模擬油氣幕式非穩態運移和聚集的實驗裝置及方法
2023-06-20 04:02:11
專利名稱：模擬油氣幕式非穩態運移和聚集的實驗裝置及方法
技術領域：
本發明有關一種石油地質領域的實驗裝置及方法，特別是一種模擬地下 油氣幕式非穩態運移和聚集的實驗裝置及方法。
背景技術：
油氣運移和聚集是石油地質中最重要的研究內容，也是研究最薄弱的環 節。近二十多年來，大量的油氣勘探實踐和研究己經證實，地下深部高溫高 壓條件下的油氣運移和聚集過程大多表現為幕式非穩態運移，即烴源巖中生 成的油氣，在異常高壓或地質構造作用下向輸導層幕式充注，並在輸導層和 圈閉系統進行幕式非穩態運移和聚集。這種油氣幕式非穩態運移和聚集與目 前傳統的油氣穩態運移和聚集理論在油氣運移路徑、運移相態、運移速率、 聚集部位和聚集強度等方面均存在著很大的差異。目前國內外的油氣運移和 聚集模擬實驗裝置和方法大多是基於傳統的油氣穩態運移和聚集理論建立 的，不能模擬油氣幕式非穩態運移和聚集過程。
因此，為了認識油氣幕式非穩態運移和聚集機理，更好地指導油氣勘探， 發展石油地質新理論，迫切需要建立模擬油氣幕式非穩態運移和聚集的實驗 裝置及方法。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種模擬油氣幕式非穩態運移和聚 集的實驗裝置及方法，簡便有效、重複性好、可操作性強和實用性強，能真 正模擬地下高充注壓力下，油氣在輸導層和圈閉系統的幕式非穩態運移和聚集過程。
本發明提供一種模擬油氣幕式非穩態運移和聚集的實驗裝置，包括 二維實驗本體；
流體儲壓系統，與二維實驗本體相連通；及
增壓裝置，與流體儲壓系統相連通，用於向流體儲壓系統內注入流體並
達到預定壓力；
在流體儲壓系統與二維實驗本體連通的管路上，以及流體儲壓系統與增 壓裝置連通的管路上分別設有控制閥門。
本發明提供一種由前述實驗裝置模擬油氣幕式非穩態運移和聚集過程 的方法，包括如下步驟
關閉流體儲壓系統與二維實驗本體連通的管路上的控制閥門，打開流體 儲壓系統與增壓裝置連通的管路上的控制閥門，由增壓裝置向流體儲壓系統
內注入流體並達到預定壓力，完成加壓過程模擬；
關閉流體儲壓系統與增壓裝置連通的管路上的控制閥門；以及 瞬間打開流體儲壓系統與二維實驗本體連通的管路上的控制閥門，使高 壓流體在一定的壓差下，幕式充注進入二維實驗本體，完成高壓流體突然釋 放過程模擬，使流體在輸導層和圈閉系統中進行幕式非穩態運移和聚集。
根據上述方案，本發明相對於現有技術的效果是顯著的本發明的模擬
油氣幕式非穩態運移和聚集的實驗裝置和方法，由增壓裝置使向流體儲壓系 統內注入流體的流體加壓過程模擬和流體儲壓系統向二維實驗本體注入流 體的高壓流體突然釋放過程模擬，能實現油氣幕式非穩態運移和聚集過程的 模擬，簡便有效、重複性好、可操作性強和實用性強，能真正模擬地下高充 注壓力下，油氣在輸導層和圈閉系統的幕式非穩態運移和聚集過程。
圖1為本發明實施方式1的實驗裝置的示意圖。圖2為本發明實施方式2的實驗裝置的示意圖。
具體實施方式
實施方式l
如圖1所示，本發明提供一種模擬油氣幕式非穩態運移和聚集的實驗裝
置，包括
二維實驗本體1，該二維實驗本體1為鋼體結構，幾何尺寸(長x寬x厚) 例如為50cmx30cmx (2 4) cm，可根據實驗目的用石英砂等材料構造各種 油氣輸導層和圈閉系統；二維實驗本體1的邊框和後壁用環氧酚醛玻璃布層 壓板製成，前壁用鋼化玻璃或有機玻璃製成，通過玻璃可直接觀察和拍攝油 氣運移和聚集過程；二維實驗本體l的四個邊框和背面開設多個小孔，這些 小孔可按需要靈活地布置測量溫度的熱電偶，或測量壓力的傳感器，或作為 二維實驗本體l的注入口或輸出口，多餘的小孔可以用堵頭堵住；二維實驗 本體1可以呈固定狀態，也可以通過兩端的轉軸11樞設在一個半弧形樞轉 支架上12，樞轉支架上12還具有升降裝置13， 二維實驗本體l可沿半弧形 樞轉支架12上下升降或繞軸11轉到任何傾角，然後再鎖緊；
