CN105023496A - 断裂带泥岩涂抹封堵油气运移实验装置及实验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种断裂带泥岩涂抹封堵油气运移实验装置及实验方法，所述实验装置包括模拟器、与模拟器的流体注入口相连的流体注入口压力控制系统和与模拟器的流体输出口相连的流体输出口压力控制系统；所述模拟器包括地层箱体和位于地层箱体一侧的断裂带体，所述断裂带体包括一侧与地层箱体可拆卸连接的薄层空腔和位于薄层空腔另一侧的断裂带体装砂室，所述薄层空腔内插装有薄层玻璃板。本发明以实现模拟在发生不同泥岩涂抹时的油气运聚过程，分析泥岩涂抹影响油气沿断裂带运移和聚集的规律及控制因素，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。
Description
技术领域
本发明涉及油气成藏的实验装置及实验方法，具体地说，涉及一种垂向断裂带泥岩涂抹封堵油气侧向运移的物理模拟装置及实验方法，通过改变断裂带泥岩涂抹程度，从而示踪断裂带控制油气运移路径和运移过程的物理模拟方法。
背景技术
断层封闭性是指断层与地层物性的各向异性相配合所形成的能够阻止油、气继续运移，使其聚集起来的新的物性和压力系统。它在空间上表现为两个方面，一是在侧向上，断层对穿过其断层面侧向运移的油、气封闭作用，即断层侧向封闭性；二是在垂向上，断层对沿断层面垂向运移的油、气封闭作用，即断层垂向封闭性。断层封闭性是形成油气藏及控制油气藏规模的重要因素，它的研究对于了解断层在油气成藏和石油勘探开发中具有重要的意义。
由于泥岩层的可塑性，在断裂形成时，断裂两侧的泥岩层常被拖拽进断裂带，形成长长的涂抹层敷在断层面上，形成非渗透层。挤压成因的逆断层，由于受上覆岩层的重力作用和区域构造挤压应力的作用，其泥岩涂抹的作用要相对较强。断裂带泥岩涂抹的程度和效果要受到断裂的性质、断距、泥岩层的厚度和层数及断面产状和形态的影响。如果泥岩层越厚，涂抹的距离就会越长；泥岩层的层数越多，在断层面可能会形成多重涂抹，涂抹的效果就会越好。断面的产状也影响到泥岩涂抹层的发育，断面越缓，其受到的压力越大，涂抹作用越强，越有利于涂抹层的发育。由于泥岩涂抹层的非渗透性，断层面上形成的泥岩涂抹层可以阻碍油气的运移。泥岩涂抹对断层封闭性的影响还取决于其分布的连续性，而泥岩涂抹层空间分布的连续性又要受断层本身断距、断移地层泥岩层厚度和层数的影响。泥岩层厚度越大，层数越多，泥岩涂抹层越发育，空间分布的连续性越好，反之则越差。
由泥岩涂抹层形成的侧向封闭机制是断层侧向封堵机制的一种重要类型。泥岩涂抹是指在断裂形成过程中，塑性的泥页岩被拖拽进断裂带敷在断面上，在断裂面附近形成泥岩涂抹层。野外观察表明断裂带中泥岩涂抹现象十分普遍，既可存在于逆断层，又可存在于正断层中。
早在1935年，Rettger在软沉积物断裂变形实验中观察到泥岩流入断裂带的现象；Perkins(1961)首次应用泥岩流入断裂带机理去解释路易斯安那湾岸地区砂砂对接断层封闭的现象；Lindsay(1993)研究成岩后断裂变形导致的泥岩涂抹作用，从而证实在未固结、半固结和固结的砂泥层序中均可形成泥岩涂抹，规模从来源于砂泥岩薄互层中的数毫米或数厘米，厚到复杂断层带中的几米厚；Sperrevik(2000)将泥岩涂抹定义为断层上下盘泥岩层中的泥进入发育的断裂带中)沿着断层面分布的泥岩薄膜；Peacock(2000)等认为围岩富泥物质沿着断层面分布即为涂抹(smear)；1997年，吕延防和付广等学者结合我国陆相盆地断层发育特点提出了一套适合我国断层泥岩涂抹系数的求取方法。
一般认为，断裂带泥岩涂抹的效果与断面所受的力学性质及断层两盘的岩性有关。Clausen和Gabrielsen(2002)研究表明断裂带在压性条件下比张性条件下要形成更大程度的泥岩涂抹，泥岩层的连续发育趋势随压力增加而增加。对泥岩涂抹分布规律物理模拟试验研究表明，断裂带泥岩涂抹层的长度与断移泥岩层的厚度、泥岩含水量呈正比关系，与断距呈反比关系(吕延防等，2001)。这说明在压性环境下，泥岩层的厚度越大，层数越多，越有利于泥岩层的涂抹。为了定量描述断层泥的分布，Bouvier等(1989)提出用“泥岩涂抹能力”(CSP)可以判断断层的相对封闭程度。Lindsay等人(1993)把泥岩涂抹层的连续性与泥岩涂抹系数联系起来，泥岩涂抹系数(SSF)是指断层位移(L)与沿一个倾向横剖面内的断层面所发生明显位移的泥岩厚度(H)之比，即SSF＝L/H。该方法意欲模拟以塑性方式被拖曳进断层带或注入断层带的不渗透性物质的影响。这种方法明确假设断层带内不渗透层逐渐变薄。
