CN105422090B - 水动力油藏物理模拟实验装置及实验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种水动力油藏物理模拟实验装置及实验方法，该装置包括水动力油运聚模拟箱，水动力油运聚模拟箱通过水注入***和水输出***与供水池相连，形成闭合的环路；水动力油运聚模拟箱包括箱体，箱体内设有地层体模拟器和位于地层模拟器两侧的两个蓄水箱；地层体模拟器的两侧面、蓄水箱与地层体模拟器连接的侧面均为防砂渗滤网；地层体模拟器的下端设有注油孔，第一蓄水箱的下端设有与水注入***连接的注水孔，第二蓄水箱的下端设有与水输出***连接的出水孔，在箱体上的相应位置分别设有注油孔、注水孔和出水孔。本发明以实现模拟水动力对油藏的影响过程，分析水动力油藏形成机制及控制因素，深化对水动力油藏成因的认识，为含油盆地的油勘探提供依据。
Description
技术领域
本发明涉及油运移与聚集的实验装置及实验方法，具体地说，涉及一种水动力油藏物理模拟装置及实验方法，用于模拟水动力对油藏的影响作用。
背景技术
沉积盆地地下水动力的形成、演化与油运移、聚集关系非常密切，而水动力受流体动力及其驱动机制支配。近些年来很多学者从不同角度研究了流体动力、流体驱动机制与油成藏的关系。陈荷立等(1988，1990，1993)利用泥岩压实研究流体压力，认为油一般分布在剩余压力较低部位。康永尚等(1998)提出了油成藏流体动力***的概念，并提出重力驱动型、压实驱动型、流体封存型及滞留型油气成藏流体动力***类型的划分方案。在此基础上，成藏动力学概念得到强调，认为需要将流体动力的研究与其他地质条件和作用过程综合起来研究油气运移过程和聚集规律(龚再升等，1999；郝芳等，2000；罗晓容，2008)。在流体动力学研究中，有观点认为流体势场中分隔槽的位置可以划分含油气***或油气运聚单元(王震亮等，1999，2000，2002)，也有认为水动力体系与油气藏的形成密切相关，含油气沉积盆地经历的水文地质旋回决定在一个独立的水动力体系中油气的分布规律(楼章华等，2005)。庞雄奇等(2007)认为体现流体动力的“势”与反映储层输导能力的“相”耦合，对陆相断陷盆地的油气具有较好的控制作用，并提出相势控藏理论。陈中红等(2003，2010，2011，2013)利用水动力场的概念，讨论了准噶尔盆地西北缘和腹部地区以及渤海湾盆地东营凹陷和沾化凹陷水动力的分布和演化，在此基础上分析了水动力对油气运移、聚集的影响。
含烃水动力场的演化与构造演化、地下油气的演化紧密相关。以准噶尔盆地克-百地区为例，该区构造运动活跃，地下水动力演化及油气成藏比较复杂。从水动力场分布看，在靠近凹陷的斜坡带，为泥岩压实排水形成的离心流区，流体主要为来自源岩的含烃流体；在盆地边缘的超覆尖灭带是大气水下渗形成的向心流区，对油气藏有破坏作用；处于中间的断阶带，是下部的离心流和上部的向心流的汇合区，也是深部流体向上运移的越流-泄水区。以东营凹陷为例，研究表明，东营凹陷(沙三段)为以典型的、“年轻”的压实流盆地，压实流驱动的离心流是决定油气侧向运移的主要因素，在离心流作用下，油气主要向生油洼陷的周缘地区，最后形成环(带)状油气聚集。
以四川盆地为例，川西坳陷上三叠统须家河组储层中水溶气丰富，溶解气资源至少超过富集于气藏中的天然气资源的1～2个数量级(安凤山等，1995；杨克明等，2006)。川西坳陷自晚三叠世以来，在喜马拉雅期构造隆升之前，平均1m3水中可溶解甲烷18.1m3。在含气饱和度为5％、地层压力90MPa条件下，弥散气含量将超过40m3，水溶气总量达到58.1m3/m3，可见水动力驱动的水溶气成藏具有重大意义。
水动力油气藏在油气勘探中不断有新的发现，显示出水动力作用对油气成藏的重要性。水动力油气藏的形成与水动力的封闭作用密切相关。水动力油气藏一般形成于地层产状发生轻度变化的构造鼻和挠曲带、单斜储集层岩性不均一和厚度变化带以及地层不整合附近。在这些部位，当渗流地下水的动水压力与油气运移的浮力方向相反、大小大致相等时，可阻挡和聚集油气，形成水动力油气藏。
美国德克萨斯州西部德拉瓦尔盆地的韦特油田就是典型的水动力油气藏。该油田的储层为德拉瓦尔系地层，为一向东平缓的构造鼻，倾斜度为19m/km，在油田范围内构造阶地度减少到10m/km，向东又增加。储层上倾方向无断层、岩性尖灭及变为非渗透岩层的迹象，向东下倾方向的流水作用形成流体圈闭，油气被圈闭于其中形成油藏，油水界面的倾斜与水流方向一致。
申请号为201510031808.0的中国专利申请公开了一种非均质底水油气藏三维物理模拟实验装置及饱和度确定方法，装置包括岩心夹持器、围压泵、恒压恒速驱替阀、活塞式容器、油气水计量装置、回压装置、油气水计量装置、恒温箱、恒压恒速驱替阀、压力计量装置。该发明拟进行平面和纵向上非均质驱替实验、边底水对驱替影响及实时分析油(气)水饱和度分布等研究。
由于水动力油藏形成过程复杂，目前对水动力油藏的认识仅限于对已发现油藏的地质解剖和分析所得出的静态认识，然而水动力作用下，油气成藏的过程是一个动态的过程，水动力的流速等对水动力油藏有重要的控制作用，因此目前已有的技术不能深刻认识水动力油藏的形成过程、机制和其主控因素。