流體儲壓系統2，與二維實驗本體l相連通，流體儲壓系統2包括壓力 容器21及測壓元件22，壓力容器21是具有一定容積的不鏽鋼罐體，在流體 儲壓系統2與二維實驗本體1連通的管路31上設有控制閥門41;
增壓裝置5，與流體儲壓系統2相連通，用於向流體儲壓系統2內注入 流體並達到預定壓力，增壓裝置5為高壓泵51，高壓泵51連通進液口閥門 42和出液口閥門43，高壓泵51由泵體和控制系統組成，泵體有排液口和進 液口，高壓泵通過進液口將流體吸入泵內，通過排液口將流體排出至流體儲 壓系統2，在流體儲壓系統2與增壓裝置5連通的管路32上設有控制閥門 44及測壓元件23，測壓元件23用來感測增壓裝置5向流體儲壓系統2內注 入流體的壓力。本發明提供的根據前述實驗裝置模擬油氣幕式非穩態運移和聚集過程 的方法，包括如下步驟
關閉流體儲壓系統2與二維實驗本體1連通的管路31上的控制閥門41 ， 打開流體儲壓系統2與增壓裝置5連通的管路32上的控制閥門44和出液口 閥門43，由增壓裝置5向流體儲壓系統2內注入流體並達到預定壓力，完成 加壓過程模擬，其中增壓裝置5內充滿流體的操作過程是現有技術，省略描 述；
關閉流體儲壓系統2與增壓裝置5連通的管路32上的控制閥門44;
瞬間打開流體儲壓系統2與二維實驗本體1連通的管路31上的控制閥 門41，使高壓流體在一定的壓差下，幕式充注進入二維實驗本體l，完成高 壓流體突然釋放過程模擬，使流體在輸導層和圈閉系統中進行幕式非穩態運 移和聚集。
根據具體實驗目的，增壓裝置5向流體儲壓系統2內注入的液體如果是 油，即可以模擬單純油藏的幕式非穩態運移和聚集。由流體加壓過程模擬和 高壓流體突然釋放過程模擬，實現了油的幕式非穩態運移和聚集過程的模 擬，簡便有效、重複性好、可操作性強和實用性強，能真正模擬地下高充注 壓力下，油在輸導層和圈閉系統的幕式非穩態運移和聚集過程。
實施方式2
如圖2所示，該實施方式與實施方式l的原理和效果相同，不再重述。 不同之處是該實施方式中流體儲壓系統2包括了油罐儲壓系統61、水罐儲壓 系統62、氣體儲壓系統63三種，增壓裝置5也對應包括油水增壓裝置52 和氣體增壓裝置53，該實施方式能選擇模擬油、氣、水三相任意組合的混和 流體的幕式非穩態運移和聚集過程。現詳細說明如下-
油罐儲壓系統61、水罐儲壓系統62及氣罐儲壓系統63與二維實驗本體 l連通的管路31、 33、 34並聯，並聯後由總出口管路35與二維實驗本體1相連通，在總出口管路35上設有總出口閥門45，其中油罐儲壓系統61、水 罐儲壓系統62及氣罐儲壓系統63與二維實驗本體1連通的管路31、 33、 34 上仍然分別設有控制閥門41、 47、 49;油罐儲壓系統61、水罐儲壓系統62 與油水增壓裝置52相連通的管路32、 36並聯，並聯後與一進口管37連通， 進口管37與油水增壓裝置52相連通，在進口管52上設有測壓元件23，油罐 儲壓系統61、水罐儲壓系統62與油水增壓裝置52相連通的管路32、 36分 別設有控制閥門44、 48。油罐儲壓系統61、水罐儲壓系統62共用一個油水 增壓裝置52，可以使設備簡單，控制方便，節約成本。油罐儲壓系統61、 水罐儲壓系統62及氣罐儲壓系統63通過總出口管路35與二維實驗本體1 連通，能模擬油水氣三相流體混和的幕式非穩態運移和聚集過程，但油罐儲 壓系統61、水罐儲壓系統62及氣罐儲壓系統63也可以不通過總出口管路35 並聯，而是由管路31、 33、 34分別與二維實驗本體1相連通，以模擬單相 流體的幕式非穩態運移和聚集過程。
油罐儲壓系統61包括一個以上由子管路串聯的儲油壓力容器611及測 壓元件22，其中首末儲油壓力容器611分別與二維實驗本體1和油水增壓裝 置52相連通，儲油壓力容器611是具有一定容積的不鏽鋼罐體，數量可根 據幕式充注時每次充注的油量以及壓力差而定，在油罐儲壓系統61的各個 儲油壓力容器611之間分別設有控制閥門46，控制閥門41、 44控制油罐儲 壓系統61的打開和關閉。
