CN205778841U - 一种用于模拟泥岩墙储层结构形成过程的实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种用于模拟泥岩墙储层结构形成过程的实验装置，其包括：CT扫描舱；高压舱，设置在CT扫描舱内；稳固器，固定在高压舱内，稳固器具有内腔，内腔中由下至上依次设有泥岩层、砂岩层、以及用于对泥岩层和砂岩层提供上覆压力的加压空间，稳固器的侧壁开设有与加压空间连通的第一注气口。本实用新型能可视化模拟实际地层条件和不同压力条件对泥岩墙储层结构形成过程的影响。

Description

一种用于模拟泥岩墙储层结构形成过程的实验装置

技术领域

本实用新型涉及石油地质储集层研究领域，尤其是一种用于模拟泥岩墙储层结构形成过程的实验装置。

背景技术

随着中石油开采技术的不断深入，接触的油藏类型及储集层类型越来越多，所需要的基础理论研究日益增加，尤其是一些非常规油气的开采，迫切需要大量的前沿技术做支撑，如何提高储层质量评价和储层预测技术，迫切需要量化储集层建筑结构类型及储集层形成、改造，开展储集层建筑结构形成过程的模拟实验装置的研制和模拟实验的研究工作。

开展储集层建筑结构形成过程的实验研究，必须是受地质演化过程约束下的成岩演化过程的模拟实验研究，整个实验过程要求古地貌形态、上覆压力、温度对储集层结构形成的影响要具有稳定性和持续性。国内外目前没有公司生产沉积岩物理模拟实验可使用的成套设备，一般只是根据某一方面实验要求进行组装的小型装置。国内外类似仪器有：成都理工大学国家重点实验室和长庆油田共同组装的溶蚀实验装置、中国石油大学(北京)自己组装的压实模拟实验装置、中石化无锡所自己组装的成岩溶蚀模拟实验装置及中石油廊坊分院简易的酸岩反应装置，美国新奥尔良大学的地下碳酸盐岩成岩作用溶蚀模拟实验装置。

以上设备主要应用于酸溶实验研究的模拟实验，难以将实际地层条件下的上覆压力及古地貌形态对整个泥岩墙储层结构在形成过程的影响模拟出来。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种用于模拟泥岩墙储层结构形成过程的实验装置，其能可视化模拟实际地层条件和不同压力条件对泥岩墙储层结构形成过程的影响。

为达到上述目的，本实用新型提出一种用于模拟泥岩墙储层结构形成过程的实验装置，其包括：CT扫描舱；高压舱，设置在CT扫描舱内；稳固器，固定在高压舱内，稳固器具有内腔，内腔中由下至上依次设有泥岩层、砂岩层和加压空间，稳固器的侧壁开设有与加压空间连通的第一注气口。

如上所述的用于模拟泥岩墙储层结构形成过程的实验装置，其中，用于模拟泥岩墙储层结构形成过程的实验装置还包括：活塞，能上下移动地设置在内腔中，且与稳固器密封连接，活塞位于砂岩层上方，且与砂岩层之间形成加压空间，第一注气口位于活塞下方。

如上所述的用于模拟泥岩墙储层结构形成过程的实验装置，其中，内腔还具有位于活塞上方的压力保持空间，稳固器的侧壁还开设有与压力保持空间连通的第二注气口，第二注气口位于活塞上方。

如上所述的用于模拟泥岩墙储层结构形成过程的实验装置，其中，第一注气口由第一管道密封导出高压舱，第二注气口由第二管道密封导出高压舱。

如上所述的用于模拟泥岩墙储层结构形成过程的实验装置，其中，活塞具有移动最高位置和移动最低位置，移动最高位置与内腔顶部之间的距离占内腔高度的1/5，移动最低位置与内腔顶部之间的距离占内腔高度的2/5。

