裂縫帶熱液充填模擬裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于石油勘探開發(fā)領(lǐng)域，具體地，涉及一種裂縫帶熱液充填模擬裝置。裂縫帶熱液充填模擬裝置，包括：礦物結(jié)晶?沉淀器、磁力攪拌反應(yīng)釜；其中：礦物結(jié)晶?沉淀器為裂縫帶熱液化學(xué)反應(yīng)區(qū)，磁力攪拌反應(yīng)釜內(nèi)配置飽和化學(xué)反應(yīng)熱液，通過加熱、加壓、加速，飽和化學(xué)反應(yīng)熱液進入礦物結(jié)晶?沉淀器內(nèi)的巖石裂縫中進行化學(xué)沉淀，反應(yīng)后的欠飽和熱液返回磁力攪拌反應(yīng)釜內(nèi)，重新補充化學(xué)試劑成為飽和溶液，反復(fù)循環(huán)。本發(fā)明根據(jù)含油氣盆地儲層實際環(huán)境，可以在含油氣盆地儲層常見的溫度和壓力條件下進行斷裂、裂縫帶內(nèi)溶液溶蝕、沉淀實驗，模擬構(gòu)造活動引起的深部熱液、低溫地層水在裂縫帶內(nèi)溶蝕、沉淀機制以及與儲層的相互作用。
【專利說明】
裂縫帶熱液充填模擬裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明屬于石油勘探開發(fā)領(lǐng)域，具體地，涉及一種裂縫帶熱液充填模擬裝置，用于直觀模擬含復(fù)雜裂縫儲層的深部構(gòu)造熱液溶蝕-充填過程?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]隨著油氣資源勘探方向逐漸由淺部轉(zhuǎn)向深部、由常規(guī)油氣藏轉(zhuǎn)向特殊油氣藏，特別是裂縫性儲層，搞清裂縫發(fā)育程度及通道的有效性，對此類油氣田(如塔里木庫車坳陷致密砂巖氣藏、和田河氣田碳酸鹽巖氣藏)的勘探開發(fā)影響甚大，也是一個亟需解決的技術(shù)難題。
[0003]裂縫系統(tǒng)的溶蝕-充填規(guī)律是裂縫性儲層油氣藏勘探開發(fā)的理論基礎(chǔ)。由于復(fù)雜裂縫儲層深部的特點，導(dǎo)致熱液充填模擬實驗的理論基礎(chǔ)復(fù)雜化，其中涉及到的理論基礎(chǔ)問題包括如何確定裂縫儲層的溫度、壓力，怎樣模擬裂縫儲層熱液流體的流動方式，碳酸鹽結(jié)晶沉淀理論以及如何讓碳酸鹽熱液流體在人工裂縫中結(jié)晶沉淀，都與復(fù)雜裂縫儲層的深部構(gòu)造熱液溶蝕-充填模擬實驗密切相關(guān)。但由于碳酸鹽巖、致密砂巖等儲層具有成巖作用強烈、構(gòu)造運動期次多、網(wǎng)狀縫發(fā)育以及低孔低滲等特點，裂縫系統(tǒng)的多期發(fā)育和地震引發(fā)的深部熱液多期次溶蝕-充填特征，造成了空間裂縫的有效性存在很強的非均質(zhì)性，降低了裂縫預(yù)測和建模的精度，成為了制約裂縫性儲層開發(fā)、壓裂和后期方案調(diào)整的“瓶頸”。裂縫離散建模法(簡稱DFN)對網(wǎng)狀裂縫有效性的處理僅是基于單井測井解釋結(jié)果進行井間插值預(yù)測，未考慮地下流體在裂縫通道內(nèi)運移時復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)和溶蝕-充填機制。深部熱流體對油氣儲層的改造是以物質(zhì)交換和能量交換兩種形式進行的，碳酸鹽儲層中常以溶蝕作用、交代作用和充填作用為主，砂巖儲層中常以溶蝕作用和充填作用為主，隨著流體溫度的降低和交代作用的進行，大量的螢石和方解石晶體及少量石英、天青石等礦物開始在先前的溶蝕縫內(nèi)沉淀或結(jié)晶析出，從而造成了對裂縫疏導(dǎo)性能的破壞。