水罐儲壓系統62包括一個以上由子管路串聯的儲水壓力容器621及測 壓元件24，其中首末儲水壓力容器621分別與二維實驗本體1和油水增壓裝 置52相連通，儲水壓力容器621是具有一定容積的不鏽鋼罐體，數量可根 據幕式充注時每次充注的油量以及壓力差而定，在水罐儲壓系統61的各個 儲水壓力容器621之間分別設有控制閥門46，控制閥門47、 48控制水罐儲 壓系統62的打開和關閉。
氣罐儲壓系統63包括儲氣壓力容器631及測壓元件25，該儲氣壓力容器631分別與二維實驗本體1和氣體增壓裝置53相連通。氣體增壓裝置53 為氣體增壓器，氣體增壓器連接供氣瓶，由控制閥門49、 491控制氣罐儲壓 系統63的打開和關閉。
本發明提供的一種根據前述實驗裝置模擬油氣幕式非穩態運移和聚集
過程的方法，包括如下步驟
首先進行流體加壓過程模擬。
關閉油罐儲壓系統61和水罐儲壓系統62與二維實驗本體i連通的管路 上31、 33的控制闊門41、 47,打開油罐儲壓系統61和水罐儲壓系統62與 油水增壓裝置52連通的管路32、 36上的控制閥門44、 48，啟動高壓泵51 向油罐儲壓系統61和水罐儲壓系統62分別注入油和水，具體過程是打開 油氣增壓裝置52的高壓泵51的進液口閥門42將油、水分別吸入泵內，至 泵體吸滿後，關閉高壓泵51進液口閥門42，打幵高壓泵51排液口閥門43。 在注油時可以關閉控制閥門48，注滿後再關閉控制閥門44，打開控制閥門 48注水，用一個高壓泵51分別泵入油和水，可能會使二者混和，但對實驗 沒有影響，如需嚴格控制兩種流體在注入二維實驗本體l前不能混和，可以 使與儲油壓力容器611連通的管路31接在儲油壓力容器611的頂部(圖中 未示)，油比重小，浮在上面，即使儲油壓力容器611內包括一些水，也會 沉澱在下部，從管路31出來的流體仍然只包括油，同理，使與儲水壓力容 器621連通的管路33接在底部(如圖2所示)，就保證即使儲水壓力容器621 內包括一些油，也會浮在上面，從管路33出來的流體仍然只包括水；持續 注入油和水，通過測壓元件22、 24得知油罐儲壓系統61和水罐儲壓系統62 達到實驗設定的壓力時，關閉高壓泵51的排液口閥門43，這樣一定體積的 高壓油、水就被封存在油罐儲壓系統61和水罐儲壓系統62中，完成加壓過 程模擬。氣體增壓可以直接通過氣體增壓裝置53和氣罐儲壓系統63實現。
然後進行高壓流體突然釋放過程模擬。
這相當於模擬地下異常高壓或構造作用條件下，流體突然、快速驅動過程。根據實驗目的，突然打開油罐儲壓系統61、水罐儲壓系統62和氣罐儲 壓系統63與二維實驗本體1之間的總出口管35上的總出口閥門45(注意需 提前打開控制閥門41、 47、 49)，油罐儲壓系統61、水罐儲壓系統62和氣 罐儲壓系統63內的油、氣和水在高壓作用下，呈油、氣、水混相形式，幕 式充注進入二維實驗本體l，進入二維實驗本體中的輸導層和圈閉系統，完 成高壓流體突然釋放過程模擬，通過觀察、攝像和測定壓力、含油(氣)飽 和度大小，可以認識油氣幕式非穩態運移和聚集特徵。根據實驗目的，可以 多次重複上述實驗過程，這就實現了模擬油氣幕式非穩態運移和聚集過程。
本發明根據具體實驗目的，將常壓下的油、氣、水轉變成高壓流體，通 過油罐儲壓系統61、水罐儲壓系統62、氣罐儲壓系統63、油水增壓裝置52 和氣體增壓裝置53、 一系列控制闊門的開啟、關閉與轉換，完成了流體加壓 過程模擬和高壓流體突然釋放過程模擬，簡便有效、重複性好、可操作性強 和實用性強，能真正模擬地下高充注壓力下，油氣等流體礦藏在輸導層和圈 閉系統的幕式非穩態運移和聚集過程。
但以上所述，僅為本發明的具體實施方式
，不能以此限定本發明實施的 範圍，凡依本發明的發明內容所作的等同變化與修飾，都應屬於本發明的保 護範圍。
權利要求
