專利名稱：一種烴類微滲漏模擬實驗裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種油氣勘探實驗裝置，具體涉及一種烴類微滲漏模擬實驗裝置。
背景技術(shù)：
烴類微滲漏基礎(chǔ)理論研究，早期以前蘇聯(lián)的工作最為系統(tǒng)、全面；以美國為代表的 西方國家隨后也對此開展過大量的研究工作，并獲得了有意義的成果。我國的科研人員，尤 其是從事油氣化探工作的科研人員，長期致力于烴類微滲漏理論研究，進行了卓有成效的 努力。但是由于烴類微滲漏實驗?zāi)M難度極大，關(guān)于烴類微滲漏基礎(chǔ)理論的觀點絕大部分 都沒有通過系統(tǒng)的實驗來驗證，還處于假說階段。
另外，烴類垂向微滲漏是油氣運移研究的一個組成部分，目前對油氣初次運移、二 次運移的實驗?zāi)M，國內(nèi)外已經(jīng)過幾十年的研究，獲得了大量研究成果，實驗裝置也在不斷 改進，從一維模型、二維模型乃至三維模型。油氣初次運移、二次運移研究工作的手段和研 究成果成為烴類垂向微滲漏實驗?zāi)M的從設(shè)想到實踐的推動力。
目前，已有的的模擬實驗裝置為以下兩種 1、 Trost用外涂硅膠或硅氧烷被膜的細砂和硅藻土裝配成一個大色層柱，來模擬 地球內(nèi)部各種迭置的水飽和沉積層。往該模擬色層柱內(nèi)通入He、 H2、 N2、 C02和CO等地殼內(nèi) 常見的氣體作為載氣，觀察柱中烴類組分的移動和分離過程。模擬結(jié)果證實，地殼及其各種 飽含水的沉積物可充當一個巨大的色層柱，允許烴類組分以分子形式運移和分離，吸附在 固相表面的烴氣可隨載氣向上移動。 2、 Brown (2000)用"窄縫槽模擬法"定量研究了氣體沿垂直裂隙上升的行為，模擬 從運移速率、運移通量以及所需能量幾個方面比較了膠體態(tài)氣泡和連續(xù)氣相運移機制的差 異。他通過模擬結(jié)果認為，裂隙中連續(xù)氣相運移機制不論從運移速率還是所需能量方面都 比孤立氣泡運移機制更有效地解釋了油氣藏上方存在的烴類異?，F(xiàn)象，只是這種機制要求 的裂隙寬度很小。 但是由于分析測試、材料條件限制，實驗針對目的不同，以及烴類垂向微滲漏的復(fù) 雜性，國內(nèi)外所做的模擬烴類垂向微滲漏的裝置，實驗條件簡單，實驗裝置簡易，實驗?zāi)M 所解決的問題比較單一，實驗結(jié)果與人們對烴類垂向微滲漏基礎(chǔ)理論研究的期望程度存在 較大的差距。簡單的烴類垂向微滲漏實驗?zāi)M不能解決實際地質(zhì)問題，也無法回答地質(zhì)學 家對于油氣地球化學勘探機理的質(zhì)疑，阻礙了油氣化探的發(fā)展及其在油氣勘探中應(yīng)發(fā)揮的 作用。 烴類垂向微滲漏模擬之所以難以進行，主要是因為存在以下幾個難點如何建造 模擬地層的柱體；在模擬柱體內(nèi)部如何取樣，以及連續(xù)取樣分析而不對微滲漏造成干擾。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)中的難點，提供一種烴類微滲漏模擬實驗裝 置，通過模擬實驗、分析，從機理上描述烴類垂向微滲漏的過程及其在地表形成的共生地球化學場、地球物理場、生物地球化學場，并夯實烴類垂向微滲漏的基礎(chǔ)理論，引導(dǎo)建立高效 的油氣信息檢測技術(shù)，為能源勘探更好地服務(wù)。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的 —種烴類微滲漏模擬實驗裝置，用于對烴類在地層中的微滲漏進行模擬和采樣。
