CN102493803B - 基于三轴转台的油气运移模拟装置及模拟实验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及的是基于三轴转台的油气运移模拟装置及模拟实验方法，其中的基于三轴转台的油气运移模拟装置是在三轴转台的内框上安装地质模型箱体，三轴转台是以立式底座为主体的三轴正交的框架式结构，三轴转台有三个框，内框为横滚框，中框为俯仰框，外框为方位框，；地质模型箱体上安装有滑动活塞，滑动活塞将箱体分成上、下两个腔体，下腔体用于盛装砂体，下腔体还有钢纱网制作的中间砂盒，滑动活塞的底面有长方形的凹槽，中间砂盒上的透槽可插入滑动活塞的凹槽中；下腔体设置有饱和度测量电极、流体进口和流体出口，饱和度测量电极一行高一行低的均布在地质模型箱体的底上。本发明自动化程度高，可在三维空间中完整地模拟地下油气的运聚成藏过程，为油气成藏研究的深入发展提供了条件。
Description
一、 技术领域：
本发明涉及石油地质领域中模拟油气运移的装置，具体地说是基于三轴转台的油气运移模拟装置及模拟实验方法。
二、背景技术：
地质条件的非均质性和各种构造活动使得油气运移和聚集的过程复杂化，如较大的水动力作用，输导层和储集层的岩性、物性的空间变化，断裂的分隔和连通等等。作为油气运移的重要载体，任何一条断层实际上是一个具有长、宽、高（厚）度三维空间的一个不规则的板状地质体，油气在其中的运移是在一个三维空间体中进行。但由于这个地质体的厚度远远小于它的长度和宽度，为了便于地质研究，在进行宏观地质条件分析时，可将其看成一个平面（断层面），即使如此，油气在这样的断层面上的运移过程也是非常复杂，断裂在不同岩性地层中产生的断层倾角是不同的，断层倾角的变化差异影响着油向各砂层运移的动力，目前，研究不同断层倾角下的油气运移模拟装置仅仅是二维油气运移模拟，其模拟的精度不高，无法实现仿真三维油气运移模拟。
三、发明内容：
本发明的一个目的是提供基于三轴转台的油气运移模拟装置，它用于解决现有油气运移模拟装置模拟精度不高的问题，本发明的另一个目的是提供基于三轴转台的油气运移模拟装置的模拟实验方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种基于三轴转台的油气运移模拟装置是在三轴转台的内框上安装地质模型箱体，三轴转台是以立式底座为主体的三轴正交的框架式结构，三轴转台有三个框，内框为横滚框，中框为俯仰框，外框为方位框，三个框架在空间上互相垂直；地质模型箱体上安装有滑动活塞，滑动活塞将箱体分成上、下两个腔体，下腔体用于盛装砂体，下腔体还有钢纱网制作的中间砂盒，中间砂盒上设置有长方形的盛装砂体的透槽，滑动活塞的底面有长方形的凹槽，中间砂盒上的透槽可插入滑动活塞的凹槽中；上腔体为上覆载加压室，下腔体设置有饱和度测量电极、流体进口和流体出口，饱和度测量电极一行高一行低的均布在地质模型箱体的底上；饱和度测量电极连接信息采集装置，信息采集装置连接计算机。
上述方案中的基于三轴转台的油气运移模拟装置包括有加热箱，加热箱有两扇可以打开或关闭的门，方形加热箱的四个角带有万向轮，以便推动加热箱行走，将加热箱的两扇门打开，可以将加热箱推到三轴转台及地质模型箱体处，并将三轴转台及地质模型箱体容纳入加热箱的箱体内，将加热箱的两扇门关闭，就可以对它们加热，以模拟地下温度。
上述方案中三轴转台的立式底座结构为UOO立式结构，外框为音叉式结构，简称“U”型结构；中框、内框采用方框式结构，简称“O”型结构，三轴转台接收操作员通过操控台给定的人工指令信号，控制中框、内框或外框的电机转动，从而可实现将地质模型箱体绕X、Y、Z三轴的姿态运动，地质模型箱体可以实时跟踪仿真计算机发出的位置指令旋转到任意倾角，从而实现对三维油气运移模拟。
上述方案中的基于三轴转台的油气运移模拟装置的模拟实验方法：
1）将砂岩填装到地质模型箱体内，边抽真空，边利用加压泵向上覆载加压室加压，对砂体产生上覆载压力。