1.一種模擬油氣幕式非穩態運移和聚集的實驗裝置，其特徵在於，包括二維實驗本體；流體儲壓系統，與二維實驗本體相連通；以及增壓裝置，與流體儲壓系統相連通，用於向流體儲壓系統內注入流體並達到預定壓力；在流體儲壓系統與二維實驗本體連通的管路上，以及流體儲壓系統與增壓裝置連通的管路上分別設有控制閥門。
2. 根據權利要求1所述的模擬油氣幕式非穩態運移和聚集的實驗裝置， 其特徵在於，所述流體儲壓系統包括油罐儲壓系統、水罐儲壓系統和氣罐 儲壓系統；所述增壓裝置包括油水增壓裝置和氣體增壓裝置，其中油水增壓 裝置分別與油罐儲壓系統、水罐儲壓系統相連通，氣體增壓裝置與氣罐儲壓 系統相連通；在油罐儲壓系統、水罐儲壓系統、氣罐儲壓系統與二維實驗本 體連通的管路上，以及油罐儲壓系統、水罐儲壓系統、氣罐儲壓系統與對應 的油水增壓裝置和氣體增壓裝置連通的管路上分別設置所述控制閥門。
3. 根據權利要求1所述的模擬油氣幕式非穩態運移和聚集的實驗裝置， 其特徵在於，該油罐儲壓系統包括一個以上由子管路串聯的儲油壓力容器及測壓元 件，其中首末儲油壓力容器分別與二維實驗本體和油水增壓裝置相連通；該水罐儲壓系統包括一個以上由子管路串聯的儲水壓力容器及測壓元 件，其中首末儲水壓力容器分別與二維實驗本體和油水增壓裝置相連通；及該氣罐儲壓系統包括儲氣壓力容器及測壓元件，該儲氣壓力容器分別與 二維實驗本體和氣體增壓裝置相連通。
4. 根據權利要求3所述的模擬油氣幕式非穩態運移和聚集的實驗裝置， 其特徵在於，所述油罐儲壓系統、水罐儲壓系統及氣罐儲壓系統與二維實驗本體連通的管路並聯，並聯後由總出口管路與二維實驗本體相連通，在總出 口管路上設有總出口閥門；所述油罐儲壓系統、水罐儲壓系統與油水增壓裝 置相連通的管路並聯，並聯後與一進口管連通，所述進口管與油水增壓裝置 相連通，在所述進口管上設有測壓元件。
5. 根據權利要求4所述的模擬油氣幕式非穩態運移和聚集的實驗裝置， 其特徵在於，所述油水增壓裝置為高壓泵，所述高壓泵連通進液口閥門和出 液口閥門，所述出液口閥門與進口管連通。
6. 根據權利要求3所述的模擬油氣幕式非穩態運移和聚集的實驗裝置， 其特徵在於，所述氣體增壓裝置為氣體增壓器。
7. 根據權利要求3所述的模擬油氣幕式非穩態運移和聚集的實驗裝置， 其特徵在於，所述油罐儲壓系統的各個儲油壓力容器之間，以及水罐儲壓系 統的各個儲水壓力容器之間，分別設有控制閥門。
8. —種根據權利要求1的實驗裝置模擬油氣幕式非穩態運移和聚集過 程的方法，其特徵在於，包括如下步驟關閉流體儲壓系統與二維實驗本體連通的管路上的控制閥門，打開流體 儲壓系統與增壓裝置連通的管路上的控制閥門，由增壓裝置向流體儲壓系統 內注入流體並達到預定壓力，完成加壓過程模擬；關閉流體儲壓系統與增壓裝置連通的管路上的控制閥門；以及 瞬間打開流體儲壓系統與二維實驗本體連通的管路上的控制閾門，使高 壓流體在一定的壓差下，幕式充注進入二維實驗本體，完成高壓流體突然釋 放過程模擬，使流體在輸導層和圈閉系統中進行幕式非穩態運移和聚集。
全文摘要
一種模擬油氣幕式非穩態運移和聚集的實驗裝置，包括二維實驗本體；流體儲壓系統，與二維實驗本體相連通；及增壓裝置，與流體儲壓系統相連通，用於向流體儲壓系統內注入流體並達到預定壓力；在流體儲壓系統與二維實驗本體連通的管路上，以及流體儲壓系統與增壓裝置連通的管路上分別設有控制閥門。一種由前述實驗裝置進行的模擬方法，通過增壓裝置向流體儲壓系統內注入流體並達到預定壓力，完成加壓過程模擬；通過瞬間打開流體儲壓系統與二維實驗本體連通的管路上的控制閥門，使高壓流體在一定的壓差下，幕式充注進入二維實驗本體，完成高壓流體突然釋放過程模擬，使流體在輸導層和圈閉系統中進行幕式非穩態運移和聚集。
文檔編號G01M10/00GK101561346SQ20091008396
公開日2009年10月21日 申請日期2009年5月13日 優先權日2009年5月13日
發明者曾濺輝, 王洪玉, 錢詩友, 馬中良 申請人:中國石油大學(北京)