CN105178954B - 不整合遮挡油气藏物理模拟实验装置及实验方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种不整合遮挡油气藏物理模拟实验装置及实验方法，所述实验装置包括地层油气藏模拟器，该地层油气藏模拟器包括地层箱体和位于地层箱体上方的不整合舱体，地层箱体与不整合舱体的侧面连接有断裂带箱体，断裂带箱体上的注油孔和出油孔分别连接流体注入系统和流体输出系统；断裂带箱体与地层箱体和不整合舱体连接的一侧以及不整合舱体的底板上均设有孔；地层箱体包括多层独立的模拟室，上层模拟室的长度小于下层模拟室的长度，每层模拟室均与不整合舱体接触连接，每层模拟室的两侧面均设有孔。本发明模拟在不整合面遮挡下的油气运聚过程，分析地层不整合遮挡油气藏形成机制及控制因素，深化对地层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，也可很好地为实验教学服务。

Description

不整合遮挡油气藏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的实验装置及实验方法，具体地说，涉及一种不整合遮挡油气藏形成机制的物理实验装置及实验方法，通过改变地层不整合面倾角及岩性对油气的封堵性程度，从而示踪地层不整合面对油气运聚的控制作用。

背景技术

国内外多年来的油气勘探实践表明，地层油气藏在勘探中有着举足轻重的地位。就世界范围看，除波斯湾和前苏联外，43％的石油储量和30％的天然气储量储存于地层圈闭中。国外的普鲁德霍湾、东德克萨斯、哈西-迈萨乌德、夸仑夸尔，国内的华北任丘、鄂尔多斯靖边、塔里木塔河、辽河坳陷古生界等油气藏从广义上来界定均属于地层油气藏，且油气储量巨大。

地层油气藏的形成与不整合的遮挡作用密切相关。以准噶尔盆地为例，不整合对准噶尔盆地的油气运移起重要作用(吴孔友等，2002，2003；牟中海等，2005；曹剑等，2006)，西北缘、陆梁隆起三个泉凸、北三台凸起等构造部位聚集的油气均与不整合相关(曲江秀等，2003；陈中红等，2006；陈建平等，2000)。二叠系多套烃源岩生成的油气进入不整合面后，不断向凹陷(玛湖凹陷)边缘运移和聚集，形成了“多源多层”的西北缘油气富集带。

不整合面是由于底层的抬升、剥蚀和风化作用形成。地层不整合面的剥蚀和风化作用，大大提高了断裂的渗透率，改善了通道条件，增大了流体的运移效率。然而流体的流动，又会伴随着矿物的沉淀、胶结、成岩作用，使得不整合面孔、渗性能变差，直至阻塞孔隙，形成封堵能力强的风化粘土层。Fulljames等(1997)和Crawford(1998)实验研究也表明，在有流体参与下的高孔砂岩中破碎岩的渗透率与未变形岩石相比降低3个数量级。在富含矿物质的地下流体沿其运移的过程中，由于物理环境的改变以及地下水与不整合面地层的物质发生物理化学反应，造成矿物质过饱和沉淀。这些后期的矿物沉淀，胶结了疏松的沉积物，阻塞了不整合面中的孔隙，使岩石孔隙度减少，渗透率降低。

现有的油气运聚机理物理模拟基本上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，尚未发现有针对通过改变不整合面地层的岩性和压实、胶结程度来模拟地层油气藏形成机制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，基于不整合面对油气侧向运移路径运聚的影响，提供了一种不整合遮挡油气藏物理模拟实验装置及实验方法，以实现模拟在不整合面遮挡下的油气运聚过程，分析地层不整合遮挡油气藏形成机制及控制因素，深化对地层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。

根据本发明一实施例，提供了一种不整合遮挡油气藏物理模拟实验装置，包括地层油气藏模拟器，所述地层油气模拟器包括地层箱体和位于地层箱体上方的不整合舱体，地层箱体与不整合舱体的侧面连接有断裂带箱体，断裂带箱体上的注油孔和出油孔分别连接流体注入系统和流体输出系统；所述断裂带箱体与地层箱体和不整合舱体连接的一侧以及不整合舱体的底板上均设有孔；所述地层箱体包括多层独立的模拟室，上层模拟室的长度小于下层模拟室的长度，每层模拟室均与不整合舱体接触连接，且每层模拟室的两侧面均设有孔。在模拟室的两侧及断裂带箱体与地层箱体和不整合舱体连接的一侧均设有孔，流体可以自断裂带箱体渗入模拟室内。

在根据本发明上述实施例所述的实验装置中，所述地层箱体包括三层独立的抽屉式模拟室，相邻模拟室之间设有滑道，当需要装砂时，模拟室可以沿滑道自由拉出。地层箱体设计为三层模拟室，可以充填300-1000微米粒径的石英砂，代表中砂-砾岩的范围，可以较大地满足岩性组合差异性搭配的需要。

在根据本发明上述实施例所述的实验装置中，每层模拟室的顶底板均为无孔玻璃板，可以保证每层模拟室的油气运聚是独立的，彼此之间不受影响；每层模拟室的两侧板均为带有微孔的玻璃板，两侧板上的微孔的孔径为200-300微米，该孔径对粒径在200微米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、水可以通过每层模拟室向两侧流通，流体可以从一侧的断裂带箱体流进模拟室，在流向不整合舱体，此时可以检测不整合舱体对油气运聚的封堵作用。

