CN204791766U - 多圈闭油气差异聚集实验模拟装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种多圈闭油气差异聚集实验模拟装置，包括模拟箱体、与模拟箱体的注油气口和出油气口相连的压力控制系统以及与压力控制系统相连的数据处理分析系统，模拟箱体包括上部模拟室和下部模拟室，上部模拟室包括上部模拟室底板和设在上部模拟室底板上的多个圈闭，每个圈闭与下部模拟室之间均设有连通圈闭与下部模拟室的孔，圈闭包括圈闭底面和与圈闭底面活动连接的圈闭部；下部模拟室顶板活动连接在下部模拟室的顶部。本实用新型将砂体运载层与多个圈闭相结合实现油气运移、聚集的综合物理实验，真实实现对油气在地下充注过程的物理模拟，相关模拟实验结果可以为油气运聚机理提供依据，为油气勘探和开发提供油气运聚的参数。

Description

多圈闭油气差异聚集实验模拟装置

技术领域

本实用新型涉及油气成藏的实验模拟装置，具体地说，涉及一种实验压力可控下的多圈闭油气成藏物理模拟装置，通过改变模型充填砂体物性、模型倾角和充注压力的变化，从而示踪油气在地下通过多圈闭时的油气运移路径和运移过程。

背景技术

油气在地下的聚集是在圈闭中发生的，因此油气在圈闭里的聚集过程是油气成藏机理的核心内容。聚集了可供工业规模开采的圈闭即是油气藏，油气藏是油气勘探和开发的目标，因此圈闭和圈闭的聚集过程也是油气工业特别关注的内容。地下的油气成藏是从生油洼陷里生成的油气在浮力作用下经过运载层，通过渗滤作用和排替作用依次进入不同圈闭的过程，因此通过运载层连通的多圈闭油气运移聚集路径反映了真实的油气聚集过程。同时，油气的运移是在沿着通道范围内有限的路径发生，因此，油气的二次运移是一种非均一性流动的过程。其中，地层形态的展布(地层倾角等)、运载层的孔渗性、以及油气充注压力的强弱对研究油气运移非均质性过程和油气运聚机理非常重要。

油气运聚过程和机理一直是石油与天然气地质学和油气勘探工业十分关注的科学问题。20世纪90年代以前，油气成藏机理研究的焦点是油气从烃源岩向运载层运移(初次运移)的动力、相态、过程及其地球化学效应。20世纪90年代以来，油气在输导层中的运聚行为(二次运移)得到更广泛的关注，这是因为烃类流体在运载层的二次运移是一个极不均一的过程，即便是在均匀的孔隙介质内，烃类流体的运移也只沿着通道范围内有限的路径发生(Schowalter，1979；Demibickietal.,1989；Catalanetal.,1992)。从已观察到的运移现象可以推断，不同尺度上烃类流体运聚的路径和过程可能很类似，但仍存在一定的差异，某些宏观上可视为均质的过程在更小的尺度上往往是非均质的(罗晓蓉，2003)。因此油气在地下运移的过程是一个非常复杂难以表征的过程。

油气在地下的运聚过程实际上是经过运载层对多个圈闭进行不同程度充注的过程。因此，多圈闭下的油气充注过程是研究油气成藏过程的核心内容。其中圈闭的溢出点十分重要，油气在充注圈闭后，开始向外溢出的点即是圈闭的溢出点(spillpoint)，它是圈闭能够储存油气最大量的点，低于该点油气即向外溢出。一般将通过溢出点构造等高线所圈出的面积，称为该圈闭的闭合面积，从圈闭中该储层的最高点到溢出点之间的海拔高差，为该圈闭的闭合高度。早些时候石油工业认为，当油气在盆地内生成后沿上倾方向向周围高出的圈闭中运移时，由于天然气在岩石的孔隙介质中最容易流动，天然气占据盆地边缘的构造环，而石油占据位置较低的构造环，这种模式被称为“油心气环”分布。然而，后来的油气勘探揭示，原来越多的油气分布呈现“气心油环”的模式。这种不同的油气分布模式是由于油气不同的聚集原理而形成的，如“气心油环”的模式就是油气经过多圈闭时，由于溢出点的不同差异性聚集形成，所以称为溢出型油气聚集原理。