關(guān)于斷層或裂縫充填規(guī)律的研究大多集中在礦物充填特征和充填期次兩個方面，而關(guān)于裂縫充填規(guī)律的研究仍未見報道。對于裂縫充填物形成機理的研究，前人多根據(jù)水巖作用模擬試驗，將碳酸鹽沉積物劃分為若干類型，認為結(jié)晶沉淀作用與溶液的飽和度、pH值、溫度、壓力和溶液性質(zhì)等因素有關(guān)，溶解和沉淀作用是混雜的雙重可逆的物理化學(xué)反應(yīng)過程，兩者相互影響和制約。
[0004]可見，以上對致密砂巖、碳酸鹽巖裂縫微觀充填規(guī)律的研究，目前仍是一個新的領(lǐng)域。沿深部斷層、裂縫系統(tǒng)向上或水平運移的過程中，到底是先溶蝕石英、長石增大裂縫體積再結(jié)晶、沉淀充填，還是先交代兩壁礦物再使巖石體積變小、裂縫體積增大，還是飽和溶液先析出沉淀減小裂縫體積，再向淺部進行溶蝕改造呢?構(gòu)造熱液最終溶蝕-充填的空間差異性到底受哪些地質(zhì)條件的影響?這些因素是否又會影響到礦物晶體充填方式呢？因此，亟需開展裂縫系統(tǒng)的熱液充填實驗，進一步揭示深部流體在自深部向淺部地層運移過程中對致密砂巖裂縫的溶蝕-充填規(guī)律。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為克服現(xiàn)有技術(shù)及設(shè)備中存在的缺陷，本發(fā)明提供一種裂縫帶熱液充填模擬裝置，模擬裂縫帶熱液溶蝕-充填過程，進一步揭示復(fù)雜網(wǎng)狀裂縫系統(tǒng)的優(yōu)勢充填方向，為裂縫性儲層的有利分布區(qū)預(yù)測提供直接依據(jù)，為致密儲層的壓裂改造方案設(shè)計及優(yōu)化提供堅實的理論基礎(chǔ)。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述方案:
[0007]裂縫帶熱液充填模擬裝置，包括:礦物結(jié)晶-沉淀器、磁力攪拌反應(yīng)釜;其中:礦物結(jié)晶-沉淀器為裂縫帶熱液化學(xué)反應(yīng)區(qū)，磁力攪拌反應(yīng)釜內(nèi)配置飽和化學(xué)反應(yīng)熱液，通過加熱、加壓、加速，飽和化學(xué)反應(yīng)熱液進入礦物結(jié)晶-沉淀器內(nèi)的巖石裂縫中進行化學(xué)沉淀，反應(yīng)后的欠飽和熱液返回磁力攪拌反應(yīng)釜內(nèi)，重新補充化學(xué)試劑成為飽和溶液，反復(fù)循環(huán)。
[0008]相對現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0009]1、根據(jù)含油氣盆地儲層實際環(huán)境，可以在含油氣盆地儲層常見的溫度和壓力條件下(0-260°C，0_30MPa)進行斷裂、裂縫帶內(nèi)溶液溶蝕、沉淀實驗，模擬構(gòu)造活動引起的深部熱液、低溫地層水在裂縫帶內(nèi)溶蝕、沉淀機制以及與儲層的相互作用。
[0010]2、可以對實驗體系中加入干冰、無水CaC12-(NH4)2⑶3-NH4C1體系、無水CaC12-NaHC03-NH4Cl化學(xué)組分體系)，配置成相應(yīng)的飽含、未飽含碳酸鈣溶液，實驗?zāi)M不同飽和度、不同組分熱液流體在網(wǎng)狀裂縫體系內(nèi)的溶蝕、充填規(guī)律及分布。[〇〇11]3、試驗裝置體積最大可到5.0L，可以實現(xiàn)較大巖石樣品的裂縫帶內(nèi)溶蝕、充填過程實驗，模擬反應(yīng)過程中可以通過相機進行實時監(jiān)控，模擬后的樣品具有可拆卸、可稱重、 可測量的特點，模擬統(tǒng)計數(shù)據(jù)直接用于網(wǎng)狀裂縫系統(tǒng)充填規(guī)律評價?！靖綀D說明】