泥岩涂抹系数是是定量判断在断层面附近形成的泥岩沾污带是否连续分布的一个重要参数。通过对特立尼达滨外哥伦比亚盆地蒂克油田和普伊油田的研究表明，在泥岩涂抹带内，只要SSF不超过4(即被断移地层泥岩百分比不小于25％)就维持空间连续性，就起着封堵油气的作用。但是，国内一些研究者通过对大量油田的分析解剖指出，有效封闭泥岩厚度(指被断地层中泥岩累积厚度最好不小于25％)有固定的界限值。但实际上有效泥岩涂抹系数则无统一界限值，各油田内泥岩涂抹因子封闭界限值不同的主要原因，是受断层落差和被断地层中泥岩累积厚度的控制。在工作中若能建立各个研究区泥岩涂抹系数界限值，将对断层或断块封闭性和封闭程度起到预测作用。因此，发明一种断裂带泥岩涂抹封堵油气运移的实验装置及实验方法可以用于探讨断裂带泥岩涂抹封堵油气运移机制和有效泥岩涂抹系数下限，不仅能促进石油地质学科的发展，对油气勘探工业也非常有意义。
现有的油气运聚机理物理模拟基本都是在一个大的沙箱内进行，通过在沙箱内构置不同地质模型，来模拟或验证某个地区的油气运移聚集规律，尚未发现有断裂带泥岩涂抹现象的物理模型设计，以及针对改变断裂带泥岩涂抹程度来进行断裂控油机理研究的实验装置和实验方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷和不足，提供了一种断裂带泥岩涂抹封堵油气运移实验装置及实验方法，以实现模拟在发生不同泥岩涂抹时的油气运聚过程，分析泥岩涂抹影响油气沿断裂带运移和聚集的规律及控制因素，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。
本发明的技术方案是：一种断裂带泥岩涂抹封堵油气运移实验装置，包括模拟器、与模拟器的流体注入口相连的流体注入口压力控制系统和与模拟器的流体输出口相连的流体输出口压力控制系统；所述模拟器包括地层箱体和位于地层箱体一侧的断裂带体，所述断裂带体包括一侧与地层箱体可拆卸连接的薄层空腔和位于薄层空腔另一侧的断裂带体装砂室，所述薄层空腔内插装有薄层玻璃板。
作为优选，所述的薄层空腔的厚度为0.1-0.5cm，由于薄层空腔非常薄，流体可以越过该薄层空腔，从地层箱体运移到断裂带体装砂室，以满足流体从地层到断裂带的运移。
进一步的，所述薄层空腔与断裂带体装砂室之间设有渗透性挡板。
作为优选，所述渗透性挡板以及地层箱体与薄层空腔连接处的地层箱体侧面和断裂带体装砂室的侧面均为带微孔的薄层聚丙烯材料制成的PP防砂网。
作为优选，所述渗透性挡板以及地层箱体与薄层空腔连接处的地层箱体侧面和断裂带体装砂室侧面上的微孔孔径为50-75微米，该孔径对于粒径在200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、水可以通过上述各板进行流通，使整个实验装置成为一个流体可以自由贯通的有效整体，但由于防砂渗漏有效，因此每个单元结构又是独立的。
进一步的，所述薄层空腔的上部设有卡板，薄层玻璃板卡在卡板上；所述薄层玻璃板为无孔玻璃板或设有微孔的聚丙烯材料制成的PP防砂网。当实验选择无孔玻璃板时，无孔玻璃板充当完全有效的泥岩涂抹层，实验中可以通过抽拉玻璃板，从而改变玻璃板在薄层空腔中的长度，即视为改变了泥岩涂抹层的长度来进行模拟实验；当实验选择用设有微孔的PP防砂网时，实验中可以通过改变PP防砂网中微孔孔径的大小，即视为改变了泥岩涂抹层的质量来进行模拟实验。
作为优选，所述薄层玻璃板上微孔的孔径≤50微米，孔径大小可以根据实验需要而定，以模拟发生了不同程度的泥岩涂抹。
作为优选，所述地层箱体包括上部的箱盖和下部的地层装砂室，所述地层装砂室与薄层空腔可拆装连接。