油气运聚机理是油气藏定位和油气勘探部署的基础。物理模拟实验室研究烃类油气运聚机理的有效方法之一。

公开号为CN102808614A的中国发明专利申请公开了一种油气运移物理模拟装置和油气运移实验方法，所述油气运移物理模拟装置包括：恒温箱和设置在所述恒温箱内的填砂管。所示油气运移实验方法，将常压的玻璃填砂管设置在恒温箱内，采用原油进行油气二次运移实验，并进行可视观察，开展油气宏观运移过程研究；将高压的不锈钢填砂管设置在恒温箱内，采用原油进行油气二次运移实验，开展油气运移过程微观组份变化研究。该发明集成了油气二次运移可视物理模拟和高温高压不可视物理模拟两项功能，将油气二次运移宏观运移过程和微观运移机理研究相结合，完善油气二次运移物理模拟研究的手段。

公开号为CN102720481A的中国发明专利公开了一种油气运聚仿真物理模拟实验仪，包括砂箱、动力系统、旋转及支撑系统，所述旋转及支撑系统与砂箱连接，所述砂箱包括透明缸体，砂箱上设置有通油气孔及装砂口，砂箱内侧底部填充有n个底块，底块之间通过底块连接器密封连接，其中7≤n≤13；所述动力系统设置在砂箱下方与砂箱内的底块连接。本发明将构造运动与油气的运移、聚集相结合，能模拟油气在地质构造发生前后在砂体中的运移、聚集过程，可解决现有技术中三维油气运移与聚集动态模拟实验装置稀缺，无法满足多种实验要求的问题。

公开号为CN103018003A的中国发明专利公开了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。

公开号为CN102590887A的中国发明专利公开了一种断裂带原油稠化机理实验模拟系统及实验方法，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固定支架与模拟仪，模拟仪由两根透明玻璃管斜交而成，长玻璃管模拟断裂带，短玻璃管模拟储层，固定支架呈圆盘状，模拟仪固定在支架上，可随支架旋转，以改变断裂带和储层的倾角；注入子系统由两个呈柱状的玻璃筒组成，一个盛模拟地层水，另一个盛原油，盛模拟地层水的玻璃筒通过连接子系统与短玻璃管的注水口连接，盛原油的玻璃筒通过连接子系统与长玻璃管的注油口连接。本模拟系统和方法可以揭示原油在断裂带中的运移过程及其稠化控制因素。

公开号为CN104050858A的中国发明专利公开了一种圈闭动态充注教学模型及其教学方法，该发明所述的圈闭动态充注教学模型包括水槽，水槽内设有圈闭模型，圈闭模型一侧设有通气管和与通气管相连的充气装置，模型还包括将圈闭模型固定在水槽底部的固定装置，圈闭模型包括若干内部相连通的隆起，隆起内部空心，圈闭模型的一个隆起的顶部设有排气孔，排气孔设有与之相匹配的塞子，圈闭模型底部设有支撑，相邻支撑与水槽底部之间形成通路。该发明根据圈闭性质制作的教学模型具有透明、结实耐用、易于保存等特点，但该发明模型为单一的圈闭模型，实现的主要是教学功能，使学生通过模型观察，直观了解各类圈闭的内部组成结构及特征，动态展示溢出点的位置和油气溢出过程，帮助学生快速建立圈闭的空间概念。

由上述可知，现有的油气运聚物理模拟方法虽实现了从二维到三维的可视化特点，但仍存在以下缺陷：

(1)现有的油气运聚机理物理模拟基本都是围绕断裂、不整合面和单一砂体展开的，或是针对单一砂体概念的教学模型，尚未有能实现反映油气在地下经过不同圈闭差异聚集的多圈闭油气聚集机理实验模拟装置。

(2)现有的油气运移路径物理模拟方法或未考虑充注压力对模拟路径的影响，或仅仅考虑了进口压力对模拟实验的影响，由于实际地下油气运移受运移动力的支配，而地层压力是重要的运移动力之一，并且油气运移过程同时受到进口压力和出口压力影响，即实际地质过程中的围压和泄压条件影响。因此，现有技术未真正解决压控下的模拟实验技术。

(3)现有的物理实验模型都是在单一箱体里充填砂体进行，这些充填砂体被视为油气的运载层，没有将运载层和圈闭结合起来，因此只能反映油气运移的过程，不能反映油气在圈闭中进行充注的聚集过程。

(4)现有的物理模拟试验系统中，充填的石英砂层多是水平设计，这不能反映地下地层曲面形态的特征，以及倾斜地层下油气的运移过程，尤其不能反映油气沿构造脊运移的特征。

(5)现有的一些模拟油气运移的装置，主要是观察油气运移现象，对实验后的油气产物不能很好收集和定量分析。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷和不足，提供了一种多圈闭油气差异聚集实验模拟装置，实现在线定量模拟在不同压力控制下、运载层联通下的模拟油气经过多圈闭的运聚过程，分析油气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。