现有的油气运聚机理物理模拟基本都是在一个大的沙箱内进行，通过在沙箱内构置不同地质模型，来模拟或验证某个地区的油气运移聚集规律，尚没有发现有针对水动力油气藏形成过程及机制的实验装置和实验方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷和不足，基于水动力对油藏形成的影响，提供了一种水动力油藏物理模拟实验装置及实验方法，以实现模拟水动力对油藏的影响过程，分析水动力油藏形成机制及控制因素，深化对水动力油气藏成因的认识，为含油气盆地的油气勘探提供依据，同时也可很好地为实验教学服务。
根据本发明一实施例，提供了一种水动力油藏物理模拟实验装置，包括水动力油运聚模拟箱、水注入***、水输出***和与压力泵连接的供水池，水动力油运聚模拟箱通过水注入***和水输出***与供水池相连，形成闭合的环路；所述水动力油运聚模拟箱包括箱体，在所述箱体内设有地层体模拟器、第一蓄水箱和第二蓄水箱，第一蓄水箱和第二蓄水箱分别位于地层体模拟器的两侧，并与地层体模拟器拆装式连接；地层体模拟器的两侧面、第一蓄水箱与地层体模拟器连接的侧面以及第二蓄水箱与地层体模拟器连接的侧面均为防砂渗滤网；所述地层体模拟器的下端设有第一注油孔，第一蓄水箱的下端设有与水注入***连接的第一注水孔，第二蓄水箱的下端设有与水输出***连接的第一出水孔，在所述箱体上的相应位置分别设有第二注油孔、与水注入***连接的第二注水孔和与水输出***连接的第二出水孔。根据本发明提供的上述实验装置，由于水注入***、水输出***和供水池形成闭合的环路，在实验过程中，水从水动力油运聚模拟箱中流出后，还可以再次运用，供水池与压力泵相连，模拟实验时可以通过改变进口压力和水体流速的大小，考察供水压力和水体流速对油运聚的控制作用。根据本发明提供的上述实验装置，通过地层体模拟器模拟不同沉积环境下沉积物物性差异对水动力油藏形成的影响，通过第一蓄水箱实现对高压水流的缓冲作用，通过第二蓄水箱实现对流体的蓄集作用，并利用地层体模拟器两侧的防砂渗滤网以及第一蓄水箱和第二蓄水箱的防砂渗滤网的防砂和减缓水流速度的功能，保证动水条件下实验过程的稳定性，以及模拟不同水流速度对水动力油气藏形成的控制作用。根据本发明提供的上述实验装置，从注油孔将油注入地层体模拟器内，油在浮力的作用下，向上运移，可实现对油运移过程的观察。
根据本发明一实施例，提供了一种水动力油藏物理模拟实验装置，包括水动力油运聚模拟箱、水注入***、水输出***和与压力泵连接的供水池，水动力油运聚模拟箱通过水注入***和水输出***与供水池相连，形成闭合的环路；所述水动力油运聚模拟箱包括箱体，在所述箱体内设有地层体模拟器、第一蓄水箱和第二蓄水箱，第一蓄水箱和第二蓄水箱分别位于地层体模拟器的两侧，并与地层体模拟器拆装式连接；地层体模拟器的两侧面、第一蓄水箱与地层体模拟器连接的侧面以及第二蓄水箱与地层体模拟器连接的侧面均为防砂渗滤网；所述地层体模拟器的下端设有第一注油孔，第一蓄水箱的下端设有与水注入***连接的第一注水孔，第二蓄水箱的下端设有与水输出***连接的第一出水孔，在所述箱体上的相应位置分别设有第二注油孔、与水注入***连接的第二注水孔和与水输出***连接的第二出水孔；所述实验装置还包括底座，所述底座包括用于放置箱体的底板和安装在底板下方的支架。根据本发明提供的上述实施例，由于水注入***、水输出***和供水池形成闭合的环路，在实验过程中，水从水动力油运聚模拟箱中流出后，还可以再次运用，供水池与压力泵相连，模拟实验时可以通过改变进口压力和水体流速的大小，考察供水压力和水体流速对油运聚的控制作用。根据本发明提供的上述实验装置，通过改变地层体模拟器中所装砂体粒度和地层倾角，其中地层体模拟器中地层倾角的改变通过调节支架的高度来实现，用以模拟不同沉积环境下沉积物物性差异和地层倾角差异对水动力油藏形成的影响。根据本发明提供的上述实验装置，通过第一蓄水箱实现对高压水流的缓冲作用，通过第二蓄水箱实现对流体的蓄集作用，并利用地层体模拟器两侧的防砂渗滤网以及第一蓄水箱和第二蓄水箱的防砂渗滤网的防砂和减缓水流速度的功能，保证动水条件下实验过程的稳定性，以及模拟不同水流速度对水动力油气藏形成的控制作用。根据本发明提供的上述实验装置，从注油孔将油注入地层体模拟器内，油在浮力的作用下，向上运移，可实现对油运移过程的观察。
根据本发明一实施例，提供了一种水动力油藏物理模拟实验方法，该方法采用的模拟装置包括水动力油运聚模拟箱、水注入***、水输出***和与压力泵连接的供水池，水动力油运聚模拟箱通过水注入***和水输出***与供水池相连，形成闭合的环路；所述水动力油运聚模拟箱包括箱体，在所述箱体内设有地层体模拟器、第一蓄水箱和第二蓄水箱，第一蓄水箱和第二蓄水箱分别位于地层体模拟器的两侧，并与地层体模拟器拆装式连接；地层体模拟器的两侧面、第一蓄水箱与地层体模拟器连接的侧面以及第二蓄水箱与地层体模拟器连接的侧面均为防砂渗滤网；所述地层体模拟器的下端设有第一注油孔，第一蓄水箱的下端设有与水注入***连接的第一注水孔，第二蓄水箱的下端设有与水输出***连接的第一出水孔，在所述箱体上的相应位置分别设有第二注油孔、与水注入***连接的第二注水孔和与水输出***连接的第二出水孔。其具体实验步骤如下：
(1)准备模拟材料，检测模拟装置，对实验前的油成分进行检测分析，采集实验前的实验数据。
(2)将箱体打开，取出第一蓄水箱、第二蓄水箱和地层体模拟器，将第一蓄水箱和第二蓄水箱与地层体模拟器的分离。
(3)打开地层体模拟器，充填好实验要求粒径的饱含水的石英砂后，进行压实，然后闭合。
