CN111402695A - 一种利用润湿性变化模拟断层启闭的装置及其模拟方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的是一种利用润湿性变化模拟断层启闭的装置及其模拟方法，其中利用润湿性变化模拟断层启闭的装置包括第一玻璃板、第二玻璃板，第一玻璃板、第二玻璃板之间通过铺设不同粒径的颗粒材料形成上泥岩层、下泥岩层、断层、储层和输导层，橡胶密封条沿第一玻璃板、第二玻璃板四周把上泥岩层、下泥岩层、断层、储层和输导层封闭在内；储层两端分别设置排液口，断层穿过上泥岩层、储层，进入到下泥岩层中，断层的下端与输导层上端相接，输导层分成两侧翼状在下泥岩层中向下延伸，直至两侧的橡胶密封条；铺设断层的颗粒材料采用外包纳米二氧化锡膜的玻璃微珠。本发明断层部位可以在超亲水和超疏水之间转变，可以改变断层的封闭和开启状态。

Description

一种利用润湿性变化模拟断层启闭的装置及其模拟方法

技术领域

本发明涉及的是油气勘探领域使用的实验装置，具体涉及一种利用润湿性变化模拟断层启闭的装置及其模拟方法。

背景技术

断层在地质历史时期既有静止期也有活动期，在静止期，断层通常是封闭的，它通常是油二次运移的遮挡物，地层能量的增加到一定程度后，断层开启，它又成为油二次运移的优势通道，聚集在断层下方的油气沿着断层进行调整。在断层发育的断陷盆地，油气沿断层进行的幕式运移是油运聚成藏的一个重要环节，但目前在同一装置的同一实验过程中，尚未有中途改变断层启闭性的方法，这限制了油沿着断层进行幕式运移对油气聚集和分布的影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用润湿性变化模拟断层启闭的装置，这种利用润湿性变化模拟断层启闭的装置用来解决现有技术中在同一装置的同一实验过程中不能改变断层启闭性的问题；本发明的另一个目的是提供这种利用润湿性变化模拟断层启闭的装置的模拟方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种利用润湿性变化模拟断层启闭的装置包括第一玻璃板、第二玻璃板，第一玻璃板、第二玻璃板之间通过铺设不同粒径的颗粒材料形成上泥岩层、下泥岩层、断层、储层和输导层，橡胶密封条沿第一玻璃板、第二玻璃板四周把上泥岩层、下泥岩层、断层、储层和输导层封闭在内，夹子将第一玻璃板、第二玻璃板夹紧固定；储层两端分别设置排液口，断层穿过上泥岩层、储层，进入到下泥岩层中，断层的下端与输导层上端相接，输导层分成两侧翼状在下泥岩层中向下延伸，直至两侧的橡胶密封条，形成两个端面，一个端面设置进液口，另一个端面设置排液口；铺设断层的颗粒材料采用玻璃微珠，玻璃微珠表面具有一层纳米二氧化锡膜，在紫外光照射下，玻璃微珠表面涂抹的纳米二氧化锡呈现超亲水性，断层封闭，避光时，玻璃微珠表面涂抹的纳米二氧化锡呈现超亲油性，断层开启。

上述方案中玻璃微珠表面涂抹纳米二氧化锡采用溶胶法，涂抹后进行烘干。

上述方案中溶胶法具体为：

将20gSnC1₂·5H20溶解于90mL的无水乙醇中，并加入1g的柠檬酸，搅拌3h，使反应充分进行，将得到的混合液置于70℃水浴2h，在室温下冷却，得到均匀透明的溶胶；将玻璃微珠用强酸强碱洗涤后，再用去离子水洗净后烘干，放入二氧化锡溶胶中浸泡，捞出滤干，在400℃进行高温烧结，在玻璃微珠表面形成纳米二氧化锡膜。