本实用新型的技术方案是：一种多圈闭油气差异聚集实验模拟装置，包括模拟箱体、与模拟箱体的注油气口和出油气口相连的压力控制系统以及与压力控制系统相连的数据处理分析系统，所述的模拟箱体包括上部模拟室和下部模拟室，上部模拟室包括上部模拟室底板和设在上部模拟室底板上的多个圈闭，每个圈闭与下部模拟室之间均设有连通圈闭与下部模拟室的孔，所述圈闭包括圈闭底面和与圈闭底面活动连接的圈闭部；下部模拟室顶板活动连接在下部模拟室的顶部。圈闭部与圈闭底面活动连接，下部模拟室顶板与下部模拟室的顶部活动连接，这种活动连接的方式满足了装砂的需要。

作为优选，所述上部模拟室底板和下部模拟室顶板设为皆带“槽”和“脊”状结构的曲面，模拟室的这种曲面结构真实实现地下曲面地层中油气运聚路径的追踪和油气运聚机理。

作为优选，所述连通圈闭与下部模拟室的孔的孔径小于250微米，该孔径对于粒径在60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、水可以通过圈闭底面、上部模拟室底板和下部模拟室顶板上下流通，使整个模拟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，砂体不能自由滑落，因此每个圈闭又是独立的，形成一个独立的油气成藏系统。

作为优选，所述圈闭部为沿上部模拟室底板向上的球形隆起，圈闭底面为上部模拟室底板的一部分，球形隆起与上部模拟室底板活动连接。

作为优选，所述圈闭部为沿上部模拟室底板向上的球形隆起，圈闭底面为卡装在上部模拟室底板的安装孔内的安装板，球形隆起与安装板活动连接。

作为优选，所述下部模拟室顶板为上部模拟室底板。

进一步的，所述实验模拟装置还设有具有角度调节功能的底座，下部模拟室放置于底座上，通过底座调节下部模拟室的倾角和坡度，从而模拟地下地层的倾斜度和坡度。

作为优选，所述底座为四方体结构，底座的上表面设有活动的托板，托板的一端轴接在底座的一端端部，另一端与套装在底座另一端端部活动滑竿上的活动滑环连接，托板通过活动滑环可以在活动滑竿上上下拉动，活动滑竿可以倾斜，以满足托板向上滑动的需要。下部模拟室放置于托板上。通过托板的上下移动实现下部模拟室的倾角和坡度的调整，以模拟地下地层倾斜度和坡度。

作为优选，所述模拟箱体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，所述注油气口位于下部模拟室的底端，出油气口位于下部模拟室的顶端，且注油气口与出油气口为对角设置，实现了油气在模拟箱体的充分运聚。当需要对模拟装置进行封闭时，出油气口可关闭。

作为优选，所述压力控制系统包括多相流体注入进口压力控制系统和多相流体输出出口压力控制系统，所述多相流体注入进口压力控制系统与注油气口相连，多相流体输出出口压力控制系统与出油气口相连。

作为优选，所述多相流体注入进口压力控制系统包括一端与注油气口连接的输油气软管以及依次安装在输油气软管上的高压阀门、稳压阀、压力表、流量仪和压力调节阀，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，高压泵通过流体注入数据记录与分析系统与数据处理分析系统连接；所述压力调节阀位于注油气口处的输油气软管上。

作为优选，所述多相流体输出出口压力控制系统包括一端连接出油气口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与数据处理分析系统连接的流体输出计量与分析系统，所述压力调节阀位于出油气口处的输油气软管上。