(4)配置好水注入***和水输出***，将水注入***的进水软管与第一注水孔和第二注水孔连接。
(5)按照实验要求调节好注入水压力。
(6)开始从第一注油孔和第二注油孔注入油。
(7)实验过程中观察油运聚现象，并实时照相或录像，并采集油样。
(8)待油在地层体顶端形成规模的油聚集后，停止注油。
(9)开始从第一注水孔和第二注水孔按照实验要求的水流速度向地层体模拟器注水。
(10)观察动水条件下，水流对油运移和聚集的影响，并实时照相或录像，并采集油样。
(11)当需要排出过量流体时，打开第一出水孔和第二出水孔，使过量流体通过水输出***排出或回到供水池。
(12)达到实验要求后，停止物理模拟实验。
(13)对采集到的油样进行地球化学检测。
(14)结合实验观察，对比分析实验前后数据的差异，分析实验过程，总结油气运聚机理。
根据本发明上述实施例提供的实验方法，通过改变地层体模拟器中所装砂体粒度，模拟在不同沉积环境下沉积物物性差异，从而完成在动水条件下，不同水流速度对水动力油藏形成影响的实验，多因素展现水动力油藏的形成机理。
根据本发明一实施例，提供了一种水动力油藏物理模拟实验方法，该方法采用的模拟装置包括水动力油运聚模拟箱、水注入***、水输出***和与压力泵连接的供水池，水动力油运聚模拟箱通过水注入***和水输出***与供水池相连，形成闭合的环路；所述水动力油运聚模拟箱包括箱体，在所述箱体内设有地层体模拟器、第一蓄水箱和第二蓄水箱，第一蓄水箱和第二蓄水箱分别位于地层体模拟器的两侧，并与地层体模拟器拆装式连接；地层体模拟器的两侧面、第一蓄水箱与地层体模拟器连接的侧面以及第二蓄水箱与地层体模拟器连接的侧面均为防砂渗滤网；所述地层体模拟器的下端设有第一注油孔，第一蓄水箱的下端设有与水注入***连接的第一注水孔，第二蓄水箱的下端设有与水输出***连接的第一出水孔，在所述箱体上的相应位置分别设有第二注油孔、与水注入***连接的第二注水孔和与水输出***连接的第二出水孔；所述实验装置还包括底座，所述底座包括用于放置箱体的底板和安装在底板下方的支架。其具体实验步骤如下：
(1)准备模拟材料，检测模拟装置，对实验前的油成分进行检测分析，采集实验前的实验数据。
(2)将箱体打开，取出第一蓄水箱、第二蓄水箱和地层体模拟器，将第一蓄水箱和第二蓄水箱与地层体模拟器的分离。
(3)打开地层体模拟器，充填好实验要求粒径的饱含水的石英砂后，进行压实，然后闭合。
(4)将装配好的箱体放置于底座上，将箱体与底板联接固定，调整支架的高度。
(5)配置好水注入***和水输出***，将水注入***的进水软管与第一注水孔和第二注水孔连接。
(6)按照实验要求调节好注入水压力。
(7)开始从第一注油孔和第二注油孔注入油。
(8)实验过程中观察油运聚现象，并实时照相或录像，并采集油样。
(9)待油在地层体顶端形成规模的油聚集后，停止注油。
(10)开始从第一注水孔和第二注水孔按照实验要求的水流速度向地层体模拟器注水。
(11)观察动水条件下，水流对油运移和聚集的影响，并实时照相或录像，并采集油样。
(12)当需要排出过量流体时，打开第一出水孔和第二出水孔，使过量流体通过水输出***排出或回到供水池。
(13)达到实验要求后，停止物理模拟实验。
(14)对采集到的油样进行地球化学检测。
(15)结合实验观察，对比分析实验前后数据的差异，分析实验过程，总结油气运聚机理。
根据本发明上述实施例提供的实验方法，通过改变地层体模拟器中所装砂体粒度和调整支架的高度改变地层倾角，模拟在不同沉积环境下沉积物物性差异和地层倾角差异对水动力油气藏形成的影响，从而完成在动水条件下，不同水流速度和地层倾角对水动力油藏形成影响的实验，多角度、多因素展现水动力油藏的形成机理。
本发明的有益效果是：(1)本发明实验装置结构合理，操作方便，灵便轻巧，地层体模拟器两侧均连接蓄水箱，并通过防砂渗滤网进行防砂和减缓水流速度，能够模拟不同水流速度对水动力油藏形成的控制作用，保证了动水条件下进行实验的稳定。(2)与传统上将不整合面描述为平直型的现状或面状结构不同，本发明实验装置地层体模拟器为褶皱式箱体，为立体起伏的空间结构，能够通过改变地层体模拟器中所装砂体粒度和地层倾角，用来模拟在不同沉积环境下沉积物物性差异以及地层倾角差异对水动力油藏形成的影响，能够实现多角度、多因素展现水动力油藏形成机理，因此也能够很好地为本科生和研究生等实验教学服务。(3)本发明模拟装置设计的底座能够使装置的倾角可变，用以探讨地层单元产状(即倾角)对油聚集效率的影响。(4)本发明实验装置设计的水注入***、水输出***和供水池形成一个闭合的环路，实验过程中从水动力油运聚模拟箱中流出的水，可再次运用，能够有效节约实验用水。(5)本发明实验方法在实验过程中可以根据压力和流量的控制，实现对模拟过程的控制，以及充注压力、流速对油气运聚的影响。(6)本发明实验装置在外观上为360度全透明设计，实时三维观察油在水流作用遮挡下形成水动力油藏的运聚过程，实现三维可视化。
附图说明
附图1为本发明实施例1中水动力油藏物理模拟实验装置的结构图。
附图2为本发明实施例水动力油运聚模拟箱的箱体结构示意图。
附图3为本发明实施例地层体模拟器的结构示意图。
附图4为本发明实施例第一蓄水箱的结构示意图。
附图5为本发明实施例第二蓄水箱的结构示意图。
附图6为本发明实施例2中水动力油藏物理模拟实验装置的结构图。
附图7为本发明实施例2中底座的结构示意图。
附图8为本发明实施例3中水动力油藏物理模拟实验模型图。
