CN103018003B - 不整合结构体油气输导优势方向物理模拟系统及实验方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种不整合结构体油气输导优势方向物理模拟系统及实验方法。模拟系统包括由连接子系统连接的模拟子系统和注入子系统，所述的模拟子系统包括底座以及安装于底座上的模拟器，所述模拟器与底座之间设置有孔隙，底座与连接子系统相接；所述模拟器为纵截面呈“U”型的透明容器，模拟器的横截面包括板状部分、槽状部分和脊状部分。本发明主要用于揭示不整合结构体油气运移优势方向，同时根据不同地质背景，改变实验条件，揭示不整合结构体控藏作用机理，以指导地层油气藏勘探。本发明在外观上为360°全透明设计，实时三维观察油气在不整合结构体中的运移状态。同时，通过改变倾角、石英沙粒径、注油压力等，研究油气沿不整合结构体运移的影响因素。

Description

不整合结构体油气输导优势方向物理模拟系统及实验方法

技术领域

本发明属于油气勘探技术领域，具体地说，是涉及一种原油沿不整合结构体运移优势方向物理模拟系统。

背景技术

    不整合结构体不仅是构造运动或海（湖）平面变动事件的记录者，而且还代表了后期地质作用对前期沉积岩（物）不同程度的改造（刘波等，1997），这种改造程度的不均一性以及后期海（湖）平面上升发生水进形成的上覆岩石使得不整合具有了空间层次结构（吴孔友等，2002，2003；隋风贵等，2006）。因此，不整合不仅仅是一个“面”，更是一个“体”，其本身具有较独特的微观组构，即具有“空间结构”属性（吴孔友等，2012）。不整合结构体是指与表生期风化淋滤和水进期超覆沉积相关联的、位于间断面附近形成的地质体。不整合结构体在纵向上分为三层结构：结构体上层（主要为水进砂体或底砾岩）、结构体中层（风化粘土层也称为风化泥岩层）及结构体下层（半风化岩石也称为风化淋滤带）。结构体中层起封盖和分隔作用。结构体上层原生孔隙发育，结构体下层次生孔隙发育，两者均能构成有效输导体系（何登发，1995；吴亚军等，1998；Ziegler K，2000；吴孔友等，2002，2003；王艳忠等，2006）。然而，油气进入不整合结构体后，运移并非是在三维空间做等效运移，而是被限制在一定的路径上进行，存在油气运移主干道，具空间上的有效性及有限性，即油气运移具有优势方向。不整合结构体的形成与风化剥蚀相关，古地形的凸凹不平，将影响结构体输导层的形态，形成一个凹凸不平的面，表现为“沟”、“梁”相间的形态。油气进入不整合后，有人认为会沿着下切水道中的砂体运移即沿“沟”运移，也有人认为根据流体势模拟，油气应沿着“梁”运移（张凡芹等，2005），但至今没能通过物理模拟实验给予证明，也未能形成完善的模拟系统。

    姜振学等（2005）在一个长50 cm、宽30 cm、厚2 cm 的平板模型内装填不同粒级的砂，来模拟油气二次运移的优势通道，结果表明输导层物性的差异、盖层沉降中心的偏移、流体动力、断层倾角及断层面几何形态控制了油气运移的优势通道。钱诗友等（2008）采用二维物理模型对辽东东地区石油运移和聚集进行了实验研究，结果证实：断层带的石油运移方式对石油运移路径产生了重要的影响，不整合在不同充注方式下对石油的输导作用不同，砂体最终能否成藏，取决于砂体与其他输导体的匹配关系。刘海涛等（2008）通过二维模型，物理模拟了不整合与隐蔽油气藏形成之间的关系，结果显示：①不整合的风化粘土层是下伏油气藏良好的封盖层；②受物性、非均质性及连通性影响，底部半风化岩层可成为油气运移的有效输导层或侧向封堵层；③层间断层的存在沟通了不整合底部半风化岩层和顶部底砾岩层，构成了油气运移的高效“双通道”输导网络，即在不整合面上、下均可形成岩性、地层或复杂型隐蔽油气藏。吴孔友等（2009）利用二维模型，模拟了不整合面之上岩石( 底砾岩或水进砂体) 及半风化岩石( 风化淋滤带) 的油气运移与聚集作用，模拟实验表明：油气沿不整合纵向结构运移受控于岩石物性、坡度, 容易在风化粘土层薄弱环节突破，进行窜层运移；不整合面之上的地层超覆圈闭较不整合面之下的地层遮挡圈闭( 潜山) 更有利于油气成藏。周仁杰（2011）以准噶尔盆地红车断裂带为例，利用二维物理模型对油气在断裂与不整合组成的输导体系中的运移规律进行了物理模拟实验，结果表明，油气在输导体系中运移的优势通道最终决定于动力与阻力的合力，动力大阻力大的输导层并不一定就是有效的运移通道。