在进行模拟实验时，可以通过改变进口压力和出口压力的大小，考查进出口压力对油气运聚的控制作用。

本实用新型的有益效果是：(1)本实用新型实验模拟装置将砂体运载层与多个圈闭相结合实现油气运移、聚集的综合物理实验，该模拟装置能够方便快捷的改变模拟箱体的倾角(即反映地层倾角)、运载层中砂体的物性(即石英砂体的粒径)、充注压力的变化、溢出点高低的变化等，能够真实实现对油气在地下充注过程的物理模拟，相关模拟实验结果可以为油气运聚机理提供依据，为油气勘探和开发提供油气运聚的参数。(2)本实用新型模拟室为含“槽”和“脊”结构的曲面结构，同时运载层倾角可以变化，从而反应倾斜地层坡度对油气运聚的影响，以真正实现地下曲面地层中油气运聚路径的追踪和油气运聚机理。(3)本实用新型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，以及充注压力和出口压力、流速对油气运聚的影响。(4)本实用新型在外观上为360°全透明设计，实时三维观察油气在不同圈闭中的运聚状态，实现三维可视化特点。(5)本实用新型还可以作为动态教学实验模型，可以使学生通过观察模型和实验过程，直观了解油气在多圈闭系统中差异聚集的过程，以及动态展示溢出点的位置和油气溢出过程，可以使学生形象地建立起地质图与地下三维空间的联系，对学生快速建立圈闭的空间概念以及地下油气聚集过程的立体影像具有很大帮助。(6)本实用新型通过对实验前后油气流体产物的收集、检测和地球化学分析，如进行色谱质谱(GC-MS)分析，可以通过计算参数，观察参数的变化来反应油气运移效应。

附图说明

附图1为本实用新型实施例1中多圈闭油气差异聚集实验模拟装置的结构图。

附图2为本实用新型具体实施例上部模拟室的结构示意图。

附图3为本实用新型具体实施例圈闭底面的放大图。

附图4为本实用新型具体实施例下部模拟室的结构示意图。

附图5为本实用新型具体实施例底座的结构示意图。

附图6为本实用新型具体实施例油充注的实验过程示意图。

附图7为本实用新型具体实施例先油后气充注的实验过程示意图。

图中，1、模拟箱体，2、注油气口，3、出油气口，4、数据处理分析系统，5、下部模拟室，6、上部模拟室底板，7、圈闭Ⅰ，8、圈闭Ⅱ，9、圈闭Ⅲ，10、圈闭Ⅳ，11、圈闭底面，12、圈闭部，13、下部模拟室顶板，14、底座，15、托板，16、活动滑竿，17、活动滑环，18、输油气软管，19、高压阀门，20、稳压阀，21、压力表，22、流量仪，23、压力调节阀，24、输油气桶，25、高压泵，26、流体输入数据记录与分析系统，27、输油气软管，28、压力调节阀，29、流量仪，30、流体输出计量与分析系统，31、溢流点，32、螺栓。

具体实施方式

以下结合附图及几个实施例对本实用新型作进一步说明。

实施例1：如图1至2所示，一种多圈闭油气差异聚集实验模拟装置，包括模拟箱体1、与模拟箱体1的注油气口2和出油气口3相连的压力控制系统以及与压力控制系统相连的数据处理分析系统4，模拟箱体1由全透明的钢化玻璃组成，便于观察油气运聚的过程。所述的模拟箱体1包括上部模拟室和下部模拟室5，上部模拟室包括上部模拟室底板6和设在上部模拟室底板6上的4个圈闭，分别为圈闭Ⅰ7、圈闭Ⅱ8、圈闭Ⅲ9、圈闭Ⅳ10，每个圈闭与下部模拟室5之间均设有连通圈闭与下部模拟室5的孔，所述圈闭包括圈闭底面11和与圈闭底面11活动连接的圈闭部12；下部模拟室顶板13活动连接在下部模拟室5的顶部。圈闭部12与圈闭底面11活动连接，下部模拟室顶板13与下部模拟室5的顶部活动连接，这种活动连接的方式满足了装砂的需要。

本实施例中，上面所述孔的孔径为200微米，该孔径对75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、水可以通过圈闭底面、上部模拟室底板6和下部模拟室顶板13上下流通，使整个模拟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，砂体不能自由滑落，因此每个圈闭又是独立的，形成一个独立的油气成藏系统。模拟箱体可以根据项目需要充填不同粒径的石英砂体，以检测砂体物性对油气运聚的影响。

如图2和图4所示，所述上部模拟室底板6和下部模拟室顶板13设为皆带“槽”和“脊”状结构的曲面，本实施例中，下部模拟室顶板13为上部模拟室底板6，模拟室的这种曲面结构真实实现地下曲面地层中油气运聚路径的追踪和油气运聚机理。

本实施例中，所述圈闭部12为沿上部模拟室底板6向上的球形隆起，圈闭底面11为上部模拟室底板6的一部分，球形隆起与上部模拟室底板6活动连接。

如图1所示，本实施例中，上述实验模拟装置还设有具有角度调节功能的底座14，下部模拟室5放置于底座14上，通过底座14调节下部模拟室5的倾角α和坡度，从而模拟地下地层的倾斜度和坡度。