附图9为本发明实施例4中水动力油藏物理模拟实验模型图。
附图10为本发明实施例5中水动力油藏物理模拟实验模型图。
附图11为本发明实施例6中水动力油藏物理模拟实验模型图。
图中，1、压力泵，2、供水池，3、箱体，4、地层体模拟器，5、第一蓄水箱，6、第二蓄水箱，7、防砂渗滤网，8、第一注油孔，9、第一注水孔，10、第一出水孔，11、第二注油孔，12第二注水孔、，13、第二出水孔，14、流体采集孔，15、卡板，16、卡槽，17、旋钮开关，18、旋转轴，19、进水软管，20、流速测量仪，21、压力表，22、稳压阀，23、出水软管，24、供油瓶，25、底座，26、底板，27、可伸缩支撑杆，28、橡皮垫脚，29、控制旋钮，30、螺栓，A、500微米粒径石英砂，B、750微米粒径石英砂，C、油运移方向，D、流水注入速率为100ml/min时的水流动方向，E、流水注入速率为200ml/min时的水流动方向。
具体实施方式
以下结合附图及几个实施例对本发明的实验装置及实验方法进行进一步的说明。
实施例1：如图1至5所示，一种水动力油藏物理模拟实验装置，包括水动力油运聚模拟箱、水注入***、水输出***和与压力泵1连接的供水池2，水动力油运聚模拟箱通过水注入***和水输出***与供水池2相连，形成闭合的环路；所述水动力油运聚模拟箱包括箱体3，在所述箱体3内设有地层体模拟器4、第一蓄水箱5和第二蓄水箱6，第一蓄水箱5和第二蓄水箱6分别位于地层体模拟器4的两侧，并与地层体模拟器4拆装式连接；地层体模拟器4的两侧面、第一蓄水箱5与地层体模拟器4连接的侧面以及第二蓄水箱6与地层体模拟器4连接的侧面均为防砂渗滤网7；所述地层体模拟器4的下端设有第一注油孔8，第一蓄水箱5的下端设有与水注入***连接的第一注水孔9，第二蓄水箱6的下端设有与水输出***连接的第一出水孔10，在所述箱体3上的相应位置分别设有第二注油孔11、与水注入***连接的第二注水孔12和与水输出***连接的第二出水孔13。由于水注入***、水输出***和供水池形成闭合的环路，在实验过程中，水从水动力油运聚模拟箱中流出后，还可以再次运用，可有效节约实验用水。供水池与压力泵相连，模拟实验时可以通过改变进口压力和水体流速的大小，考察供水压力和水体流速对油运聚的控制作用。通过改变地层体模拟器中所装砂体粒径可以模拟不同沉积环境下沉积物物性差异对水动力油藏形成的影响，通过第一蓄水箱实现对高压水流的缓冲作用，通过第二蓄水箱实现对流体的蓄集作用，并利用地层体模拟器两侧的防砂渗滤网以及第一蓄水箱和第二蓄水箱的防砂渗滤网的防砂和减缓水流速度的功能，保证动水条件下实验过程的稳定性，以及模拟不同水流速度对水动力油气藏形成的控制作用。进行模拟实验时，利用注射器将油直接从供油瓶24中由注油孔注入地层体模拟器内，油在浮力的作用下，向上运移，可实现对油运移过程的观察。
在本实施例中，如图3所示，所述地层体模拟器4为褶皱状的箱体，褶皱形成地层构造脊线，地层构造脊线代表地层形成的构造高点，在构造高点附近，势能较低，形成构造圈闭，油在水动力较弱时，在浮力作用下，油进入构造圈闭内，形成构造油藏。地层体模拟器4的左、右两侧均为防砂渗漏网7，其它侧面以及顶面和底面均为透明的薄层玻璃板组成，可承受10MPa的工作压力，同时可以保证实验过程的可视化。地层体模拟器4的顶端设有流体采集孔14，可对实验过程中的流体进行采样，检测其成分和性质的变化，譬如，对采集到油样的组分和分子生物标志物进行分析，可以研究油运移过程中的地址色层效应以及水洗过程对油组分的影响，从而深化地层油藏形成机制的认识。
在本实施例中，所述第一蓄水箱5的宽度小于第二蓄水箱6的宽度。第一蓄水箱的宽度为5-10cm，在实验中对高压水流起缓冲作用，同时可以保证水进入第一蓄水箱后，能大面积、均匀地、相近时间内进入地层体模拟器，使地层体内的水能够统一地、均匀地流动，从而避免在加大水流速度的情况下形成一股较大的水流，以保证实验过程的稳定性和科学性。第二蓄水箱的宽度为20-30cm，在实验中对流体起一定的蓄集作用，在不需要蓄集实验流体的情况下，可以直接打开第二蓄水箱下端的第一出水孔，将流体排出。
在本实施例中，如图3至5所示，第一蓄水箱5和第二蓄水箱6的边上均设有卡板15，地层体模拟器4的两侧对应位置设有卡槽16，第一蓄水箱5和第二蓄水箱6通过卡板15和卡槽16与地层体模拟器4联接在一起。
在本实施例中，如图3所示，在所述地层体模拟器4、第一蓄水箱5和第二蓄水箱6的防砂渗滤网7处均设有旋钮开关17，防砂渗滤网7的一端连接设置在地层体模拟器4、第一蓄水箱5和第二蓄水箱6的旋转轴18，另一端通过旋钮开关17固定。在实验过程中旋钮开关成闭合状态，的那个旋钮开关打开时，防砂渗滤网可以围绕一侧旋转轴打开，以满足地层体模拟器装砂的需要。地层体模拟器的顶盖也有旋钮开关固定，可以打开，进一步满足装砂的需要。
在本实施例中，如图1所示，所述水输入***包括进水软管19以及依次设置在进水软管19上的流速测量仪20、压力表21和稳压阀22，进水软管19一端与供水池2连接，一端与第一进水孔9和第二进水孔12连接。其中，流速测量仪和压力表对注入流体强度起检测作用，稳压阀实现对压力的控制。