在根据本发明上述实施例所述的实验装置中，在每层模拟室与不整合舱体接触的顶部均设有流体采集孔。在实验过程中，可以打开流体采集孔，采集流体进行检测分析，通过比较流体的地球化学参数特征，来对比分析不同地层单元油气运聚机制的差异。譬如说，对采集到油样的分子生物标志物进行分析，可以研究原油运移过程中的地质色层效应，从而深化地层油藏形成机制的认识。

在根据本发明上述实施例所述的实验装置中，每层模拟室与断裂带箱体连接的一侧均设有内凹式卡槽和内凹型把手，所述卡槽与设置在断裂带箱体侧面的卡板连接。卡槽、把手及卡板的的设计，可以便于模拟室及断裂带箱体的安装于拆卸。

在根据本发明上述实施例所述的实验装置中，断裂带箱体侧面上孔的孔径为200-300微米。断裂带箱体能够充填300-1000微米粒径的石英砂，代表中砂-砂砾，充填粗砂粒径，可使渗透性提高，从而提高油气的运移效率，缩短油气进入模拟室的时间差异。

在根据本发明上述实施例所述的实验装置中，所述注油孔位于断裂带箱体的底端，出油孔位于断裂带箱体的顶端，且注油孔与出油孔为对角设置。注油孔和出油孔的这种设计方式保证了油气在实验装置发生充分的运移，从而可以实现对油气运移现象的观察。

在根据本发明上述实施例所述的实验装置中，所述不整合舱体包括舱体和与舱体连接的舱盖，舱体内可以充填不同粒径的石英砂，以模拟不整合风化粘土层。所述不整合舱体的底板为带有微孔的玻璃板，微孔的孔径设计为75-100微米，流体可以自由渗入，其余侧板均为无孔玻璃板，流体不能渗入。舱盖和所述断裂带箱体的顶部上设有开关旋钮。舱盖通过设置在其顶部的开关旋钮控制，打开开关旋钮时，舱盖可以围绕舱盖旋转轴自由打开，以方便填砂等试验过程的需要。通过断裂带箱体顶部的开关旋钮控制打开断裂带箱体，以满足装砂的需要。

在根据本发明上述实施例所述的实验装置中，所述实验装置还包括底座和支架，支架固定安装于底座的一端，断裂带箱体固定安装于底座的另一端，最底层模拟室放置于底座和支架上，连接支架和断裂带箱体。

在根据本发明上述实施例所述的实验装置中，所述支架包括安装于底座上的可伸缩性支撑杆和位于支撑杆顶部的软橡皮护垫，软橡皮护垫与最底层的模拟室连接。通过设置在可伸缩性支撑杆上的控制旋钮调节可伸缩性支撑杆的高度，使地层油气藏模拟器的倾角可变，用以模拟地层产状对油气聚集效率的影响。

为保证实验过程中的可视化，在根据本发明上述实施例所述的实验装置中，所述不整合舱体、断裂带箱体和每层模拟室均由全透明的玻璃组成，可以承受高达10MPa的工作压力。

在根据本发明上述实施例所述的实验装置中，所述流体注入系统包括一端与注油孔连接的输油软管以及依次安装在输油软管上的稳压阀、压力表和流量仪，输油软管的另一端连接有输油桶，输油桶连接有压力泵。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。

在根据本发明上述实施例所述的实验装置中，所述流体输出系统包括一端与出油孔连接的输油软管以及依次安装在输油软管上的压力调节阀和流量仪，输油软管的另一端连接有流体收集瓶。压力调节阀调节出口压力，流量仪对流体的输出强度起检测作用。进行模拟实验时，当地层油气藏模拟器内有过量的流体需要向外释放，即可打开出油孔，通过流体输出系统将过量流体排出模拟器，以保持实验的稳定性。

根据本发明一实施例，提供了一种不整合遮挡油气藏物理模拟实验方法，采用上面实施例所述的实验装置，其具体实验步骤如下：

(1)准备模拟材料，检测实验装置，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)将断裂带箱体从地层箱体的卡槽中拔出；