2）注入饱和水，通过计算机观察饱和度，达到实验要求时停止注入。
3）操作员通过操控台给三轴转台下达指令信号，三轴转台接收到人工指令后，按该指令将地质模型箱体旋转到某个倾斜角度。
4）将煤油注入到模型中的砂体内，该过程中油气运移到的位置的饱和度测量电极将此信息发送给信息采集装置，信息采集装置再将处理后的信息发送给计算机，可以实时判断油气所运移到的位置，并通过计算机上安装的软件形成三维图像，实现对油气运移路径的实时追踪。
5）注入煤油的同时，将加热箱推过来，并将三轴转台及地质模型箱体容纳入加热箱的箱体内，加热，加热温度可高达150°，以模拟地下温度。
6）注入煤油的同时，可任意改变地质模型箱体的倾斜角度，以分析构造运动时对砂体形状变化时油气运移的影响。
有益效果：
1、本发明自动化程度高，不仅能实时测量地质模型箱体内的温度和压力，还可将构造运动与油气水的运移过程和聚集状态相结合，在三维空间中完整地模拟地下油气的运聚成藏过程，为油气成藏研究的深入发展提供了条件。
2、本发明通过改变地质模型箱体的旋转角度，可以调整流体进口和流体出口的高度，以实现改变砂层倾角，可模拟任意倾角下油气沿砂层的运移，分析输导后倾角对油气运移的影响。
3、在实验过程中，实验初期给定一定砂层倾角，获取油气在该倾角下的运移情况，之后，可以任意改变砂体空间倾角，这个改变代表一次构造运动的结果，那么再次观测到的运移过程，其与初期结果对比可分析构造运动时对砂体形状变化时油气运移的影响。
四、附图说明：
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中三轴转台的结构示意图；
图3为本发明中地质模型箱体的结构示意图；
图4为本发明中滑动活塞向下移动时与中间砂盒配合关系示意图；
图5为本发明中中间砂盒的俯视图；
图6为本发明中加热箱的结构示意图。
1三轴转台；2地质模型箱体；3底座；4内框；5中框；6外框；7加热箱 8滑动活塞 9凹槽 10中间砂盒 11饱和度测量电极。
五、具体实施方式：
下面结合附图对本发明做进一步的说明：
结合图1、图2所示，这种基于三轴转台的油气运移模拟装置是在三轴转台1的内框4上安装地质模型箱体2，三轴转台1是以立式底座3为主体的三轴正交的框架式结构，三轴转台有三个框，内框4为横滚框，中框5为俯仰框，外框6为方位框，三个框架在空间上互相垂直；地质模型箱体2上安装有滑动活塞8，滑动活塞8将箱体分成上、下两个腔体，下腔体用于盛装砂体，上腔体为上覆载加压室，下腔体设置有饱和度测量电极11、流体进口和流体出口，饱和度测量电极11一行高一行低的均布在地质模型箱体2的底上。饱和度测量电极11连接信息采集装置，信息采集装置连接计算机。流体进口包括油液进口、高压气体进口，流体出口为油液出口。油液出口通过管线连接油气计量装置，油液出口管线上设置有报警装置，当油液出口管线中的出油量与油液进口管线的注入量相等时，即发出报警，提示实验人员油液已经从地质模型箱体2中流出，模拟实验完成。
结合图3、图4、图5所示，地质模型箱体2下腔体还有钢纱网制作的中间砂盒10，钢纱网的网眼的直径要小于砂体的直径，中间砂盒10上设置有长方形的盛装砂体的透槽，滑动活塞8的底面有长方形的凹槽9，中间砂盒10上的透槽可插入滑动活塞8的凹槽9中，下腔体用于盛装砂体，盛装砂体时，当装到一定高度后，将中间砂盒10放置到砂面上，继续向中间砂盒10的透槽中装入砂体，直至将每个透槽都装满，这样，可实现饱和度测量电极11一行高一行低的均布在地质模型箱体2的底上，从三维空间内得到油气运移到的位置，实现在三维空间中完整地模拟地下油气的运聚成藏过程。
如图6所示，方形加热箱7的四个角带有万向轮，可以将加热箱7推到三轴转台1及地质模型箱体2处，并将三轴转台1及地质模型箱体2容纳入加热箱7的箱体内。