在本实施例中，所述水输出***包括出水软管23，出水软管23的一端与供水池2连接，一端与第一出水孔10和第二出水孔13连接。水输出***将水动力油运聚模拟箱内流出的水回输进供水池内，如果实验过程中需要对流体进行地球化学检测，则水动力油运聚模拟箱内流出的水由出水软管直接放掉，不再回流进供水池，以避免对流体地球化学指标的检测造成干扰。当实验装置内有过量的流体需要向外释放时，即可打开出水孔，通过水输出***将过量流体排出实验装置，以保持实验的稳定性。
通过本实施例实验装置进行实验，不仅能够观察在地层体模拟器不同部位的油运聚过程，还可以对进入实验装置前后的油组分进行地球化学检测，如进行色谱-质谱检测，通过对生物标志物参数的变化分析油气运移效应以及流水对油组分造成的水洗现象。
实施例2：如图2至7所示，一种水动力油藏物理模拟实验装置，包括水动力油运聚模拟箱、水注入***、水输出***和与压力泵1连接的供水池2，水动力油运聚模拟箱通过水注入***和水输出***与供水池2相连，形成闭合的环路；所述水动力油运聚模拟箱包括箱体3，在所述箱体3内设有地层体模拟器4、第一蓄水箱5和第二蓄水箱6，第一蓄水箱5和第二蓄水箱6分别位于地层体模拟器4的两侧，并与地层体模拟器4拆装式连接；地层体模拟器4的两侧面、第一蓄水箱5与地层体模拟器4连接的侧面以及第二蓄水箱6与地层体模拟器4连接的侧面均为防砂渗滤网7；所述地层体模拟器4的下端设有第一注油孔8，第一蓄水箱5的下端设有与水注入***连接的第一注水孔9，第二蓄水箱6的下端设有与水输出***连接的第一出水孔10，在所述箱体3上的相应位置分别设有第二注油孔11、与水注入***连接的第二注水孔12和与水输出***连接的第二出水孔13。所述实验装置还包括底座25，所述底座25包括用于放置箱体3的底板26和安装在底板26下方的支架，所述支架包括安装于底板26底部的可伸缩性支撑杆27和位于可伸缩性支撑杆27底部的橡皮垫脚28，可伸缩性支撑杆27通过设置在可伸缩性支撑杆27上的控制旋钮29来调节高度。由于水注入***、水输出***和供水池形成闭合的环路，在实验过程中，水从水动力油运聚模拟箱中流出后，还可以再次运用，可有效节约实验用水。供水池与压力泵相连，模拟实验时可以通过改变进口压力和水体流速的大小，考察供水压力和水体流速对油运聚的控制作用。通过改变地层体模拟器中所装砂体粒径可以模拟不同沉积环境下沉积物物性差异对水动力油藏形成的影响，通过第一蓄水箱实现对高压水流的缓冲作用，通过第二蓄水箱实现对流体的蓄集作用，并利用地层体模拟器两侧的防砂渗滤网以及第一蓄水箱和第二蓄水箱的防砂渗滤网的防砂和减缓水流速度的功能，保证动水条件下实验过程的稳定性，以及模拟不同水流速度对水动力油气藏形成的控制作用。进行模拟实验时，利用注射器将油直接从供油瓶24中由注油孔注入地层体模拟器内，油在浮力的作用下，向上运移，可实现对油运移过程的观察。本实施例中设计有底座，通过控制旋钮调节可伸缩性支撑杆的高度，从而实现不同地层倾角对水动力油藏形成的影响。
在本实施例中，如图3所示，所述地层体模拟器4为褶皱状的箱体，褶皱形成地层构造脊线，地层构造脊线代表地层形成的构造高点，在构造高点附近，势能较低，形成构造圈闭，油在水动力较弱时，在浮力作用下，油进入构造圈闭内，形成构造油藏。地层体模拟器4的左、右两侧均为防砂渗漏网7，其它侧面以及顶面和底面均为透明的薄层玻璃板组成，可承受10MPa的工作压力，同时可以保证实验过程的可视化。地层体模拟器4的顶端设有流体采集孔14，可对实验过程中的流体进行采样，检测其成分和性质的变化，譬如，对采集到油样的组分和分子生物标志物进行分析，可以研究油运移过程中的地址色层效应以及水洗过程对油组分的影响，从而深化地层油藏形成机制的认识。
在本实施例中，所述第一蓄水箱5的宽度小于第二蓄水箱6的宽度。第一蓄水箱的宽度为5-10cm，在实验中对高压水流起缓冲作用，同时可以保证水进入第一蓄水箱后，能大面积、均匀地、相近时间内进入地层体模拟器，使地层体内的水能够统一地、均匀地流动，从而避免在加大水流速度的情况下形成一股较大的水流，以保证实验过程的稳定性和科学性。第二蓄水箱的宽度为20-30cm，在实验中对流体起一定的蓄集作用，在不需要蓄集实验流体的情况下，可以直接打开第二蓄水箱下端的第一出水孔，将流体排出。
在本实施例中，如图3至5所示，第一蓄水箱5和第二蓄水箱6的边上均设有卡板15，地层体模拟器4的两侧对应位置设有卡槽16，第一蓄水箱5和第二蓄水箱6通过卡板15和卡槽16与地层体模拟器4联接在一起。
在本实施例中，如图3所示，在所述地层体模拟器4、第一蓄水箱5和第二蓄水箱6的防砂渗滤网7处均设有旋钮开关17，防砂渗滤网7的一端连接设置在地层体模拟器4、第一蓄水箱5和第二蓄水箱6的旋转轴18，另一端通过旋钮开关17固定。在实验过程中旋钮开关成闭合状态，的那个旋钮开关打开时，防砂渗滤网可以围绕一侧旋转轴打开，以满足地层体模拟器装砂的需要。地层体模拟器的顶盖也有旋钮开关固定，可以打开，进一步满足装砂的需要。
在本实施例中，如图1所示，所述水输入***包括进水软管19以及依次设置在进水软管19上的流速测量仪20、压力表21和稳压阀22，进水软管19一端与供水池2连接，一端与第一进水孔9和第二进水孔12连接。其中，流速测量仪和压力表对注入流体强度起检测作用，稳压阀实现对压力的控制。
在本实施例中，所述水输出***包括出水软管23，出水软管23的一端与供水池2连接，一端与第一出水孔10和第二出水孔13连接。水输出***将水动力油运聚模拟箱内流出的水回输进供水池内，如果实验过程中需要对流体进行地球化学检测，则水动力油运聚模拟箱内流出的水由出水软管直接放掉，不再回流进供水池，以避免对流体地球化学指标的检测造成干扰。当实验装置内有过量的流体需要向外释放时，即可打开出水孔，通过水输出***将过量流体排出实验装置，以保持实验的稳定性。