如图5所示，本实施例中，上述提到的底座14为四方体结构，底座14的上表面设有活动的托板15，托板15的一端轴接在底座14的一端端部，另一端与套装在底座14另一端端部活动滑竿16上的活动滑环17连接，托板15通过活动滑环17可以在活动滑竿16上上下拉动，活动滑竿16可以倾斜，以满足托板15向上滑动的需要。下部模拟室5放置于托板15上。通过托板15的上下移动实现下部模拟室5的倾角α和坡度的调整，以模拟地下地层倾斜度和坡度。在托板的控制下，模拟箱体可以设置成不同的倾角α，已检测地层的产状对油气运聚的影响。

本实施例中，所述模拟箱体1由全透明的钢化玻璃组成，便于观察油气运聚的过程。

本实施例中，所述注油气口2位于下部模拟室5的底端，出油气口3位于下部模拟室5的顶端，且注油气口2与出油气口3为对角设置，实现了油气在模拟箱体1的充分运聚。当需要对模拟装置进行封闭时，出油气口3可关闭。

本实施例中，所述压力控制系统包括多相流体注入进口压力控制系统和多相流体输出出口压力控制系统，所述多相流体注入进口压力控制系统与注油气口2相连，多相流体输出出口压力控制系统与出油气口3相连。

上述多相流体注入进口压力控制系统包括一端与注油气口连接的输油气软管16以及依次安装在输油气软管18上的高压阀门19、稳压阀20、压力表21、流量仪22和压力调节阀23，输油气软管18的另一端连接有输油气桶24，输油气桶24连接有高压泵25，高压泵25通过流体注入数据记录与分析系统26与数据处理分析系统4连接；所述压力调节阀23位于注油气口2处的输油气软管18上。采用多个压力阀门实现对压力的控制，其中，压力表21和流量仪22对注入流体强度起监测作用。

上述多相流体输出出口压力控制系统包括一端连接出油气口输油气软管27以及依次安装在输油气软管27上的压力调节阀28和流量仪29，输油气软管27的另一端连接有与数据处理分析系统4连接的流体输出计量与分析系统28，所述压力调节阀28位于出油气口处的输油气软管27上。在必要时可以对流体流出时的泄压大小起控制作用。

在进行模拟实验时，可以通过改变进口压力和出口压力的大小，考查进出口压力对油气运聚的控制作用。

本实施例中，所述的上部模拟室底板6通过螺栓32与下部模拟室5可拆卸连接。

通过模拟实验不仅能观察在与运载层连通的多圈闭系统结构体中的油气运聚过程，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。

以单一原油充注方案为例，采用上述实验模拟装置进行实验，在进行模拟实验时，下部模拟室用来模拟运载层，上部模拟室用来模拟圈闭。实验中采用染成红色的煤油代替原油。其具体实验步骤如下：

(1)准备模拟材料，检测实验模拟装置设备，对实验前的煤油成分进行检测分析，采集实验前的实验数据。

(2)将4个圈闭部和下部模拟室顶板拆开，将砂体填充至圈闭部和下部模拟室，其中，4个圈闭部填充饱含水的500微米粒径(32目)的石英砂，作为粗砂岩，下部模拟室填充饱含水的300微米粒径(48目)的石英砂，作为中砂岩。

