CN105021797B - 一种断面控油气运移物理模拟实验装置及实验方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种断面控油气运移物理模拟实验装置及实验方法，该装置包括前排砂箱、断面模拟器、后排靠板、底板、流体注入装置及流体排出装置，所述断面模拟器位于前排砂箱与后排靠板之间，所述底板位于前排砂箱、断面模拟器及后排靠板的底部；所述断面模拟器包括凹形断面体、凸型断面体和平面断面体，以及位于三个断面体下端的防砂板；所述前排砂箱及三个断面体的内部均为空腔；所述前排砂箱的注油口与流体注入装置连接；所述三个断面体上的出油口与流体排出装置连接。本发明实现了凸型、凹型和平面型断面体的一体化设计，可简单、快捷地实现不同形态的断面体对油气运移路径影响的模拟实验。

Description

一种断面控油气运移物理模拟实验装置及实验方法

技术领域

本发明涉及油气运移与聚集物理模拟技术领域，具体地说，涉及一种断面控油气运移物理模拟实验装置及实验方法，通过观察不同断面形态对油气运移影响，以及改变断面倾角时断面控油关系的变化，从而示踪断面控油气运移路径和运移过程的物理模拟方法。

背景技术

岩层或岩体破裂错开，沿两盘发生相对移动的面，称断层面。断层面有的平直，有的弯曲。在不同的地质条件下，会形成不同地质形状和不同形态的断层面（简称断面）。断面形态影响了断层流体运移的方向和路径。断面形态在空间上的不规则性主要体现在纵向上和走向上断面形态的起伏差异。

在纵向上，根据不同深度断面陡缓的相对变化，断面产状可以划分为上陡下缓型、 平直型和上缓下陡型等 3 种基本类型，其中倾角较小的层段有利于油气的聚集和油气向两端砂体中运移，其中倾角越大、弯度越少的层段，越有利于油气的垂向运移。倾角越大的多条断层组成的断裂系统往往成为油气垂向运移的优势运移通道。在走向上，根据断面产状可以划分为平整性（平面型）、上凸型和下凹型。根据以往的认识，凸面断层使流线汇集形成垂向的优势运移通道，凹面断层使流线向上呈发散状。同时，对于凸面断层，由于与断面接触并在断面上方的砂体体积较小，不利于油气向砂体中运移，而有利于油气的垂向运移；对于凹面断层，与断面接触并在断面上方的砂体体积较大，有利于油气向砂体中运移形成聚集。烃类供给量的多少控制有效断面优势运移通道的运载量。若烃类供给量较小，整个断面可能只有部分成为油气优势运移通道，且运载量小，而其他的断面部分在整个地质历史时期可能对油气运移一直无效。

油源断裂发育部位烃源岩的排烃强度和超压程度越强，断面优势运移通道运载油气的距离就越长，也越有利于浅层油气的聚集。对于非油源断裂，只有在断裂通过骨架砂体、储层、 不整合面与油源断裂或烃源岩沟通的情况下才可能成为有效油气运移通道。

针对断面对油气运聚的重要性，很多学者展开了研究。譬如，Hindle（1997）研究认为，断层面的几何形状和产状对油气运移路径有着重要的影响，认为油气沿断层的运移是一个复杂的过程，从二维剖面上看油气可能是从断层上盘经断层垂向调整后进入下盘，而在三维模型上可以看出上、下盘其实存在岩性并置，断层面的垂向运移并没有发生。Anthony 等（2004）通过直立断层和倾滑断层模型，应用有限元数值模拟方法，对断层交汇区的断层位移、应力（剪切应力、差应力）及扩容变化进行了研究，结果表明：（a）应力变化引起上部页岩层内断层交叉点附近开启一个三角形的高扩容带，成为油气突破盖层的充注通道；（b）在较高的应变下，扩容也发生于活动断层面，但是总体积应变增加低于断层交叉点附近。相比之下，剪切应变在活动断层面上一般要高于高扩容三角区域计算的剪切应变增加低于断层交叉点附近。相比之下，剪切应变在活动断层面上一般要高于高扩容三角区域计算的剪切应变值。孙同文（2012）认为断裂输导具有沿断裂纵向方向、走向方向和横穿断层面方向3 个运移分量，与此相对应断裂输导形式分为“2 类 4 型”，包括沿断层面输导和横穿断层面输导两大类，其中沿断层面输导又分为沿断裂纵向向上、沿断裂向下“倒灌”和沿断裂走向输导 3 类。

