用于研究地下油气藏气体通过地层微渗漏的实验装置

摘要

本发明的用于研究地下油气藏气体通过地层微渗漏的实验装置，包括模拟室、气瓶，以及至少两层上下叠置的模拟地层和位于最上方的土壤层。其中，各模拟层模拟地层均包括孔渗较小的直接盖层，以及孔渗较大并位于直接盖层上方的上覆地层，其中各直接盖层均设有出气口。该实验装置可以用于模拟地下存在多个油气藏时气体的微渗漏规律及近地表异常分布，以取得理论认识指导油气地球化学勘探实践；可以进行油气二次运移模拟及其机理研究；可以进行油气藏盖层封闭性研究件；以及进行油气耗散量模拟研究，为资源量计算提供参数。

权利要求

1.一种用于研究地下油气藏气体通过地层微渗漏的实验装置，包括顶端敞口的模拟室、用于向所述模拟室注入油气藏气体的气瓶以及分别设置在所述模拟室中的至少两层上下叠置的模拟地层和位于最上方的所述模拟地层之上的土壤层，其中，各所述模拟地层均包括孔渗较小的直接盖层，以及孔渗较大并位于所述直接盖层上方的上覆地层，其中各所述直接盖层均设有与所述气瓶连通的出气口。

2.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于，位于同一所述模拟地层的直接盖层和上覆地层为分体式结构，并且各模拟地层之间也为分体式结构。

3.根据权利要求1或2所述的实验装置，其特征在于，各所述直接盖层和所述上覆地层均包括主要由水泥和石英砂混合而成的浇注体。

4.根据权利要求1或2所述的实验装置，其特征在于，位于最下方的所述模拟地层中设有用于使所述模拟地层产生断层的云母片。

5.根据权利要求1或2所述的实验装置，其特征在于，所述模拟室的侧壁为保温材料，而底壁为金属材料，其中所述底壁上设有用于卡接在由所述侧壁和模拟地层之间形成的卡槽中的卡接部。

6.根据权利要求1或2所述的实验装置，其特征在于，位于最下方的所述直接盖层设有至少两个分别与不同的气瓶连通的出气口，并且各出气口距离所述模拟室的底壁的高度不同。

7.根据权利要求1或2所述的实验装置，其特征在于，还包括固定在所述模拟室的底壁上的加热结构，其中所述加热结构包括固定在所述底壁上的加热板，以及设置在所述加热板周围的保温棉。

8.根据权利要求1或2所述的实验装置，其特征在于，各所述模拟地层和所述土壤层中均设有多孔聚气砂芯，多孔聚气砂芯由毛细管连接到外部，毛细管外部端口由橡胶垫密封。

9.根据权利要求1或2所述的实验装置，其特征在于，还包括用于自动控制实验参数，并实时监测和记录实验参数的自动控制机构。

10.根据权利要求1或2所述的实验装置，其特征在于，还包括与所述模拟室的底壁上的注水口连通的注水机构。

11.根据权利要求1或2所述的实验装置，其特征在于，所述油气藏气体包括设有示踪剂的烃类气体，所述烃类气体的组分包括C1-C5中的至少一种。

说明书

用于研究地下油气藏气体通过地层微渗漏的实验装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用于研究地下油气藏气体的微渗漏的实验装置，特别地涉及一种用于研究分布于地下纵向不同深度、侧向不同部位的油气藏气体的微渗漏机理的实验装置。

背景技术

[0002] 对下伏存在烃源岩演化程度不同的两套含油气系统(如新生界和中生界，或中生界和古生界等)的地区、或者下伏存在复式油气田的地区地表地球化学勘探中，需要对不同源的化探异常特征进行识别，通过实验装置研究多个油气藏气体微渗漏机理，能够为地表地球化学异常特征的正确分析提供实验依据并起到指导作用。