(3)将不整合舱体从地层箱体的顶部卸下；

(4)将每层模拟室分别取下，进行岩性配置，充填好实验要求粒径的石英砂后，进行压实，然后闭合，放回原来位置；

(5)打开不整合舱体，充填好实验要求粒径的石英砂后，进行压实，然后关闭不整合舱体；

(6)打开断裂带箱体，充填好实验要求粒径的石英砂后，进行压实，然后关闭断裂带箱体；

(7)将地层箱体和不整合舱体连接固定，再将断裂带箱体与地层箱体连接；

(8)配置好流体注入系统和流体输出系统，将流体注入系统的输油软管与注油孔连接；

(9)按照实验要求调节好实验要求的注入压力，设定注入速率开始从注油孔注入原油；

(10)实验过程中观察原油运聚现象，并实时照相或录像，从每层模拟室采集油样；

(11)当需要排出过量流体时，打开出油孔，使过量流体通过输油软管流到收集瓶中；

(12)达到实验要求后，停止物理模拟实验；

(13)对采集到的产物进行地球化学检测；

(14)结合实验观察，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。

本发明的有益效果是：(1)本发明实验装置结合断裂带箱体与地层箱体，可使原油进入到不同地层箱体的模拟室中，实现不同地层油气藏的充注过程差异研究；设计有不整合舱体，用以模拟不整合面地层，且不整合舱体内充填物的物性可变，用以模拟不整合面地层岩性物性对油气运聚的控制作用，以及研究不整合遮挡油藏物性封闭下限的问题；操作方便、灵便轻巧，能够多角度、多因素展现地层油气藏形成机理，为含油气盆地的油气勘探提供依据，能够很好的为本科生和研究生等提供实验教学服务。(2)本发明实验装置地层箱体设计为多层模拟室的地层结构物理模型，通过改变不同模拟室中所装砂砾粒度，用以模拟在不整合面遮挡下不同沉积环境下沉积物物性差异对原油聚集效率的影响。(3)本发明实验装置能够模拟不整合体的立体空间结构，改变了传统上将不整合面描述为线状或面状结构存在的不能有效模拟不整合面对油气运聚影响的问题。(4)本发明实验装置还设计有底座和支架，通过底座和支架使得底层油气藏模拟器倾角可变，能够探讨地层箱体产状(即倾角)对油气聚集效率的影响。(5)本发明实验方法在实验过程中可以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。

附图说明

附图1为本发明实施例1中不整合遮挡油气藏物理模拟实验装置的结构图。

附图2为本发明实施例地层箱体的结构示意图。

附图3为本发明实施例模拟室Ⅰ的结构示意图。

附图4为本发明实施例模拟室Ⅱ的结构示意图。

附图5为本发明实施例模拟室Ⅲ的结构示意图。

附图6为本发明实施例不整合舱体的结构示意图。

附图7为本发明实施例断裂带箱体的结构示意图。

附图8为本发明实施例2中不整合遮挡油气藏物理模拟实验装置的结构图。

附图9为本发明实施例2中支架和底座的结构示意图。

附图10为本发明实施例3中不整合遮挡油气藏物理模拟实验模型图。

附图11为本发明实施例4中不整合遮挡油气藏物理模拟实验模型图。

附图12为本发明实施例5中不整合遮挡油气藏物理模拟实验模型图。

附图13为本发明实施例6中不整合遮挡油气藏物理模拟实验模型图。

图中，1、地层箱体，2、不整合舱体，3、断裂带箱体，4、注油孔，5、出油孔，6、模拟室Ⅰ，7、模拟室Ⅱ，8、模拟室Ⅲ，9、输油软管，10、稳压阀，11、压力表，12、流量仪，13、输油桶，14、压力泵，15、输油软管，16、压力调节阀，17、流量仪，18、滑道，19、流体采集孔，20、卡槽，21、把手，22、卡板，23、舱体，24、舱盖，25、不整合舱体的底板，26、开关旋钮，27、舱盖旋转轴，28、底座，29、支架，30、可伸缩支撑杆、31、软橡皮护垫，32、控制旋钮，33、螺栓，34、液体收集瓶，A、150微米粒径石英砂，B、300微米粒径石英砂，C、350微米粒径石英砂，D、400微米粒径石英砂，E、500微米粒径石英砂，F、750微米粒径石英砂，G、900微米粒径石英砂。

具体实施方式

以下结合附图及几个实施例对本发明的实验装置及实验方法进行进一步的说明。

实施例1：如图1所示，一种不整合遮挡油气藏物理模拟实验装置，包括地层油气藏模拟器，该地层油气模拟器包括地层箱体1和位于地层箱体1上方的不整合舱体2，地层箱体1与不整合舱体2的侧面连接有断裂带箱体3，断裂带箱体3上的注油孔4和出油孔5分别连接流体注入系统和流体输出系统；所述断裂带箱体3与地层箱体1和不整合舱体2连接的一侧以及不整合舱体的底板25上均设有孔；所述地层箱体1包括三层独立的模拟室，分别为模拟室Ⅰ6、模拟室Ⅱ7、模拟室Ⅲ8，模拟室Ⅰ6的长度小于模拟室Ⅱ6的长度，模拟室Ⅱ7的长度小于模拟室Ⅲ8的长度，模拟室Ⅰ6、模拟室Ⅱ7、模拟室Ⅲ8均与不整合舱体2接触连接，且模拟室Ⅰ6、模拟室Ⅱ7、模拟室Ⅲ8的两侧面均设有孔。在模拟室的两侧及断裂带箱体3与地层箱体1和不整合舱体2连接的一侧均设有孔，流体可以自断裂带箱体3渗入模拟室内。地层箱体设计三层模拟室，可以充填300-1000微米粒径的石英砂，代表中砂-砾岩的范围，可以较大地满足岩性组合差异性搭配的需要。

本实施例中，如图2所示，所述模拟室Ⅰ6、模拟室Ⅱ7、模拟室Ⅲ8均为抽屉式模拟室，相邻模拟室之间设有滑道，当需要装砂时，模拟室可以沿滑道自由拉出。

本实施例中，每层模拟室的顶底板均为无孔玻璃板，可以保证每层模拟室的油气运聚是独立的，彼此之间不受影响；每层模拟室的两侧板均为带有微孔的玻璃板，两侧板上的微孔的孔径为200-300微米，该孔径对粒径在200微米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、水可以通过每层模拟室向两侧流通，流体可以从一侧的断裂带箱体流进模拟室，在流向不整合舱体，此时可以检测不整合舱体对油气运聚的封堵作用。

