巖性組合結構控油氣運聚物理模擬系統及實驗方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于油氣勘探開發技術領域，具體地說，涉及一種油氣運移路徑物理模擬系統及實驗方法。
【背景技術】
[0002]油氣在地下的二次運移是在不同的巖石地層中發生的，因此巖石之間的配置關系是影響油氣運移的首要地質因素。不同的巖石組合結構會導致不同的油氣運移路徑和油氣運聚結果。同時，油氣的運移是在沿著通道范圍內有限的路徑發生的，由此可知，油氣的二次運移是一種非均一性流動的過程。其中，地層形態的展布、地層巖石之間的配置關系以及地層壓力的強弱對研宄油氣運移非均質性過程和油氣運聚機理至關重要。
[0003]油氣運聚一直是油氣勘探工業急需解決的難點問題。20世紀90年代以前，油氣運聚研宄的焦點是初次運移的動力、相態、過程及其地球化學效應。20世紀90年代以來，油氣在輸導層中的運聚行為得到更廣泛的關注，這是因為烴類流體在湖盆內的二次運移是一個極不均一的過程，即便是在均勻的孔隙介質內，烴類流體的運移也只沿著通道范圍內有限的路徑發生(Schowalter, 1979 ；Demibicki et al., 1989 ；Catalan et al., 1992)。從已觀察到的運移現象可以推斷，不同尺度上的烴類流體運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的過程在更小的尺度上往往是非均質的(羅曉蓉，2003)。研宄表明，巖性結構的不同配置直接影響了油氣的運聚機理和分布規律。2002年陳中紅等研宄了準格爾盆地陸梁隆起白堊系底部不整合面巖性結構特征與油氣運聚關系，發現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型對該區油氣運聚最為有利，白堊系底部不整合與斷層共同構成了良好的輸導通道，不整合之下的淋濾帶是較好的運移通道，在其上風化粘土層的遮擋下，油氣可有效地橫向運移，喜馬拉雅運動后期產生的正斷層切割不整合底部的礫巖及上覆大套砂巖，向上快速輸導油氣。
[0004]油氣運聚機理是油氣藏定位和油氣勘探部署的基礎。物理模擬實驗室研宄烴類油氣運聚機理的有效方法之一。
[0005]公開號為CN 102808614Α的中國發明專利申請公開了一種油氣運移物理模擬裝置和油氣運移實驗方法，所述油氣運移物理模擬裝置包括:恒溫箱和設置在所述恒溫箱內的填砂管。所示油氣運移實驗方法，將常壓的玻璃填砂管設置在恒溫箱內，采用原油進行油氣二次運移實驗，并進行可視觀察，開展油氣宏觀運移過程研宄；將高壓的不銹鋼填砂管設置在恒溫箱內，采用原油進行油氣二次運移實驗，開展油氣運移過程微觀組份變化研宄。該發明集成了油氣二次運移可視物理模擬和高溫高壓不可視物理模擬兩項功能，將油氣二次運移宏觀運移過程和微觀運移機理研宄相結合，完善油氣二次運移物理模擬研宄的手段。
[0006]公開號為CN 102720481A的中國發明專利公開了一種油氣運聚仿真物理模擬實驗儀，包括砂箱、動力系統、旋轉及支撐系統，所述旋轉及支撐系統與砂箱連接，所述砂箱包括透明缸體，砂箱上設置有通油氣孔及裝砂口，砂箱內側底部填充有η個底塊，底塊之間通過底塊連接器密封連接，其中7 < η < 13 ;所述動力系統設置在砂箱下方與砂箱內的底塊連接。本發明將構造運動與油氣的運移、聚集相結合，能模擬油氣在地質構造發生前后在砂體中的運移、聚集過程，可解決現有技術中三維油氣運移與聚集動態模擬實驗裝置稀缺，無法滿足多種實驗要求的問題。
[0007]公開號為CN 103018003Α的中國發明專利公開了一種不整合結構體油氣輸導優勢方向物理模擬系統及實驗方法。模擬系統包括由連接子系統連接的模擬子系統和注入子系統，所述的模擬子系統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置有孔隙，底座與連接子系統相接；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、槽狀部分和脊狀部分。本發明主要用于揭示不整合結構體油氣運移優勢方向，同時根據不同地質背景，改變實驗條件，揭示不整合結構體控藏作用機理，以指導地層油氣藏勘探。本發明在外觀上為360°全透明設計，實時三維觀察油氣在不整合結構體中的運移狀態。同時，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構體運移的影響因素。
[0008]公開號為CN 102590887Α的中國發明專利公開了一種斷裂帶原油稠化機理實驗模擬系統及實驗方法，包括由連接子系統連接的模擬子系統和注入子系統，所述的模擬子系統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，長玻璃管模擬斷裂帶，短玻璃管模擬儲層，固定支架呈圓盤狀，模擬儀固定在支架上，可隨支架旋轉，以改變斷裂帶和儲層的傾角；注入子系統由兩個呈柱狀的玻璃筒組成，一個盛模擬地層水，另一個盛原油，盛模擬地層水的玻璃筒通過連接子系統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與長玻璃管的注油口連接。本模擬系統和方法可以揭示原油在斷裂帶中的運移過程及其稠化控制因素。