如上所述的用于模拟泥岩墙储层结构形成过程的实验装置，其中，活塞与一驱动杆连接，驱动杆延伸至高压舱外，并与线性步进电机或液压缸连接。

如上所述的用于模拟泥岩墙储层结构形成过程的实验装置，其中，稳固器的下部侧壁开设有泄压出口。

如上所述的用于模拟泥岩墙储层结构形成过程的实验装置，其中，泥岩层的顶部具有槽部、以及凸出于槽部的脊部，砂岩层的底部与泥岩层的顶部相贴合。

如上所述的用于模拟泥岩墙储层结构形成过程的实验装置，其中，稳固器呈方形，且由稳固器主体、位于稳固器主体顶部的稳固器顶盖、以及位于稳固器主体底部的稳固器底座构成，第一注气口开设在稳固器主体的上部侧壁。

如上所述的用于模拟泥岩墙储层结构形成过程的实验装置，其中，稳固器顶盖和稳固器底座分别与稳固器主体之间为螺纹密封连接。

本实用新型的用于模拟泥岩墙储层结构形成过程的实验装置的特点和优点是：通过在泥岩层上部充填砂岩层，来模拟古地貌环境，通过在砂岩层上部设置加压空间，并通过第一注气口向加压空间内注入气体对泥岩层和砂岩层施加上覆压力，来反映实际油藏条件下，砂岩和泥岩因密度差异而受不同压实程度而产生储层结构变化的情形，通过CT扫描舱扫描成像模拟得到“泥岩墙”储层结构形成的过程，从而能够可视化模拟实际地层条件和不同压力条件对泥岩墙储层结构形成过程的影响，为储层结构演化的定量表征和储层结构成因机理分析提供基础参数和理论基础。

附图说明

以下附图仅旨在于对本实用新型做示意性说明和解释，并不限定本实用新型的范围。其中：

图1是本实用新型用于模拟泥岩墙储层结构形成过程的实验装置一个实施例的剖视图；

图2是本实用新型用于模拟泥岩墙储层结构形成过程的实验装置中形成泥岩墙储层结构的示意图。

主要元件标号说明：

1 稳固器 2 高压舱 3 CT扫描舱

4 活塞 5 泥岩层 51 泥岩墙

6 砂岩层 7 加压空间 8 压力保持空间

9 槽部 10 脊部 11 稳固器顶盖

12 稳固器底座 13 第二注气口 14 第一注气口

15 泄压出口 16 稳固器主体

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型的具体实施方式。

如图1所示，本实用新型提供一种用于模拟泥岩墙储层结构形成过程的实验装置，其包括稳固器1、高压舱2、和CT扫描舱3，稳固器1固定在密闭的高压舱2内，稳固器1具有内腔，内腔中由下至上依次设有泥岩层5、砂岩层6、以及用于对泥岩层5和砂岩层6提供上覆压力的加压空间7，泥岩层5和砂岩层6用于模拟古地貌环境，稳固器1的上部侧壁开设有与加压空间7连通的第一注气口14(或称为注气泵口)，用于向加压空间7内注入气体，以对泥岩层5和砂岩层6提供上覆压力；高压舱2能移动地设置在CT扫描舱内3，用于对稳固器1产生围压，高压舱2内的压力例如为25MPa-35MPa，高压舱2例如由一支架(图未示)固定在CT移动实验平台上；CT扫描舱3用于扫描稳固器1内部泥岩层5和砂岩层6受不同差异压实作用形成泥岩墙式储层结构的过程。

本实用新型的实验装置，在泥岩层5上部充填模拟实验用的砂岩层6，并在砂岩层6上部设置加压空间7，通过第一注气口14向加压空间7内注入气体对泥岩层5和砂岩层6施加上覆压力，以此来反映实际油藏条件下，砂岩和泥岩因密度差异而受不同压实程度而产生储层结构变化的情形，通过CT扫描舱3扫描成像可以模拟得到“泥岩墙”储层结构形成的过程，以及沉积岩随上覆压力逐渐变大而造成差异压实程度逐渐增强的过程，为储层结构演化的定量表征和储层结构成因机理分析提供基础参数和理论基础。

如图1、图2所示，具体是，泥岩层5的顶部具有槽部9、以及凸出于槽部9的脊部10，砂岩层6的底部与泥岩层5的顶部相贴合(即相匹配)，槽部9为砂岩层6的砂质沉积区，脊部10相当于泥岩层5的泥质沉积区，由于砂质和泥质之间存在密度差异，同时砂质之间存在一定的孔隙度，而泥质孔隙度很小，所以在同等上覆压力作用下，砂质沉积区压实作用较强，泥质沉积区压实作用较弱，砂质沉积区会发生弹性形变，造成砂质沉积区相对下降，泥质沉积区相对隆起，形成泥岩墙51。