以上模拟实验主要针对油气在不整合中的运移和聚集作用，且重点在聚集作用。同时，模拟实验设备均为二维，仅能从正面观察运移结果，不能展示油气沿不整合运移的优势通道和方向，限制了实验现象和结果的全面性和立体性观察。

    随着现代油气成藏理论的发展，不整合的成藏作用越来越受到重视。由于其具有长期稳定性，能够连通不同时代的砂体，构成油气长距离的运移通道。不整合纵向上发育三层结构，区域上，它又具有面状构造，由于侵蚀的差异性或后期构造的调整，形成凸凹不平的形态，油气进入其中，将选择优势方向运移。只有在优势运移方向的地层圈闭，才能成藏，因此，明确不整合结构体的运油优势方向对地层油气藏勘探极为重要。

    但油气沿不整合结构体运移优势方向目前尚未在实验室进行模拟，也未能形成相关技术和设备。

发明内容

本发明的目的在于提供一种不整合结构体油气输导优势方向物理模拟系统，可以实时三维观察油气在不整合结构体重的运移状态。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

    一种不整合结构体油气输导优势方向物理模拟系统，包括由连接子系统连接的模拟子系统和注入子系统，所述的模拟子系统包括底座以及安装于底座上的模拟器，所述模拟器与底座之间设置有孔隙，底座与连接子系统相接；所述模拟器为纵截面呈“U”型的透明容器，模拟器的横截面包括板状部分、槽状部分和脊状部分。

    优选的，所述注入子系统包括两个呈柱状的玻璃筒，所述玻璃筒的底部设置有与连接子系统相接的出油口。

    优选的，所述连接子系统包括两根软导管，一端与注入子系统相接，另一端与模拟器相接，所述软导管上设置有控制阀。

    优选的，所述底座上设置有与软导管相接的注油口。

    基于上述物理模拟系统的设计，本发明还提出了一种物理模拟系统的实验方法，包括如下步骤：首先向模拟器中充填石英沙，将连接子系统两端分别与注入子系统和模拟子系统连接，然后向注入子系统中导入染色的煤油，通过调节控制阀改变注油速度，通过改变注入子系统与模拟子系统的高度差来改变注入压力，通过改变充填石英沙的粗细、模拟器的倾角，观察油气在不整合结构体中的运移过程。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明主要用于揭示不整合结构体油气运移优势方向，同时根据不同地质背景，改变实验条件，揭示不整合结构体控藏作用机理，以指导地层油气藏勘探。本发明在外观上为360°全透明设计，实时三维观察油气在不整合结构体中的运移状态。同时，通过改变倾角、石英沙粒径、注油压力等，研究油气沿不整合结构体运移的影响因素。   本发明可通过更换模拟器中石英沙的粗细，来分析不整合结构体输导层的物性对油气运移过程的影响；通过对模拟器不同部位充填不同粒径的石英沙来验证结构体形态对油气运移过程的影响。通过改变模拟器的倾角，来分析不整合结构体的产状对油气运移速率、运移方向的影响。还可以通过调整注入子系统与模拟子系统的高差，来研究注入压力的变化对不整合结构体运油过程的影响。