随着近年来钻井数据增多及研究的深入，沿小断面的矿物脉充填（Gudmundsson， 2001）、钻遇断裂带岩心含油情况（陈伟，2011）及钻遇的“断裂空腔”沥青（蒋有录和刘华，2010）等均可为断裂输导流体（油气）提供直接证据。油田勘探结果更是表明了断裂对油气运聚成藏的重要性，罗群等（2007）对全国18个盆地、40个典型油气田统计表明，70%以上的油气成藏都与断裂有关，在这其中，断裂对油气运移输导的控制率达到72.5%，对油气分布控制达到80%，其中绝对控制为42.5%，明显控制达37.5%。由此可见，含油气盆地（尤其是断陷盆地）中断裂对油气的运移与成藏起着非常重要的作用，研究断面控藏的规律可以有效地指导油气勘探，降低生产的风险。

目前针对断面控藏作用的研究，多是根据大量勘探实践数据和测试数据，针对地质剖面进行解剖分析。相关的与断裂有关的油气运聚机理物理模拟基本都是在一个大的砂箱内进行，通过在砂箱内购置不同地质模型，来模拟或验证某个地区的油气运移聚集规律，尚没有发现专门针对断面控油机理研究的实验装置和实验方法。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明特别涉及了一种断面控油气运移物理模拟实验装置及实验方法。本发明中的凸型、凹型和平面型断面体的一体化设计，断面体与砂体运载层联接的实验模型，可改变断面倾角的断面控油实验设计，可同时实现对断面体形态、断面倾角对油气运移路径影响的研究。

一种断面控油气运移物理模拟实验装置，包括前排砂箱、断面模拟器、后排靠板、底板、流体注入装置及流体排出装置，所述断面模拟器位于前排砂箱与后排靠板之间，所述底板位于前排砂箱、断面模拟器及后排靠板的底部；所述断面模拟器包括凹形断面体、凸型断面体和平面断面体，以及位于三个断面体下端的防砂板；所述前排砂箱及三个断面体的内部均为空腔；所述前排砂箱的前面底部靠近三个断面体的位置分别设有注油口，与流体注入装置连接；所述三个断面体上靠近后排靠板的一端分别设有出油口，与流体排出装置连接。

进一步的，所述前排砂箱、断面模拟器、后排靠板、底板的材质均为防高压的无色透明玻璃。

进一步的，所述凹形断面体、凸型断面体和平面断面体的厚度相同为3-5cm。

进一步的，在所述凹形断面体、凸型断面体和平面断面体之间分别设有插槽，用于插入薄层插板，所述薄层插板是非渗透性的薄层玻璃板或渗透性的防砂板。

进一步的，所述防砂板是由带微孔的薄层聚丙烯材料制成的，微孔孔径为75-100μm。

进一步的，所述流体注入装置包括相连接的输油桶和输油软管，所述输油桶的进口端与高压泵相连，所述输油软管的出口端与前排砂箱上的注油口连接；所述输油软管上依次配有稳压阀、压力表和流量仪。