[0009]由上述可知，現有的油氣運聚物理模擬方法雖實現了從二維到三維的可視化特點，但仍存在以下缺陷:
[0010](I)現有的油氣運聚機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，尚未有針對巖性配置結構控制油氣運聚機理的物理實驗系統。
[0011](2)現有的油氣運移路徑物理模擬方法或未考慮充注壓力對模擬路徑的影響，或僅僅考慮了進口壓力對模擬實驗的影響，由于實際地下油氣運移受運移動力的支配，而地層壓力是重要的運移動力之一，并且油氣運移過程同時受到進口壓力和出口壓力影響，即實際地質過程中的圍壓和泄壓條件影響。因此，現有技術未真正解決壓控下的模擬實驗技術。
[0012](3)現有的物理模型都是在單一箱體里充填砂體進行，不能有效進行巖性配置結構的設置和控藏機理研宄。
[0013](4)現有的物理模擬實驗系統中，充填的石英砂層多是水平設計，不能反映地下地層曲面形態的特征，尤其不能反映油氣沿構造脊運移的特征。
【發明內容】
[0014]本發明的目的在于克服現有技術存在的上述缺陷和不足，基于巖性組合結構的變化和壓力對油氣運移路線的影響，提供了一種巖性組合結構控油氣運聚物理模擬系統及實驗方法，以實現在線定量模擬在不同壓力控制下、不同巖性組合結構下的油氣運聚過程，分析油氣運移和聚集的規律及控制因素，深化對油氣成藏成因和油氣分布規律的認識，為含油氣盆地的油氣勘探提供依據。
[0015]本發明的技術方案是:一種巖性組合結構控油氣運聚物理模擬系統，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以及與壓力控制系統相連的數據處理分析系統，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，所有模擬室的頂底面均設有孔，或至少有一層模擬室的頂底面無孔。
[0016]作為優選，最底層的模擬室為上曲下平結構，最頂層的模擬室為上平下曲結構，其余各層模擬室的結構形態相同，均為上底面和下底面皆帶“槽”和“脊”狀結構的曲面。模擬室的這種曲面結構真實實現地下曲面地層中油氣運聚路徑的追蹤和油氣運聚機理。
[0017]進一步的，所述每層模擬室上均設有把手，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。模擬室通過滑道實現抽拉功能，實現方便快捷地充填不同巖性體。
[0018]作為優選，所述設在模擬室頂底板上的孔的孔徑小于300微米，該孔徑對于粒徑在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底板上下流通，使整個模擬系統成為一個流體可以自由貫通的有效整體。根據不同模型的需要，可以設定模擬室頂底面孔的孔徑大小。
[0019]作為優選，所述模擬室設有二層、三層、四層或五層，其中，模擬室設為五層時，可以模擬五層巖性配置關系，充分滿足了巖性組合差異性搭配的需要。
[0020]作為優選，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角設置，實現了油氣在模擬箱體的充分運聚。當需要對模擬系統進行封閉時，出油口可關閉。除此之外，在每層模擬室的底端和對角頂端也都設有注油口和出油口，在需要時可以開放，在不需要時，可以閉合。
[0021]作為優選，所述模擬箱體由全透明的鋼化玻璃組成，便于觀察油氣運聚的過程。
[0022]作為優選，所述壓力控制系統包括多相流體注入進口壓力控制系統和多相流體輸出出口壓力控制系統，所述多相流體注入進口壓力控制系統與注油口相連，多相流體輸出出口壓力控制系統與出油口相連。
[0023]作為優選，所述多相流體注入進口壓力控制系統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、穩壓閥、壓力表、流量儀和壓力調節閥，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據記錄與分析系統與數據處理分析系統連接；所述壓力調節閥位于注油口處的輸油軟管上。采用多個壓力閥門實現對壓力的控制，其中，壓力表和流量儀對注入流體強度起監測作用。
[0024]作為優選，所述多相流體輸出出口壓力控制系統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節閥和流量儀，輸油軟管的另一端連接有與數據處理分析系統連接的流體輸出計量與分析系統，所述壓力調節閥位于出油口處的輸油軟管上。在必要時可以對流體流出時的泄壓大小起控制作用。
[0025]在進行模擬實驗時，可以通過改變進口壓力