结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1是本发明具体实施例的结构示意图；

图2是本发明具体实施例的纵剖视图；

图3是本发明具体实施例的横剖视图；

图4是石英颗粒粒径不同对运移过程影响的模拟对比图；

图5是倾角不同对运移过程影响的模拟结果对比图；

图6是级差优势通道的物理模拟实验结果图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细地描述。

如图1所示：一种不整合结构体油气输导优势方向物理模拟系统，包括三个子系统：连接子系统、模拟子系统和注入子系统，其中，连接子系统用于连接模拟子系统和注入子系统。

模拟子系统包括底座以及安装于底座上的模拟器，模拟器与底座之间设置有孔隙，底座与连接子系统相接；模拟器内部充填石英沙模拟不整合结构输导层，为透明玻璃板焊接而成，纵截面呈“U”型的容器，如图2所示，模拟器的横截面包括板状部分1、槽状部分2和脊状部分3，如图3所示，模拟油气进入模拟器后是沿哪个部位优先运移。底座起稳定作用，同时也是油气首先注入的地方。油气通过连接子系统进入底座，然后通过模拟器与底座之间的孔隙，进入模拟器，可以通过摆放位置改变模拟器倾角。

    注入子系统包括两个呈柱状的玻璃筒，玻璃筒的底部设置有与连接子系统相接的出油口。可以通过调整玻璃筒与模拟器的高差改变注入压力。

    连接子系统包括两根软导管，一端与注入子系统相接，另一端与模拟器底座的注油口相接，在软导管上设置有控制阀。通过调节控制阀可以改变注入速度。开始实验时，首先向模拟器中装填石英沙，然后注油，观察油气运移过程。

模拟系统的实验方法，包括如下步骤：首先向模拟器中充填石英沙，将连接子系统两端分别与注入子系统和模拟子系统连接，然后向注入子系统中导入染色的煤油，通过调节控制阀改变注油速度，通过改变注入子系统与模拟子系统的高度差来改变注入压力，通过改变充填石英沙的粗细、模拟器的倾角，观察油气在不整合结构体中的运移过程。

例如：第一组实验是对比研究岩石物性不同，不整合结构体运油过程的差异性。当模拟器中充填粗粒（0.5mm）的石英沙时，原油在不整合结构体中运移优势方向明显，主要沿“脊”运移；当模拟器中充填细粒（0.2mm）的石英沙时，原油在模拟器中沿“脊状”和“板状”部分均有运移，如图4所示。第二组实验是对比研究倾角不同，不整合结构体运油过程的差异性。倾角为60°时，油仅沿中间汇聚型构造脊运移，倾角为30°时，油仍然主要沿中间汇聚型构造脊向上运移，但是在左侧容器边缘部分也有少量油分流向上运移如图5所示。第三组实验是对比研究级差优势通道对运移方向的影响。在容器的构造脊部分装入粒径为0.25~0.4mm的石英沙，在其它部分装入粒径为0.5~1mm的石英沙进行实验。通过观察实验现象可知，油主要沿两种不同粒径的砂体边界进行运移，而往往作为优势通道的构造脊却没有油的运移发生。由此可得出：油气总沿通道介质中的孔渗性与其周边介质中的孔渗性差异最大的通道向上运移，如图6所示。

    最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种不整合结构体油气输导优势方向物理模拟系统，包括由连接子系统连接的模拟子系统和注入子系统，其特征在于：所述的模拟子系统包括底座以及安装于底座上的模拟器，所述模拟器与底座之间设置有孔隙，底座与连接子系统相接；所述模拟器为纵截面呈“U”型的透明容器，模拟器的横截面包括板状部分、槽状部分和脊状部分。

2.根据权利要求1所述的不整合结构体油气输导优势方向物理模拟系统，其特征在于：所述注入子系统包括两个呈柱状的玻璃筒，所述玻璃筒的底部设置有与连接子系统相接的出油口。

3.根据权利要求1所述的不整合结构体油气输导优势方向物理模拟系统，其特征在于：所述连接子系统包括两根软导管，一端与注入子系统相接，另一端与模拟器相接，所述软导管上设置有控制阀。

4.根据权利要求3所述的不整合结构体油气输导优势方向物理模拟系统，其特征在于：所述底座上设置有与软导管相接的注油口。

5.一种采用权利要求1所述的模拟系统的实验方法，其特征在于：包括如下步骤：首先向模拟器中充填石英沙，将连接子系统两端分别与注入子系统和模拟子系统连接，然后向注入子系统中导入染色的煤油，通过调节控制阀改变注油速度，通过改变注入子系统与模拟子系统的高度差来改变注入压力，通过改变充填石英沙的粗细、模拟器的倾角，观察油气在不整合结构体中的运移过程。