本发明中三轴转台1内外环的各个框架均采用永磁式直流力矩电机直接驱动，在三个框架上分别安装了一套圆感应同步器，用于测量各框架的转动角度。三轴转台接收操作员通过操控台给定的人工指令信号，控制电机转动，从而实现对三维油气运移模拟。
本发明实验过程：
1）将砂岩填装到地质模型箱体2内，边抽真空，边利用加压泵向上覆载加压室加压，对砂体产生上覆载压力。
2）注入饱和水，通过计算机观察饱和度，达到实验要求时停止注入。
3）操作员通过操控台给三轴转台1下达指令信号，三轴转台1接收到人工指令后，按该指令将地质模型箱体2旋转到某个倾斜角度。
4）将煤油注入到模型中的砂体内，该过程中油气运移到的位置的饱和度测量电极11将此信息发送给信息采集装置，信息采集装置再将处理后的信息发送给计算机，可以实时判断油气所运移到的位置，并通过计算机上安装的软件形成三维图像，实现对油气运移路径的实时追踪。
5）注入煤油的同时，将加热箱7推过来，并将三轴转台1及地质模型箱体2容纳入加热箱7的箱体内，加热，加热温度可高达150°，以模拟地下温度。
6）注入煤油的同时，可任意改变地质模型箱体2的倾斜角度，以分析构造运动时对砂体形状变化时油气运移的影响。
Claims (3)
1.一种基于三轴转台的油气运移模拟装置，其特征在于：这种基于三轴转台的油气运移模拟装置是在三轴转台（1）的内框（4）上安装地质模型箱体（2），三轴转台（1）是以立式底座（3）为主体的三轴正交的框架式结构，三轴转台（1）有三个框，内框（4）为横滚框，中框（5）为俯仰框，外框（6）为方位框，三个框架在空间上互相垂直；地质模型箱体（2）上安装有滑动活塞（8），滑动活塞（8）将箱体分成上、下两个腔体，下腔体用于盛装砂体，下腔体还有钢纱网制作的中间砂盒（10），中间砂盒（10）上设置有长方形的盛装砂体的透槽，滑动活塞（8）的底面有长方形的凹槽（9），中间砂盒（10）上的透槽可插入滑动活塞的凹槽（9）中；上腔体为上覆载加压室，下腔体设置有饱和度测量电极（11）、流体进口和流体出口，饱和度测量电极（11）一行高一行低的均布在地质模型箱体（2）的底上；饱和度测量电极（11）连接信息采集装置，信息采集装置连接计算机；加热箱（7）有两扇可以打开或关闭的门，方形加热箱（7）的四个角带有万向轮，可以将加热箱推到三轴转台（1）及地质模型箱体（2）处，并将三轴转台（1）及地质模型箱体（2）容纳入加热箱（7）的箱体内。
2.根据权利要求1所述的基于三轴转台的油气运移模拟装置，其特征在于：所述的三轴转台（1）的立式底座结构为UOO立式结构，外框（6）为音叉式结构，简称“U”型结构；中框（5）、内框（4）采用方框式结构，简称“O”型结构，三轴转台（1）接收操作员通过操控台给定的人工指令信号，控制中框（5）、内框（4）或外框（6）的电机转动，各个电机再带动相对应的中框（5）或内框（4）或外框（6）转动。
3.一种权利要求2所述的基于三轴转台的油气运移模拟装置的模拟实验方法，其特征在于：
第一，将砂岩填装到地质模型箱体（2）内，边抽真空，边利用加压泵向上覆载加压室加压，对砂体产生上覆载压力；
第二、注入饱和水，通过计算机观察饱和度，达到实验要求时停止注入；
第三、操作员通过操控台给三轴转台（1）下达指令信号，三轴转台（1）接收到人工指令后，按该指令将地质模型箱体（2）旋转到某个倾斜角度；
第四、将煤油注入到模型中的砂体内，该过程中油气运移到的位置的饱和度测量电极（11）将此信息发送给信息采集装置，信息采集装置再将处理后的信息发送给计算机，可以实时判断油气所运移到的位置，并通过计算机上安装的软件形成三维图像，实现对油气运移路径的实时追踪；
第五、注入煤油的同时，将加热箱（7）推过来，并将三轴转台（1）及地质模型箱体（2）容纳入加热箱（7）的箱体内，加热，加热温度可高达150°，以模拟地下温度；
第六、注入煤油的同时，可任意改变地质模型箱体（2）的倾斜角度，以分析构造运动时对砂体形状变化时油气运移的影响。
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