作为优选，所述箱盖的下底面为可拆卸的无孔玻璃板，其形状与地层装砂室的上表面形状相同，均为起伏的地层形状，且地层装砂室侧面的长度和宽度与薄层空腔侧面的长度和宽度相同，增加了油气运聚的有效性。当扣上箱盖时，所述无孔玻璃板充当非渗透性的盖层，阻止流体向上运移；地层装砂室可以装填不同粒径石英砂，充当油气的运载层，地层装砂室的上表面为起伏的地层形态，一是模拟地下倾斜的地层形态，二是可以保证油气在浮力作用下主体向着上倾方向运移，容易运移到一侧的断裂带，以提高模拟实验的效率和有效性。
进一步的，所述地层装砂室与薄层空腔连接的一侧设有多个插板，薄层空腔与地层装砂室相连的一侧设有与插板相对应的多个插槽，所述插槽与插板的数量相同，通过插槽和插板将地层装砂室与薄层空腔连接在一起，从而将地层箱体与断裂带体固定为一体。
作为优选，所述箱盖上设有连接箱盖和地层装砂室的旋钮开关，打开旋钮开关，可以往地层装砂室里充填石英砂，充填好后，再扣上即可进行实验；所述断裂带体装砂室的侧面设有旋钮开关，打开旋钮开关，可以打开断裂带体装砂室，向断裂带体装砂室里充填石英砂，充填好后，再扣上即可进行实验。
作为优选，所述模拟器由全透明的钢化玻璃组成，便于观察油气运聚的过程。
作为优选，所述流体注入口位于地层箱体两侧底角处，所述流体输出口位于断裂带体装砂室的顶角处以及地层箱体与薄层空腔相连的一侧顶角处，且流体注入口与流体输出口为对角设置，可以保证油气流体在模拟器内的充分运移。
作为优选，所述流体注入口压力控制系统包括一端与流体注入口连接的输油气软管以及依次安装在输油气软管上的稳压阀、压力表和流量仪，输油气软管的另一端连接有输油气桶，输油气桶连接有高压泵。多个压力阀门的控制可实现对压力的控制，压力表和流量仪对注入流体的强度起监测作用。模拟实验时，可以通过进口压力的大小，考察进口压力对油气运聚的控制作用。
作为优选，所述流体输出口压力控制系统包括一端与流体输出口连接的输油气软管以及依次安装在输油气软管上的压力调节阀和流量仪，输油气软管的另一端连接有流体收集瓶，流体由流体收集瓶收集。
本发明还提供了一种断裂带泥岩涂抹封堵油气运移的实验方法，采用上面所述的模拟装置，其具体实验步骤如下：
(1)准备模拟材料，检测模拟装置设备，对实验前的原油成分进行检测分析，采集实验前的实验数据。
(2)将地层箱体与断裂带体拆开，打开地层箱体和断裂带体装砂室，对地层箱体和断裂带体装砂室进行岩性配置。
(3)根据岩性配置选择石英砂，用水浸润。
(4)将包含水的石英砂放于地层箱体和断裂带体装砂室，关闭地层箱体和断裂带体装砂室，将地层箱体与断裂带体连接固定好。
(5)调节流体注入口压力控制系统和流体输出口压力控制系统，使进出口压力达到实验目的要求。
(6)打开流体注入口和流体输出口，连接高压泵，设定注入速率，开始从流体注入口注入原油。
(7)将薄层玻璃板插入值薄层空腔，观察实验过程中油气运聚现象，并实时照相或录像，从流体输出口采集实验后的原油产物。
(8)达到实验要求后，停止物理模拟实验。
(9)对从流体输出口采集到的原油产物进行地球化学检测。
(10)对比分析实验过程的现象和实验前后数据的差异，分析实验过程，总结油气运聚机理。
本发明的有益效果是：(1)本发明实验装置设有地层箱体和断裂带体，通过对断裂带体的设计，利用其薄层玻璃板实现模拟不同程度泥岩涂抹时，对油气侧向运移封堵效果的试验。(2)本发明实验装置操作方便，灵便轻巧，能够多角度、多因素展现断裂带泥岩涂抹控油气运聚机理，因此，还可以更好地为本科生和研究生等试验教学服务。(3)本发明地层箱体设计有箱盖和地层装砂室，且箱盖的底面和地层装砂室的上表面均设为起伏的地层形状，提高了模拟实验的效率和有效性。(4)本发明渗透性挡板以及地层箱体与薄层空腔连接处的地层箱体侧面和断裂带体装砂室的侧面均为带微孔的薄层聚丙烯材料制成的PP防砂网，操作方便，成本低。(5)本发明地层箱体和断裂带体均采用公文包式设计，通过旋钮开关可快速方便地进行装砂设计。(6)本发明在外观上为360°全透明设计，实时三维观察油气在不同岩性结构体中和不同断裂带部位的运聚状态，具有三维可视化的特点。(7)本发明模拟实验过程中可根据压力和流量的控制，实现多模拟实验过程的控制，以及充注压力、流速对油气运聚的影响。
附图说明