(3)对填充好的圈闭部和下部模拟室进行震荡和压实，使石英砂充分接触。

(4)根据模拟实验要求，拉升底座上的托板，调整好倾角，设为30度，调整下部模拟室的倾角为30度。

(5)通过多相流体注入进口压力控制系统和多相流体输出出口压力控制系统调节进出口压力，使进出口压力达到实验目的要求。

(6)连接高压泵，设定注入速率，开始从注油气口注入染成红色的煤油。

(7)实验过程中观察煤油运聚现象，并实时照相或录像，从出油气口采集实验后的煤油产物。

(8)达到实验要求后，停止物理模拟实验。

(9)对从出油气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6为实验过程中可展现的煤油溢出点依次升高情形下，油气沿多圈闭系统中运移、聚集的实验现象示意图，图中箭头表示油气运移的主要方向。图6A、6B、6C、6D、6E为随实验的进行，先后出现的现象示意图。图6A表为煤油注入不久后的运移聚集示意图，表现的是此时煤油在浮力作用下一方面侧向通过下部模拟室内的运载层运移，另一方面开始向圈闭Ⅰ充注，这是由于圈闭里砂体物性好于下部模拟室(即运载层)里的砂体物性，因此煤油运移阻力小，向圈闭里的充注作用相对更强烈。图6B在经历一段时间后，开始在圈闭Ⅰ顶部观察到有煤油聚集现象，此时煤油通过排替掉砂体里的水，聚集到圈闭顶部。图6C展现随实验的进行，圈闭Ⅰ已经充满后，煤油通过溢出点向外溢出，向圈闭Ⅱ充注。图6D展现随实验的继续进行，圈闭Ⅱ充满后，煤油通过溢出点向外溢出，向圈闭Ⅲ充注。图6E展现到一定时间后，圈闭Ⅲ被充满，煤油继续向圈闭Ⅳ充注。除以上现象外，可以观察到煤油在实验过程中向溢出点依次升高的圈闭充注时，总体上从圈闭Ⅰ→圈闭Ⅱ→圈闭Ⅲ→圈闭Ⅳ的过程，但并不是非常严格的遵守这个过程，在实验过程中，在未充满前面圈闭时，有少量的煤油运移速度快，到达后面圈闭的下面入口，对后面圈闭进行充注。

上面提到的溢出点位于圈闭比上倾方向圈闭的弧形面与上部模拟室底板接触的位置，是流体充满圈闭后开始向外溢出的位置。

由本实施例中上述实验现象表明，如果盆地中存在同一渗透层相连通的系列圈闭，且其溢出点依次升高情况下，油源来自下倾方向且数量充足，具有倾斜的运移条件时，石油会源源不断的向上倾方向运移，最先充注圈闭的溢出点位置最低，因此离油源越近的圈闭成藏条件越好；若油源充足，离得较远的圈闭虽然充注时间相对较晚，但仍然可以充满石油。物性的改善可以造成石油向圈闭优先运移，因此运载层的物性条件对油气成藏十分重要，它决定了石油的优势运移方向。

以先原油后天然气充注方案为例，采用上述实验模拟装置进行实验。在进行模拟实验时，下部模拟室用来模拟运载层，上部模拟室用来模拟圈闭。实验中采用染成红色的煤油代替原油。其具体实验步骤如下：

(1)准备模拟材料，检测实验模拟装置设备，对实验前的煤油和天然气成分进行检测分析，采集实验前的实验数据。

(2)将4个圈闭部和下部模拟室顶板拆开，将砂体填充至圈闭部和下部模拟室，其中，4个圈闭部填充饱含水的500微米粒径(32目)的石英砂，作为粗砂岩，下部模拟室填充饱含水的300微米粒径(48目)的石英砂，作为中砂岩。

(3)对填充好的圈闭部和下部模拟室进行震荡和压实，使石英砂充分接触。

(4)根据模拟实验要求，拉升底座上的托板，调整好倾角，设为30度，调整下部模拟室的倾角为30度。

(5)通过多相流体注入进口压力控制系统和多相流体输出出口压力控制系统调节进出口压力，使进出口压力达到实验目的要求。

(6)连接高压泵，设定注入速率，开始从注油气口注入染成红色的煤油，待圈闭Ⅰ充满油后，并向圈闭Ⅱ中充注1/4时，开始换成天然气充注。

(7)实验过程中观察煤油运聚现象、以及观察天然气运移和天然气在圈闭中驱逐煤油的现象，并实时照相或录像，从出油气口采集实验后的煤油产物和天然气产物。

(8)达到实验要求后，停止物理模拟实验。

(9)对从出油气口采集到的煤油产物和天然气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7为实验过程中可展现的煤油和天然气沿溢出点依次升高情形下，油气沿多圈闭系统中运移、聚集的实验现象示意图。

图7A、7B、7C为煤油注入后的运移聚集示意图，与实施例2中描述的图6A、6B、6C展现的规律一样。图7D展现充注天然气一定时间后，圈闭Ⅰ从顶部向下，煤油被天然气驱赶，煤油从溢出点溢出，向圈闭Ⅱ充注，天然气占据圈闭Ⅰ的上部，此时圈闭大部分为天然气占满，红色的煤油只在下部能见到。图7E展现到一定时间后，随着天然气的持续充注，煤油几乎被完全驱赶出圈闭Ⅰ，因此圈闭Ⅰ被天然气充满，形成天然气藏，并且过量的天然气通过溢出点向圈闭Ⅱ充注，并且占据圈闭Ⅱ的顶部。图7F展现到一定时间后，随着天然气的持续充注，圈闭Ⅰ和圈闭Ⅱ被天然气充满，形成天然气藏，并且过量的天然气通过溢出点向圈闭Ⅲ充注，并且占据圈闭Ⅲ的顶部。除以上现象外，由于天然气运移能力强，可以观察到在实验过程中天然气向溢出点依次升高的圈闭充注时，总体上从圈闭Ⅰ→圈闭Ⅱ→圈闭Ⅲ→圈闭Ⅳ的过程，但也并不是非常严格的遵守这个过程，在实验过程中，部分天然气运移速度快，到达后面圈闭的下面入口，对后面圈闭进行充注。