以上所述模擬實驗裝置包括地質(zhì)模擬系統(tǒng)、烴源控制系統(tǒng)和采樣系統(tǒng)。 所述地質(zhì)模擬系統(tǒng)用于模擬所研究的地層，其包括模擬柱體、土壤層和地層溫度 壓力控制裝置；所述土壤層置于模擬柱體上端面，所述地層溫度壓力控制裝置與模擬柱體 底端相連，用于對模擬柱體的溫度和壓力進行控制。 具體來講，所述地層溫度壓力控制裝置包括水槽、加熱板和恒壓泵。將所述模擬柱 體的底端置于所述水槽內(nèi)，讓柱體底端面與水槽底部內(nèi)表面接觸。同時，水槽口內(nèi)翻，與所 述模擬柱體下部四周接觸處密封連接，此密封連接可通過將密封膠涂抹于模擬柱體和水槽 口的接觸帶來實現(xiàn)，這樣就在水槽與模擬柱體間形成了密閉空間，在此密閉空間內(nèi)裝有水。 為了模擬真實地球內(nèi)部溫度的變化，需要對水槽中的水進行加熱。將加熱板置于水槽下面， 并與水槽底部外表面相連。為提高加熱效率，加熱板優(yōu)選電加熱材料，其被涂敷在所述水槽 底部外表面。另外，為了控制所述模擬柱體底部的壓力，采用了由微機控制的恒壓泵，其位 于所述水槽外部，通過管路與所述水槽相連通。通過調(diào)節(jié)所述恒壓泵就可以控制水槽中水 的壓力，從而控制所述模擬柱體底部的壓力，進而實現(xiàn)了地質(zhì)模型對于壓力變化的模擬。
為了實時檢測所述模擬柱體內(nèi)各測量點的溫度，所述地層溫度壓力控制裝置還可 包括一組測溫探頭。將所述測溫探頭設(shè)置于所述的模擬柱體內(nèi)的各測量點處，用于檢測各 點的溫度。 優(yōu)選的模擬柱體為立式方形柱體，材料采用具有模擬地質(zhì)模型所對應(yīng)的蓋層特性 的材料，通過澆注而形成。為了保證烴類氣體密封在柱體內(nèi)，防止其溢出柱體，在所述模擬 柱體四周外側(cè)面均涂有密封層。另外，為了防止模擬柱體通過柱體側(cè)面與大氣進行溫度交 換，在所述模擬柱體伸出水槽外的部分的密封層外還裝有保溫層。為方便土壤層的填充，在 所述模擬柱體的頂部還設(shè)有方形柱體筐，用于放置所述的土壤層。 為了滿足模擬中對不同烴源壓力的需求，所述烴源控制系統(tǒng)包括模擬烴源體、高 壓烴源及烴源壓力控制裝置。所述模擬烴源體置于所述模擬柱體內(nèi)，而所述的高壓烴源位 于所述模擬柱體外。所述模擬烴源體通過管路與所述烴源壓力控制裝置相連，烴源壓力控 制裝置再通過管路與所述高壓烴源體相連，這樣高壓烴源就可以從模擬柱體外部由管路經(jīng) 過壓力控制裝置流至柱體內(nèi)的模擬烴源體，從而模擬不同壓力狀態(tài)下，烴類在柱體內(nèi)的運 移情況。具體來講，所述烴源壓力控制裝置包括壓力恒定閥和開關(guān)閥。通過管路，所述高壓 烴源依次與所述開關(guān)閥、壓力恒定閥和模擬烴源體相連。 為滿足采集氣體用于分析的需要，采樣系統(tǒng)包括一組氣體采集探頭、一組采集管 路和一組采集接口 。所述采集探頭置于所述的模擬柱體和所述土壤層內(nèi)的各采集點處，用 于采集柱體內(nèi)和土壤層內(nèi)各點的烴類氣體。所述采集接口位于所述模擬柱體外，每一個采 集探頭通過一根采集管路與一個采集接口相連。為了不對烴類微滲漏造成干擾，所述采集 管路優(yōu)選為毛細管。在實驗時，將進樣器與采集接口連接，直接抽取毛細管內(nèi)的氣體，進行 色譜分析，從而可以實現(xiàn)連續(xù)追蹤模擬柱體以及上覆土壤層內(nèi)的烴氣濃度變化情況。