附图1为本发明实施例1中断裂带泥岩涂抹封堵油气侧向运移实验装置的结构图。
附图2为本发明实施例1中断裂带体的结构示意图。
附图3为本发明实施例地层箱体的结构示意图。
附图4为本发明实施例箱盖的结构示意图。
附图5为本发明实施例地层装砂室的结构示意图。
附图6为本发明实施例渗透性挡板、地层箱体与薄层空腔连接处的地层箱体侧面和断裂带体装砂室侧面的结构示意图。
附图7为本发明实施例2中泥岩涂抹模拟实验的实验模型图。
附图8为本发明实施例2中泥岩涂抹模拟实验的实验现象示意图。
附图9为本发明实施例4中泥岩涂抹模拟实验的实验模型图。
附图10为本发明实施例实施例4中泥岩涂抹模拟实验不同微孔孔径的薄层玻璃板的结构示意图。
图中，1、流体注入口，2、流体输出口，3、地层箱体，4、断裂带体，5、薄层空腔，6、断裂带体装砂室，7、薄层玻璃板，8、渗透性挡板，9、卡板，10、箱盖，11、地层装砂室，12、无孔玻璃板，13、插板，14、插槽，15、旋钮开关，16、旋钮开关，17、输油气软管，18、稳压阀，19、压力表，20、流量仪，21、输油气桶，22、高压泵，23、输油气软管，24、压力调节阀，25、流量仪，26、流体收集瓶，27、薄层玻璃板封闭段，28、250微米粒径石英砂，29、500微米粒径石英砂，30、石英砂。
具体实施方式
泥岩对断裂带进行涂抹的效果主要从两个方面得到体现，一是泥岩涂抹的比例，即发生错动的地层有多少比例发生了泥岩涂抹；二是泥岩涂抹的强度或质量，就是在同一错动的地层有多少厚度的泥岩发生了涂抹，其结果是影响泥岩涂抹的质量。以下结合附图及几个实施例说明本发明可实现这两个方面影响因素的模拟实验。
实施例1：如图1所示，一种断裂带泥岩涂抹封堵油气运移实验装置，包括模拟器、与模拟器的流体注入口1相连的流体注入口压力控制系统和与模拟器的流体输出口2相连的流体输出口压力控制系统；所述模拟器由全透明的钢化玻璃组成，便于观察油气运聚的过程。所述模拟器包括地层箱体3和位于地层箱体3一侧的断裂带体4，所述断裂带体4包括一侧与地层箱体3可拆卸连接的薄层空腔5和位于薄层空腔5另一侧的断裂带体装砂室6，所述薄层空腔5内插装有薄层玻璃板7。
本实施例中，所述的薄层空腔5的厚度为0.2cm、0.3cm或0.4cm，由于薄层空腔5非常薄，流体可以越过该薄层空腔5，从地层箱体3运移到断裂带体装砂室6，以满足流体从地层到断裂带的运移。
如图2所示，本实施例中，所述薄层空腔5与断裂带体装砂室6之间设有渗透性挡板8。
如图6所示，本实施例中，上述渗透性挡板8以及地层箱体3与薄层空腔5连接处的地层箱体3侧面和断裂带体装砂室6的侧面均为带微孔的薄层聚丙烯材料制成的PP防砂网。
本实施例中，所述渗透性挡板8以及地层箱体3与薄层空腔5连接处的地层箱体3侧面和断裂带体装砂室6侧面上的微孔孔径为50-75微米，该孔径对于粒径在200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、水可以通过上述各板进行流通，使整个实验装置成为一个流体可以自由贯通的有效整体，但由于防砂渗漏有效，因此每个单元结构又是独立的。
如图2所示，本实施例中，所述薄层空腔5的上部设有卡板9，薄层玻璃板7卡在卡板9上；所述薄层玻璃板7为无孔玻璃板，进行实验时，无孔玻璃板充当完全有效的泥岩涂抹层，实验中可以通过抽拉玻璃板，从而改变玻璃板在薄层空腔中的长度，即视为改变了泥岩涂抹层的长度来进行模拟实验。
如图3所示，本实施例中，所述地层箱体4包括上部的箱盖10和下部的地层装砂室11，所述地层装砂室11与薄层空腔5可拆装连接。
如图4、图5所示，本实施例中，所述箱盖10的下底面为可拆卸的无孔玻璃板12，其形状与地层装砂室11的上表面形状相同，均为起伏的地层形状，且地层装砂室11侧面的长度和宽度与薄层空腔5侧面的长度和宽度相同，增加了油气运聚的有效性。当扣上箱盖10时，所述无孔玻璃板12充当非渗透性的盖层，阻止流体向上运移；地层装砂室11可以装填不同粒径石英砂，充当油气的运载层，地层装砂室11的上表面为起伏的地层形态，一是模拟地下倾斜的地层形态，二是可以保证油气在浮力作用下主体想着上倾方向运移，容易运移到一侧的断裂带，以提高模拟实验的效率和有效性。