进一步的，所述流体排出装置包括相连接的输出软管及流体收集瓶，所述输出软管的进口端与断面模拟器上的出油口连接，所述输出软管上配有流量仪。

进一步的，所述断面体的顶端及底端分别设有多个卡板，所述前排砂箱及后排靠板的对应位置设有卡槽。

本发明的一种油气运聚物理模拟实验方法，具体为：

1）实验前准备：对实验前的油气成分进行检测分析，记录实验数据；按实验要求选择石英砂，用水浸润；

2）组装本发明的实验装置：在前排砂箱和断面体中充填浸润后的石英砂，断面体中插入薄层插板，震荡5-10min；然后将模拟实验装置组装固定；

3）模拟实验过程：调整断面体模拟器的倾斜角度；从注油口中注入油气，观察油气的运聚现象，并实时照相或录像；

4）实验结果分析：从出油口中分别采集实验后的油气产物，标上样品标记；达到实验要求后，停止物理模拟实验；对油气产物进行地球化学检测，分析实验过程，总结油气运聚机理。

进一步的，所述前排砂箱中充填250-750μm粒径的石英砂岩，断面体中充填750-1500μm粒径的石英砂。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：1）本发明实现了凸型、凹型和平面型断面体的一体化设计，可简单、快捷地实现不同形态的断面体对油气运移路径影响的模拟实验；2）本发明通过后排靠板的前后摆动和卡槽的升降，可改变实验装置中断面体模拟器的倾斜角度，角度可调的断面体与前排砂箱的连接，可以同时实现对断面体形态、断面倾角对油气运移路径影响的研究；3）其中凸型、凹型和平面型断面体可保持为相互独立的油气运移系统，可同时对凸型、凹型和平面型断面体中的油气进行地球化学分子指标检测，以分析其运移效应的差异，从而研究其控油机理的差异。本实验模型成本低，操作方便，能很好地多角度、多因素展现断面控油气运聚机理，因此也可很好地为本科生和研究生等实验教学服务。

附图说明

图1. 本发明的断面控油气运移物理模拟实验装置的结构示意图；

图2. 本发明的断面体模拟器构成分解示意图；

图3. 本发明的断面体模拟器底板-带微孔的防砂板示意图（微孔放大效果）；

图4. 本发明的凹形断面体、凸型断面体和平面型断面体的空间示意图；

图5. 本发明的断面体模拟器的横截面示意图；

图6. 本发明的凹形断面体、凸型断面体和平面型断面体的纵截面示意图；

图7. 本发明的前排砂箱示意图；

图8. 本发明的后排靠板示意图；

图9. 本发明的底板示意图；

图10. 实施例1中断面倾角为30度时的油模拟实验模型图；

图11. 实施例中油沿不同断面体的实验现象示意图（箭头表示油运移方向）；

图12. 实施例2中断面倾角为60度时的油模拟实验模型图；

图4、10、11及12中以圆圈代表填充的石英砂。

具体实施方式

断裂是形成油气藏及控制油气藏规模的重要因素，断裂在油气成藏和石油勘探开发中具有重要意义。断裂是岩石的一种破碎带，流体在其中的流动通道和空间可以近似地看成在裂缝性储层中的流动。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)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。但为了便于地质研究，传统上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的，因为这个面常常是个极不规则的复杂曲面。即断面的形态对油气运移有重要的控制作用。

同时，据物理模拟实验表明，断裂在不同岩性地层中产生的断层倾角是不同的，在脆性岩层中的断层倾角大，在塑性岩层中的断层倾角小，这表明同一条断层的断层面会因断开不同性质的地层而具有不规则的形态，在流动过程中或静止埋藏断层的不同部位必定具有不同的开启性和输导能力，导致油气运移的不均一性。因此，基于断面形态和倾角对油气运移路径的影响，本发明要解决的技术问题是研制和设计一套模拟装置和实验方法，以实现模拟对于不同形态、不同倾角下发生在断面上的油气运聚过程，分析断面影响油气运移和聚集的规律，深化对油气成藏成因和油气分布规律的认识，为含油气盆地的油气勘探提供依据，同时也可很好地为实验教学服务。