由本实施例上述实验现象表明，如果盆地中存在同一渗透层相连通的系列圈闭，且其溢出点依次升高情况下，油源来自下倾方向且数量充足，具有倾斜的运移条件时，并且圈闭上面的封闭性好，由于石油生成时间早，充注时间早，先占据底部的圈闭，当天然气生成，并且开始充注后，天然气的浮力作用大于石油的浮力作用，因此天然气在浮力作用下，会将石油向下排替出圈闭，从而形成天然气藏；天然气驱替石油的过程是遵从溢出点升高依次排替的过程，因此溢出点低的离油气源近的圈闭会先被天然气占满，形成天然气藏，而远离油气源的圈闭在天然气量不足的情况下，会形成油藏，因此形成气低油高、气心油环的分布格局。

实施例2：与实施1不同的是，实施例2的一种多圈闭油气差异聚集实验模拟装置中，圈闭部12为沿上部模拟室底板6向上的球形隆起，圈闭底面11圈闭底面为卡装在上部模拟室底板的安装孔内的安装板，球形隆起与安装板活动连接。

本实施例中，连通圈闭与下部模拟室的孔的孔径为150微米，该孔径对100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、水可以通过圈闭底面、上部模拟室底板6和下部模拟室顶板13上下流通，使整个模拟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，砂体不能自由滑落，因此每个圈闭又是独立的，形成一个独立的油气成藏系统。模拟箱体可以根据项目需要充填不同粒径的石英砂体，以检测砂体物性对油气运聚的影响。

以单一原油充注方案为例，上述实验模拟装置进行实验。在进行模拟实验时，下部模拟室用来模拟运载层，上部模拟室用来模拟圈闭。实验中采用染成红色的煤油代替原油。其具体实验步骤如下：

(1)准备模拟材料，检测实验模拟装置设备，对实验前的煤油成分进行检测分析，采集实验前的实验数据。

(2)将4个圈闭部和下部模拟室顶板拆开，将砂体填充至圈闭部和下部模拟室，其中，4个圈闭部填充饱含水的500微米粒径(32目)的石英砂，作为粗砂岩，下部模拟室填充饱含水的300微米粒径(48目)的石英砂，作为中砂岩。

(3)对填充好的圈闭部和下部模拟室进行震荡和压实，使石英砂充分接触。

(4)根据模拟实验要求，拉升底座上的托板，调整好倾角，设为30度，调整下部模拟室的倾角为30度。

(5)通过多相流体注入进口压力控制系统和多相流体输出出口压力控制系统调节进出口压力，使进出口压力达到实验目的要求。

(6)连接高压泵，设定注入速率，开始从注油气口注入染成红色的煤油。

(7)实验过程中观察煤油运聚现象，并实时照相或录像，从出油气口采集实验后的煤油产物。

(8)达到实验要求后，停止物理模拟实验。

(9)对从出油气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。

本实施例中上述实验过程中可展现的煤油溢出点依次升高情形下，油气沿多圈闭系统中运移、聚集的实验现象如实施例1中的实验现象一样。

以先原油后天然气充注方案为例，采用上述实验模拟装置进行实验。在进行模拟实验时，下部模拟室用来模拟运载层，上部模拟室用来模拟圈闭。实验中采用染成红色的煤油代替原油。其具体实验步骤如下：

(1)准备模拟材料，检测实验模拟装置设备，对实验前的煤油和天然气成分进行检测分析，采集实验前的实验数据。

(2)将4个圈闭部和下部模拟室顶板拆开，将砂体填充至圈闭部和下部模拟室，其中，4个圈闭部填充饱含水的500微米粒径(32目)的石英砂，作为粗砂岩，下部模拟室填充饱含水的300微米粒径(48目)的石英砂，作为中砂岩。