[0003] 目前，一种用于研究油气藏气体的微渗漏的实验装置包括设置有模拟地层和土壤层的模拟室，以及用于向模拟室充入油气藏气体的气瓶。模拟地层设置在土壤层的下方，并且在模拟地层中设有与气瓶连通的出气口。通过人造地层模拟真实的地层，从而为研究油气藏气体在地层中的微渗漏创造环境。但是，在设置模拟地层时，模拟地层在各个高度的孔渗相同，只能模拟一层油气盖层。这样，不便于模拟位于不同深度地层中油气藏气体在微渗漏方面的相互影响。

[0004] 因此，如何解决不便于模拟位于不同深度地层中油气藏气体在微渗漏方面的相互影响、地表叠加效应的问题，是本领域科研人员需要解决的技术问题。

发明内容

[0005] 本发明提供一种用于研究地下多个油气藏气体微渗漏的实验装置，能够提供不同的模拟地层，从而为研究地下多个油气藏气体微渗漏的相互影响、地表叠加效应提供有利的环境。

[0006] 本发明的用于研究地下油气藏气体通过地层微渗漏的实验装置，包括顶端敞口的模拟室、用于向所述模拟室注入油气藏气体的气瓶，以及分别设置在所述模拟室中的至少两层上下叠置的模拟地层和位于最上方的所述模拟地层之上的土壤层。其中，各所述模拟地层均包括孔渗较小的直接盖层，以及孔渗较大并位于所述直接盖层上方的上覆地层，其中各所述直接盖层均设有与所述气瓶连通的出气口。

[0007] 在一个实施例中，位于同一所述模拟地层的直接盖层和上覆地层为分体式结构，并且各模拟地层之间也为分体式结构。

[0008] 在一个实施例中，各所述直接盖层和所述上覆地层均包括主要由水泥和石英砂混合而成的浇注体。

[0009] 在一个实施例中，位于最下方的所述模拟地层中设有用于使所述模拟地层产生断层的云母片。

[0010] 在一个实施例中，所述模拟室的侧壁为保温材料，而底壁为金属材料，其中所述底壁上设有用于卡接在由所述侧壁和模拟地层之间形成的卡槽中的卡接部。

[0011] 在一个实施例中，位于最下方的所述直接盖层设有至少两个分别与不同的气瓶连通的出气口，并且各出气口距离所述模拟室的底壁的高度不同。

[0012] 在一个实施例中，还包括固定在所述模拟室的底壁上的加热结构，其中所述加热结构包括固定在所述底壁上的加热板，以及设置在所述加热板周围的保温棉。

[0013] 在一个实施例中，各所述模拟地层和所述土壤层中均设有多孔聚气砂芯，多孔聚气砂芯由毛细管连接到外部，毛细管外部端口由橡胶垫密封。9.根据权利要求1-8中任一项所述的实验装置，其特征在于，还包括用于自动控制实验参数，并实时监测和记录实验参数的自动控制机构。

[0014] 在一个实施例中，还包括与所述模拟室的底壁上的注水口连通的注水机构。

[0015] 在一个实施例中，所述油气藏气体包括设有示踪剂的烃类气体，所述烃类气体的组分包括C1-C5中的至少一种。

[0016] 相对于现有技术，本发明的实验装置通过人造地层和土壤层来模拟真实的地层，从而为研究油气藏气体在地层中的微渗漏机理创造有利的模拟环境。在设有多个模拟地层后，还可以通过在不同的模拟地层中设置气源(模拟油气藏)，从而便于研究位于不同地层的多个油气藏气体的微渗漏相互影响及其近地表叠加效应。

附图说明

[0017] 在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。

[0018] 图1是本发明实施例的用于研究地下油气藏气体通过地层时的微渗漏的实验装置的结构示意图。

[0019] 在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

[0020] 下面将结合附图对本发明作进一步说明。

[0021] 本发明的实验装置用于研究地下多个油气藏气体的微渗漏。如图1所示，该实验装置包括顶端敞口的模拟室1，以及盛放有与油气藏气体相似的气体(如烃类气体)并与模拟室1连通的气瓶4。其中，在模拟室1中设有至少两层模拟地层3，并且各模拟地层3沿模拟室1的垂直方向叠置。在最上方的模拟地层3之上设有土壤层2。通过模拟地层3和土壤层2来模拟真实的地层，从而为研究油气藏气体在地层中的微渗漏创造有利的模拟环境。在设有多个模拟地层3后，还可以通过在不同的模拟地层3中设置气源，从而便于研究位于不同深度地层的多个油气藏气体微渗漏相互影响及叠加效应。