上述方案中第一玻璃板、第二玻璃板均为4mm钢化玻璃。

上述方案中泥岩层填充的颗粒材料为60目玻璃微珠，储层填充的颗粒材料为30目玻璃微珠，输导层填充的颗粒材料为40目玻璃微珠。

上述利用润湿性变化模拟断层启闭的装置的模拟方法：

一、将利用润湿性变化模拟断层启闭的装置抽真空饱和水；

二、用紫外光对所述利用润湿性变化模拟断层启闭的装置进行持续照射，断层部位填充的玻璃微珠表面纳米二氧化锡膜呈现超亲水性，在毛细管力作用下断层封闭；

三、开启断层的排液口和储层的两个排液口；

四、通过进液口注入煤油，同时挤压所述模拟断层启闭的装置中的水从断层排液口排出；

五、注入的煤油持续在断层下方的输导层聚集；

六、将所述利用润湿性变化模拟断层启闭的装置进行避光保存，断层部位填充的玻璃微珠表面纳米二氧化锡膜呈现超疏水性，毛细管力转变为油相运移的动力，断层开启，断层下方聚集的油经过断层调整到上方储层；

七、依据需要对断层的开启和封闭状态进行多次调整。

上述方案中用紫外光对所述利用润湿性变化模拟断层启闭的装置进行持续照射的时间为3h。

上述方案中煤油注入4个小时后，在煤油没有充满输导层时开启断层，这时输导层中油在浮力作用下经断层调整到储层。

上述方案中煤油注入8个小时后，煤油充满输导层后，经断层排液口排出，这时再开启断层，输导层中的煤油经断层调整到上方储层。

上述方案中煤油以固定流量的方式注入，流量大小为0.1ml/min。

本发明具有以下有益效果：

本发明在断层部位填充颗粒表面涂抹纳米二氧化锡，该涂层在紫外光照射和避光时，其润湿性可以在超亲水和超疏水之间转变。润湿性表现为超亲水时，毛细管力时油相二次运移的阻力，从而封闭断层；润湿性表现为超疏水时，毛细管力时油相二次运移的动力，从而开启断层。因此在实验过程中通过外部光照环境的变化可以改变断层的封闭和开启状态，这为研究断层活动引起的幕式二次运移对油气聚集和分布的影响提供技术支持。

附图说明

图1是本发明的主视图。

图2是图1中A-A剖视图。

图中：1.断层，2.泥岩层，3.橡胶密封条，4.储层，5.排液口A，6.输导层，7.进液口，8.排液口B，9.排液口C，10.第一玻璃板，11.第二玻璃板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

结合图1-图2所示，这种利用润湿性变化模拟断层启闭的装置包括第一玻璃板10、第二玻璃板11，第一玻璃板10、第二玻璃板11之间通过铺设不同粒径的颗粒材料形成泥岩层2、断层1、储层4和输导层6，泥岩层2包括上泥岩层、下泥岩层，橡胶密封条3沿第一玻璃板10、第二玻璃板11四周把上泥岩层、下泥岩层、断层1、储层4和输导层6封闭在内，夹子将第一玻璃板10、第二玻璃板11夹紧固定；储层4两端分别设置排液口，断层1穿过上泥岩层、储层4，进入到下泥岩层中，断层1的下端与输导层6上端相接，输导层6分成两侧翼状在下泥岩层中向下延伸，直至两侧的橡胶密封条3，形成两个端面，一个端面设置进液口7，另一个端面设置排液口。铺设断层的颗粒材料采用玻璃微珠，玻璃微珠表面具有一层纳米二氧化锡膜。

本发明在断层1部位填充的玻璃微珠表面涂上纳米二氧化锡，在紫外光照射情况下，涂抹纳米二氧化锡颗粒表面呈现超亲水性，这时断层1在毛细管力是封闭的，对油相二次运移起遮挡作用；避光保存时，涂抹纳米二氧化锡颗粒表面变成超亲油性，毛细管力变成油相运移的动力，断层变成开启的，油相将沿着断层进行调整。