本实施例中，如图2至5所示，在每层模拟室与不整合舱体2接触的顶部均设有流体采集孔19。在实验过程中，可以打开流体采集孔，采集流体进行检测分析，通过比较流体的地球化学参数特征，来对比分析不同地层单元油气运聚机制的差异。譬如说，对采集到油样的分子生物标志物进行分析，可以研究原油运移过程中的地质色层效应，从而深化地层油藏形成机制的认识。

本实施例中，如图2至5所示，每层模拟室与断裂带箱体连接的一侧均设有内凹式卡槽20和内凹型把手21，所述卡槽20与设置在断裂带箱体3侧面的卡板22连接。卡槽、把手及卡板的的设计，可以便于模拟室及断裂带箱体的安装于拆卸。

本实施例中，断裂带箱体侧面上孔的孔径为200-300微米。断裂带箱体能够充填300-1000微米粒径的石英砂，代表中砂-砂砾，充填粗砂粒径，可使渗透性提高，从而提高油气的运移效率，缩短油气进入模拟室的时间差异。

本实施例中，如图7所示，所述注油孔4位于断裂带箱体3的底端，出油孔5位于断裂带箱体3的顶端，且注油孔4与出油孔5为对角设置。注油孔和出油孔的这种设计方式保证了油气在实验装置发生充分的运移，从而可以实现对油气运移现象的观察。

本实施例中，如图6所示，所述不整合舱体2包括舱体23和与舱体23连接的舱盖24，舱体23内可以充填不同粒径的石英砂，以模拟不整合风化粘土层。所述不整合舱体的底板25为带有微孔的玻璃板，微孔的孔径设计为75-100微米，流体可以自由渗入，其余侧板均为无孔玻璃板，流体不能渗入。舱体23的两侧分别设有3个螺栓33，舱体通过螺栓33与其下方地层箱体1固定。舱盖24和所述断裂带箱体3的顶部上设有开关旋钮26。舱盖通过设置在其顶部的开关旋钮控制，打开开关旋钮时，舱盖可以围绕舱盖旋转轴自由打开，以方便填砂等试验过程的需要。通过断裂带箱体顶部的开关旋钮控制打开断裂带箱体，以满足装砂的需要。

为保证实验过程中的可视化，本实施例中，所述不整合舱体、断裂带箱体和每层模拟室均由全透明的玻璃组成，可以承受高达10MPa的工作压力。

本实施例中，如图1所示，所述流体注入系统包括一端与注油孔4连接的输油软管9以及依次安装在输油软管9上的稳压阀10、压力表11和流量仪12，输油软管9的另一端连接有输油桶13，输油桶13连接有压力泵14。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。

本实施例中，如图1所示，所述流体输出系统包括一端与出油孔5连接的输油软管15以及依次安装在输油软管15上的压力调节阀16和流量仪17，输油软管15的另一端连接有流体收集瓶34。压力调节阀调节出口压力，流量仪对流体的输出强度起检测作用。进行模拟实验时，当地层油气藏模拟器内有过量的流体需要向外释放，即可打开出油孔，通过流体输出系统将过量流体排出模拟器，以保持实验的稳定性。

通过本实施例进行实验，不仅能够观察在地层油气藏模拟器不同部位的油气运聚过程，还可以对进入地层油气藏模拟器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：如图8所示，一种不整合遮挡油气藏物理模拟实验装置，包括地层油气藏模拟器，该地层油气模拟器包括地层箱体1和位于地层箱体1上方的不整合舱体2，地层箱体1与不整合舱体2的侧面连接有断裂带箱体3，流体注入系统和流体输出系统分别与断裂带箱体3上的注油孔4和出油孔5连接。所述断裂带箱体3与地层箱体1和不整合舱体2连接的一侧以及不整合舱体的底板25上均设有孔。所述地层箱体1包括三层独立的模拟室，分别为模拟室Ⅰ6、模拟室Ⅱ7、模拟室Ⅲ8，模拟室Ⅰ6的长度小于模拟室Ⅱ7的长度，模拟室Ⅱ7的长度小于模拟室Ⅲ8的长度，模拟室Ⅰ6、模拟室Ⅱ7、模拟室Ⅲ8均与不整合舱体5接触连接，且模拟室Ⅰ6、模拟室Ⅱ7、模拟室Ⅲ8的两侧面均设有孔。在模拟室的两侧及断裂带箱体与地层箱体和不整合舱体连接的一侧均设有孔，流体可以自断裂带箱体渗入模拟室内。所述实验装置还包括底座28和支架29，支架29固定安装于底座28的一端，断裂带箱体3固定安装于底座28的另一端，模拟室Ⅲ8放置于底座28和支架29上，连接支架28和断裂带箱体3。地层箱体设计有三层模拟室，可以充填300-1000微米粒径的石英砂，代表中砂-砾岩的范围，可以较大地满足岩性组合差异性搭配的需要。

本实施例中，如图9所示，所述支架29包括安装于底座28上的可伸缩性支撑杆30和位于支撑杆顶部的软橡皮护垫31，软橡皮护垫31与模拟室Ⅲ8连接。通过设置在可伸缩性支撑杆30上的控制旋钮32调节可伸缩性支撑杆30的高度，使地层油气藏模拟器的倾角可变，用以模拟地层产状对油气聚集效率的影响。

