一種斷面控油氣運(yùn)移物理模擬實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及油氣運(yùn)移與聚集物理模擬技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種斷面控油氣運(yùn)移物理模擬實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)方法，通過觀察不同斷面形態(tài)對油氣運(yùn)移影響，以及改變斷面傾角時(shí)斷面控油關(guān)系的變化，從而示蹤斷面控油氣運(yùn)移路徑和運(yùn)移過程的物理模擬方法。
【背景技術(shù)】
[0002]巖層或巖體破裂錯(cuò)開，沿兩盤發(fā)生相對移動(dòng)的面，稱斷層面。斷層面有的平直，有的彎曲。在不同的地質(zhì)條件下，會(huì)形成不同地質(zhì)形狀和不同形態(tài)的斷層面(簡稱斷面)。斷面形態(tài)影響了斷層流體運(yùn)移的方向和路徑。斷面形態(tài)在空間上的不規(guī)則性主要體現(xiàn)在縱向上和走向上斷面形態(tài)的起伏差異。
[0003]在縱向上，根據(jù)不同深度斷面陡緩的相對變化，斷面產(chǎn)狀可以劃分為上陡下緩型、平直型和上緩下陡型等3種基本類型，其中傾角較小的層段有利于油氣的聚集和油氣向兩端砂體中運(yùn)移，其中傾角越大、彎度越少的層段，越有利于油氣的垂向運(yùn)移。傾角越大的多條斷層組成的斷裂系統(tǒng)往往成為油氣垂向運(yùn)移的優(yōu)勢運(yùn)移通道。在走向上，根據(jù)斷面產(chǎn)狀可以劃分為平整性(平面型)、上凸型和下凹型。根據(jù)以往的認(rèn)識，凸面斷層使流線匯集形成垂向的優(yōu)勢運(yùn)移通道，凹面斷層使流線向上呈發(fā)散狀。同時(shí)，對于凸面斷層，由于與斷面接觸并在斷面上方的砂體體積較小，不利于油氣向砂體中運(yùn)移，而有利于油氣的垂向運(yùn)移；對于凹面斷層，與斷面接觸并在斷面上方的砂體體積較大，有利于油氣向砂體中運(yùn)移形成聚集。烴類供給量的多少控制有效斷面優(yōu)勢運(yùn)移通道的運(yùn)載量。若烴類供給量較小，整個(gè)斷面可能只有部分成為油氣優(yōu)勢運(yùn)移通道，且運(yùn)載量小，而其他的斷面部分在整個(gè)地質(zhì)歷史時(shí)期可能對油氣運(yùn)移一直無效。
[0004]油源斷裂發(fā)育部位烴源巖的排烴強(qiáng)度和超壓程度越強(qiáng)，斷面優(yōu)勢運(yùn)移通道運(yùn)載油氣的距離就越長，也越有利于淺層油氣的聚集。對于非油源斷裂，只有在斷裂通過骨架砂體、儲(chǔ)層、不整合面與油源斷裂或烴源巖溝通的情況下才可能成為有效油氣運(yùn)移通道。
[0005]針對斷面對油氣運(yùn)聚的重要性，很多學(xué)者展開了研究。譬如，Hindle (1997)研究認(rèn)為，斷層面的幾何形狀和產(chǎn)狀對油氣運(yùn)移路徑有著重要的影響，認(rèn)為油氣沿?cái)鄬拥倪\(yùn)移是一個(gè)復(fù)雜的過程，從二維剖面上看油氣可能是從斷層上盤經(jīng)斷層垂向調(diào)整后進(jìn)入下盤，而在三維模型上可以看出上、下盤其實(shí)存在巖性并置，斷層面的垂向運(yùn)移并沒有發(fā)生。Anthony等(2004)通過直立斷層和傾滑斷層模型，應(yīng)用有限元數(shù)值模擬方法，對斷層交匯區(qū)的斷層位移、應(yīng)力(剪切應(yīng)力、差應(yīng)力)及擴(kuò)容變化進(jìn)行了研究，結(jié)果表明:(a)應(yīng)力變化引起上部頁巖層內(nèi)斷層交叉點(diǎn)附近開啟一個(gè)三角形的高擴(kuò)容帶，成為油氣突破蓋層的充注通道；(b)在較高的應(yīng)變下，擴(kuò)容也發(fā)生于活動(dòng)斷層面，但是總體積應(yīng)變增加低于斷層交叉點(diǎn)附近。相比之下，剪切應(yīng)變在活動(dòng)斷層面上一般要高于高擴(kuò)容三角區(qū)域計(jì)算的剪切應(yīng)變增加低于斷層交叉點(diǎn)附近。相比之下，剪切應(yīng)變在活動(dòng)斷層面上一般要高于高擴(kuò)容三角區(qū)域計(jì)算的剪切應(yīng)變值。孫同文(2012)認(rèn)為斷裂輸導(dǎo)具有沿?cái)嗔芽v向方向、走向方向和橫穿斷層面方向3個(gè)運(yùn)移分量，與此相對應(yīng)斷裂輸導(dǎo)形式分為“2類4型”，包括沿?cái)鄬用孑攲?dǎo)和橫穿斷層面輸導(dǎo)兩大類，其中沿?cái)鄬用孑攲?dǎo)又分為沿?cái)嗔芽v向向上、沿?cái)嗔严蛳隆暗构唷焙脱財(cái)嗔炎呦蜉攲?dǎo)3類。
[0006]隨著近年來鉆井?dāng)?shù)據(jù)增多及研究的深入，沿小斷面的礦物脈充填(Gudmundsson，2001)、鉆遇斷裂帶巖心含油情況(陳偉，2011)及鉆遇的“斷裂空腔”瀝青(蔣有錄和劉華，2010)等均可為斷裂輸導(dǎo)流體(油氣)提供直接證據(jù)。油田勘探結(jié)果更是表明了斷裂對油氣運(yùn)聚成藏的重要性，羅群等(2007)對全國18個(gè)盆地、40個(gè)典型油氣田統(tǒng)計(jì)表明，70%以上的油氣成藏都與斷裂有關(guān)，在這其中，斷裂對油氣運(yùn)移輸導(dǎo)的控制率達(dá)到72.5%，對油氣分布控制達(dá)到80%，其中絕對控制為42.5%，明顯控制達(dá)37.5%ο由此可見，含油氣盆地(尤其是斷陷盆地)中斷裂對油氣的運(yùn)移與成藏起著非常重要的作用，研究斷面控藏的規(guī)律可以有效地指導(dǎo)油氣勘探，降低生產(chǎn)的風(fēng)險(xiǎn)。