為了便于顯示和操作，該模擬實驗裝置還裝有一個控制面板，所述模擬柱體內(nèi)的測溫探頭分別與所述的控制面板進行電連接，通過控制面板實時顯示各測量點的溫度。同 時，所述控制面板還通過電連接控制所述電熱板的加熱溫度，通過控制水槽中水的溫度，從 而實現(xiàn)模擬柱體在縱向上具有一定的溫度梯度。另外，所述控制面板還用于顯示所述水槽 中水的壓力以及所述模擬烴源體的壓力。 另外，為了移動和操作方便，該模擬實驗裝置還可裝有一個支架，所述支架為空心 框架，其尺寸與所述水槽相匹配，其頂部與所述的水槽底部相連。所述的溫度控制面板也可 裝在所述支架上。因為模擬柱體體積較大，為方便移動該實驗裝置，所述支架底部可裝有輪 子。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是(l)實現(xiàn)了在模擬柱體內(nèi)對烴類的連續(xù)
檢測，使得模擬柱體的體積規(guī)模變大，并使得模擬柱體可以在濕體系狀態(tài)下工作，從而實現(xiàn) 了對簡化地質(zhì)模型的真實模擬，并以模擬的實驗數(shù)據(jù)充實了對化探機理的理論研究；(2)
大規(guī)模柱體保證了可以在柱體內(nèi)設(shè)置較多的測量點，減少了測量時對烴類運移的影響，提 高了模擬實驗的真實性和可靠性；(3)由微機控制的恒壓泵，方便地控制和改變模擬柱體 底部的壓力，容易滿足地質(zhì)模型對壓力條件的要求，保證了模擬柱體滿足濕體系的實驗要 求；(4)高效的溫控系統(tǒng)，從模擬柱體底部加熱，滿足了地質(zhì)模型對于真實地球內(nèi)部溫度梯 度的要求。(5)烴源控制系統(tǒng)，可以方便控制烴源的壓力，從而滿足實驗中對不同烴源壓力 的需求。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細描述 圖1為本發(fā)明烴類微滲漏模擬實驗裝置結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明中烴源壓力控制系統(tǒng)示意圖。
圖3為本發(fā)明中水槽底部的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4為本發(fā)明中水槽中隔板示意圖 各幅附圖具體的說明將結(jié)合下面的具體實施方式
加以說明。
具體實施例方式
本發(fā)明的烴類微滲漏模擬實驗裝置如圖1所示，包括地質(zhì)模擬系統(tǒng)、烴源控制系 統(tǒng)和采樣系統(tǒng)。 所述地質(zhì)模擬系統(tǒng)用于模擬所研究的地層，其包括模擬柱體3、土壤層4和地層溫 度壓力控制裝置；所述土壤層4置于模擬柱體3上端面，所述地層溫度壓力控制裝置與模擬 柱體3底端相連，用于對模擬柱體的溫度和壓力進行控制。 模擬柱體3為立式方形柱體，材料采用具有模擬地質(zhì)模型所對應(yīng)的蓋層特性的水 泥、石英砂、水按適當配比，通過澆注而形成。為了保證烴類氣體密封在模擬柱體3內(nèi)，防止 其溢出模擬柱體3外，在所述模擬柱體3四周外側(cè)面及底端面均涂有密封層13。另外，為了 防止模擬柱體3通過柱體側(cè)面與大氣進行溫度交換，在所述模擬柱體3伸出水槽2外的部 分的密封層13外還裝有保溫層5。為方便土壤層4的填充，在所述模擬柱體3的頂部還設(shè) 有方形柱體筐，用于放置所述的土壤層4。 所述地層溫度壓力控制裝置包括水槽2、加熱板6和恒壓泵8。將所述模擬柱體3的底端置于水槽2內(nèi)，讓柱體底端面與水槽2底部內(nèi)表面接觸。