为实现断面形态和倾角对油气运聚影响的研究，本模拟实验方法设计以下装置和流程。

如图1所示，本发明的油气运聚物理模拟实验装置包括前排砂箱1、断面模拟器2、后排靠板3、底板4、多相流体（油、气、水）注入装置5及流体排出装置6，各结构均为防高压的无色透明玻璃，使得本发明的实验装置在外观上为360°全透明设计，实时三维观察油气在不同断面带部位的运聚状态，实现三维可视化特点。其中断面模拟器是实验装置的核心，流体注入装置5与前排砂箱上的注油口12相连，流体排出装置6与断面模拟器上的出油口26相连。

如图2所示，所述断面模拟器是本发明的模拟装置的主体，包括凹形断面体21、凸型断面体22和平面断面体23，以及位于三个断面体下端的防砂板24。三个断面体的上顶面设有开关旋钮，可以打开和闭合，打开时可以向里面装砂。三个断面体上靠近后排靠板的一端分别设有出油口26，与流体排出装置6连接。

如图4-6所示为本发明的凹形断面体、凸型断面体和平面型断面体的空间示意图、横截面示意图及纵截面示意图，所述凹形断面由多条槽线211构成，所述凸型断面由多条脊线221构成，所述平面断面由多条平行线构成，从空间上看，凹形断面体向内弯曲，凸型断面体向外弯曲，平面断面体为平板，三个断面体的厚度相同为3-5cm，内部均为空腔，可填充石英砂，图4中以圆圈代表填充的石英砂。使用本装置时，油气从石英砂中运移，运移时会受到断面的限制，因而本发明的断面模拟器能够模拟断面对油气运移路径的影响。。

所述断面体的顶端及底端分别设有多个卡板25，分别可以插入前排砂箱及后排靠板的对应卡槽里，使得断面模拟器和前排砂箱成为一体，满足油气从前排砂箱到断面体的运移，此时的前排砂箱充当砂层运载层的作用。

如图3所示，所述防砂板24是由带微孔的薄层聚丙烯材料制成的PP防砂板，微孔孔径为75-100μm，该孔径对于粒径在150目以上的石英砂防漏有效，但却不能阻止油、气、水的渗流，因此油、气、水可以在前排砂箱、断面体及防砂板之间上下流通，可流通的面上设有微孔，不可流通的面为实体玻璃，使整个断面体与砂箱模拟系统成为一个流体可以自由贯通的有效整体，由于防砂渗漏有效，因此两个单元结构是又独立的。

在凹形断面体、凸型断面体和平面断面体之间分别设有1-2个插槽27，可分别插入1-2个薄层插板，优选为2个插槽，根据实验需要，插板可以选择非渗透性的薄层玻璃板或渗透性的防砂板。

当在凹形断面体、凸型断面体和平面断面体之间分别插入非渗透性插板时，这时凹形断面体、凸型断面体和平面断面体的油气运移系统保持了独立性。通过各断面体上方的出油口中检测油样的地球化学指标（譬如生物标志物参数），可以分析凹形断面体、凸型断面体和平面断面体中分别发生的油气运移效应，从而可以研究其中油气运移机理的差异。

如图7所示，所述前排砂箱1的箱盖上有旋钮开关，将旋钮开关打开，可以填充石英砂。箱体的侧面有卡槽11，可以方便插入断面体。砂箱前面底部的左下角、中间和右下角分别有注油口12，三个注油口分别靠近凹形断面体、凸型断面体和平面断面体。从三个注油口同时注油，可以保证油向凹形断面体、凸型断面体和平面断面体注入速率、注入时间等条件的一致性。

如图8所示，所述后排靠板3为扁平的四方体框架，可以前后摆动，作为支撑断面体模拟器的用途。靠板两侧有卡槽31，卡槽可以上下滑动，断面体卡入该卡槽后，通过卡槽上下滑动及靠板的前后摆动，可以改变断面体模拟器的倾角，满足断面体模拟器多角度模拟实验的需要。