目前針對斷面控藏作用的研究，多是根據(jù)大量勘探實(shí)踐數(shù)據(jù)和測試數(shù)據(jù)，針對地質(zhì)剖面進(jìn)行解剖分析。相關(guān)的與斷裂有關(guān)的油氣運(yùn)聚機(jī)理物理模擬基本都是在一個(gè)大的砂箱內(nèi)進(jìn)行，通過在砂箱內(nèi)購置不同地質(zhì)模型，來模擬或驗(yàn)證某個(gè)地區(qū)的油氣運(yùn)移聚集規(guī)律，尚沒有發(fā)現(xiàn)專門針對斷面控油機(jī)理研究的實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明特別涉及了一種斷面控油氣運(yùn)移物理模擬實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)方法。本發(fā)明中的凸型、凹型和平面型斷面體的一體化設(shè)計(jì)，斷面體與砂體運(yùn)載層聯(lián)接的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，可改變斷面傾角的斷面控油實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)對斷面體形態(tài)、斷面傾角對油氣運(yùn)移路徑影響的研究。
[0008]—種斷面控油氣運(yùn)移物理模擬實(shí)驗(yàn)裝置，包括前排砂箱、斷面模擬器、后排靠板、底板、流體注入裝置及流體排出裝置，所述斷面模擬器位于前排砂箱與后排靠板之間，所述底板位于前排砂箱、斷面模擬器及后排靠板的底部；所述斷面模擬器包括凹形斷面體、凸型斷面體和平面斷面體，以及位于三個(gè)斷面體下端的防砂板；所述前排砂箱及三個(gè)斷面體的內(nèi)部均為空腔；所述前排砂箱的前面底部靠近三個(gè)斷面體的位置分別設(shè)有注油口，與流體注入裝置連接；所述三個(gè)斷面體上靠近后排靠板的一端分別設(shè)有出油口，與流體排出裝置連接。
[0009]進(jìn)一步的，所述前排砂箱、斷面模擬器、后排靠板、底板的材質(zhì)均為防高壓的無色透明玻璃。
[0010]進(jìn)一步的，所述凹形斷面體、凸型斷面體和平面斷面體的厚度相同為3-5cm。
[0011]進(jìn)一步的，在所述凹形斷面體、凸型斷面體和平面斷面體之間分別設(shè)有插槽，用于插入薄層插板，所述薄層插板是非滲透性的薄層玻璃板或滲透性的防砂板。
[0012]進(jìn)一步的，所述防砂板是由帶微孔的薄層聚丙烯材料制成的，微孔孔徑為75-100 μmD
[0013]進(jìn)一步的，所述流體注入裝置包括相連接的輸油桶和輸油軟管，所述輸油桶的進(jìn)口端與高壓栗相連，所述輸油軟管的出口端與前排砂箱上的注油口連接；所述輸油軟管上依次配有穩(wěn)壓閥、壓力表和流量儀。
[0014]進(jìn)一步的，所述流體排出裝置包括相連接的輸出軟管及流體收集瓶，所述輸出軟管的進(jìn)口端與斷面模擬器上的出油口連接，所述輸出軟管上配有流量儀。
[0015]進(jìn)一步的，所述斷面體的頂端及底端分別設(shè)有多個(gè)卡板，所述前排砂箱及后排靠板的對應(yīng)位置設(shè)有卡槽。
[0016]本發(fā)明的一種油氣運(yùn)聚物理模擬實(shí)驗(yàn)方法，具體為:
O實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備:對實(shí)驗(yàn)前的油氣成分進(jìn)行檢測分析，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；按實(shí)驗(yàn)要求選擇石英砂，用水浸潤；
2)組裝本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)裝置:在前排砂箱和斷面體中充填浸潤后的石英砂，斷面體中插入薄層插板，震蕩5-10min ;然后將模擬實(shí)驗(yàn)裝置組裝固定；
3)模擬實(shí)驗(yàn)過程:調(diào)整斷面體模擬器的傾斜角度；從注油口中注入油氣，觀察油氣的運(yùn)聚現(xiàn)象，并實(shí)時(shí)照相或錄像；
4)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析:從出油口中分別采集實(shí)驗(yàn)后的油氣產(chǎn)物，標(biāo)上樣品標(biāo)記；達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求后，停止物理模擬實(shí)驗(yàn)；對油氣產(chǎn)物進(jìn)行地球化學(xué)檢測，分析實(shí)驗(yàn)過程，總結(jié)油氣運(yùn)聚機(jī)理。
[0017]進(jìn)一步的，所述前排砂箱中充填250-750 μ m粒徑的石英砂巖，斷面體中充填750-1500 μ m粒徑的石英砂。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是:1)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了凸型、凹型和平面型斷面體的一體化設(shè)計(jì)，可簡單、快捷