用於研究地下油氣藏氣體通過地層微滲漏的實驗裝置的製作方法

2023-05-27 16:57:51

本發明涉及一種用於研究地下油氣藏氣體的微滲漏的實驗裝置，特別地涉及一種用於研究分布於地下縱向不同深度、側向不同部位的油氣藏氣體的微滲漏機理的實驗裝置。

背景技術：

對下伏存在烴源巖演化程度不同的兩套含油氣系統(如新生界和中生界，或中生界和古生界等)的地區、或者下伏存在複式油氣田的地區地表地球化學勘探中，需要對不同源的化探異常特徵進行識別，通過實驗裝置研究多個油氣藏氣體微滲漏機理，能夠為地表地球化學異常特徵的正確分析提供實驗依據並起到指導作用。

目前，一種用於研究油氣藏氣體的微滲漏的實驗裝置包括設置有模擬地層和土壤層的模擬室，以及用於向模擬室充入油氣藏氣體的氣瓶。模擬地層設置在土壤層的下方，並且在模擬地層中設有與氣瓶連通的出氣口。通過人造地層模擬真實的地層，從而為研究油氣藏氣體在地層中的微滲漏創造環境。但是，在設置模擬地層時，模擬地層在各個高度的孔滲相同，只能模擬一層油氣蓋層。這樣，不便於模擬位於不同深度地層中油氣藏氣體在微滲漏方面的相互影響。

因此，如何解決不便於模擬位於不同深度地層中油氣藏氣體在微滲漏方面的相互影響、地表疊加效應的問題，是本領域科研人員需要解決的技術問題。

技術實現要素：

本發明提供一種用於研究地下多個油氣藏氣體微滲漏的實驗裝置，能夠提供不同的模擬地層，從而為研究地下多個油氣藏氣體微滲漏的相互影響、地表疊加效應提供有利的環境。

本發明的用於研究地下油氣藏氣體通過地層微滲漏的實驗裝置，包括頂端敞口的模擬室、用於向所述模擬室注入油氣藏氣體的氣瓶，以及分別設置在所述模 擬室中的至少兩層上下疊置的模擬地層和位於最上方的所述模擬地層之上的土壤層。其中，各所述模擬地層均包括孔滲較小的直接蓋層，以及孔滲較大並位於所述直接蓋層上方的上覆地層，其中各所述直接蓋層均設有與所述氣瓶連通的出氣口。

在一個實施例中，位於同一所述模擬地層的直接蓋層和上覆地層為分體式結構，並且各模擬地層之間也為分體式結構。

在一個實施例中，各所述直接蓋層和所述上覆地層均包括主要由水泥和石英砂混合而成的澆注體。

在一個實施例中，位於最下方的所述模擬地層中設有用於使所述模擬地層產生斷層的雲母片。

在一個實施例中，所述模擬室的側壁為保溫材料，而底壁為金屬材料，其中所述底壁上設有用於卡接在由所述側壁和模擬地層之間形成的卡槽中的卡接部。

在一個實施例中，位於最下方的所述直接蓋層設有至少兩個分別與不同的氣瓶連通的出氣口，並且各出氣口距離所述模擬室的底壁的高度不同。

在一個實施例中，還包括固定在所述模擬室的底壁上的加熱結構，其中所述加熱結構包括固定在所述底壁上的加熱板，以及設置在所述加熱板周圍的保溫棉。

在一個實施例中，各所述模擬地層和所述土壤層中均設有多孔聚氣砂芯，多孔聚氣砂芯由毛細管連接到外部，毛細管外部埠由橡膠墊密封。9.根據權利要求1-8中任一項所述的實驗裝置，其特徵在於，還包括用於自動控制實驗參數，並實時監測和記錄實驗參數的自動控制機構。

在一個實施例中，還包括與所述模擬室的底壁上的注水口連通的注水機構。

在一個實施例中，所述油氣藏氣體包括設有示蹤劑的烴類氣體，所述烴類氣體的組分包括C1-C5中的至少一種。

相對於現有技術，本發明的實驗裝置通過人造地層和土壤層來模擬真實的地層，從而為研究油氣藏氣體在地層中的微滲漏機理創造有利的模擬環境。在設有多個模擬地層後，還可以通過在不同的模擬地層中設置氣源(模擬油氣藏)，從而便於研究位於不同地層的多個油氣藏氣體的微滲漏相互影響及其近地表疊加效應。