如图9所示，所述底板4为扁平的四方体结构，底板上设有与前排砂箱和后排靠板对应宽度的插槽空腔，将前排砂箱和后排靠板放置于底板对应位置，底板底部设有活动的螺栓将其固定。通过底板将前排砂箱和后排靠板连为一体，增加了整个模拟装置的稳定性。

所述流体注入装置5包括相连接的输油桶51和输油软管52，所述输油桶的进口端与高压泵7相连，所述输油软管的出口端与前排砂箱上的注油口12连接。在所述输油软管上依次配有稳压阀53、压力表54和流量仪55，稳压阀实现对压力的控制，压力表和流量仪对注入流体强度起监测作用。本发明的模拟实验可以通过改变进口压力的大小，考察进口压力对油气运聚的控制作用。

所述流体排出装置6包括相连接的输出软管61及流体收集瓶62，所述输出软管的进口端与断面模拟器上的出油口连接。在所述输出软管上配有流量仪，流体由收集瓶62收集。在进行油充注模拟实验时，若油动力不足，难以输出到输出软管中时，可以用吸管从出油口中采集出油样本，进行色谱-色质等分析测试。在进行气充注模拟实验时，由于气的运移能力强，可以直接从出油口通过输出软管进入收集瓶中，再进行分析测试。

本发明在模拟实验过程中可根据压力和流量的控制，实现对模拟过程的控制，以及充注压力、流速对油气运聚的影响。

本发明的装置还包括对实验前后流体检测的数据处理分析系统，即包括对油气样品注入模拟系统之前的计量、测试和分析，以及针对从出口出来的实验后的样品计量、测试和分析。

本发明的油气运聚物理模拟实验方法，具体为：

1）实验前准备：准备相关模拟材料，检测模拟系统设备，对实验前的油成分进行检测分析，采集实验前的实验收据；按实验要求选择石英砂，用水浸润；

2）组装本发明的实验装置：在前排砂箱和断面体中充填浸润后的石英砂；断面体中插入薄层插板；震荡5-10min，使石英砂充分接触并保持一定的压实度；然后将本发明的装置组装固定；

3）模拟实验过程：调整断面体模拟器的倾斜角度；从注油口中注入油气，观察油气的运聚现象，并实时照相或录像；

4）实验结果分析：从出油口中分别采集实验后的油气产物，标上样品标记；达到实验要求后，停止物理模拟实验；对油气产物进行地球化学检测，分析实验过程，总结油气运聚机理。

当对原油进行模拟实验时，可以将原油用染成红色的煤油代替。

本发明的模拟实验方法不仅能观察在凹形断面体、凸型断面体和平面型断面体内的油气运聚过程，还可以对进入三个断面体模拟系统前后的油气组分分别进行地球化学检测，如进行色谱-质谱检测，通过对生物标志物参数的变化分析其油气运移效应现象及其差异。

根据实验需要，前排砂箱可充填250-750μm粒径的石英砂岩，代表中砂岩-粗砂岩，断面体中可充填750-1500μm粒径的石英砂。

下面通过实施例，对本发明的油气运聚物理模拟试验装置及实验方法进行效益说明。

实施例1

如图10所示为模拟断面倾角为30度时油充注模拟器的实验，本实验的前排砂箱中充填500μm粒径石英砂岩代表粗砂岩，断面体中充填1000μm粒径的石英砂代表砾岩。断面体之间的插槽中插入非渗入性的薄层无孔玻璃板。将染成红色的煤油从前排砂箱底部的三个注油口中同时注入，将三个断面体顶部的出油口同时打开。

具体操作方法如下：

1）实验前准备：准备相关模拟材料，检测模拟系统设备，对实验前的油成分进行检测分析，采集实验前的实验收据；按实验要求选择石英砂，用水浸润；

2）组装本发明的实验装置：打开前排砂箱和断面体的箱盖，充填浸润后的石英砂；断面体之间插入非渗入性的薄层无孔玻璃板；震荡5-10min，使石英砂充分接触并保持一定的压实度；然后关闭箱盖，扣好旋钮，将断面体模拟器分别插入前排砂箱和后排靠板的卡槽中进行固定；