在一个优选的实施例中，本实用新型的用于模拟泥岩墙储层结构形成过程的实验装置还包括活塞4，活塞4能上下移动地设置在内腔中，且与稳固器1的内壁密封连接，例如活塞4与稳固器1的内壁之间设有密封圈，活塞4与稳固器1内壁的连接可参考常用液压缸内活塞与缸体内壁之间的连接，活塞4位于砂岩层6上方，且与砂岩层6之间形成加压空间7，第一注气口14位于活塞4下方。

在一个可行的技术方案中，活塞4与驱动杆(图未示)连接，驱动杆延伸至高压舱2外，并与一线性步进电机(图未示)连接，以通过线性步进电机驱动活塞上下移动。

在另一个可行的技术方案中，活塞4与驱动杆(图未示)连接，驱动杆延伸至高压舱2外，并与一液压缸(图未示)连接，以通过液压缸驱动活塞上下移动。但本实用新型并不以此为限，也可以采用其它现有的能驱动活塞移动的驱动装置或控制装置来实现。

本实施例中，通过设置活塞4，能进一步调节加压空间7内的压力，确保在进行模拟实验时，稳固器1内泥岩层5和砂岩层6的上覆压力是随时可调的，以满足不同地质条件下泥岩墙式储层结构形成的机理研究。

进一步，稳固器1的内腔还具有(或包括)位于活塞4上方的压力保持空间8，稳固器1的上部侧壁还开设有与压力保持空间8连通的第二注气口13(或称为围压入口)，第二注气口13位于活塞4上方，实验过程中，活塞4向下移动时，可通过第二注气口13向压力保持空间8内注入气体，以平衡活塞上、下方的压力，模拟不同压力保持，在活塞4向上移动时，压力保持空间8内的气体通过第二注气口13排出高压舱2外，以平衡活塞上、下方的压力。

具体是，第一注气口14由第一管道(图未示)密封导出高压舱2外，亦即，第一管道的一端与第一注气口14连接，第一管道的另一端伸出高压舱2外部，例如与一注气泵连接，注气泵可通过第一管道向加压空间7内注入气体，第一管道与高压舱2密封连接，以保证高压舱2的密闭性；第二注气口13由第二管道(图未示)密封导出高压舱2外，亦即，第二管道的一端与第二注气口13连接，第二管道的另一端伸出高压舱2外部，例如也可与一注气泵连接，注气泵可通过第二管道向压力保持空间8内注入气体，第二管道与高压舱2密封连接，以保证高压舱2的密闭性。

其中，稳固器1和高压舱2所承受的最高静岩压力不超过35MPa，稳固器1和高压舱2所承受的最高耐温不超过500℃；稳固器1和高压舱2的材料例如为供CT透射扫描的耐温耐压醚醚酮。

进一步，活塞4具有移动最高位置和移动最低位置，即活塞4可在移动最高位置与移动最低位置之间移动，移动最高位置与内腔顶部(或者说稳固器顶部)之间的距离占内腔高度(或者说稳固器高度)的1/5，移动最低位置与内腔顶部之间的距离占内腔高度的2/5，以利于压力控制。

进一步，稳固器1的下部侧壁还开设有泄压出口15，既可用于应急泄压，例如稳固器1内的压力过高或失控时，打开泄压出口15泄压，保证实验安全，又可用于保持稳固器内的压力水平。

具体是，泄压出口15由泄压管道(图未示)密封导出高压舱2外，亦即，泄压管道的一端与泄压出口15连接，泄压管道的另一端伸出高压舱2外部，用以将压力导出，泄压管道与高压舱2密封连接，以保证高压舱2的密闭性。