[0012]圖1為裂縫帶熱液充填模擬裝置示意圖；
[0013]圖中:1、礦物結(jié)晶-沉淀器;2、磁力攪拌反應(yīng)釜?！揪唧w實施方式】
[0014]如圖1所示，裂縫帶熱液充填模擬裝置，包括:礦物結(jié)晶-沉淀器1、磁力攪拌反應(yīng)釜 2;礦物結(jié)晶-沉淀器1為裂縫帶熱液化學(xué)反應(yīng)區(qū)，磁力攪拌反應(yīng)釜2內(nèi)配置飽和化學(xué)反應(yīng)熱液，通過加熱、加壓、加速，飽和化學(xué)反應(yīng)熱液進入礦物結(jié)晶-沉淀器內(nèi)的巖石裂縫中進行化學(xué)沉淀，反應(yīng)后的欠飽和熱液返回磁力攪拌反應(yīng)釜內(nèi)，重新補充化學(xué)試劑成為飽和溶液，反復(fù)循環(huán)。
[0015]礦物結(jié)晶-沉淀器1，包括:沉淀器11、玻璃板12、卡槽13、加熱絲14、動力栗15;沉淀器11為長方體容器，長、寬、高分別為30cm X 20cm X 20cm，四周及底部為不銹鋼，頂部通過玻璃板12封閉，玻璃板12為雙層抗爆結(jié)構(gòu)，隔溫密封性好，透過玻璃板隨時觀測沉淀器內(nèi)沉淀反應(yīng)進程;沉淀器11內(nèi)設(shè)有三個方形卡槽13,巖樣放置在三個卡槽13上，方形卡槽13采用塑料材料;沉淀器11內(nèi)設(shè)有電加熱絲14,加熱絲14通過卡槽安置在沉淀器底端，通過控制電加熱絲14的電流大小，實現(xiàn)沉淀器內(nèi)溫度的控制;透過玻璃板12設(shè)有三支溫度計16,由溫度計 16實時監(jiān)測沉淀器內(nèi)溫度變化;沉淀器11相對的兩端分別設(shè)置流體入口、流體出口，流體出口處安裝有動力栗15,通過控制動力栗15的轉(zhuǎn)速增強流體循環(huán)流動功能。[〇〇16]磁力攪拌反應(yīng)釜2,包括:釜體21、釜蓋22、磁力攪拌桿23、吊籃24、傳感器210;釜體21用于配置化學(xué)溶液，有效容積5L，最高工作溫度為260°C，壓力30MPa，釜體21帶有夾層，夾層內(nèi)可通入冷(熱)介質(zhì)進行降溫(加熱)，相應(yīng)管線在圖1中沒有示意出；釜體21側(cè)壁設(shè)有傳感器210,傳感器210深入到釜體內(nèi)，實時測定釜體內(nèi)的溫度、壓力變化，傳感器210與外部溫壓控制裝置相連接，溫壓控制裝置為全自動控制系統(tǒng)，在實驗過程中實現(xiàn)對釜體內(nèi)溫壓的隨時控制(屬于現(xiàn)有技術(shù)內(nèi)容)；釜體21的底部設(shè)有回流進水口 27、取樣流體出口 28，取樣流體出口 28與外部在線取樣器相連接，流體經(jīng)過降壓處理后流出進入取樣器，隨時分析釜體內(nèi)溶液的成分及飽和度變化。[〇〇17] 釜體21頂部通過釜蓋22封閉，釜蓋22上連接測溫計23、進氣管24、出水管25和磁力攪拌桿26;測溫計23伸入釜體頂部，實時監(jiān)測溶液流出釜體前的溫度;進氣管24與外部氣體及壓力供給裝置相連接，以持續(xù)對釜體內(nèi)供給C02反應(yīng)氣體并保障壓力穩(wěn)定;釜蓋22頂部設(shè)有電動裝置(圖1中未示意)，電動裝置下端連接磁力攪拌桿26，磁力攪拌桿26深入反應(yīng)釜底部，可高速旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速為〇?300R/min;釜蓋22底部連接有吊籃29，吊籃29內(nèi)放置干燥、塊狀化學(xué)反應(yīng)試劑，以對溶液進行C02、礦物的持續(xù)補充。