3）模拟实验过程：滑动后排靠板的卡槽位置并前后调整后排靠板的角度，使断面体模拟器倾角为30度；同时打开前排砂箱底部的3个注油口，连接恒流恒压泵，设定注入速率为5-10ml/min，从注油口同时同速率注入带染成红色的煤油；实验过程中观察煤油运聚现象，并实时照相或录像；

4）实验结果分析：从后排靠板顶部的三个出油口分别采集实验后的煤油产物，标上样品标记；达到实验要求后，停止物理模拟实验；对从出油口采集到的产物进行地球化学检测；并结合实验观察现象，对比分析实验前后数据的差异，分析实验过程，总结油气运聚机理。

图11表示了实验过程中可展现的石油运移路径，图11A、11B、11C分别表示原油凹型断面体、凸型断面体和平面型断面体运移的主要运移路径。油沿凹型断面体运移时，运移路径逐渐发散，开始运移速率相对较慢；油沿凸型断面体开始运移时，运移路径逐渐集中，呈现汇聚式运移模式，而且运移速率相对较快；油沿平面型断面体开始运移时，运移路径呈平形状，开始的运移速率介于凹面体和凸面体之间。

实施例2

如图12所示为模拟断面倾角为60度时油充注模拟器的实验，本实验中选择前排砂箱充填500μm粒径石英砂岩代表粗砂岩，断面体里充填1000μm粒径的石英砂代表砾岩。断面体之间的插槽中插入非渗入性的薄层无孔玻璃板。将染成红色的煤油从前排砂箱底部的三个注油口中同时注入，将三个断面体顶部的出油口同时打开。

具体操作方法如下：

1）实验前准备：准备相关模拟材料，检测模拟系统设备，对实验前的油成分进行检测分析，采集实验前的实验收据；按实验要求选择石英砂，用水浸润；

2）组装本发明的实验装置：打开前排砂箱和断面体的箱盖，充填浸润后的石英砂；断面体之间插入非渗入性的薄层无孔玻璃板；震荡5-10min，使石英砂充分接触并保持一定的压实度；然后关闭箱盖，扣好旋钮，将断面体模拟器分别插入前排砂箱和后排靠板的卡槽中进行固定；

3）模拟实验过程：滑动后排靠板的卡槽位置并前后调整后排靠板的角度，使断面体模拟器倾角为30度；同时打开前排砂箱底部的3个注油口，连接恒流恒压泵，设定注入速率为5-10ml/min，从注油口同时同速率注入带染成红色的煤油；实验过程中观察煤油运聚现象，并实时照相或录像；

4）实验结果分析：从后排靠板顶部的三个出油口分别采集实验后的煤油产物，标上样品标记；达到实验要求后，停止物理模拟实验；对从出油口采集到的产物进行地球化学检测；并结合实验观察现象，对比分析实验前后数据的差异，分析实验过程，总结油气运聚机理。

实施例2中所展现的实验现象和实施例1中总体相同，但实施例1和实施例2比较可以看出，提高断面体倾角，对凹形断面中油开始运移速率的影响更大，油的运移速率会明显加快。

实施例3

本实施例为模拟断面倾角为30度时油充注模拟器的实验，本实验的前排砂箱中充填500μm粒径石英砂岩代表粗砂岩，断面体中充填1000μm粒径的石英砂代表砾岩，断面体之间插入渗入性的薄层无孔玻璃板，这时凹型、凸型和平面型断面体的油运移形成一个统一的系统，油可以在三个断面体之间实现运移。将染成红色的煤油从前排砂箱底部的三个注油口中同时注入，将三个断面体顶部的出油口同时打开。