如图2、图3所示，本实施例中，所述地层装砂室11与薄层空腔5连接的一侧设有多个插板13，薄层空腔5与地层装砂室11相连的一侧设有与插板13相对应的多个插槽14，所述插槽14与插板13的数量相同，通过插槽14和插板13将地层装砂室11与薄层空腔5连接在一起，从而将地层箱体3与断裂带体4固定为一体。
如图4、图5所示，本实施例中，所述箱盖10上设有连接箱盖10和地层装砂室11的旋钮开关15，打开旋钮开关15，可以往地层装砂室11里充填石英砂，充填好后，再扣上即可进行实验；所述断裂带体装砂室6的侧面设有旋钮开关16，打开旋钮开关16，可以打开断裂带体装砂室6，向断裂带体装砂室6里充填石英砂，充填好后，再扣上即可进行实验。
如图2、图5所示，本实施例中，所述流体注入口1位于地层箱体3两侧底角处，所述流体输出口2位于断裂带体装砂室6的顶角处以及地层箱体3与薄层空腔5相连的一侧顶角处，且流体注入口1与流体输出口2为对角设置，可以保证油气流体在模拟器内的充分运移。
如图1所示，本实施例中，所述流体注入口压力控制系统包括一端与流体注入口1连接的输油气软管17以及依次安装在输油气软管17上的稳压阀18、压力表19和流量仪20，输油气软管17的另一端连接有输油气桶21，输油气桶21连接有高压泵22。多个压力阀门的控制可实现对压力的控制，压力表19和流量仪20对注入流体的强度起监测作用。模拟实验时，可以通过进口压力的大小，考察进口压力对油气运聚的控制作用。
如图1所示，本实施例中，所述流体输出口压力控制系统包括一端与流体输出口2连接的输油气软管23以及依次安装在输油气软管23上的压力调节阀24和流量仪25，输油气软管23的另一端连接有流体收集瓶26，流体由流体收集瓶26收集。
本实施例中的实验装置在进行模拟实验时不仅能观察箱盖、地层装砂室以及断裂带体不同部位的油气运聚过程，还可以对进入模拟装置前后的油气组分进行地球化学检测，如进行色谱-质谱检测，通过对生物标志物参数的变化分析油气运移效应现象。
实施例2：以对泥岩涂抹的长度与断距长度的比例进行实验为例对本发明的模拟实验方法进行说明，实验中采用的设备为实施例1中所述的实验装置。在进行模拟实验时，断距长度视为地层箱体与薄层空腔连接处侧面的长度，泥岩涂抹的长度视为薄层玻璃板进入薄层空腔的长度。在实验过程中，地层装砂室里填充250微米粒径(60目)石英砂作为中砂岩，断裂带体装砂室填充500微米粒径(32目)石英砂作为粗砂岩，实验中采用染成红色的煤油代替原油。
一种断裂带泥岩涂抹封堵油气运移的实验方法，其具体实验步骤如下：
(1)准备模拟材料，检测模拟装置设备，对实验前的原油成分进行检测分析，采集实验前的实验数据。
(2)将地层箱体从薄层空腔插槽中拔出，通过旋钮开关打开地层箱体和断裂带体装砂室，按照图7对地层装砂室和断裂带体装砂室进行岩性配置。
(3)根据岩性配置选择石英砂，用水浸润。
(4)将包含水的石英砂放于地层装砂室和断裂带体装砂室，然后通过旋钮开关关闭地层箱体和断裂带体装砂室，将地层箱体上的插板与薄层空腔连接，将其固定好。
(5)调节流体注入口压力控制系统和流体输出口压力控制系统，使进出口压力达到实验目的要求。
(6)打开左下角的流体注入口和右上角的流体输出口，连接高压泵，设定注入速率，开始从流体注入口注入带染成红色的煤油。
(7)将薄层玻璃板插入薄层空腔，让薄层玻璃板插入薄层空腔的长度为地层箱体侧面长度的1/4，观察实验过程中油气运聚现象，并实时照相或录像，从流体输出口采集实验后的原油产物；调整薄层玻璃板在薄层空腔中的位置，让薄层玻璃板插入薄层空腔的长度为地层箱体侧面长度的1/2，观察实验过程中油气运聚现象，并实时照相或录像，从流体输出口采集实验后的原油产物；继续调整薄层玻璃板在薄层空腔中的位置，让薄层玻璃板插入薄层空腔的长度为地层箱体侧面长度的3/4，观察实验过程中油气运聚现象，并实时照相或录像，从流体输出口采集实验后的原油产物；调整薄层玻璃板在薄层空腔中的位置，让薄层玻璃板插入薄层空腔的长度为地层箱体侧面长度的4/4，观察实验过程中油气运聚现象，并实时照相或录像，从流体输出口采集实验后的原油产物。
(8)达到实验要求后，停止物理模拟实验。
(9)对从流体输出口采集到的煤油产物进行地球化学检测。
