用于模擬油氣藏輕烴垂向微滲漏的實驗裝置的制作方法

本發明涉及油氣藏輕烴微滲漏研究技術領域，特別地涉及一種用于模擬油氣藏輕烴垂向微滲漏的實驗裝置。

背景技術：

油氣藏中的輕烴在地下各種驅動力的作用下，可以以微弱但可檢出的量近似垂直地向地表滲漏，這是油氣化探的理論基礎。輕烴垂向微滲漏普遍存在并可到達表層，已經通過實際觀測得以證實，但是輕烴從深部飽水帶、不飽和帶微滲漏到地表將發生何種變化的整個過程研究較為薄弱。

前人使用有限差分計算對烴類在飽水帶中的浮力驅動機制和不飽和帶的擴散運移機制做了模擬。其中對飽水帶和不飽和帶間的過渡帶的模擬是借用海洋學“相界面傳質的雙向阻力理論”(被作為海洋和大氣之間氣體交換的模型)。如果用這種理論解釋地下潛水面外氣體的運移情形，由于沉積物或土壤的膠結作用會對氣體運移產生阻力，這種模型在解釋地下潛水面處氣體的運移行為時會存在一些不確定性。另外，不飽和帶上部烴類氧化菌對輕烴的降解率為假設，并通過已知區實測反演的方法求得，也存在不確定性。實際勘探中，也發現了潛水面上下烴類組份發生一些難以解釋的變化，如潛水面之下乙烷的濃度大于丙烷的濃度，而潛水面之上乙烷的濃度則小于丙烷的濃度，簡單理解為交換作用難以解釋其真正原因。

上述問題將妨礙對輕烴微滲漏機理的認識，影響油氣化探的應用效果。幾十年來，由于輕烴垂向微滲漏的機制的復雜性，以及實驗裝置建設的難度大，檢測技術的精度限制等，上述問題一直沒有可靠的模擬實驗結果的支持。而且國內外所做的模擬輕烴垂向微滲漏的裝置解決的問題針對性較強，尚無針對輕烴從深部飽水帶、不飽和帶微滲漏到地表的機理進行模擬實驗研究。

因此，如何解決尚無針對輕烴從深部飽水帶、不飽和帶微滲漏到地表的機理進行模擬實驗研究的問題，是本領域技術人員需要解決的技術問題。

技術實現要素：

本發明提供一種用于模擬油氣藏輕烴垂向微滲漏的實驗裝置，可以在一定程度上解決輕烴從飽和水地層到潛水面以上不飽和帶中的微滲漏機理研究的空白。

本發明的用于模擬油氣藏輕烴垂向微滲漏的實驗裝置，包括：模擬介質單元，包括筒體，和均設置在筒體中并從下至上依次疊置的飽和水儲層、直接蓋層、多層巖性疊置層和不飽和帶，其中所述多層巖性疊置層和不飽和帶之間為潛水面，所述潛水面以下為飽和水模擬地層，且所述筒體中位于所述飽和水儲層的下方設置有用于存儲模擬油氣藏輕烴氣體的氣體存儲腔；注氣及流量測量單元，通過管路與所述氣體存儲腔連通，使得以一定流量和壓力向所述筒體中注入模擬油氣藏輕烴氣體；以及采樣分析單元，與所述模擬介質單元連接，以對所述模擬油氣藏輕烴氣體經過所述模擬介質單元后變成的微滲漏輕烴氣體進行采樣及分析。

在一個實施例中，所述筒體中位于所述不飽和帶的上方設置有空氣存儲腔，所述筒體的頂端設置有能夠移動的蓋子，其中所述蓋子上設有用于平衡大氣壓的針孔。

在一個實施例中，所述飽和水儲層主要由石英砂構成，所述直接蓋層主要由水泥和石英砂澆鑄而成，所述多層巖性疊置層主要由不同粒度的石英砂構成，所述不飽和水帶主要由石英砂層和土壤砂層構成，其中所述多層巖性疊置層中位于最上層的石英砂的粒度與所述不飽和水帶的石英砂的粒度相同。