如图7所示，在本实施例中，底板26的两侧分别设有三个螺栓30。底板26通过螺栓30与放置在其上层的箱体3固定联接。
通过本实施例实验装置进行实验，不仅能够观察在地层体模拟器不同部位的油运聚过程，还可以对进入实验装置前后的油组分进行地球化学检测，如进行色谱-质谱检测，通过对生物标志物参数的变化分析油气运移效应以及流水对油组分造成的水洗现象。
实施例3：以模拟地层倾角为30度的水动力油藏为例对本发明的实验方法进行说明。实验采用实施例2中所述的实验装置。实验时，按照如图8所示的水动力油藏物理模拟实验模型对地层体模拟器进行配置，图8所示模型中充填粒径500微米的石英砂，代表粗砂岩，流水注入速率为100ml/min。实验中采用染成红色的煤油代替油。
一种水动力油藏物理模拟实验方法，其具体实验步骤如下：
(1)准备模拟材料，检测模拟装置，对实验前的油成分进行检测分析，采集实验前的实验数据。
(2)将箱体打开，取出第一蓄水箱、第二蓄水箱和地层体模拟器，将第一蓄水箱和第二蓄水箱从地层体模拟器的卡槽中拔出。
(3)打开地层体模拟器的顶盖和两侧防砂渗滤网，充填好500微米粒径的饱含水的石英砂后，进行压实，然后盖好顶盖，关闭两侧防砂渗滤网，扣紧旋钮开关。
(4)将装配好的箱体放置于底座上，用螺栓将箱体与底板联接固定，调整支架的高度，使地层倾角为30度。
(5)配置好水注入***和水输出***，将水注入***的进水软管与第一注水孔和第二注水孔连接。
(6)按照实验要求调节好注入水压力。
(7)开始从第一注油孔和第二注油孔注入带染成红色的煤油。
(8)实验过程中观察煤油运聚现象，并实时照相或录像，并从流体采集孔采集油样。
(9)待煤油在地层体顶端形成规模的油聚集后，停止注油。
(10)开始从第一注水孔和第二注水孔按照100ml/min的水流速度向地层体模拟器注水。
(11)观察动水条件下，水流对油运移和聚集的影响，并实时照相或录像，并从流体采集孔采集油样。
(12)当需要排出过量流体时，打开第一出水孔和第二出水孔，使过量流体通过输出软管排出。
(13)达到实验要求后，停止物理模拟实验。
(14)对采集到的油样进行地球化学检测。
(15)结合实验观察，对比分析实验前后数据的差异，分析实验过程，总结油气运聚机理。
本实施例的实验中，煤油在浮力作用下缓慢向上运移，最后在地层体模拟器顶部的圈闭内形成聚集，油水界面保持水平。当注入100ml/min的水流速度后，形成的油藏慢慢倾斜，油水界面慢慢倾斜，油水界面与水平面形成一个小幅度倾角后逐渐稳定，表明水动力对原先形成的构造油藏产生了破坏，形成了油水界面倾斜的水动力油藏。
实施例4：以模拟地层倾角为30度的水动力油藏为例对本发明的实验方法进行说明。实验采用实施例2中所述的实验装置。实验时，按照如图9所示的水动力油藏物理模拟实验模型对地层体模拟器进行配置，图9所示模型中充填粒径500微米的石英砂，代表粗砂岩，流水注入速率为200ml/min。实验中采用染成红色的煤油代替油。
一种水动力油藏物理模拟实验方法，其具体实验步骤如下：
(1)准备模拟材料，检测模拟装置，对实验前的油成分进行检测分析，采集实验前的实验数据。
(2)将箱体打开，取出第一蓄水箱、第二蓄水箱和地层体模拟器，将第一蓄水箱和第二蓄水箱从地层体模拟器的卡槽中拔出。
(3)打开地层体模拟器的顶盖和两侧防砂渗滤网，充填好500微米粒径的饱含水的石英砂后，进行压实，然后盖好顶盖，关闭两侧防砂渗滤网，扣紧旋钮开关。
(4)将装配好的箱体放置于底座上，用螺栓将箱体与底板联接固定，调整支架的高度，使地层倾角为30度。
(5)配置好水注入***和水输出***，将水注入***的进水软管与第一注水孔和第二注水孔连接。
(6)按照实验要求调节好注入水压力。
(7)开始从第一注油孔和第二注油孔注入带染成红色的煤油。
(8)实验过程中观察煤油运聚现象，并实时照相或录像，并从流体采集孔采集油样。
(9)待煤油在地层体顶端形成规模的油聚集后，停止注油。
(10)开始从第一注水孔和第二注水孔按照200ml/min的水流速度向地层体模拟器注水。
(11)观察动水条件下，水流对油运移和聚集的影响，并实时照相或录像，并从流体采集孔采集油样。
(12)当需要排出过量流体时，打开第一出水孔和第二出水孔，使过量流体通过输出软管排出。
(13)达到实验要求后，停止物理模拟实验。
(14)对采集到的油样进行地球化学检测。
(15)结合实验观察，对比分析实验前后数据的差异，分析实验过程，总结油气运聚机理。
本实施例的实验过程与实施例3相似，煤油在浮力作用下缓慢向上运移，最后在地层体模拟器顶部的圈闭内形成聚集，油水界面保持水平。当注入200ml/min的水流速度后，形成的油藏慢慢倾斜，但油藏倾斜速度明显较实施例3加快，油水界面与水平面形成一个相对较大幅度的倾角后逐渐稳定。本实施例表明：加大水流速度后，水动力对原先形成的构造油藏破坏速度加快，形成了油水界面倾斜幅度较大的水动力油藏。
实施例5：以模拟地层倾角为30度的水动力油藏为例对本发明的实验方法进行说明。实验采用实施例2中所述的实验装置。实验时，按照如图10所示的水动力油藏物理模拟实验模型对地层体模拟器进行配置，图10所示模型中充填粒径750微米的石英砂，代表砂岩，流水注入速率为100ml/min。实验中采用染成红色的煤油代替油。