(10)对比分析实验过程的现象和实验前后数据的差异，分析实验过程，总结油气运聚机理。
图8表示了上述实验过程中可展现的原油沿地层或断裂带运移的实验现象。图8A、8B、8C和8D为随实验的进行，先后出现的煤油运移主体路径示意图，图中，箭头表示油运移方向。其中，图8A、8B、8C和8D分别对应薄层玻璃板插入薄层空腔的长度为地层箱体侧面长度的1/4、1/2、3/4和4/4时的运移主体路径示意图，图中阴影部分表示薄层玻璃板插入空腔中的长度，即视为发生泥岩涂抹的部分。图8显示，油是在浮力作用下，向上倾方向运移，当泥岩涂抹率为1/4时，油会优先从中间未被薄层玻璃板遮挡的地方通过断层，如图8A所示；当泥岩涂抹率增大到1/2时，从中间未被薄层玻璃板遮挡的地方通过断层的油大幅减少，油主要向上运移到遮挡薄层玻璃板和箱盖下底面玻璃板的三角区，形成聚集，如图8B所示；当泥岩涂抹率增大到3/4时，由于中间地带被遮挡，油穿越断层运移受阻，此时少量的油的运移路径会向下方推移，即少量油会发生小角度的侧向运移，从未被遮挡的断层穿过，运移到断裂带；当泥岩涂抹率增大到4/4时，即此时断层面完全被“泥岩涂抹”(即被薄层玻璃板遮挡)，此时油只能在地层箱体里运移、聚集。该实验显示了断裂带的泥岩涂抹可形成很好的遮挡物，阻止油穿越断层的运移，从而形成有效的断层油藏。
实施例3：一种断裂带泥岩涂抹封堵油气运移实验装置，包括模拟器、与模拟器的流体注入口1相连的流体注入口压力控制系统和与模拟器的流体输出口2相连的流体输出口压力控制系统；所述模拟器由全透明的钢化玻璃组成，便于观察油气运聚的过程。所述模拟器包括地层箱体3和位于地层箱体3一侧的断裂带体4，所述断裂带体4包括一侧与地层箱体3可拆卸连接的薄层空腔5和位于薄层空腔5另一侧的断裂带体装砂室6，所述薄层空腔5内插装有薄层玻璃板7。
本实施例中，所述的薄层空腔5的厚度为0.25cm、0.35cm或0.45cm，由于薄层空腔5非常薄，流体可以越过该薄层空腔5，从地层箱体3运移到断裂带体装砂室6，以满足流体从地层到断裂带的运移。
本实施例中，所述薄层空腔5与断裂带体装砂室6之间设有渗透性挡板8。
如图6所示，本实施例中，上述渗透性挡板8以及地层箱体3与薄层空腔5连接处的地层箱体3侧面和断裂带体装砂室6的侧面均为带微孔的薄层聚丙烯材料制成的PP防砂网。
本实施例中，所述渗透性挡板8以及地层箱体3与薄层空腔5连接处的地层箱体3侧面和断裂带体装砂室6侧面上的微孔孔径为50-75微米，该孔径对于粒径在200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、水可以通过上述各板进行流通，使整个实验装置成为一个流体可以自由贯通的有效整体，但由于防砂渗漏有效，因此每个单元结构又是独立的。
本实施例中，所述薄层空腔5的上部设有卡板9，薄层玻璃板7卡在卡板9上；本实施例中，所述薄层玻璃板设有微孔的聚丙烯材料制成的PP防砂网，进行实验时，实验中可以通过改变PP防砂网中微孔孔径的大小，即视为改变了泥岩涂抹层的质量来进行模拟实验。所述薄层玻璃板上微孔的孔径≤50微米，孔径大小可以根据实验需要而定，以模拟发生了不同程度的泥岩涂抹。
如图3所示，本实施例中，所述地层箱体4包括上部的箱盖10和下部的地层装砂室11，所述地层装砂室11与薄层空腔5可拆装连接。
如图4、图5所示，本实施例中，所述箱盖10的下底面为可拆卸的无孔玻璃板12，其形状与地层装砂室11的上表面形状相同，均为起伏的地层形状，且地层装砂室11侧面的长度和宽度与薄层空腔5侧面的长度和宽度相同，增加了油气运聚的有效性。当扣上箱盖10时，所述无孔玻璃板12充当非渗透性的盖层，阻止流体向上运移；地层装砂室11可以装填不同粒径石英砂，充当油气的运载层，地层装砂室11的上表面为起伏的地层形态，一是模拟地下倾斜的地层形态，二是可以保证油气在浮力作用下主体想着上倾方向运移，容易运移到一侧的断裂带，以提高模拟实验的效率和有效性。
如图3所示，本实施例中，所述地层装砂室11与薄层空腔5连接的一侧设有多个插板13，薄层空腔5与地层装砂室11相连的一侧设有与插板13相对应的多个插槽14，所述插槽14与插板13的数量相同，通过插槽14和插板13将地层装砂室11与薄层空腔5连接在一起，从而将地层箱体3与断裂带体4固定为一体。