在一個實施例中，所述筒體分為多段彼此連接的筒段，所述飽和水儲層、直接蓋層、多層巖性疊置層和不飽和帶的土壤砂層放置在不同的筒段中，而所述多層巖性疊置層的位于最上層的石英砂和所述不飽和水帶的石英砂層設置在同一筒段中。

在一個實施例中，所述氣體存儲腔和飽和水儲層之間通過金屬濾片及半透膜分隔。

在一個實施例中，所述筒體設置在支架上，其中所述支架設置有頂端抵靠在所述筒體上的圓錐形側壁。

在一個實施例中，所述采樣分析單元包括用于采集所述模擬介質單元中的微滲漏輕烴氣體的采樣探頭，其中除所述直接蓋層外的各層均設置有所述采樣探頭。

在一個實施例中，所述采樣探頭的前端為設置有微孔疏水膜的透氣阻水口， 所述采樣探頭的中部設置為集氣腔，所述采樣探頭的末端包括設置在所述采樣探頭的錐形閥桿上的抽氣壓帽和取氣密封墊。

在一個實施例中，所述注氣及流量測量單元包括存儲有所述模擬油氣藏輕烴氣體的氣瓶，通過管路與所述氣瓶連接的計量容器，通過管路與所述計量容器連接并用于向所述筒體中注入所述模擬油氣藏輕烴氣體的活塞容器，其中，所述計量容器設置有智能電容液位計，所述計量容器和活塞容器均設置在恒溫水浴槽中。

在一個實施例中，所述模擬油氣藏輕烴氣體的組份根據凝析氣藏濕氣的組成比例配置。

相對于現有技術，本發明的用于模擬油氣藏輕烴垂向微滲漏的實驗裝置包括設有飽和水儲層、直接蓋層、多層巖性疊置層和不飽和帶的模擬介質單元，使得實驗條件更接近實際地質條件的復雜性，在一定程度上解決輕烴從飽和水地層到潛水面以上不飽和帶中的微滲漏機理研究的空白。

附圖說明

在下文中將基于實施例并參考附圖來對本發明進行更詳細的描述。

圖1是本發明的用于模擬油氣藏輕烴垂向微滲漏的實驗裝置的結構示意圖。

圖2是本發明的模擬實驗過程中輕烴的變化結果示意圖。

在附圖中，相同的部件使用相同的附圖標記。附圖并未按照實際的比例繪制。

具體實施方式

下面將結合附圖對本發明作進一步說明。

本發明的用于模擬油氣藏輕烴垂向微滲漏的實驗裝置包括用于模擬地層的模擬介質單元。模擬介質單元包括筒體9，和均設置在筒體9中并依次向上疊置的飽和水儲層1a、直接蓋層2a、多層巖性疊置層3a和不飽和帶38。其中，多層巖性疊置層3a和不飽和帶38之間為潛水面4a，潛水面4a以下為飽和水模擬地層37，即飽和水儲層1a、直接蓋層2a和多層巖性疊置層3a稱為飽和水模擬地層37。在筒體9中位于飽和水儲層1a的下方設置有氣體存儲腔22，以存儲模擬油氣藏輕烴氣體。通過上述方式設置，可以模擬輕烴進入儲層，再從油氣儲層穿過飽水的蓋層、上覆地層到達潛水面4a以上介質中的微滲漏機理，為有效地化學勘 探指標選擇和異常解釋評價提供依據，提高油氣化探應用效果，在一定程度上解決輕烴從飽和水地層到潛水面4a以上不飽和帶38中的微滲漏機理研究的空白。飽和水儲層1a和氣體存儲腔22之間可以通過金屬濾片及半透膜23分隔，以能夠使模擬油氣藏輕烴氣體有效地通過。