一种水动力油藏物理模拟实验方法，其具体实验步骤如下：
(1)准备模拟材料，检测模拟装置，对实验前的油成分进行检测分析，采集实验前的实验数据。
(2)将箱体打开，取出第一蓄水箱、第二蓄水箱和地层体模拟器，将第一蓄水箱和第二蓄水箱从地层体模拟器的卡槽中拔出。
(3)打开地层体模拟器的顶盖和两侧防砂渗滤网，充填好750微米粒径的饱含水的石英砂后，进行压实，然后盖好顶盖，关闭两侧防砂渗滤网，扣紧旋钮开关。
(4)将装配好的箱体放置于底座上，用螺栓将箱体与底板联接固定，调整支架的高度，使地层倾角为30度。
(5)配置好水注入***和水输出***，将水注入***的进水软管与第一注水孔和第二注水孔连接。
(6)按照实验要求调节好注入水压力。
(7)开始从第一注油孔和第二注油孔注入带染成红色的煤油。
(8)实验过程中观察煤油运聚现象，并实时照相或录像，并从流体采集孔采集油样。
(9)待煤油在地层体顶端形成规模的油聚集后，停止注油。
(10)开始从第一注水孔和第二注水孔按照100ml/min的水流速度向地层体模拟器注水。
(11)观察动水条件下，水流对油运移和聚集的影响，并实时照相或录像，并从流体采集孔采集油样。
(12)当需要排出过量流体时，打开第一出水孔和第二出水孔，使过量流体通过输出软管排出。
(13)达到实验要求后，停止物理模拟实验。
(14)对采集到的油样进行地球化学检测。
(15)结合实验观察，对比分析实验前后数据的差异，分析实验过程，总结油气运聚机理。
本实施例的实验过程与实施例3相似，煤油在浮力作用下缓慢向上运移，但运移速度较实施例3明显加快，最后在地层体模拟器顶部的圈闭内形成聚集，油水界面保持水平。当注入100ml/min的水流速度后，形成的油藏慢慢倾斜，但油藏倾斜速度明显较实施例3加快，油水界面与水平面形成一个倾角后逐渐稳定。本实施例表明：加大储层物性后，油运移的速度加快，水流形成的水动力也相对加强，对原先形成的构造油藏破坏速度也会加快，对形成新的水动力油藏有利。
实施例6：以模拟地层倾角为45度的水动力油藏为例对本发明的实验方法进行说明。实验采用实施例2中所述的实验装置。实验时，按照如图11所示的水动力油藏物理模拟实验模型对地层体模拟器进行配置，图11所示模型中充填粒径500微米的石英砂，代表粗砂岩，流水注入速率为100ml/min。实验中采用染成红色的煤油代替油。
一种水动力油藏物理模拟实验方法，其具体实验步骤如下：
(1)准备模拟材料，检测模拟装置，对实验前的油成分进行检测分析，采集实验前的实验数据。
(2)将箱体打开，取出第一蓄水箱、第二蓄水箱和地层体模拟器，将第一蓄水箱和第二蓄水箱从地层体模拟器的卡槽中拔出。
(3)打开地层体模拟器的顶盖和两侧防砂渗滤网，充填好500微米粒径的饱含水的石英砂后，进行压实，然后盖好顶盖，关闭两侧防砂渗滤网，扣紧旋钮开关。
(4)将装配好的箱体放置于底座上，用螺栓将箱体与底板联接固定，调整支架的高度，使地层倾角为45度。
(5)配置好水注入***和水输出***，将水注入***的进水软管与第一注水孔和第二注水孔连接。
(6)按照实验要求调节好注入水压力。
(7)开始从第一注油孔和第二注油孔注入带染成红色的煤油。
(8)实验过程中观察煤油运聚现象，并实时照相或录像，并从流体采集孔采集油样。
(9)待煤油在地层体顶端形成规模的油聚集后，停止注油。
(10)开始从第一注水孔和第二注水孔按照100ml/min的水流速度向地层体模拟器注水。
(11)观察动水条件下，水流对油运移和聚集的影响，并实时照相或录像，并从流体采集孔采集油样。
(12)当需要排出过量流体时，打开第一出水孔和第二出水孔，使过量流体通过输出软管排出。
(13)达到实验要求后，停止物理模拟实验。
(14)对采集到的油样进行地球化学检测。
(15)结合实验观察，对比分析实验前后数据的差异，分析实验过程，总结油气运聚机理。
本实施例的实验过程与实施例3相似，煤油在浮力作用下缓慢向上运移，但运移速度较实施例3明显加快，最后在地层体模拟器顶部的圈闭内形成聚集，油水界面保持水平。当注入100ml/min的水流速度后，形成的油藏慢慢倾斜，但油藏倾斜速度明显较实施例3减慢，油水界面与水平面形成一个小幅度倾角后逐渐稳定。本实施例表明：加大地层倾角后，油运移的速度加快，水流形成的水动力对原先形成的构造油藏破坏力减小，破坏随度也减慢，形成水动力油藏更加困难。
作为上述实施例的延伸，可以同时改变注入的水流速度、地层体模拟器中充填砂体粒度、地层体模拟器倾角等，实现模拟水动力油藏的形成过程。
上述实施例用来解释本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种水动力油藏物理模拟实验方法，基于水动力油藏物理模拟实验装置而实现，其特征在于：所述模拟实验装置包括水动力油运聚模拟箱、水注入***、水输出***和与压力泵连接的供水池，水动力油运聚模拟箱通过水注入***和水输出***与供水池相连，形成闭合的环路；所述水动力油运聚模拟箱包括箱体，在所述箱体内设有地层体模拟器、第一蓄水箱和第二蓄水箱，第一蓄水箱和第二蓄水箱分别位于地层体模拟器的两侧，并与地层体模拟器拆装式连接；地层体模拟器的两侧面、第一蓄水箱与地层体模拟器连接的侧面以及第二蓄水箱与地层体模拟器连接的侧面均为防砂渗滤网；所述地层体模拟器的下端设有第一注油孔，第一蓄水箱的下端设有与水注入***连接的第一注水孔，第二蓄水箱的下端设有与水输出***连接的第一出水孔，在所述箱体上的相应位置分别设有第二注油孔、与水注入***连接的第二注水孔和与水输出***连接的第二出水孔；