如图4、图5所示，本实施例中，所述箱盖10上设有连接箱盖10和地层装砂室11的旋钮开关15，打开旋钮开关15，可以往地层装砂室11里充填石英砂，充填好后，再扣上即可进行实验；所述断裂带体装砂室6的侧面设有旋钮开关16，打开旋钮开关16，可以打开断裂带体装砂室6，向断裂带体装砂室6里充填石英砂，充填好后，再扣上即可进行实验。
如图5所示，本实施例中，所述流体注入口1位于地层箱体3两侧底角处，所述流体输出口2位于断裂带体装砂室6的顶角处以及地层箱体3与薄层空腔5相连的一侧顶角处，且流体注入口1与流体输出口2为对角设置，可以保证油气流体在模拟器内的充分运移。
本实施例中，所述流体注入口压力控制系统包括一端与流体注入口1连接的输油气软管17以及依次安装在输油气软管17上的稳压阀18、压力表19和流量仪20，输油气软管17的另一端连接有输油气桶21，输油气桶21连接有高压泵22。多个压力阀门的控制可实现对压力的控制，压力表19和流量仪20对注入流体的强度起监测作用。模拟实验时，可以通过进口压力的大小，考察进口压力对油气运聚的控制作用。
本实施例中，所述流体输出口压力控制系统包括一端与流体输出口2连接的输油气软管23以及依次安装在输油气软管23上的压力调节阀24和流量仪25，输油气软管23的另一端连接有流体收集瓶26，流体由流体收集瓶26收集。
本实施例中的实验装置在进行模拟实验时不仅能观察箱盖、地层装砂室以及断裂带体不同部位的油气运聚过程，还可以对进入模拟装置前后的油气组分进行地球化学检测，如进行色谱-质谱检测，通过对生物标志物参数的变化分析油气运移效应现象。
实施例4：以对泥岩涂抹的强度或质量进行实验为例对本发明的模拟实验方法进行说明，实验中采用的设备为实施例3中所述的实验装置。在进行模拟实验时，选择微孔孔径不同的薄层玻璃板，通过改变薄层玻璃板中微孔孔径的大小，从而相当于改变泥岩涂抹的强度或质量。本实施例中选择45微米、35微米、25微米、15微米粒径的PP防砂网作为薄层玻璃板进行实验，如图10所示。在实验过程中，地层装砂室里填充250微米粒径(60目)石英砂作为中砂岩，断裂带体装砂室填充500微米粒径(32目)石英砂作为粗砂岩，实验中采用染成红色的煤油代替原油。
一种断裂带泥岩涂抹封堵油气运移的实验方法，其具体实验步骤如下：
(1)准备模拟材料，检测模拟装置设备，对实验前的原油成分进行检测分析，采集实验前的实验数据。
(2)将地层箱体从薄层空腔插槽中拔出，通过旋钮开关打开地层箱体和断裂带体装砂室，按照图9对地层装砂室和断裂带体装砂室进行岩性配置。
(3)根据岩性配置选择石英砂，用水浸润。
(4)将包含水的石英砂放于地层装砂室和断裂带体装砂室，然后通过旋钮开关关闭地层箱体和断裂带体装砂室，将地层箱体上的插板与薄层空腔连接，将其固定好。
(5)调节流体注入口压力控制系统和流体输出口压力控制系统，使进出口压力达到实验目的要求。
(6)打开左下角的流体注入口和右上角的流体输出口，连接高压泵，设定注入速率，开始从流体注入口注入带染成红色的煤油。
(7)将孔径为45微米的PP防砂网(如图10A)完全插入薄层空腔，观察实验过程中油气运聚现象，并实时照相或录像，从流体输出口采集实验后的原油产物；拔出孔径为45微米的PP防砂网，将孔径为35微米的PP防砂网(如图10B)完全插入薄层空腔，观察实验过程中油气运聚现象，并实时照相或录像，从流体输出口采集实验后的原油产物；拔出孔径为35微米的PP防砂网，将孔径为25微米的PP防砂网(如图10C)完全插入薄层空腔，观察实验过程中油气运聚现象，并实时照相或录像，从流体输出口采集实验后的原油产物；拔出孔径为25微米的PP防砂网，将孔径为15微米的PP防砂网(如图10B)完全插入薄层空腔，观察实验过程中油气运聚现象，并实时照相或录像，从流体输出口采集实验后的原油产物。
(8)达到实验要求后，停止物理模拟实验。
(9)对从流体输出口采集到的煤油产物进行地球化学检测。
(10)对比分析实验过程的现象和实验前后数据的差异，分析实验过程，总结油气运聚机理。