[0018]磁力攪拌反應(yīng)釜2的出水管與礦物結(jié)晶-沉淀器1的流體入口相連，出水管上由磁力攪拌反應(yīng)釜2至礦物結(jié)晶-沉淀器1方向，依次設(shè)有第一制動閥31、第一動力栗32、第一壓力計33、水箱34、準(zhǔn)備管35，第一制動閥31由人工控制，在實驗開始、結(jié)束和礦物結(jié)晶-沉淀器1出現(xiàn)異常情況時進行封堵;第一動力栗32為單向循環(huán)動力裝置，以增強反應(yīng)釜2內(nèi)溶液的流動進入礦物結(jié)晶-沉淀器1內(nèi)；水箱34與準(zhǔn)備管35—同靠近沉淀器11安置，以保證液體的持續(xù)、穩(wěn)定供應(yīng)。
[0019]礦物結(jié)晶-沉淀器1的流體出口與磁力攪拌反應(yīng)釜2的回流進水口通過管線相連， 該管線上由流體出口至進水口方向，依次設(shè)有第二壓力計36、取液制動閥37、第二制動閥 38、第二動力栗39,取液制動閥37位于沉淀器流體出口處，通過降低壓力將化學(xué)反應(yīng)后的液體排出到化學(xué)容器內(nèi)，以備隨時分析飽和度、化學(xué)成分變化;第二制動閥38和第二動力栗39 組成液體回流循環(huán)動力裝置，將礦物結(jié)晶-沉淀器1內(nèi)反應(yīng)后的流體輸入到磁力攪拌反應(yīng)釜 2內(nèi)。
[0020]第一壓力計33、第二壓力計36分別對流入礦物結(jié)晶-沉淀器1前的壓力和流出礦物結(jié)晶-沉淀器1后的壓力進行實時監(jiān)測，防止沉淀器發(fā)生漏氣故障。
[0021]實驗過程包括:制樣、配液、裝樣、抽空、加溫壓、反應(yīng)、取樣、結(jié)束實驗8個步驟。 [〇〇22]制樣:進行野外巖石取樣，貼好標(biāo)簽并作好記錄，切割成長方體巖樣，規(guī)格為:25cm X 15cmX 15cm，在巖樣上預(yù)制裂縫，并對巖樣做清水表面清潔處理，在干燥箱進行干燥處理 (65 °C，24h)，干燥后拍照、稱重、記錄拍照。[〇〇23]配液:根據(jù)研究區(qū)古流體成分及來源分析結(jié)果，配制富C02溶液，主要采用兩種溶液配置方案:無水CaCl2-(NH4)2C03-NH4Cl體系和CaCl2-NaHC03-NH4Cl體系，且以第一種為主，后一種為輔，前者具有方解石結(jié)晶條件低、速度快的特點。
[0024]裝樣:清洗釜體21和沉淀器11，待干燥后，將巖石樣品放入沉淀器卡槽內(nèi)，向沉淀器和反應(yīng)釜內(nèi)分別放入3000mL含有1.5mol/L的CaCl2和1.5mol/L的NH4C1溶液，其物質(zhì)的量比為1:1，將200g重量的固態(tài)碳酸銨((NH4)2C〇3)放入反應(yīng)釜頂部的吊籃27內(nèi)，加封環(huán)和釜帽，擰緊螺栓，緊固反應(yīng)釜。
[0025]抽空:關(guān)閉進氣閥、壓力制動閥，采用抽真空機與進氣閥相連接，抽取反應(yīng)釜和沉淀器內(nèi)的空氣，直到反應(yīng)釜和沉淀器內(nèi)壓力不再變化為止后拆下抽真空系統(tǒng)。