本发明利用润湿性变化模拟断层启闭的装置的制作步骤包括：

1.用溶胶法在颗粒微珠表面涂抹纳米二氧化锡，并进行烘干；涂抹纳米二氧化锡的颗粒材料为玻璃微珠，玻璃微珠规格为40目。

作为一种优选实施例，将20gSnC1₂·5H20溶解于90mL的无水乙醇中，并加入1g的柠檬酸，搅拌3h，使其充分反应，将混合液置于70℃水浴2h，在室温下冷却后得到均匀透明的溶胶。将玻璃微珠强酸强碱洗涤后，用去离子水洗净后烘干，放入二氧化锡溶胶中浸泡1h，捞出滤干，在400℃进行高温烧结，可在玻璃微珠表面形成纳米二氧化锡膜。

2.将第一玻璃板10平放，在第一玻璃板10上沿四周边缘固定橡胶密封条3；玻璃板为4mm钢化玻璃，尺寸600m*600mm。

作为一种优选实施例，所用橡胶密封条宽10mm，厚度3mm。

3.按设计，用分隔条将第一玻璃板10上表面分割成泥岩层2、断层1、储层4和输导层6四个区域，断层1位于输导层6上方，储层4位于断层1两侧。泥岩层2填充的颗粒材料为60目玻璃微珠，断层1填充的颗粒材料为40目玻璃微珠，储层4填充的颗粒材料为30目玻璃微珠，输导层6填充的颗粒材料为40目玻璃微珠。

作为一种优选实施例，分隔条为3mm宽，0.5mm厚的铜皮。

4.在第一玻璃板10上表面的断层区域铺设涂抹纳米二氧化锡的颗粒，其厚度和橡胶密封条的厚度相同；在第一玻璃板10上表面的泥岩层2、储层4和输导层6区域分别铺设不同粒径的颗粒材料，其厚度和橡胶密封条的厚度相同；

作为一种优选实施实例，泥岩层2、储层4和输导层6所填充的颗粒材料为玻璃微珠，其规格分别为60目、30目和40目。

5.拆掉泥岩层2、断层1、储层4和输导层6之间的分隔条，在第一玻璃板10上面对齐铺上第二玻璃板11。

6.用C形卡子将第一玻璃板10和第二玻璃板11固定，通过C形卡子产生的预应力使模型密封。

7.在输导层6右侧透过橡胶密封条3插入管线作为进液口7，在输导层6左侧和储层4左右两侧透过橡胶密封条3分别插入管线作为排液口，在断层1上方透过密封橡胶条3插入管线作为弹性膜调压口。

8.装置抽真空饱和水。

本发明利用润湿性变化模拟断层启闭的装置的模拟方法：

1.用紫外光对装置进行持续照射，断层部位填充的玻璃微珠表面纳米二氧化锡涂层呈现超亲水性，在毛细管力作用下断层封闭。

作为一种优选实施实例，紫外灯照射时间为3h。

2.开启排液口A 5、排液口B 8和排液口C 9。

3.通过进液口7往模型中注入煤油，同时挤压模型中的水从排液口排出。

作为一种优选实施例，煤油固定流量的方式注入，流量大小为0.1ml/min

4.注入的煤油通过持续在断层下方的输导层6聚集。

5.将模型进行避光保存，断层部位填充的玻璃微珠表面纳米二氧化锡涂层转化为超疏水性，毛细管力转变为油相运移的动力，断层1开启；断层1下方聚集的油经过断层调整到上方储层。

作为一种优选实施例，煤油注入4h小时后，在煤油没有充满输导层时开启断层1；这是输导层6中油在浮力作用下经断层1调整到上方储层；

作为另一种优选实施例，煤油注入8h小时后，煤油充满输导层后经排液口B 8排出，这时再开启断层1，输导层6中的煤油经断层调整到上方储层，但是能够调整上方的油量以注入量为参照，其比例和商议中实例相比降低。

Claims (9)