所述模拟实验方法具体实验步骤如下：
(1)准备模拟材料，检测模拟实验装置，对实验前的油成分进行检测分析，采集实验前的实验数据；
(2)将箱体打开，取出第一蓄水箱、第二蓄水箱和地层体模拟器，将第一蓄水箱和第二蓄水箱与地层体模拟器分离；
(3)打开地层体模拟器，充填好实验要求粒径的饱含水的石英砂后，进行压实，然后闭合；
(4)配置好水注入***和水输出***，将水注入***的进水软管与第一注水孔和第二注水孔连接；
(5)按照实验要求调节好注入水压力；
(6)开始从第一注油孔和第二注油孔注入油；
(7)实验过程中观察油运聚现象，并实时照相或录像，并采集油样；
(8)待油在地层体顶端形成规模的油聚集后，停止注油；
(9)开始从第一注水孔和第二注水孔按照实验要求的水流速度向地层体模拟器注水；
(10)观察动水条件下，水流对油运移和聚集的影响，并实时照相或录像，并采集油样；
(11)当需要排出过量流体时，打开第一出水孔和第二出水孔，使过量流体通过水输出***排出或回到供水池；
(12)达到实验要求后，停止物理模拟实验；
(13)对采集到的油样进行地球化学检测；
(14)结合实验观察，对比分析实验前后数据的差异，分析实验过程，总结油气运聚机理。
2.根据权利要求1所述的水动力油藏物理模拟实验方法，其特征在于：所述地层体模拟器为褶皱状的箱体，褶皱形成地层构造脊线；所述第一蓄水箱的宽度小于第二蓄水箱的宽度。
3.根据权利要求1所述的水动力油藏物理模拟实验方法，其特征在于：第一蓄水箱和第二蓄水箱的边上均设有卡板，地层体模拟器的两侧对应位置设有卡槽，第一蓄水箱和第二蓄水箱通过卡板和卡槽与地层体模拟器联接在一起。
4.根据权利要求1至3任意一项所述的水动力油藏物理模拟实验方法，其特征在于：地层体模拟器的左、右两侧均为防砂渗漏网，其它侧面以及顶面和底面均为透明的薄层玻璃板组成，地层体模拟器的顶端设有流体采集孔。
5.根据权利要求1所述的水动力油藏物理模拟实验方法，其特征在于：在所述地层体模拟器、第一蓄水箱和第二蓄水箱的防砂渗滤网处均设有旋钮开关，防砂渗滤网的一端连接设置在地层体模拟器、第一蓄水箱和第二蓄水箱的旋转轴，另一端通过旋钮开关固定。
6.根据权利要求1所述的水动力油藏物理模拟实验方法，其特征在于：所述水注入***包括进水软管以及依次设置在进水软管上的流速测量仪、压力表和稳压阀，进水软管一端与供水池连接，一端与第一进水孔和第二进水孔连接；所述水输出***包括出水软管，出水软管的一端与供水池连接，一端与第一出水孔和第二出水孔连接。
7.一种水动力油藏物理模拟实验方法，基于水动力油藏物理模拟实验装置而实现，其特征在于：
所述模拟实验装置包括水动力油运聚模拟箱、水注入***、水输出***和与压力泵连接的供水池，水动力油运聚模拟箱通过水注入***和水输出***与供水池相连，形成闭合的环路；所述水动力油运聚模拟箱包括箱体，在所述箱体内设有地层体模拟器、第一蓄水箱和第二蓄水箱，第一蓄水箱和第二蓄水箱分别位于地层体模拟器的两侧，并与地层体模拟器拆装式连接；地层体模拟器的两侧面、第一蓄水箱与地层体模拟器连接的侧面以及第二蓄水箱与地层体模拟器连接的侧面均为防砂渗滤网；所述地层体模拟器的下端设有第一注油孔，第一蓄水箱的下端设有与水注入***连接的第一注水孔，第二蓄水箱的下端设有与水输出***连接的第一出水孔，在所述箱体上的相应位置分别设有第二注油孔、与水注入***连接的第二注水孔和与水输出***连接的第二出水孔；所述实验装置还包括底座，所述底座包括用于放置箱体的底板和安装在底板下方的支架；
所述模拟实验的具体实验步骤如下：
(1)准备模拟材料，检测模拟实验装置，对实验前的油成分进行检测分析，采集实验前的实验数据；
(2)将箱体打开，取出第一蓄水箱、第二蓄水箱和地层体模拟器，将第一蓄水箱和第二蓄水箱与地层体模拟器分离；
(3)打开地层体模拟器，充填好实验要求粒径的饱含水的石英砂后，进行压实，然后闭合；
(4)将装配好的箱体放置于底座上，将箱体与底板联接固定，调整支架的高度；
(5)配置好水注入***和水输出***，将水注入***的进水软管与第一注水孔和第二注水孔连接；
(6)按照实验要求调节好注入水压力；
(7)开始从第一注油孔和第二注油孔注入油；
(8)实验过程中观察油运聚现象，并实时照相或录像，并采集油样；
(9)待油在地层体顶端形成规模的油聚集后，停止注油；
(10)开始从第一注水孔和第二注水孔按照实验要求的水流速度向地层体模拟器注水；
(11)观察动水条件下，水流对油运移和聚集的影响，并实时照相或录像，并采集油样；
(12)当需要排出过量流体时，打开第一出水孔和第二出水孔，使过量流体通过水输出***排出或回到供水池；
(13)达到实验要求后，停止物理模拟实验；
(14)对采集到的油样进行地球化学检测；
(15)结合实验观察，对比分析实验前后数据的差异，分析实验过程，总结油气运聚机理。
8.根据权利要求7所述的水动力油藏物理模拟实验方法，其特征在于：所述支架包括安装于底板底部的可伸缩性支撑杆和位于可伸缩性支撑杆底部的橡皮垫脚。
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