附圖說明

在下文中將基於實施例並參考附圖來對本發明進行更詳細的描述。

圖1是本發明實施例的用於研究地下油氣藏氣體通過地層時的微滲漏的實驗裝置的結構示意圖。

在附圖中，相同的部件使用相同的附圖標記。附圖並未按照實際的比例繪製。

具體實施方式

下面將結合附圖對本發明作進一步說明。

本發明的實驗裝置用於研究地下多個油氣藏氣體的微滲漏。如圖1所示，該實驗裝置包括頂端敞口的模擬室1，以及盛放有與油氣藏氣體相似的氣體(如烴類氣體)並與模擬室1連通的氣瓶4。其中，在模擬室1中設有至少兩層模擬地層3，並且各模擬地層3沿模擬室1的垂直方向疊置。在最上方的模擬地層3之上設有土壤層2。通過模擬地層3和土壤層2來模擬真實的地層，從而為研究油氣藏氣體在地層中的微滲漏創造有利的模擬環境。在設有多個模擬地層3後，還可以通過在不同的模擬地層3中設置氣源，從而便於研究位於不同深度地層的多個油氣藏氣體微滲漏相互影響及疊加效應。

在一個例子中，模擬室1的側壁11為保溫材料，以使模擬地層3和土壤層2保持恆定的溫度梯度，並減少外界環境對模擬室1的影響。保溫層的材料可以為聚乙烯。模擬室1的底壁12為金屬板。金屬板的上表面固定有朝上延伸的環形連接部。在模擬地層3和側壁11之間設有卡接部。通過環形連接部卡接將金屬板、模擬地層3與側壁11固定。如此設置，結構簡單、安裝方便。另外，在模擬地層3和模擬室1的側壁11之間還可以設有環氧樹脂密封膠層35。環氧樹脂的強度較高，而且與管路之間的密封性能較好。

進一步地，各模擬地層3均包括位於下層的直接蓋層32和位於上層的上覆地層31，並且同一模擬地層3中的直接蓋層32的孔滲小於上覆地層31的孔滲。在各直接蓋層32上還均設有與氣瓶4連通的出氣口。通過模擬層32模擬真實地層中油氣藏的直接蓋層，通過上覆地層31疊置在直接蓋層32，從而提高在模擬時的真實性。直接蓋層32的厚度和上覆地層31的厚度均可以根據實際需求具體設定。並且直接蓋層32的孔滲和上覆地層31的孔滲也可以根據具體的需要具體設定。

在一個例子中，在模擬室1中設有兩層模擬地層3。位於下方的直接蓋層32的高度為21-25cm，位於下方的上覆地層31的高度為43-47cm，位於上方的直接蓋層32的高度為3-7cm，位於上方的上覆地層31的高度為25-29cm。如此設置，以增加實驗裝置的普遍適用性，從而能夠研究多個不同深度情況下的油氣藏氣體微滲漏的影響。另外，將位於下方的直接蓋層32設置的較厚一些，以便於模擬封蓋性能較好的蓋層。

各個直接蓋層32的孔隙率可以相同，各個上覆地層31的孔隙率也相同，以便於加工，省事省力。在一個例子中，各個直接蓋層32的孔隙率均在5-8％之間。各個上覆地層31的孔隙率均在10-15％之間。如此設置，可以為研究油氣藏氣體的微滲漏創造有利的環境，並有助於使位於下層的油氣藏氣體通過不同物性層向上擴散。

另外，各個模擬地層3可以均主要由水泥和石英砂混合澆注而成，以簡化結構，並便於加工。水泥和石英砂的混合比例可以根據具體的需求具體設定。在澆注各個模擬地層3的過程中，可以分開澆注各個模擬地層3。待各個模擬地層3凝固後，在模擬室1中形成緻密的模擬地層介質。各個模擬地層3為不同物性的結構，以也可以根據需要設置不同個數的模擬層3。

進一步地，各個模擬地層3的直接蓋層32和上覆地層31之間也為分體式澆注結構，以便於產生不同物性層。因為水泥和石英砂混合澆注凝結，從而使直接蓋層32和上覆地層31之間的密合性能較好。

土壤層2的主要成分為淺灰黃色亞砂土。在將模擬地層3設置好後，再將淺灰黃色亞砂土鋪設在模擬地層3之上。土壤層2的厚度可以為28-32cm，以提高模擬時的真實性。

進一步地，還可以在位於最下方的模擬地層3中加入雲母片6，以能夠使模擬地層3產生面狀裂隙，用以模擬地下斷層對油氣藏氣體微滲漏的作用。在一個例子中，雲母片6橫跨同一模擬地層3中的直接蓋層32和上覆地層31。雲母片6的厚度和長度可以根據具體的需求具體設定。