1.一种利用润湿性变化模拟断层启闭的装置，其特征在于：这种利用润湿性变化模拟断层启闭的装置包括第一玻璃板（10）、第二玻璃板（11），第一玻璃板（10）、第二玻璃板（11）之间通过铺设不同粒径的颗粒材料形成上泥岩层、下泥岩层、断层（1）、储层（4）和输导层（6），橡胶密封条（3）沿第一玻璃板（10）、第二玻璃板（11）四周把上泥岩层、下泥岩层、断层（1）、储层（4）和输导层（6）封闭在内，夹子将第一玻璃板（10）、第二玻璃板（11）夹紧固定；储层（4）两端分别设置排液口，断层（1）穿过上泥岩层、储层（4），进入到下泥岩层中，断层（1）的下端与输导层（6）上端相接，输导层（6）分成两侧翼状在下泥岩层中向下延伸，直至两侧的橡胶密封条（3），形成两个端面，一个端面设置进液口（7），另一个端面设置排液口；铺设断层的颗粒材料采用玻璃微珠，玻璃微珠表面具有一层纳米二氧化锡膜，在紫外光照射下，玻璃微珠表面涂抹的纳米二氧化锡呈现超亲水性，断层封闭，避光时，玻璃微珠表面涂抹的纳米二氧化锡呈现超亲油性，断层开启。

2.根据权利要求1所述的利用润湿性变化模拟断层启闭的装置，其特征在于：所述的玻璃微珠表面涂抹纳米二氧化锡采用溶胶法，涂抹后进行烘干。

3.根据权利要求2所述的利用润湿性变化模拟断层启闭的装置，其特征在于：所述的溶胶法具体为：

将20gSnC1₂·5H20溶解于90mL的无水乙醇中，并加入1g的柠檬酸，搅拌3h，使反应充分进行，将得到的混合液置于70℃水浴2h，在室温下冷却，得到均匀透明的溶胶；将玻璃微珠用强酸强碱洗涤后，再用去离子水洗净后烘干，放入二氧化锡溶胶中浸泡，捞出滤干，在400℃进行高温烧结，在玻璃微珠表面形成纳米二氧化锡膜。

4.根据权利要求3所述的利用润湿性变化模拟断层启闭的装置，其特征在于：所述的第一玻璃板（10）、第二玻璃板（11）均为4mm钢化玻璃；泥岩层（2）填充的颗粒材料为60目玻璃微珠，储层（4）填充的颗粒材料为30目玻璃微珠，输导层（6）填充的颗粒材料为40目玻璃微珠。

5.一种权利要求4所述的利用润湿性变化模拟断层启闭的装置的模拟方法，其特征在于：

一、将利用润湿性变化模拟断层启闭的装置抽真空饱和水；

二、用紫外光对所述利用润湿性变化模拟断层启闭的装置进行持续照射，断层部位填充的玻璃微珠表面纳米二氧化锡膜呈现超亲水性，在毛细管力作用下断层封闭；

三、开启断层（1）的排液口和储层（4）的两个排液口；

四、通过进液口（7）注入煤油，同时挤压所述模拟断层启闭的装置中的水从断层排液口排出；

五、注入的煤油持续在断层下方的输导层聚集；

六、将所述利用润湿性变化模拟断层启闭的装置进行避光保存，断层部位填充的玻璃微珠表面纳米二氧化锡膜呈现超疏水性，毛细管力转变为油相运移的动力，断层开启，断层下方聚集的油经过断层调整到上方储层；

七、依据需要对断层的开启和封闭状态进行多次调整。

6.一种权利要求5所述的利用润湿性变化模拟断层启闭的装置的模拟方法，其特征在于：所述的用紫外光对所述利用润湿性变化模拟断层启闭的装置进行持续照射的时间为3h。

7.一种权利要求6所述的利用润湿性变化模拟断层启闭的装置的模拟方法，其特征在于：所述的煤油以固定流量的方式注入，流量大小为0.1ml/min。

8.一种权利要求7所述的利用润湿性变化模拟断层启闭的装置的模拟方法，其特征在于：所述的煤油注入4个小时后，在煤油没有充满输导层（6）时开启断层（1），这时输导层（6）中油在浮力作用下经断层（1）调整到储层（4）。

9.一种权利要求7所述的利用润湿性变化模拟断层启闭的装置的模拟方法，其特征在于：所述的煤油注入8个小时后，煤油充满输导层（6）后，经断层（1）排液口排出，这时再开启断层（1），输导层（6）中的煤油经断层（1）调整到上方储层。

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