[0026] 加溫壓:打開溫壓控制系統(tǒng)，設(shè)定預(yù)定的溫度260°C，打開氣閥，使壓力到達30MPa， 打開壓力制動閥，在液體循環(huán)動力裝置3的推動下下液體進行順時針流動，反應(yīng)24-72小時。 [〇〇27]反應(yīng):根據(jù)溫壓控制系統(tǒng)判斷壓力是否充足，當(dāng)壓力超過額定壓力時，安全爆破片會自動爆破，以保證安全，當(dāng)溫度壓力達到預(yù)設(shè)值后，啟動電動裝置帶動磁力攪拌桿26,實現(xiàn)反應(yīng)釜和沉淀器內(nèi)的液體攪拌均勻，在沉淀器外透過特制透明玻璃，進行實時拍照觀測， 并記錄實驗的溫度壓力數(shù)值及實驗的進展情況。[〇〇28]取樣:關(guān)閉第一制動閥31、第二制動閥38,打開取液制動閥37,緩慢釋放壓力，再用取樣器在取液制動閥37處抽取實驗液體。
[0029]結(jié)束實驗:試驗完成后，用冷卻水對釜體21進行降溫，打開在線取樣裝置的壓力放空閥和放水閥排出蒸汽，自然冷卻24小時，待釜內(nèi)溫度降至室溫，取出樣品，反復(fù)用蒸餾水沖洗3-5次，并烘干(105°C，24h)、稱重，沿造縫處拆卸，進行偏光顯微鏡、掃描電鏡觀察分析，反應(yīng)液用一次性針管取出裝入無污染的塑料瓶中，并進行化學(xué)成分分析。
[0030]改變方案:利用磁旋轉(zhuǎn)攪拌器、恒溫控制儀和氣-液增壓栗分別對實驗的轉(zhuǎn)速、溫度和壓力進行控制，轉(zhuǎn)速在Or.mirT1?SOOr.mirT1范圍內(nèi)，溫度在0°C?260°C范圍內(nèi)，壓力在OMPa?30MPa范圍內(nèi)，再更換不同熱液的飽和度和裂縫巖樣的類型，重復(fù)上述實驗過程， 通過沉淀器頂部的耐壓玻璃可以隨時觀察熱液流動和沉淀情況，試驗中，反應(yīng)釜內(nèi)頂部吊籃內(nèi)27的(NH4)2C〇3蒸汽擴散到水溶液中，發(fā)生如下反應(yīng):(NH4)2C03+CaCl2 = CaC03+NH4Cl。這時原有的和后形成的NH4C1在水中相當(dāng)于一種礦化劑，使CaC03的溶解度得到了提高，并在流速降低、溫度降低的條件下，逐步達到過飽和而將快速地析出結(jié)晶體，在結(jié)晶-沉淀效果不佳的情況下，換用CaCl2-NaHC03-NH4Cl體系配制方案。
【主權(quán)項】
1.一種裂縫帶熱液充填模擬裝置，包括:礦物結(jié)晶-沉淀器、磁力攪拌反應(yīng)釜;其特征在 于:礦物結(jié)晶-沉淀器為裂縫帶熱液化學(xué)反應(yīng)區(qū)，磁力攪拌反應(yīng)釜內(nèi)配置飽和化學(xué)反應(yīng)熱 液，通過加熱、加壓、加速，飽和化學(xué)反應(yīng)熱液進入礦物結(jié)晶-沉淀器內(nèi)的巖石裂縫中進行化 學(xué)沉淀，反應(yīng)后的欠飽和熱液返回磁力攪拌反應(yīng)釜內(nèi)，重新補充化學(xué)試劑成為飽和溶液，反 復(fù)循環(huán)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裂縫帶熱液充填模擬裝置，其特征在于，礦物結(jié)晶-沉淀器，包 括:沉淀器、玻璃板、卡槽、加熱絲、動力栗;沉淀器頂部通過玻璃板封閉，沉淀器內(nèi)設(shè)有三個 方形卡槽，巖樣放置在三個卡槽上，沉淀器內(nèi)設(shè)有電加熱絲，透過玻璃板設(shè)有三支溫度計， 沉淀器相對的兩端分別設(shè)置流體入口、流體出口。