù)装迳系目椎目讖叫∮?00微米，該孔徑對(duì)于粒徑在48目以上的石英砂防漏有效，但卻不能阻止油、氣、水的滲流，因此，油、氣、水可以通過每層模擬室的頂?shù)装迳舷铝魍?，使整個(gè)模擬系統(tǒng)成為一個(gè)流體可以自由貫通的有效整體。根據(jù)不同模型的需要，可以設(shè)定模擬室頂?shù)酌婵椎目讖酱笮　?br>[0019]作為優(yōu)選，所述模擬室設(shè)有二層、三層、四層或五層，其中，模擬室設(shè)為五層時(shí)，可以模擬五層巖性配置關(guān)系，充分滿足了巖性組合差異性搭配的需要。
[0020]作為優(yōu)選，所述注油口位于下底板的底端，出油口位于上頂板的頂端，且注油口與出油口為對(duì)角設(shè)置，實(shí)現(xiàn)了油氣在模擬箱體的充分運(yùn)聚。當(dāng)需要對(duì)模擬系統(tǒng)進(jìn)行封閉時(shí)，出油口可關(guān)閉。除此之外，在每層模擬室的底端和對(duì)角頂端也都設(shè)有注油口和出油口，在需要時(shí)可以開放，在不需要時(shí)，可以閉合。
[0021]作為優(yōu)選，所述模擬箱體由全透明的鋼化玻璃組成，便于觀察油氣運(yùn)聚的過程。
[0022]作為優(yōu)選，所述壓力控制系統(tǒng)包括多相流體注入進(jìn)口壓力控制系統(tǒng)和多相流體輸出出口壓力控制系統(tǒng)，所述多相流體注入進(jìn)口壓力控制系統(tǒng)與注油口相連，多相流體輸出出口壓力控制系統(tǒng)與出油口相連。
[0023]作為優(yōu)選，所述多相流體注入進(jìn)口壓力控制系統(tǒng)包括一端與注油口連接的輸油軟管以及依次安裝在輸油軟管上的高壓閥門、穩(wěn)壓閥、壓力表、流量?jī)x和壓力調(diào)節(jié)閥，輸油軟管的另一端連接有輸油桶，輸油桶連接有高壓泵，高壓泵通過流體注入數(shù)據(jù)記錄與分析系統(tǒng)與數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)連接；所述壓力調(diào)節(jié)閥位于注油口處的輸油軟管上。采用多個(gè)壓力閥門實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力的控制，其中，壓力表和流量?jī)x對(duì)注入流體強(qiáng)度起監(jiān)測(cè)作用。
[0024]作為優(yōu)選，所述多相流體輸出出口壓力控制系統(tǒng)包括一端連接出油口輸油軟管以及依次安裝在輸油軟管上的壓力調(diào)節(jié)閥和流量?jī)x，輸油軟管的另一端連接有與數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)連接的流體輸出計(jì)量與分析系統(tǒng)，所述壓力調(diào)節(jié)閥位于出油口處的輸油軟管上。在必要時(shí)可以對(duì)流體流出時(shí)的泄壓大小起控制作用。
[0025]在進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)時(shí)，可以通過改變進(jìn)口壓力