(3)对填充好的圈闭部和下部模拟室进行震荡和压实，使石英砂充分接触。

(4)根据模拟实验要求，拉升底座上的托板，调整好倾角，设为30度，调整下部模拟室的倾角为30度。

(5)通过多相流体注入进口压力控制系统和多相流体输出出口压力控制系统调节进出口压力，使进出口压力达到实验目的要求。

(6)连接高压泵，设定注入速率，开始从注油气口注入染成红色的煤油，待圈闭Ⅰ充满油后，并向圈闭Ⅱ中充注1/4时，开始换成天然气充注。

(7)实验过程中观察煤油运聚现象、以及观察天然气运移和天然气在圈闭中驱逐煤油的现象，并实时照相或录像，从出油气口采集实验后的煤油产物和天然气产物。

(8)达到实验要求后，停止物理模拟实验。

(9)对从出油气口采集到的煤油产物和天然气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。

本实施例中上述实验过程中可展现的煤油溢出点依次升高情形下，油气沿多圈闭系统中运移、聚集的实验现象如实施例1中的实验现象一样。

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，可以设计不同个数的圈闭以及改变模拟箱体的倾角。

上述实施例用来解释本实用新型，而不是对本实用新型进行限制，在本实用新型的精神和权力要求的保护范围内，对本实用新型做出的任何修改和改变，都落入本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种多圈闭油气差异聚集实验模拟装置，包括模拟箱体、与模拟箱体的注油气口和出油气口相连的压力控制系统以及与压力控制系统相连的数据处理分析系统，其特征在于：所述的模拟箱体包括上部模拟室和下部模拟室，上部模拟室包括上部模拟室底板和设在上部模拟室底板上的多个圈闭，每个圈闭与下部模拟室之间均设有连通圈闭与下部模拟室的孔，所述圈闭包括圈闭底面和与圈闭底面活动连接的圈闭部，下部模拟室顶板活动连接在下部模拟室的顶部。

2.根据权利要求1所述的多圈闭油气差异聚集实验模拟装置，其特征在于：所述上部模拟室底板和下部模拟室顶板设为皆带“槽”和“脊”状结构的曲面。

3.根据权利要求1所述的多圈闭油气差异聚集实验模拟装置，其特征在于：所述连通圈闭与下部模拟室的孔的孔径小于250微米。

4.根据权利要求1至3任意一项所述的多圈闭油气差异聚集实验模拟装置，其特征在于：所述圈闭部为沿上部模拟室底板向上的球形隆起，圈闭底面为上部模拟室底板的一部分，球形隆起与上部模拟室底板活动连接。

5.根据权利要求1至3任意一项所述的多圈闭油气差异聚集实验模拟装置，其特征在于：所述圈闭部为沿上部模拟室底板向上的球形隆起，圈闭底面为卡装在上部模拟室底板的安装孔内的安装板，球形隆起与安装板活动连接。

6.根据权利要求1至3任意一项所述的多圈闭油气差异聚集实验模拟装置，其特征在于：所述下部模拟室顶板为上部模拟室底板。

7.根据权利要求1所述的多圈闭油气差异聚集实验模拟装置，其特征在于：所述实验模拟装置还设有具有角度调节功能的底座，下部模拟室放置于底座上，通过底座调节下部模拟室的倾角和坡度。

8.根据权利要求7所述的多圈闭油气差异聚集实验模拟装置，其特征在于：所述底座为四方体结构，底座的上表面设有活动的托板，托板的一端轴接在底座的一端端部，另一端与套装在底座另一端端部活动滑竿上的活动滑环连接，下部模拟室放置于托板上。

9.根据权利要求1所述的多圈闭油气差异聚集实验模拟装置，其特征在于：所述模拟箱体由全透明的钢化玻璃组成；所述注油气口位于下部模拟室的底端，出油气口位于下部模拟室的顶端，且注油气口与出油口为对角设置。

10.根据权利要求1所述的多圈闭油气差异聚集实验模拟装置，其特征在于：所述压力控制系统包括多相流体注入进口压力控制系统和多相流体输出出口压力控制系统，所述多相流体注入进口压力控制系统与注油气口相连，多相流体输出出口压力控制系统与出油气口相连；所述多相流体注入进口压力控制系统包括一端与注油气口连接的输油气软管以及依次安装在输油气软管上的高压阀门、稳压阀、压力表、流量仪和压力调节阀，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，高压泵通过流体注入数据记录与分析系统与数据处理分析系统连接，所述压力调节阀位于注油气口处的输油气软管上；所述多相流体输出出口压力控制系统包括一端连接出油气口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与数据处理分析系统连接的流体输出计量与分析系统，所述压力调节阀位于出油气口处的输油气软管上。