3.根據(jù)權(quán)利要求1-2所述的裂縫帶熱液充填模擬裝置，其特征在于，磁力攪拌反應(yīng)釜， 包括:釜體、釜蓋、磁力攪拌桿、吊籃、傳感器;釜體側(cè)壁設(shè)有傳感器，傳感器深入到釜體內(nèi)， 傳感器與外部溫壓控制裝置相連接，溫壓控制裝置相連接為全自動控制系統(tǒng)，在實驗過程 中實現(xiàn)對釜體內(nèi)溫壓的隨時控制;釜體的底部設(shè)有回流進水口、取樣流體出口，取樣流體出 口與外部在線取樣器相連接，流體經(jīng)過降壓處理后流出進入取樣器，隨時分析釜體內(nèi)溶液 的成分及飽和度變化。4.根據(jù)權(quán)利要求1-3所述的裂縫帶熱液充填模擬裝置，其特征在于，釜體頂部通過釜蓋 封閉，釜蓋上連接測溫計、進氣管、出水管和磁力攪拌桿;測溫計伸入釜體頂部，實時監(jiān)測溶 液流出釜體前的溫度;進氣管與外部氣體及壓力供給裝置相連接，以持續(xù)對釜體內(nèi)供給C02 反應(yīng)氣體并保障壓力穩(wěn)定;釜蓋頂部設(shè)有電動裝置，電動裝置下端連接磁力攪拌桿，磁力攪 拌桿深入反應(yīng)釜底部，可高速旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速為〇?300R/min;釜蓋底部連接有吊籃，吊籃內(nèi)放置 干燥、塊狀化學(xué)反應(yīng)試劑，以對溶液進行C02、礦物的持續(xù)補充。5.根據(jù)權(quán)利要求1-4所述的裂縫帶熱液充填模擬裝置，其特征在于，磁力攪拌反應(yīng)釜的 出水管與礦物結(jié)晶-沉淀器的流體入口相連，出水管上由磁力攪拌反應(yīng)釜至礦物結(jié)晶-沉淀 器方向，依次設(shè)有第一制動閥、第一動力栗、第一壓力計、水箱、準(zhǔn)備管，第一制動閥由人工 控制。6.根據(jù)權(quán)利要求1-5所述的裂縫帶熱液充填模擬裝置，其特征在于，礦物結(jié)晶-沉淀器 的流體出口與磁力攪拌反應(yīng)釜的回流進水口通過管線相連，該管線上由流體出口至進水口 方向，依次設(shè)有第二壓力計、取液制動閥、第二制動閥、第二動力栗。7.根據(jù)權(quán)利要求1-6所述的裂縫帶熱液充填模擬裝置，其特征在于，第一壓力計、第二 壓力計分別對流入礦物結(jié)晶-沉淀器前的壓力和流出礦物結(jié)晶-沉淀器后的壓力進行實時 監(jiān)測。8.根據(jù)權(quán)利要求1-7所述的裂縫帶熱液充填模擬裝置，其特征在于，沉淀器為長方體容 器，長、寬、高分別為30cm X 20cm X 20cm，四周及底部為不銹鋼;玻璃板為雙層抗爆結(jié)構(gòu)。9.根據(jù)權(quán)利要求1-8所述的裂縫帶熱液充填模擬裝置，其特征在于，方形卡槽采用塑料 材料;加熱絲通過卡槽安置在沉淀器底端，流體出口處安裝有動力栗。10.根據(jù)權(quán)利要求1-9所述的裂縫帶熱液充填模擬裝置，其特征在于，釜體有效容積5L， 最高工作溫度為260°C，壓力30MPa，爸體帶有夾層，夾層內(nèi)可通入冷/熱介質(zhì)進行降溫/加 熱。
【文檔編號】G01N33/24GK106018680SQ201610303993
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月9日
【發(fā)明人】馮建偉, 戴俊生, 王宇坤, 王永娟, 李樹博
【申請人】中國石油大學(xué)(華東)