本实施例中，如图2所示，所述模拟室Ⅰ6、模拟室Ⅱ7、模拟室Ⅲ8均为抽屉式模拟室，相邻模拟室之间设有滑道，当需要装砂时，模拟室可以沿滑道自由拉出。

本实施例中，每层模拟室的顶底板均为无孔玻璃板，可以保证每层模拟室的油气运聚是独立的，彼此之间不受影响；每层模拟室的两侧板均为带有微孔的玻璃板，两侧板上的微孔的孔径为200-300微米，该孔径对粒径在200微米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、水可以通过每层模拟室向两侧流通，流体可以从一侧的断裂带箱体流进模拟室，在流向不整合舱体，此时可以检测不整合舱体对油气运聚的封堵作用。

本实施例中，如图2至5所示，在每层模拟室与不整合舱体2接触的顶部均设有流体采集孔19。在实验过程中，可以打开流体采集孔，采集流体进行检测分析，通过比较流体的地球化学参数特征，来对比分析不同地层单元油气运聚机制的差异。譬如说，对采集到油样的分子生物标志物进行分析，可以研究原油运移过程中的地质色层效应，从而深化地层油藏形成机制的认识。

本实施例中，如图2至5所示，每层模拟室与断裂带箱体连接的一侧均设有内凹式卡槽20和内凹型把手21，所述卡槽20与设置在断裂带箱体3侧面的卡板22连接。卡槽、把手及卡板的的设计，可以便于模拟室及断裂带箱体的安装于拆卸。

本实施例中，断裂带箱体侧面上孔的孔径为200-300微米。断裂带箱体能够充填300-1000微米粒径的石英砂，代表中砂-砂砾，充填粗砂粒径，可使渗透性提高，从而提高油气的运移效率，缩短油气进入模拟室的时间差异。

本实施例中，如图7所示，所述注油孔4位于断裂带箱体3的底端，出油孔5位于断裂带箱体3的顶端，且注油孔4与出油孔5为对角设置。注油孔和出油孔的这种设计方式保证了油气在实验装置发生充分的运移，从而可以实现对油气运移现象的观察。

本实施例中，如图6所示，所述不整合舱体2包括舱体23和与舱体23连接的舱盖24，舱体23内可以充填不同粒径的石英砂，以模拟不整合风化粘土层。所述不整合舱体的底板25为带有微孔的玻璃板，微孔的孔径设计为75-100微米，流体可以自由渗入，其余侧板均为无孔玻璃板，流体不能渗入。舱体23的两侧分别设有3个螺栓33，舱体通过螺栓33与其下方地层箱体1固定。舱盖24和所述断裂带箱体3的顶部上设有开关旋钮26。舱盖通过设置在其顶部的开关旋钮控制，打开开关旋钮时，舱盖可以围绕舱盖旋转轴自由打开，以方便填砂等试验过程的需要。通过断裂带箱体顶部的开关旋钮控制打开断裂带箱体，以满足装砂的需要。

为保证实验过程中的可视化，本实施例中，所述不整合舱体、断裂带箱体和每层模拟室均由全透明的玻璃组成，可以承受高达10MPa的工作压力。

本实施例中，如图1所示，所述流体注入系统包括一端与注油孔4连接的输油软管9以及依次安装在输油软管9上的稳压阀10、压力表11和流量仪12，输油软管9的另一端连接有输油桶13，输油桶13连接有压力泵14。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。

本实施例中，如图1所示，所述流体输出系统包括一端与出油孔5连接的输油软管15以及依次安装在输油软管15上的压力调节阀16和流量仪17，输油软管15的另一端连接有流体收集瓶34。压力调节阀调节出口压力，流量仪对流体的输出强度起检测作用。进行模拟实验时，当地层油气藏模拟器内有过量的流体需要向外释放，即可打开出油孔，通过流体输出系统将过量流体排出模拟器，以保持实验的稳定性。

通过本实施例进行实验，不仅能够观察在地层油气藏模拟器不同部位的油气运聚过程，还可以对进入地层油气藏模拟器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3：以模拟地层倾角为30度的地层不整合面为例对本发明的实验方法进行说明。实验采用实施例2中所述的实验装置。实验时，按照如图10所示的不整合遮挡油气藏物理模拟实验模型对地层油气藏模拟器进行配置，图10所示模型中不同隔间充填不同粒度的石英砂，以代表沉积和胶结等地质作用的差异。在实验过程中模拟室Ⅰ内填充350微米粒径石英砂做中砂岩，模拟室Ⅱ内填充500微米粒径石英砂做粗砂岩，模拟室Ⅲ内填充750微米粒径石英砂作为砾岩，断裂带箱体内充填400微米粒径石英砂做中砂岩，不整合舱体内充填150微米粒径石英砂做风化粘土层中的泥岩。实验中采用染成红色的煤油代替原油。

一种不整合遮挡油气藏物理模拟实验方法，其具体实验步骤如下：

(1)准备模拟材料，检测实验装置，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)将断裂带箱体从地层箱体的卡槽中拔出。

