實時在線定量物理模擬油氣運移路徑裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及油氣運移技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及定量物理模擬油氣運移路徑領(lǐng)域，具體 的說是一種實時在線定量物理模擬油氣運移路徑裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 油氣運移一直是油氣勘探工業(yè)急需解決的難點問題。20世紀90年代以前，油氣 運移研宄的焦點是初次運移的動力、相態(tài)、過程及其地球化學效應。20世紀90年代以來， 油氣在輸導層中的運移行為得到更廣泛的關(guān)注，這是因為烴類流體在湖盆內(nèi)的二次運移 是一個極不均一的過程，即便是在均勻的孔隙介質(zhì)內(nèi)，烴類流體的運移也只沿著通道范圍 內(nèi)有限的路徑發(fā)生（Schowalter，1979;Demibickietal.，1989;Catalanetal.，1992) 〇 從已觀察到的運移現(xiàn)象可以推斷，不同尺度上烴類流體運移的路徑和過程可能很類似，但 仍存在一定的差異，某些宏觀上可視為均質(zhì)的過程在更小的尺度上往往是非均質(zhì)的（羅曉 容，2003)。
[0003] 油氣運移路徑預測是油氣藏定位和油氣勘探部署的基礎(chǔ)。物理模擬實驗是研宄烴 類油氣運移路徑的有效方法之一。
[0004]目前的物理模擬研宄主要針對兩個方向開展，一是針對砂巖透鏡體如何成藏，另 一是針對斷層如何控藏。
[0005] 關(guān)于砂巖透鏡體成藏問題，有下列一些研宄。R.J.Cordell(1976)通過對美國德克 薩斯州北部和中部砂巖透鏡體中油氣運移富集過程的模擬，認為生油巖中的油氣是從砂巖 透鏡體的底部進入透鏡體的，而透鏡體內(nèi)原有的水從上部排出。陳章明等（1998)進行了一 系列砂巖透鏡體油的運移和聚集模擬實驗研宄，分別對源巖層內(nèi)、之上、之下的砂巖油水交 替演變進行實驗。模擬實驗結(jié)果說明，源巖層內(nèi)的凸鏡狀砂巖油藏形成機理，是毛細管作用 和源巖排烴壓力促使油水交替成藏；源巖外凸鏡體砂巖在有縫隙溝通源巖與砂體時也可由 上述機理形成油藏；以斷層為主要通道，石油可跨越泥巖層而向下伏砂巖等孔隙巖體運移 成藏；源巖外泥巖層無縫隙溝通源巖中的凸鏡體砂巖能否形成油氣藏，尚須進一步實驗探 討。曾濺輝等（2000)對由低滲透砂巖包圍的砂巖透鏡體石油聚集進行模擬實驗，認為油在 砂巖透鏡體中的充注受注入壓力、毛管壓力差和浮力影響。張云峰等（2002)通過模擬認為 烴源巖之下巖性油藏的形成必須滿足以下兩個必要的地質(zhì)條件，即烴源巖層的超壓和連通 烴源巖層與下伏砂體的斷層，其中足夠大的超壓提供了油氣向下運移的動力，而斷層則是 油氣向下運移的通道。姜振學等（2003, 2004)應用核磁共振技術(shù)對砂巖透鏡體油藏成藏過 程進行實驗模擬，重點強調(diào)圍巖條件對巖性油藏的控制作用，認為只有圍巖含油飽和度達 到一定門限后（烴濃度），油氣形成的滲透力、擴散力和毛細管力才能突破油氣運移的阻力 進入巖心成藏。王黔駒等（2004)利用高溫高壓巖性油氣藏成藏模擬實驗裝置，探討砂巖透 鏡體的油氣成藏特征（成藏過程和成藏機理），認為砂巖透鏡體成藏是一個過程復雜、動力 類型多樣、相互作用、復合動力下完成的動態(tài)力平衡成藏，同時烴源巖供油量越大越有利于 成藏。王永卓等（2006)針對圍巖含油飽和度對巖性油藏成藏的控制進行物理模擬，實驗結(jié) 果表明在一定壓力條件下，圍巖含油飽和度越大，供烴能力就越強，砂體中含油飽和度就越 大，越有利于砂體的成藏。李元昊等（2009)針對鄂爾多斯盆地上三疊統(tǒng)延長組低滲透巖性 油藏成藏開展了物理模擬，實驗結(jié)果表明，無論烴源巖向上還是向下排烴，異常壓力越大 越有利于低滲透儲層成藏，成藏效率越高，含油飽和度越高。