飽和水儲層1a主要由粗粒級(大于120目)石英砂構成，直接蓋層2a主要由水泥和石英砂(可以為120目)澆鑄而成，多層巖性疊置層3a主要由不同粒度(例如為20目、80目和120目)的石英砂構成，不飽和水帶主要由石英砂(如120目)層和土壤砂層構成。在一個例子中，如圖1所示，粗砂層24作為飽和水儲層1a，人造蓋層25作為直接蓋層2a，細砂層26、粉砂層27、飽和水細砂層28和位于潛水面4a以下的粉砂層29作為多層巖性疊置層3a，位于潛水面4a以上的粉砂層29和砂土層30作為不飽和帶38(也可以稱為飽氣模擬地層)。其中，多層巖性疊置層3a的粉砂層29的粒度與不飽和帶38的粉砂層29的粒度相同，以方便設置。通過上述方式設計，可以使得實驗條件更為接近實際地質條件的復雜性，以能夠提高模擬實驗的準確性和真實性。

進一步地，筒體9可以為有機玻璃筒體9，且從上至下分為多段筒段，相鄰的兩個筒段之間可以通過例如法蘭36連接，在法蘭36端面上開有密封槽，密封槽內裝有密封圈，在對接好筒段后用雙頭螺柱將管段緊密連接在一起。由于筒體9高度甚至可以達到2.9m，當將筒體9分段后，可以逐層壘設各段，以方便設置或更換筒體9中的填充介質。粗砂層24、人造蓋層25、細砂層26、粉砂層27、飽和水細砂層28放置在不同的筒段中，而位于潛水面4a以下的粉砂層29(多層巖性疊置層3a的粉砂層29)和位于潛水面4a以上的粉砂層29(不飽和帶38的粉砂層29)位于同一筒段中，與上述的各介質層位于不同的筒段中。通過上述方式設置，結構簡單，便于更換和安裝各層的填充介質。

在一個更為具體的例子中，粗砂層為14-16cm，人造蓋層25為14-16cm，細砂層26為29-31cm，粉砂層27為39-41cm，飽和水細砂層28為39-41cm，粉砂層29(多層巖性疊置層3a和不飽和帶38的粉砂層總和)為39-41cm，砂土層30為54-56cm。即，飽和水儲層1a的高度為14-16cm，直接蓋層2a的高度為14-16cm，多層巖性疊置層3a的高度為128-132cm，不飽和水帶的高度為73-77cm。通過上述方式設置，可以在保證筒體9的高度位于安全范圍內時有效地保證模擬油氣藏輕烴氣體的微滲漏過程和時間，提高模擬實驗的準確性和真實性。此外，各個層 的孔隙度和滲透率可以均不相同，可以根據具體需要具體設定。

此外，在筒體9的下端可以設置有支架，支架的底部為平板狀而側部為頂端抵靠在筒體9上的圓錐形板，以通過支架支撐筒體9，提高筒體9的穩固性。在支架的下端還可以設置滾輪，以方便移動筒體9。

另外，在筒體9中位于不飽和帶38的上方設置有空氣存儲腔39，筒體9的頂端設置有能夠移動的蓋子31，且蓋子31上設有用于平衡大氣壓的針孔32。可以在蓋子31上設置帶有孔眼的管體來構造成針孔。通過上述方式設置，可以進一步提高模擬時的真實性，提高實驗的準確性。