(3)将不整合舱体从地层箱体的顶部卸下。

(4)将模拟室Ⅰ、模拟室Ⅱ和模拟室Ⅲ分别从地层箱体中的滑道上抽拉出来，模拟室Ⅰ、模拟室Ⅱ和模拟室Ⅲ分别填充350微米粒径石英砂、500微米粒径石英砂、750微米粒径石英砂，充填好实验要求粒径的石英砂后，进行压实，然后闭合，推到原来位置。

(5)通过开关旋钮打开不整合舱体的舱盖，充填150微米粒径的石英砂后，进行压实，然后关闭不整合舱体的舱盖，扣好开关旋钮。

(6)打开断裂带箱体，充填150微米粒径的石英砂后，进行压实，然后关闭断裂带箱体。

(7)将地层箱体和不整合舱体连接固定，再将断裂带箱体插入地层箱体的卡槽中。

(8)调整支架的高度，使地层倾角为30度，将装配好的地层油气藏模拟器放置于支架和底座上，用螺栓将地层油气藏模拟器与底座固定。

(9)按照图8配置好流体注入系统和流体输出系统，将流体注入系统的输油软管与注油孔连接。

(10)按照实验要求调节注入压力为5MPa，设定注入速率为5-10ml/min，开始从注油孔注入带染成红色的煤油。

(11)实验过程中观察原油运聚现象，并实时照相或录像，从三层模拟室的流体采集口采集油样。

(12)当需要排出过量流体时，打开出油孔，使过量流体通过输油软管流到收集瓶中。

(13)达到实验要求后，停止物理模拟实验。

(14)对采集到的产物进行地球化学检测。

(15)结合实验观察，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。

本实施例的实验中，由于断裂带箱体内的石英砂粒径小，其粒径小于模拟室Ⅱ和模拟室Ⅲ内的石英砂粒径，其流体渗透率也相对小于模拟室Ⅱ和模拟室Ⅲ的流体渗透率，因此，油在断裂带箱体内运移速率较低，较多的油向模拟室Ⅱ和模拟室Ⅲ运移，在不整合舱体的封盖下，形成较多的油聚集。

实施例4：以模拟地层倾角为30度的地层不整合面为例对本发明的实验方法进行说明。实验采用实施例2中所述的实验装置。实验时，按照如图11所示的不整合遮挡油气藏物理模拟实验模型对地层油气藏模拟器进行配置，图11所示模型中不同隔间充填不同粒度的石英砂，以代表沉积和胶结等地质作用的差异。在实验过程中模拟室Ⅰ内填充350微米粒径石英砂做中砂岩，模拟室Ⅱ内填充500微米粒径石英砂做粗砂岩，模拟室Ⅲ内填充750微米粒径石英砂作为砾岩，断裂带箱体内充填900微米粒径石英砂做砾岩，不整合舱体内充填150微米粒径石英砂做风化粘土层中的泥岩。实验中采用染成红色的煤油代替原油。

一种不整合遮挡油气藏物理模拟实验方法，其具体实验步骤如下：

(1)准备模拟材料，检测实验装置，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)将断裂带箱体从地层箱体的卡槽中拔出。

(3)将不整合舱体从地层箱体的顶部卸下。

(4)将模拟室Ⅰ、模拟室Ⅱ和模拟室Ⅲ分别从地层箱体中的滑道上抽拉出来，模拟室Ⅰ、模拟室Ⅱ和模拟室Ⅲ分别填充350微米粒径石英砂、500微米粒径石英砂、750微米粒径石英砂，充填好实验要求粒径的石英砂后，进行压实，然后闭合，推到原来位置。

(5)通过开关旋钮打开不整合舱体的舱盖，充填150微米粒径的石英砂后，进行压实，然后关闭不整合舱体的舱盖，扣好开关旋钮。

(6)打开断裂带箱体，充填900微米粒径的石英砂后，进行压实，然后关闭断裂带箱体。

(7)将地层箱体和不整合舱体连接固定，再将断裂带箱体插入地层箱体的卡槽中。

(8)调整支架的高度，使地层倾角为30度，将装配好的地层油气藏模拟器放置于支架和底座上，用螺栓将地层油气藏模拟器与底座固定。

(9)按照图8配置好流体注入系统和流体输出系统，将流体注入系统的输油软管与注油孔连接。

(10)按照实验要求调节注入压力为5MPa，设定注入速率为5-10ml/min，开始从注油孔注入带染成红色的煤油。

(11)实验过程中观察原油运聚现象，并实时照相或录像，从三层模拟室的流体采集口采集油样。

(12)当需要排出过量流体时，打开出油孔，使过量流体通过输油软管流到收集瓶中。

(13)达到实验要求后，停止物理模拟实验。

(14)对采集到的产物进行地球化学检测。

(15)结合实验观察，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。

与实施例3相比较，本实施例的实验中，由于断裂带箱体内的石英砂粒径大，渗透率相对地层箱体的高，油会迅速沿断裂带箱体向上运移，其次油会比较快的向模拟室Ⅲ运移，在不整合舱体的封盖下，油在模拟室Ⅲ内较多的聚集形成不整合遮挡油藏，而模拟室Ⅰ由于渗透性差，发生运移和聚集的油量很少。