[0006] 關(guān)于斷層成藏問題，有下列一些研宄。張善文和曾濺輝（2003)針對斷層對沾化凹 陷館陶組石油運移和聚集影響進行了物理模擬實驗研宄。尚爾杰（2005)以準噶爾盆地西 北緣紅車斷裂帶為地質(zhì)模型，開展了斷裂控油的物理模擬實驗研宄。宮秀梅（2005)借助 物理模擬實驗對油在渤南洼陷深層沙四段兩種成藏模式中的充注、運聚過程進行了研宄。 郭凱（2010)針對斷層縱向輸導與儲層非均質(zhì)性耦合控運進行了模擬實驗研宄。林曉英等 (2014)對低滲透砂巖天然氣運移和聚集進行了物理模擬實驗。丁文龍（2014)對準噶爾盆 地腹部斷裂控油進行了物理模擬實驗。上述研宄表明，斷層輸導體的時空展布控制著含油 氣流體運動的方向、路徑和分布。
[0007] 上述成果均是定性模擬，主要是模擬前的產(chǎn)物和模擬后的產(chǎn)物展開計量和測試， 以及對模擬過程中的現(xiàn)象進行圖像追蹤，以分析可能的油氣運移路徑和運聚過程，均未實 現(xiàn)本發(fā)明中提到的在線定量模擬，以及進口壓力和出口壓力可調(diào)控的特點。
[0008] 上述油氣運聚模擬都是依賴于模擬實驗裝置和方法。目前的物理模擬技術(shù)和方法 沒有同時解決模擬過程中實時在線定量檢測含油飽和度，和調(diào)控進、出口壓力以真正實現(xiàn) 壓控物理模擬特點，也就無法真正實現(xiàn)油氣運移定量物理模擬和壓控物理模擬。
[0009] 現(xiàn)有的油氣運移路徑模擬方法雖實現(xiàn)了從二維到三維的可視化特點，但仍存在一 下缺陷：
[0010] 1)現(xiàn)有的油氣運移路徑物理模擬都是通過對模擬過程中的圖像追蹤或?qū)δM前 后產(chǎn)物檢測分析，均屬于定性物理模擬為主，沒有實現(xiàn)對模擬過程中實時在線定量檢測功 能，因此未達到現(xiàn)代科學技術(shù)對實驗定量技術(shù)的要求；
[0011] 2)現(xiàn)有的油氣運移路徑物理模擬方法或未考慮充注壓力對模擬路徑的影響，或 僅僅考慮了進口壓力對模擬實驗的影響，由于實際地下油氣運移受運移動力的支配，而地 層壓力是重要的運移動力之一，并且油氣運移過程同時受到進口壓力和出口壓力影響，即 實際地質(zhì)過程中的圍壓和泄壓條件影響，因此，現(xiàn)有技術(shù)未真正解決壓控下的模擬實驗技 術(shù)；
[0012] 3)目前現(xiàn)有的技術(shù)沒有同時解決上述兩個問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種精度高、實驗效果好、更具有說 服力實時在線定量物理模擬油氣運移路徑裝置及方法。