其中，在用于保持稳固器内的压力水平时，泄压出口15的压力小于第一注气口14的压力，且二者之间的压力差值小于1MPa。

另外，泄压出口15例如位于泥岩层5的侧向，由于泥岩和砂岩都具有一定孔隙度，气体可以穿过泥岩层5和砂岩层6进入泄压出口，但本实用新型并不以此为限，也可将泄压出口设置在砂岩层6的侧向。

再如图1所示，在一个具体实施例中，稳固器1呈方形，例如为正方体，且稳固器1由方形的稳固器主体16、位于稳固器主体16顶部的稳固器顶盖11、以及位于稳固器主体16底部的稳固器底座12构成，第一注气口14和第二注气口13开设在稳固器主体16的上部侧壁，泄压出口15开设在稳固器主体16的下部侧壁。

其中，稳固器顶盖11和稳固器底座12分别与稳固器主体16之间螺纹密封连接。

进一步，高压舱2呈圆柱形，例如通过支架安装在CT扫描舱3内，高压舱2上设有注气口(图未示)，例如在其底部设有隐形注气口，用以向高压舱2内注入氮气，对稳固器1产生围压。

其中，高压舱2和稳固器1内的温度例如可通过注入所需温度的氮气来调节，从而使本实用新型的实验装置也能可视化模拟不同温度条件对泥岩墙储层结构形成过程的影响。

采用本实用新型一个实施例的实验装置进行实验时，可采用如下操作步骤：

A、稳固器安装及泥岩层和砂岩层充填：

将稳固器主体16垂直放置于高压舱2内，其底部采用内螺纹与稳固器底座12的外螺纹密封连接，稳固器1的两侧分别用支架(图未示)与高压舱2进行连接固定；在稳固器1的内腔下部放入一定厚度的可模拟古地貌形态的泥岩层5，在古地貌形态的泥岩层5上面放入一定厚度的砂岩层6，砂岩层6和泥岩层5的比例可根据压实程度的不同灵活调整；稳固器主体16顶部采用内螺纹与稳固器顶盖11的外螺纹密封连接，通过旋转螺纹封闭稳固器主体16。

B、注入氮气：

采用注气泵通过第一注气口14向加压空间7内注入氮气，当加压空间7内的压力达到20MPa时，在向加压空间7注入氮气的同时，也向高压舱2内注入氮气，以对稳固器1产生围压。

C、上覆压力控制：

在向加压空间7内注入氮气的同时，调整活塞4向下移动，以对稳固器1内砂岩层6和泥岩层5的上覆压力进行规律性增压(增压速率例如为0.05Mpa/min-0.1Mpa/min)；同时，通过第二注气口13向压力保持空间8内注入氮气。

其中，由于沉积岩最初是由地表慢慢沉积到地层深处进而形成沉积岩的，所以需针对性的提供起始压力，实验中的起始压力一般采用常压即可；在沉积物埋深过程中沉积岩受到的上覆压力是逐步升高的，所以需要提供一定的升压速率，实验中采用的升压速率一般为0.05Mpa/min-0.1Mpa/min，以最大程度的和实际情况相符合；加压空间7内的压力一般控制在25MPa-35MPa以内。

D、泄压控制：

在注入氮气的同时，当上覆压力处于模拟环境需求的压力值时，需要保持加压空间7内的压力水平，根据需要从泄压出口15排出一定量的氮气；泄压出口15的压力控制在小于第一注气口13压力的1MPa以内。

E、储层结构变化成像分析：

利用CT扫描舱3对稳固器1内的储层结构进行成像扫描分析，分析不同上覆压力变化条件下，差异压实作用对储层结构变化的影响；CT扫描频率为1小时-2小时一次。

在上述实验过程中，随着上覆压力的不断增加，砂岩层6和泥岩层5所承受的差异压实作用越明显，砂岩层6相对沉降，泥岩层5相对上隆，最终形成泥岩墙51(如图2所示)，泥岩墙式储层结构的形成过程由CT扫描成像分析得到。