实施例5：以模拟地层倾角为30度的地层不整合面为例对本发明的实验方法进行说明。实验采用实施例2中所述的实验装置。实验时，按照如图12所示的不整合遮挡油气藏物理模拟实验模型对地层油气藏模拟器进行配置，图12所示模型中不同隔间充填不同粒度的石英砂，以代表沉积和胶结等地质作用的差异。在实验过程中模拟室Ⅰ内填充750微米粒径石英砂做中砂岩，模拟室Ⅱ内填充500微米粒径石英砂做粗砂岩，模拟室Ⅲ内填充350微米粒径石英砂作为砾岩，断裂带箱体内充填400微米粒径石英砂做中砂岩，不整合舱体内充填150微米粒径石英砂做风化粘土层中的泥岩。实验中采用染成红色的煤油代替原油。

一种不整合遮挡油气藏物理模拟实验方法，其具体实验步骤如下：

(1)准备模拟材料，检测实验装置，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)将断裂带箱体从地层箱体的卡槽中拔出。

(3)将不整合舱体从地层箱体的顶部卸下。

(4)将模拟室Ⅰ、模拟室Ⅱ和模拟室Ⅲ分别从地层箱体中的滑道上抽拉出来，模拟室Ⅰ、模拟室Ⅱ和模拟室Ⅲ分别填充750微米粒径石英砂、500微米粒径石英砂、350微米粒径石英砂，充填好实验要求粒径的石英砂后，进行压实，然后闭合，推到原来位置。

(5)通过开关旋钮打开不整合舱体的舱盖，充填150微米粒径的石英砂后，进行压实，然后关闭不整合舱体的舱盖，扣好开关旋钮。

(6)打开断裂带箱体，充填150微米粒径的石英砂后，进行压实，然后关闭断裂带箱体。

(7)将地层箱体和不整合舱体连接固定，再将断裂带箱体插入地层箱体的卡槽中。

(8)调整支架的高度，使地层倾角为30度，将装配好的地层油气藏模拟器放置于支架和底座上，用螺栓将地层油气藏模拟器与底座固定。

(9)按照图8配置好流体注入系统和流体输出系统，将流体注入系统的输油软管与注油孔连接。

(10)按照实验要求调节注入压力为5MPa，设定注入速率为5-10ml/min，开始从注油孔注入带染成红色的煤油。

(11)实验过程中观察原油运聚现象，并实时照相或录像，从三层模拟室的流体采集口采集油样。

(12)当需要排出过量流体时，打开出油孔，使过量流体通过输油软管流到收集瓶中。

(13)达到实验要求后，停止物理模拟实验。

(14)对采集到的产物进行地球化学检测。

(15)结合实验观察，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。

与实施例3相比较，本实施例的实验中，由于模拟室Ⅰ、模拟室Ⅱ和模拟室Ⅲ的岩性配置发生变化，因此形成了不同的油气运移、运聚现象。本实施例中，模拟室Ⅰ的渗透率最大，而模拟室Ⅲ的渗透率最低，因此较多的油以相对比较快的速率向模拟室Ⅰ运移，在不整合舱体的封盖下，形成油聚集。其次模拟室Ⅱ油运移速率较高，而模拟室Ⅲ由于渗透性差，油运移速率明显下降，聚集的油量也相对减少。

实施例6：以模拟地层倾角为15度的地层不整合面为例对本发明的实验方法进行说明。实验采用实施例2中所述的实验装置。实验时，按照如图13所示的不整合遮挡油气藏物理模拟实验模型对地层油气藏模拟器进行配置，图13所示模型中不同隔间充填不同粒度的石英砂，以代表沉积和胶结等地质作用的差异。在实验过程中模拟室Ⅰ内填充350微米粒径石英砂做中砂岩，模拟室Ⅱ内填充500微米粒径石英砂做粗砂岩，模拟室Ⅲ内填充750微米粒径石英砂作为砾岩，断裂带箱体内充填400微米粒径石英砂做中砂岩，不整合舱体内充填300微米粒径石英砂做风化粘土层中的泥岩。实验中采用染成红色的煤油代替原油。

一种不整合遮挡油气藏物理模拟实验方法，其具体实验步骤如下：

(1)准备模拟材料，检测实验装置，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)将断裂带箱体从地层箱体的卡槽中拔出。

(3)将不整合舱体从地层箱体的顶部卸下。

(4)将模拟室Ⅰ、模拟室Ⅱ和模拟室Ⅲ分别从地层箱体中的滑道上抽拉出来，模拟室Ⅰ、模拟室Ⅱ和模拟室Ⅲ分别填充350微米粒径石英砂、500微米粒径石英砂、750微米粒径石英砂，充填好实验要求粒径的石英砂后，进行压实，然后闭合，推到原来位置。