其他实验条件及具体操作方法与实施例1相同，不同的是步骤2）：

2）组装本发明的实验装置：打开前排砂箱和断面体的箱盖，充填浸润后的石英砂；断面体之间插入渗入性的薄层无孔玻璃板；震荡5-10min，使石英砂充分接触并保持一定的压实度；然后关闭箱盖，扣好旋钮，将断面体模拟器分别插入前排砂箱和后排靠板的卡槽中进行固定。

本实施例的实验现象与实施例1相似，不同的是，本实施例中有少量油的运移路径在断面之间穿越。

实施例4

本实施例为模拟断面倾角为30度时气充注模拟器的实验，本实验的前排砂箱中充填500μm粒径石英砂岩代表粗砂岩，断面体中充填1000μm粒径的石英砂代表砾岩，断面体之间插入非渗入性的薄层无孔玻璃板。将氮气从前排砂箱底部的三个注油口中同时注入，将三个断面体顶部的出油口同时打开，并连接软管到装水的集气瓶，用排水法收集从模拟器排出的气体。

具体操作方法如下：

1）实验前准备：准备相关模拟材料，检测模拟系统设备，对实验前的气成分进行检测分析，采集实验前的实验收据；按实验要求选择石英砂，用水浸润；

2）组装本发明的实验装置：打开前排砂箱和断面体的箱盖，充填浸润后的石英砂；断面体之间插入非渗入性的薄层无孔玻璃板；震荡5-10min，使石英砂充分接触并保持一定的压实度；然后关闭箱盖，扣好旋钮，将断面体模拟器分别插入前排砂箱和后排靠板的卡槽中进行固定；

3）模拟实验过程：滑动后排靠板的卡槽位置并前后调整后排靠板的角度，使断面体模拟器倾角为30度；同时打开前排砂箱底部的3个注气口，连接恒流恒压泵，设定注入速率为5-10ml/min，从注油口同时同速率注入实验用的氮气；实验过程中观察气运聚现象，并实时照相或录像；

4）实验结果分析：从后排靠板顶部的三个出油口分别采集实验后的气体产物，标上样品标记；达到实验要求后，停止物理模拟实验；对从出油口采集到的产物进行地球化学检测；并结合实验观察现象，对比分析实验前后数据的差异，分析实验过程，总结气运聚机理。

本实施例的实验现象与实施例1相似，不同的是，本实施例中气体无色，实验现象相对难以观察，更多的是依靠实验前后气体的地球化学特征分析。

实施例5

本实施例为模拟断面倾角为30度时油充注模拟器的实验，本实施例中模拟器采用凸型-凹型-平面型断面体连接一体化玻璃板，而实施例1中采取的是凹型-凸型-平面型断面体连接一体化玻璃板，其他实验条件及具体操作方法与实施例1相同。本实施例的实验现象与实实施例1相似。

实施例6

本实施例为模拟断面倾角为30度时油充注模拟器的实验，本实施例中模拟器采用平面型-凸型-凹型断面体连接一体化玻璃板，而实施例1中采取的是凹型-凸型-平面型断面体连接一体化玻璃板，其他实验条件及具体操作方法与实施例1相同。本实施例的实验现象与实实施例1相似。

实施例7

本实施例为模拟断面倾角为30度时油充注模拟器的实验，本实施例中模拟器采用平面型-凹型-凸型断面体连接一体化玻璃板，而实施例1中采取的是凹型-凸型-平面型断面体连接一体化玻璃板，其他实验条件及具体操作方法与实施例1相同。本实施例的实验现象与实实施例1相似。

本发明还可以研究凹型-凸型-平面型断面体、平面型-凹型-凸型断面体和平面型-凸型-凹型断面体在任意断面倾角的条件下（不是30度），或者在气充注的条件下的油气充注模拟实验，实验方案和实验现象基本同实施例1一致，在此不再详细介绍。

由以上实施例可知，对于断裂而言，由于断裂带内部结构复杂，断层面往往凹凸不平，油气在断裂带中将沿着某一有限的通道空间运移，遵循沿最大流体势降低方向运移而集中在最小阻力的路径上运移，因此，油气并非沿整条油源断裂运移，同样也存在着优势运移通道。