[0014] 為了達到上述目的，本發(fā)明的一種實時在線定量物理模擬油氣運移路徑裝置，包 括控制系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)和中心控制平臺，中心控制平臺分別與控制系統(tǒng) 和監(jiān)測系統(tǒng)連接，數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)與檢測系統(tǒng)連接，還包括模擬箱體，控制系統(tǒng)包括壓力 控制系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)和電極控制系統(tǒng)，模擬箱體分別與壓力控制系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)和 電極控制系統(tǒng)連接；檢測系統(tǒng)包括壓力檢測系統(tǒng)、電極檢測記錄系統(tǒng)和油水計量系統(tǒng)，模擬 箱體分別與壓力檢測系統(tǒng)、電極檢測記錄系統(tǒng)和油水計量系統(tǒng)連接；數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)分 別與電極檢測記錄系統(tǒng)和油水計量系統(tǒng)連接；模擬箱體包括箱體主體和壓緊裝置，箱體主 體包括箱體外殼和箱體蓋，其上側(cè)為箱體蓋，箱體蓋的四周設有密封圈，壓緊裝置穿過箱體 蓋設置在箱體主體的四邊角上，箱體主體上下兩側(cè)貫穿箱體外殼均布有電阻探針、壓力探 針和溫度探針，箱體主體的四側(cè)面設有進/出氣口，壓力控制系統(tǒng)的調(diào)壓閥與模擬箱體的 進/出氣口分別連接。
[0015] 本發(fā)明的實驗裝置一改以往的定性測量方式，摒棄了以往采用測量進入量和測量 出口量，進而通過中間的損失來得到相關(guān)實驗數(shù)據(jù)，這種實驗數(shù)據(jù)極其不準確，不能夠排出 實驗中的干擾因素，而本發(fā)明完全改變了這一現(xiàn)狀。
[0016] 進一步地，所述的模擬箱體的上側(cè)設有可視透明蓋，其下側(cè)設有可活動滾軸，其外 側(cè)設有箱體外框架，箱體外框架外側(cè)設有支架連接，箱體外框架與支架之間為可活動連接， 支架底部設有帶剎車自動腳輪。
[0017] 本發(fā)明的模擬箱體上側(cè)為可視透明蓋，能夠通過肉眼看到油氣的運移路徑，在此 基礎(chǔ)上，結(jié)合后期的數(shù)據(jù)處理，可以更加精準的演算實驗過程中的數(shù)據(jù)是否正確，模擬箱體 與支架之間為可活動連接，包括活動鉸接，軸承連接，這些連接方式實現(xiàn)了模擬箱體的360 度旋轉(zhuǎn)，可以進行不同角度的觀測和檢測，實現(xiàn)了三維的觀測和檢測。
[0018] 進一步地，箱體主體上的電阻探針、壓力探針和溫度探針與箱體主體為密封連接。
[0019] 本發(fā)明所研宄的實驗，由于油氣運移是在有壓力和壓強的環(huán)境中，所以模擬箱體 上的設備均為密封連接。
[0020] 進一步地，壓力控制系統(tǒng)與水箱和高壓水泵連接，高壓水泵分別與壓力表、高壓閥 和穩(wěn)壓閥連接后與調(diào)壓閥連接。
[0021] 進一步地，所述的電阻探針為50-100只，壓力探針為32-64只，溫度探針為1-2 只。
[0022] 本發(fā)明的探針個數(shù)可以根據(jù)實驗的不同需要進行調(diào)整，這里的探針數(shù)量僅為本發(fā) 明實驗對象最優(yōu)選的數(shù)量。
[0023] 進一步地，電阻探針為雙壓模微型探針，探針體為ABS塑料雙模壓制而成，電極采 用2.0mm寬的銀環(huán)，在探針上設有n個測量電極En及供電極Pn，供電電極Pn與電源連接， 測量電極En與電阻測量儀連接。
[0024] 本發(fā)明的電阻探針用于測量電位差其測量原理為如圖7中所示，在探針上有n個 電極，通過供電極P1和P2供給電流I，在地層