(5)通过开关旋钮打开不整合舱体的舱盖，充填300微米粒径的石英砂后，进行压实，然后关闭不整合舱体的舱盖，扣好开关旋钮。

(6)打开断裂带箱体，充填400微米粒径的石英砂后，进行压实，然后关闭断裂带箱体。

(7)将地层箱体和不整合舱体连接固定，再将断裂带箱体插入地层箱体的卡槽中。

(8)调整支架的高度，使地层倾角为15度，将装配好的地层油气藏模拟器放置于支架和底座上，用螺栓将地层油气藏模拟器与底座固定。

(9)按照图8配置好流体注入系统和流体输出系统，将流体注入系统的输油软管与注油孔连接。

(10)按照实验要求调节注入压力为5MPa，设定注入速率为5-10ml/min，开始从注油孔注入带染成红色的煤油。

(11)实验过程中观察原油运聚现象，并实时照相或录像，从三层模拟室的流体采集口采集油样。

(12)当需要排出过量流体时，打开出油孔，使过量流体通过输油软管流到收集瓶中。

(13)达到实验要求后，停止物理模拟实验。

(14)对采集到的产物进行地球化学检测。

(15)结合实验观察，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。

与实施例3相比较，本实施例的实验中，由于不整合舱体充填粒径为300米的石英砂，渗透率相对提高，对油的封堵能力变差；同时由于不整合舱体形成一个倾斜角度，从而未被封堵住的油在浮力的作用下沿着不整合舱体慢慢向上运移。本实施例表明，不整合体的岩性对形成地层油藏很关键，不整合体不仅可以作为封堵层，也可以形成油气侧向运移通道。

由上述实施例可知，作为上述实施例的延伸，根据地层不整合面的不同形态，可以改变支架的高度改变地层不整合面倾角，以及改变地层油气藏模拟器的倾角，完成地层不整合面配置形态的变化，实现模拟地层不整合面的油气运聚过程。

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)

1.一种不整合遮挡油气藏物理模拟实验装置，其特征在于：所述实验装置包括地层油气藏模拟器，该地层油气模拟器包括地层箱体和位于地层箱体上方的不整合舱体，地层箱体与不整合舱体的侧面连接有断裂带箱体，断裂带箱体上的注油孔和出油孔分别连接流体注入系统和流体输出系统；所述断裂带箱体与地层箱体和不整合舱体连接的一侧以及不整合舱体的底板上均设有孔；所述地层箱体包括多层独立的模拟室，上层模拟室的长度小于下层模拟室的长度，每层模拟室均与不整合舱体接触连接，且每层模拟室的两侧面均设有孔。

2.根据权利要求1所述的不整合遮挡油气藏物理模拟实验装置，其特征在于：所述地层箱体包括三层独立的抽屉式模拟室，相邻模拟室之间设有滑道。

3.根据权利要求1或2任意一项所述的不整合遮挡油气藏物理模拟实验装置，其特征在于：每层模拟室的顶底板均为无孔玻璃板，两侧板均为带有微孔的玻璃板。

4.根据权利要求1或2任意一项所述的不整合遮挡油气藏物理模拟实验装置，其特征在于：在每层模拟室与不整合舱体接触的顶部均设有流体采集孔。

5.根据权利要求2所述的不整合遮挡油气藏物理模拟实验装置，其特征在于：每层模拟室与断裂带箱体连接的一侧均设有内凹式卡槽和内凹型把手，所述卡槽与设置在断裂带箱体侧面的卡板连接。

6.根据权利要求1所述的不整合遮挡油气藏物理模拟实验装置，其特征在于：所述注油孔位于断裂带箱体的底端，出油孔位于断裂带箱体的顶端，且注油孔与出油孔为对角设置。

7.根据权利要求1所述的不整合遮挡油气藏物理模拟实验装置，其特征在于：所述不整合舱体包括舱体和与舱体连接的舱盖，舱盖和所述断裂带箱体的顶部上设有开关旋钮；所述不整合舱体的底板为带有微孔的玻璃板，其余侧板均为无孔玻璃板。

8.根据权利要求1所述的不整合遮挡油气藏物理模拟实验装置，其特征在于：所述实验装置还包括底座和支架，支架固定安装于底座的一端，断裂带箱体固定安装于底座的另一端，最底层模拟室放置于底座和支架上，连接支架和断裂带箱体。

9.根据权利要求8所述的不整合遮挡油气藏物理模拟实验装置，其特征在于：所述支架包括安装于底座上的可伸缩性支撑杆和位于支撑杆顶部的软橡皮护垫，软橡皮护垫与最底层的模拟室连接。

10.一种不整合遮挡油气藏物理模拟实验方法，采用如权利要求1所述的实验装置，其特征在于：其具体实验步骤如下：

(1)准备模拟材料，检测实验装置，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)将断裂带箱体从地层箱体的卡槽中拔出；

(3)将不整合舱体从地层箱体的顶部卸下；

(4)将每层模拟室分别取下，进行岩性配置，充填好实验要求粒径的石英砂后，进行压实，然后闭合，放回原来位置；

(5)打开不整合舱体，充填好实验要求粒径的石英砂后，进行压实，然后关闭不整合舱体；

(6)打开断裂带箱体，充填好实验要求粒径的石英砂后，进行压实，然后关闭断裂带箱体；

(7)将地层箱体和不整合舱体连接固定，再将断裂带箱体与地层箱体连接；

(8)配置好流体注入系统和流体输出系统，将流体注入系统的输油软管与注油孔连接；

(9)按照实验要求调节好实验要求的注入压力，设定注入速率开始从注油孔注入原油；

(10)实验过程中观察原油运聚现象，并实时照相或录像，从每层模拟室采集油样；

(11)当需要排出过量流体时，打开出油孔，使过量流体通过输油软管流到收集瓶中；

(12)达到实验要求后，停止物理模拟实验；

(13)对采集到的产物进行地球化学检测；

(14)结合实验观察，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。