本实用新型是为开展储集层结构模拟实验装置的研制和模拟实验的研究工作，而设计的一种功能全面、接近实际油藏条件、集成程度高的泥岩墙式储层结构模拟实验装置；通过模拟不同压力条件，能够真实的反映出不同的差异压实作用对储层结构变化的影响；通过从第一注气口14注入氮气，并通过活塞4和泄压出口15来增压或保持稳固器1内(即加压空间7内)压力恒定(即压力维持在实验模拟要求范围内)，同时通过增加第二注气口13来模拟不同压力保持；通过控制氮气注入压力及泄气压力，并通过活塞4保持压力，同时利用CT扫描成像分析泥岩层5和砂岩层6相对的形态变化，可以得到泥岩墙式储层结构形成过程中不同压力保持条件下的主要关键参数(如氮气注入速度、泥岩墙形成所需的注入压力)；通过控制砂泥岩上覆压力变化，并通过CT扫描观察同一压力系统下，砂泥岩所承受的差异压实变化，可以为整个沉积岩形成泥岩墙式储层结构提供理论基础，为储层结构成因机理分析提供基础参数和理论基础。

以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，并非用以限定本实用新型的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。而且需要说明的是，本实用新型的各组成部分并不仅限于上述整体应用，本实用新型的说明书中描述的各技术特征可以根据实际需要选择一项单独采用或选择多项组合起来使用，因此，本实用新型理所当然地涵盖了与本案发明点有关的其它组合及具体应用。

Claims (10)

1.一种用于模拟泥岩墙储层结构形成过程的实验装置，其特征在于，所述用于模拟泥岩墙储层结构形成过程的实验装置包括：

CT扫描舱；

高压舱，设置在所述CT扫描舱内；

稳固器，固定在所述高压舱内，所述稳固器具有内腔，所述内腔中由下至上依次设有泥岩层、砂岩层和加压空间，所述稳固器的侧壁开设有与所述加压空间连通的第一注气口。

2.如权利要求1所述的用于模拟泥岩墙储层结构形成过程的实验装置，其特征在于，所述用于模拟泥岩墙储层结构形成过程的实验装置还包括：

活塞，能上下移动地设置在所述内腔中，且与所述稳固器密封连接，所述活塞位于所述砂岩层上方，且与所述砂岩层之间形成所述加压空间，所述第一注气口位于所述活塞下方。

3.如权利要求2所述的用于模拟泥岩墙储层结构形成过程的实验装置，其特征在于，所述内腔还具有位于所述活塞上方的压力保持空间，所述稳固器的侧壁还开设有与所述压力保持空间连通的第二注气口，所述第二注气口位于所述活塞上方。

4.如权利要求3所述的用于模拟泥岩墙储层结构形成过程的实验装置，其特征在于，所述第一注气口由第一管道密封导出所述高压舱，所述第二注气口由第二管道密封导出所述高压舱。

5.如权利要求2所述的用于模拟泥岩墙储层结构形成过程的实验装置，其特征在于，所述活塞具有移动最高位置和移动最低位置，所述移动最高位置与所述内腔顶部之间的距离占所述内腔高度的1/5，所述移动最低位置与所述内腔顶部之间的距离占所述内腔高度的2/5。

6.如权利要求2所述的用于模拟泥岩墙储层结构形成过程的实验装置，其特征在于，所述活塞与一驱动杆连接，所述驱动杆延伸至所述高压舱外，并与线性步进电机或液压缸连接。

7.如权利要求1至6任一项所述的用于模拟泥岩墙储层结构形成过程的实验装置，其特征在于，所述稳固器的下部侧壁开设有泄压出口。

8.如权利要求1至6任一项所述的用于模拟泥岩墙储层结构形成过程的实验装置，其特征在于，所述泥岩层的顶部具有槽部、以及凸出于所述槽部的脊部，所述砂岩层的底部与所述泥岩层的顶部相贴合。

9.如权利要求1至6任一项所述的用于模拟泥岩墙储层结构形成过程的实验装置，其特征在于，所述稳固器呈方形，且由稳固器主体、位于所述稳固器主体顶部的稳固器顶盖、以及位于所述稳固器主体底部的稳固器底座构成，所述第一注气口开设在所述稳固器主体的上部侧壁。

10.如权利要求9所述的用于模拟泥岩墙储层结构形成过程的实验装置，其特征在于，所述稳固器顶盖和所述稳固器底座分别与所述稳固器主体之间为螺纹密封连接。