同時，水槽2 口內(nèi)翻，與模 擬柱體3下部四周接觸處密封連接，此密封連接是通過將密封膠涂抹于模擬柱體3和水槽 口的接觸帶來實現(xiàn)的，這樣就在水槽2與模擬柱體3之間形成了密閉空間，在此密閉空間內(nèi) 裝有水。為了模擬真實地球內(nèi)部溫度的變化，需要對水槽中的水進行加熱。此處的加熱板 6為涂敷在所述水槽底部外表面的電加熱材料。另外，為了控制所述模擬柱體3底部的壓 力，采用了由微機控制的恒壓泵8，其位于所述水槽外部，通過管路12與水槽2底部均勻布 設(shè)的36個進水點20相連通，如圖3所示。通過調(diào)節(jié)所述恒壓泵8就可以控制水槽2中水 的壓力，從而控制所述模擬柱體3底部的壓力，進而實現(xiàn)了地質(zhì)模型對于壓力變化的模擬。 圖4所示，為了提高水槽2的強度，在水槽2中焊接了隔板19，隔板中有孔21，以利于滲水。
為了實時檢測所述模擬柱體內(nèi)各測量點的溫度，所述地層溫度壓力控制裝置還包 括一組測溫探頭16。在所述模擬柱體3內(nèi)距離柱體中心20厘米處，縱向均勻設(shè)有5個溫度 測量點，將所述測溫探頭16設(shè)置于所述的模擬柱體3內(nèi)的各溫度測量點處。
為了滿足模擬實驗中對不同烴源壓力的需求，所述烴源控制系統(tǒng)包括模擬烴源體 14、高壓烴源7及所述烴源壓力控制裝置。所述模擬烴源體14置于所述模擬柱體3內(nèi)距底 部5厘米的中心位置，以便盡量減少柱體壁的封閉作用所形成的邊界作用的影響。而所述 的高壓烴源7位于所述模擬柱體3外，用于保證供給柱體內(nèi)模擬烴源體14的壓力恒定。如 圖2所示，所述烴源壓力控制裝置包括壓力恒定閥17和開關(guān)閥18。通過管路15，所述高壓 烴源7依次與所述開關(guān)閥18、壓力恒定閥17和模擬烴源體相連，這樣高壓烴源7就可以從 模擬柱體外部由管路經(jīng)過開關(guān)閥、壓力恒定閥流至柱體3內(nèi)的模擬烴源體。氣體壓力控制 在模擬柱體3的突破壓力以下，使烴類緩慢滲漏，從而模擬不同壓力狀態(tài)下，烴類在柱體內(nèi) 的運移情況。 如圖1所示，為滿足采集氣體用于分析的需要，采樣系統(tǒng)包括一組氣體采集探頭 10、一組采集管路22和一組采集接口 23。在所述模擬柱體3內(nèi)設(shè)置了五層烴氣采集層，每 層設(shè)有25個采集點；在所述土壤層4內(nèi)設(shè)置了兩層烴氣采集層，每層設(shè)有25個采集點。所 述采集探頭10置于所述的模擬柱體3和所述土壤層4內(nèi)的各采集點處，用于采集模擬柱體 3內(nèi)和土壤層4內(nèi)各點的烴類氣體。所述采集接口 23位于所述模擬柱體3夕卜，每一個采集 探頭10通過一根采集管路22與一個采集接口 23相連。為了不對烴類微滲漏造成干擾，所 述采集管路22采用毛細管。在實驗時，將進樣器與采集接口連接，直接抽取毛細管內(nèi)的氣 體，進行色譜分析，從而可以實現(xiàn)連續(xù)追蹤模擬柱體以及上覆土壤層內(nèi)的烴氣濃度變化情 況。 為了便于顯示和操作，該模擬實驗裝置還裝有一個控制面板ll，所述模擬柱體3 內(nèi)的測溫探頭16分別與所述的控制面板11進行電連接，通過控制面板11實時顯示各測量 點的溫度。同時，所述控制面板11還通過電連接控制所述加熱板6的加熱溫度，通過控制 水槽2中水的溫度，從而實現(xiàn)模擬柱體3在縱向上具有一定的溫度梯度。另外，所述控制面 板11還用于顯示所述水槽2中水的壓力以及所述模擬烴源體14的壓力。