本發明的實驗裝置還包括通過管路與筒體9的內部連通使得以一定流量和壓力向筒體9中注入模擬油氣藏輕烴氣體的注氣及流量測量單元，管路可以設置在筒體9的下方，模擬油氣藏輕烴氣體直接進入到氣體存儲腔22中。注氣及流量測量單元包括存儲有模擬油氣藏輕烴氣體的氣瓶1，通過管路與氣瓶1連接的計量容器15，通過管路與計量容器15連接并用于向所述筒體9中注入模擬油氣藏輕烴氣體的活塞容器10。注氣及流量測量單元還包括計算機19，壓力變送器的輸出信號經計算機19檢出處理，可以有效控制實驗過程計量容器15內壓力的穩定性，從而也保證活塞容器10內活塞11上端氣體(烴氣)輸出過程壓力的穩定性，活塞11上可以設置0型密封圈12，以保證與活塞容器10的密封性。其中，計量容器15中設置有水20，計量容器15通過螺栓14與智能電容液位計5連接，智能電容液位計5的探極置于密封的計量容器15內，以對計量容器15內的液位(水20)的微量變化進行精確地測量，其測量的輸出信號由計算機19接受，從而準確地計算活塞容器10的活塞11上端的模擬油氣藏輕烴氣體在單位時間內流損的微小變化。

進一步地，在連接各個容器的管路上根據需要對應設置有氣瓶閥2，減壓穩壓閥3，電磁閥4、8、13，手控截止閥6、16、18，與活塞容器10連接的壓力變送器7，接頭17等。計量容器15和活塞容器10均設置在恒溫水浴槽21中。

本發明的實驗裝置還包括對模擬油氣藏輕烴氣體經過模擬介質單元后變成的微滲漏輕烴氣體(經過模擬介質吸附、水溶后，微滲漏輕烴氣體的組份百分比與模擬油氣藏輕烴氣體的組份百分比不同)進行采樣及分析的采樣分析單元。采樣分析單元包括設置在模擬介質單元中的采樣探頭，除直接蓋層2a外的各層均設置有采樣探頭。采樣探頭前端(置于模擬介質單元中的一端)是由半透膜包裹的 多孔砂芯33以構成透氣阻水口，與固、液、氣混合物直接接觸。透氣阻水口的主要配件是透氣阻水膜片，這是一種厚度只有0.3mm的微孔疏水薄膜，不耐壓，僅靠薄膜兩邊的微壓差(一般低于大氣壓)作用，氣體從壓力略高的一邊向壓力略低的一邊滲透聚集，如果薄膜的兩邊壓力相等，但有濃度差異，氣體則進行擴散聚集。探頭的中間部分是由金屬毛細管34構成的集氣腔，末端(位于模擬介質單元的外側一端)是取氣口35，由抽氣壓帽、取氣密封墊設置在采用探頭的錐形閥桿上而構成，在使用時可以用色譜進樣器的針頭插入密封墊，從集氣腔中抽出氣體。

另外，在進行實驗時，可以根據已知凝析氣藏濕氣的組成比例配置模擬油氣藏輕烴氣體的組份，以使模擬油氣藏輕烴氣體與實際的地質條件下油氣藏的氣體在組成上相似，提高實驗準確性。

利用該模擬實驗儀對油氣藏輕烴通過飽水地層、潛水面、飽氣土壤層垂向微滲漏的過程及變化規律進行了長達一年的模擬，輕烴變化結果如圖2所示(其中h表示高度，橫坐標軸表示微滲漏輕烴的濃度，101表示巖性剖面，102表示c3h8，103表示c2h6，104表示ch4)，揭示了微滲漏輕烴濃度在地層剖面垂向上具有明顯旋回性、階段性；單體烴濃度指標不能作為研究油氣垂向微滲漏的有效指標。潛水面之上輕烴組份濃度均符合甲烷>乙烷>丙烷的普遍化規律，不支持國外學者數值模擬和已知油田實測結果甲烷>丙烷>乙烷。上述結果對油氣化探輕烴指標的應用具有重要的指示意義。

雖然已經參考優選實施例對本發明進行了描述，但在不脫離本發明的范圍的情況下，可以對其進行各種改進并且可以用等效物替換其中的部件。尤其是，只要不存在結構沖突，各個實施例中所提到的各項技術特征均可以任意方式組合起來。本發明并不局限于文中公開的特定實施例，而是包括落入權利要求的范圍內的所有技術方案。