此外，在位於下層的模擬地層3中可以設有至少兩個出氣口，位於上層的模擬地層3中可以設置一個出氣口。如此設置，能夠較為真實地模擬位於不同深度的油氣藏氣體的微滲漏。

出氣口的設置方式是，位於模擬室1底部的直接蓋層32中設有兩個多孔砂芯33。兩個多孔砂芯33沿豎直方向設置，並通過從模擬室1底部進入的管路與氣瓶4連通。兩個多孔砂芯33距離模擬室1底部的高度可以不同，以模擬橫向不同部位的油氣藏的微滲漏規律。在一個例子中，較高的多孔砂芯33的高度可以為13-16cm，較低的多孔砂芯33的高度可以為4-6cm。

位於上方的直接蓋層32中設有一個多孔砂芯34。多孔砂芯34沿水平方向設置，並靠近直接蓋層32的底部。多孔砂芯34與從模擬室1的側壁11進入的管路連通。

此時，可以設有三個氣瓶4。各個氣瓶4中可以充入的油氣藏氣體為烴類氣體。烴類氣體為組分從C1-C5的混合氣，各個百分含量可以根據需求具體設定。每個氣源中可以分別加入H2、He、Ne作為烴類氣體的示蹤劑，以便於檢測識別各個氣源烴類氣體的微滲漏。並且與氣瓶4連通的管路上可以設置減壓穩壓閥和二通閥，以控制烴類氣體的壓力，並控制氣瓶4的開啟。

另外，位於便於檢測不同位置的微滲漏烴類氣體的含量，在每個直接蓋層32、上覆地層31和土壤層2均設有多孔聚氣砂芯91。多孔聚氣砂芯91的孔隙率可以達31.25％。多孔聚氣砂芯91的個數可以根據具體地需求具體設定。在一個例子中，多孔聚氣砂芯91為外徑1.5cm、長度為1.5cm的圓柱體。

每個多孔聚氣砂芯91可以均通過毛細管與外界連通。毛細管的外埠設有用橡膠墊密封的取氣口92。毛細管可以沿水平方向設置，取氣口92與相應的多孔聚氣砂芯91位於同一高度。取氣口92在取氣位置的材料可以為氟橡膠。需要取樣時，直接用取樣器刺穿氟橡膠並取氣。待取出取樣器後，氟橡膠自動形成密封，從而使取氣口92處於密封狀態。如此設置，結構簡單，便於研究。

該實驗裝置還包括位於模擬室1下方的加熱結構5。加熱結構5包括固定在模擬室1的底壁12上的加熱板51，以及包圍在加熱板51周圍的保溫棉52。如此設置，結構簡單，並可以減少熱量的散失，使加熱時模擬室自下而上形成溫度梯度。

此外，該實驗裝置還包括注水機構8。進水口設置在模擬室1的下方，以能夠向模型底部進行注水，實現加壓功能，從而模擬油氣藏的地層水。注水機構8可以包括水箱82，以及用於將水箱82中的水注入模擬柱體中的注水泵81。

該實驗裝置還包括用於自動控制在實驗過程中的實驗參數(如溫度、注水量、油氣藏氣體壓力等)，並實時監測和記錄實驗參數的自動控制機構7。在一個例子中，可以間隔例如30分鐘採集一次數據，以便於進行實驗對照。另外，在各直接蓋層32、上覆地層31和土壤層2中設置如T1-T5的溫度檢測點，並通過自動控制機構7採集溫度數值，可以模擬地溫梯度效應。

通過本實驗裝置，可以獲取4維試驗數據，並揭示不同源體(油氣藏)在「地表」造成的疊加效應、斷層等對油氣藏氣體的微滲漏的影響效應等，進一步說明了源體(油氣藏)與「地表」異常的聯繫，證明了地表油氣化探的理論依據。

本發明的實驗裝置可以用於模擬地下存在多個油氣藏(橫向不同部位、縱向不同深度的油氣藏)時的微滲漏規律及近地表異常分布，以取得理論認識指導油氣地球化學勘探實踐；可以進行油氣二次運移模擬及其機理研究；可以進行油氣藏蓋層封閉性研究，並研究油氣藏的保存條件；以及進行油氣耗散量模擬研究，為資源量計算提供參數。

在一個實施例中，利用該實驗裝置，對多源(油氣藏)烴類氣體的微滲漏機理進行了長達8個月的模擬，有效地揭示了深層油氣藏微滲漏對淺層油氣藏微滲漏的地表地球化學場的疊加改造作用，提出滲漏源(油氣藏)和蓋層條件是控制化探異常模式的重要因素，完善了油氣化探的基礎理論模型，並取得了良好的應用效果。

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範圍的情況下，可以對其進行各種改進並且可以用等效物替換其中的部件。尤其是，只要不存在結構衝突，各個實施例中所提到的各項技術特徵均可以任意方式組合起來。本發明並不局限於文中公開的特定實施例，而是包括落入權利要求的範圍內的所有技術方案。