此外，為了方便操作，該模擬實驗裝置還裝有一個支架l，所述支架1為空心框架， 其尺寸與所述水槽2相匹配，其頂部與所述的水槽2底部相連。所述的溫度控制面板11也 安裝在所述支架1上。因為模擬柱體3體積較大，為方便移動該實驗裝置，所述支架1底部 裝有輪子9。
此實施例中，模擬柱體的規(guī)模達到了底端面邊長1米，高1. 2米，大模擬柱體的建 造保證了可以在柱體內(nèi)設(shè)置較多的測量點，減少了測量時對烴類運移的影響，提高了模擬 實驗的真實性和可靠性。地質(zhì)溫度壓力控制裝置的設(shè)計滿足了地質(zhì)模型對于真實地球內(nèi)部 溫度梯度以及壓力的模擬需求。同時，烴源控制系統(tǒng)實現(xiàn)了對不同烴源壓力的模擬。另外， 采樣系統(tǒng)滿足了連續(xù)采樣的需求，并且減小了采樣對烴類運移的影響。綜上所述，本發(fā)明解 決了現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，實現(xiàn)了對簡化地質(zhì)模型的真實模擬，以模擬的實驗數(shù)據(jù)充實了 化探機理的理論研究。 上述技術(shù)方案只是本發(fā)明的一種實施方式，對于本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員而言，在本 發(fā)明公開了應(yīng)用方法和原理的基礎(chǔ)上，很容易做出各種類型的改進或變形，而不僅限于本 發(fā)明上述具體實施方式
所描述的方法，因此前面描述的方式只是優(yōu)選地，而并不具有限制 性的意義。
權(quán)利要求
一種烴類微滲漏模擬實驗裝置，其特征在于，所述模擬實驗裝置用于對烴類在地層中的微滲漏進行模擬和采樣；所述模擬實驗裝置包括地質(zhì)模擬系統(tǒng)、烴源控制系統(tǒng)和采樣系統(tǒng)；所述地質(zhì)模擬系統(tǒng)包括模擬柱體、土壤層和地層溫度壓力控制裝置；所述土壤層置于模擬柱體上端面；所述地層溫度壓力控制裝置用于對模擬柱體的溫度和壓力進行控制，其與模擬柱體底端相連；所述烴源控制系統(tǒng)包括模擬烴源體、高壓烴源及烴源壓力控制裝置；所述模擬烴源體置于所述模擬柱體內(nèi)，所述的高壓烴源位于所述模擬柱體外；所述模擬烴源體通過管路與所述烴源壓力控制裝置相連，烴源壓力控制裝置再通過管路與所述高壓烴源體相連；所述采樣系統(tǒng)包括一組氣體采集探頭、一組采集管路和一組采集接口；所述采集探頭置于所述的模擬柱體內(nèi)和所述土壤層內(nèi)的各采集點處，用于采集所述模擬柱體內(nèi)和土壤層內(nèi)各點的烴類氣體；所述采集接口位于所述模擬柱體外部，每一個采集探頭通過一根采集管路與一個采集接口相連。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的烴類微滲漏模擬實驗裝置，其特征在于所述地層溫度壓力 控制裝置包括水槽、加熱板和恒壓泵；所述模擬柱體的底端置于所述水槽內(nèi)，模擬柱體底端 面與水槽底部內(nèi)表面接觸；水槽口內(nèi)翻，與所述模擬柱體下部四周接觸處用膠封閉；所述 水槽與模擬柱體間形成密閉空間，在此密閉空間內(nèi)裝有水；加熱板與水槽底部外表面相連； 所述恒壓泵位于所述水槽外部，通過管路與所述水槽相連通。