本实施例的实验中可以观察到，当插入薄层空腔内的薄层玻璃板为孔径为45微米的PP防砂网时，大部分油会向地层上方运移，但也有少量的油会渗过PP防砂网，进入断裂带，然后沿断裂带向上运移；而当孔径依次减小时，即随着依次变换为孔径35微米、25微米和15微米的PP防砂网时，渗过PP防砂网的油量会依次减少，甚至可以忽略。因此，防砂网孔径大小的变化，反映着泥岩涂抹质量的变化，当泥岩涂抹层越厚，泥岩涂抹质量越高时，遮挡油运移的效果越好。
由上述实施例可知，作为上述实施例的延伸，根据实际地层的产状，为了真实实现地下曲面地层中油气运聚路径的追踪，可以设计不同厚度的薄层空腔及薄层玻璃板，当薄层玻璃板为无孔玻璃板时，改变薄层玻璃板插入薄层空腔的深度，当薄层玻璃板为设有微孔的PP防砂网时，改变薄层玻璃板上微孔的孔径大小。
上述实施例用来解释本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种断裂带泥岩涂抹封堵油气运移实验装置，其特征在于：包括模拟器、与模拟器的流体注入口相连的流体注入口压力控制系统和与模拟器的流体输出口相连的流体输出口压力控制系统；所述模拟器包括地层箱体和位于地层箱体一侧的断裂带体，所述断裂带体包括一侧与地层箱体可拆卸连接的薄层空腔和位于薄层空腔另一侧的断裂带体装砂室，所述薄层空腔内插装有薄层玻璃板。
2.根据权利要求1所述的断裂带泥岩涂抹封堵油气运移实验装置，其特征在于：所述的薄层空腔的厚度为0.1-0.5cm。
3.根据权利要求1所述的断裂带泥岩涂抹封堵油气运移实验装置，其特征在于：所述薄层空腔与断裂带体装砂室之间设有渗透性挡板。
4.根据权利要求3所述的断裂带泥岩涂抹封堵油气运移实验装置，其特征在于：所述渗透性挡板以及地层箱体与薄层空腔连接处的地层箱体侧面和断裂带体装砂室侧面均为带微孔的薄层聚丙烯材料制成的PP防砂网。
5.根据权利要求1所述的断裂带泥岩涂抹封堵油气运移实验装置，其特征在于：所述薄层空腔的上部设有卡板，薄层玻璃板卡在卡板上；所述薄层玻璃板为无孔玻璃板或设有微孔的聚丙烯材料制成的PP防砂网。
6.根据权利要求1至5任意一项所述的断裂带泥岩涂抹封堵油气运移实验装置，其特征在于：所述地层箱体包括上部的箱盖和下部的地层装砂室，所述地层装砂室与薄层空腔可拆装连接。
7.根据权利要求6所述的断裂带泥岩涂抹封堵油气运移实验装置，其特征在于：所述箱盖的下底面为可拆卸的无孔玻璃板，其形状与地层装砂室的上表面形状相同，均为起伏的地层形状，且地层装砂室侧面的长度和宽度与薄层空腔侧面的长度和宽度相同。
8.根据权利要求6所述的断裂带泥岩涂抹封堵油气运移实验装置，其特征在于：所述地层装砂室与薄层空腔连接的一侧设有多个插板，薄层空腔与地层装砂室相连的一侧设有与插板相对应的多个插槽，所述插槽与插板的数量相同。
9.根据权利要求6所述的断裂带泥岩涂抹封堵油气运移实验装置，其特征在于：所述箱盖上设有连接箱盖和地层装砂室的旋钮开关，所述断裂带体装砂室的侧面设有旋钮开关。
10.一种断裂带泥岩涂抹封堵油气运移实验方法，采用如权利要求1所述的模拟装置，其特征在于：其具体实验步骤如下：
(1)准备模拟材料，检测模拟装置设备，对实验前的原油成分进行检测分析，采集实验前的实验数据；
(2)将地层箱体与断裂带体拆开，打开地层箱体和断裂带体装砂室，对地层箱体和断裂带体装砂室进行岩性配置；
(3)根据岩性配置选择石英砂，用水浸润；
(4)将包含水的石英砂放于地层箱体和断裂带体装砂室，关闭地层箱体和断裂带体装砂室，将地层箱体与断裂带体连接固定好；
(5)调节流体注入口压力控制系统和流体输出口压力控制系统，使进出口压力达到实验目的要求；
(6)打开流体注入口和流体输出口，连接高压泵，设定注入速率，开始从流体注入口注入原油；
(7)将薄层玻璃板插入值薄层空腔，观察实验过程中油气运聚现象，并实时照相或录像，从流体输出口采集实验后的原油产物；
(8)达到实验要求后，停止物理模拟实验；
(9)对从流体输出口采集到的原油产物进行地球化学检测；
(10)对比分析实验过程的现象和实验前后数据的差异，分析实验过程，总结油气运聚机理。
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