经本发明的油气优势运移路径受断面几何形态影响，可以分为以下三种情况：（1）平面型断面基本不改变油运移路径，油运移路径呈平行状，提高断面倾角对油运移路径影响不大；（2）凹型断面使油运移流线向上呈发散状，对油聚集不利，提高断面倾角会减弱油运移的发散性；（3）凸型断面油运移流线成汇聚型，对油聚集有利，但提高断面倾角会减弱油运移的汇聚性。

Claims (10)

1.一种断面控油气运移物理模拟实验装置，其特征在于，包括前排砂箱、断面模拟器、后排靠板、底板、流体注入装置及流体排出装置，所述断面模拟器位于前排砂箱与后排靠板之间，所述底板位于前排砂箱、断面模拟器及后排靠板的底部；所述断面模拟器包括凹形断面体、凸型断面体和平面断面体，以及位于三个断面体下端的防砂板；所述前排砂箱及三个断面体的内部均为空腔；所述前排砂箱的前面底部靠近三个断面体的位置分别设有注油口，与流体注入装置连接；所述三个断面体上靠近后排靠板的一端分别设有出油口，与流体排出装置连接。

2. 根据权利要求1所述的一种断面控油气运移物理模拟实验装置，其特征在于，所述前排砂箱、断面模拟器、后排靠板、底板的材质均为防高压的无色透明玻璃。

3. 根据权利要求1所述的一种断面控油气运移物理模拟实验装置，其特征在于，所述凹形断面体、凸型断面体和平面断面体的厚度相同为3-5cm。

4. 根据权利要求1所述的一种断面控油气运移物理模拟实验装置，其特征在于，在所述凹形断面体、凸型断面体和平面断面体之间分别设有插槽，用于插入薄层插板，所述薄层插板是非渗透性的薄层玻璃板或渗透性的防砂板。

5. 根据权利要求1所述的一种断面控油气运移物理模拟实验装置，其特征在于，所述防砂板是由带微孔的薄层聚丙烯材料制成的，微孔孔径为75-100μm。

6. 根据权利要求1所述的一种断面控油气运移物理模拟实验装置，其特征在于，所述流体注入装置包括相连接的输油桶和输油软管，所述输油桶的进口端与高压泵相连，所述输油软管的出口端与前排砂箱上的注油口连接；所述输油软管上依次配有稳压阀、压力表和流量仪。

7. 根据权利要求1所述的一种断面控油气运移物理模拟实验装置，其特征在于，所述流体排出装置包括相连接的输出软管及流体收集瓶，所述输出软管的进口端与断面模拟器上的出油口连接，所述输出软管上配有流量仪。

8. 根据权利要求1所述的一种断面控油气运移物理模拟实验装置，其特征在于，所述断面体的顶端及底端分别设有多个卡板，所述前排砂箱及后排靠板的对应位置设有卡槽。

9. 一种油气运聚物理模拟实验方法，其特征在于，具体为：

1）实验前准备：对实验前的油气成分进行检测分析，记录实验数据；按实验要求选择石英砂，用水浸润；

2）组装权利要求1所述的实验装置：在前排砂箱和断面体中充填浸润后的石英砂，断面体中插入薄层插板，震荡5-10min；然后将模拟实验装置组装固定；

3）模拟实验过程：调整断面体模拟器的倾斜角度；从注油口中注入油气，观察油气的运聚现象，并实时照相或录像；

4）实验结果分析：从出油口中分别采集实验后的油气产物，标上样品标记；达到实验要求后，停止物理模拟实验；对油气产物进行地球化学检测，分析实验过程，总结油气运聚机理。

10. 根据权利要求9所述的一种油气运聚物理模拟实验方法，其特征在于，所述前排砂箱中充填250-750μm粒径的石英砂岩，断面体中充填750-1500μm粒径的石英砂。