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的烴類微滲漏模擬實驗裝置，其特征在于所述烴源壓力控制裝 置包括壓力恒定閥和開關(guān)閥；通過管路，所述高壓烴源依次與所述開關(guān)閥、壓力恒定閥和模 擬烴源體相連。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的烴類微滲漏模擬實驗裝置，其特征在于所述采集管路為毛細管。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的烴類微滲漏模擬實驗裝置，其特征在于所述模擬柱體為立式 方形柱體；所述模擬柱體四周外側(cè)面及底端面涂有密封層；在所述模擬柱體伸出水槽外的 部分的密封層外還裝有保溫層；所述模擬柱體的頂部設(shè)有方形柱體筐，用于放置所述的土壤層。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的烴類微滲漏模擬實驗裝置，其特征在于所述地層溫度壓力控 制裝置還包括一組測溫探頭；所述測溫探頭設(shè)置于所述的模擬柱體內(nèi)的各測量點，用于檢 測各點的溫度；所述加熱板為電加熱材料，其被涂敷在所述水槽底部外表面。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l-6之一所述的烴類微滲漏模擬實驗裝置，其特征在于所述模擬實 驗裝置還包括一個控制面板，所述模擬柱體內(nèi)的測溫探頭分別與所述的控制面板進行電連 接，通過控制面板實時顯示各測量點的溫度；所述控制面板還通過電連接控制所述電熱板 的加熱溫度；所述控制面板還用于顯示所述水槽中水的壓力以及所述模擬烴源體的壓力。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l-6之一所述的烴類微滲漏模擬實驗裝置，其特征在于所述模擬實驗 裝置包括一個支架，支架為空心框架，其尺寸與所述水槽相匹配，其頂部與所述的水槽底部 相連；所述的控制面板裝在所述支架上；所述支架底部裝有輪子，用于移動支架。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種烴類微滲漏模擬實驗裝置，包括地質(zhì)模擬系統(tǒng)、烴源控制系統(tǒng)和采樣系統(tǒng)。其中，地質(zhì)模擬系統(tǒng)包括模擬柱體、土壤層和地層溫度壓力控制裝置，模擬柱體頂端放置土壤層，底端與地層溫度壓力控制裝置相連；烴源控制系統(tǒng)包括模擬烴源體、高壓烴源及烴源壓力控制裝置，模擬烴源體置于所述模擬柱體內(nèi)部，高壓烴源通過烴源壓力控制裝置對模擬烴源的壓力進行控制；采樣系統(tǒng)包括一組氣體采集探頭、采集管路和采集接口，氣體采集探頭置于所述模擬柱體和土壤層內(nèi)，通過采集管路與采集接口相聯(lián)。此發(fā)明實現(xiàn)了對簡化地質(zhì)模型的真實模擬，首次實現(xiàn)了在模擬柱體內(nèi)對烴類的連續(xù)采樣分析，解決了多個實際的地質(zhì)問題，開辟了研究化探機理的新途徑。
文檔編號G01N33/00GK101726559SQ20081022535
公開日2010年6月9日 申請日期2008年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月31日
發(fā)明者任春, 李吉鵬, 王國建, 程同錦, 范明, 陳偉鈞 申請人:中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司石油勘探開發(fā)研究院