[0022] 在一个例子中，模拟室1的侧壁11为保温材料，以使模拟地层3和土壤层2保持恒定的温度梯度，并减少外界环境对模拟室1的影响。保温层的材料可以为聚乙烯。模拟室1的底壁12为金属板。金属板的上表面固定有朝上延伸的环形连接部。在模拟地层3和侧壁11之间设有卡接部。通过环形连接部卡接将金属板、模拟地层3与侧壁11固定。如此设置，结构简单、安装方便。另外，在模拟地层3和模拟室1的侧壁11之间还可以设有环氧树脂密封胶层35。环氧树脂的强度较高，而且与管路之间的密封性能较好。

[0023] 进一步地，各模拟地层3均包括位于下层的直接盖层32和位于上层的上覆地层31，并且同一模拟地层3中的直接盖层32的孔渗小于上覆地层31的孔渗。在各直接盖层32上还均设有与气瓶4连通的出气口。通过模拟层32模拟真实地层中油气藏的直接盖层，通过上覆地层31叠置在直接盖层32，从而提高在模拟时的真实性。直接盖层32的厚度和上覆地层31的厚度均可以根据实际需求具体设定。并且直接盖层32的孔渗和上覆地层31的孔渗也可以根据具体的需要具体设定。

[0024] 在一个例子中，在模拟室1中设有两层模拟地层3。位于下方的直接盖层32的高度为21-25cm，位于下方的上覆地层31的高度为43-47cm，位于上方的直接盖层32的高度为3-7cm，位于上方的上覆地层31的高度为25-29cm。如此设置，以增加实验装置的普遍适用性，从而能够研究多个不同深度情况下的油气藏气体微渗漏的影响。另外，将位于下方的直接盖层32设置的较厚一些，以便于模拟封盖性能较好的盖层。

[0025] 各个直接盖层32的孔隙率可以相同，各个上覆地层31的孔隙率也相同，以便于加工，省事省力。在一个例子中，各个直接盖层32的孔隙率均在5-8％之间。各个上覆地层31的孔隙率均在10-15％之间。如此设置，可以为研究油气藏气体的微渗漏创造有利的环境，并有助于使位于下层的油气藏气体通过不同物性层向上扩散。

[0026] 另外，各个模拟地层3可以均主要由水泥和石英砂混合浇注而成，以简化结构，并便于加工。水泥和石英砂的混合比例可以根据具体的需求具体设定。在浇注各个模拟地层3的过程中，可以分开浇注各个模拟地层3。待各个模拟地层3凝固后，在模拟室1中形成致密的模拟地层介质。各个模拟地层3为不同物性的结构，以也可以根据需要设置不同个数的模拟层3。

[0027] 进一步地，各个模拟地层3的直接盖层32和上覆地层31之间也为分体式浇注结构，以便于产生不同物性层。因为水泥和石英砂混合浇注凝结，从而使直接盖层32和上覆地层31之间的密合性能较好。

[0028] 土壤层2的主要成分为浅灰黄色亚砂土。在将模拟地层3设置好后，再将浅灰黄色亚砂土铺设在模拟地层3之上。土壤层2的厚度可以为28-32cm，以提高模拟时的真实性。

[0029] 进一步地，还可以在位于最下方的模拟地层3中加入云母片6，以能够使模拟地层3产生面状裂隙，用以模拟地下断层对油气藏气体微渗漏的作用。在一个例子中，云母片6横跨同一模拟地层3中的直接盖层32和上覆地层31。云母片6的厚度和长度可以根据具体的需求具体设定。

[0030] 此外，在位于下层的模拟地层3中可以设有至少两个出气口，位于上层的模拟地层3中可以设置一个出气口。如此设置，能够较为真实地模拟位于不同深度的油气藏气体的微渗漏。

[0031] 出气口的设置方式是，位于模拟室1底部的直接盖层32中设有两个多孔砂芯33。两个多孔砂芯33沿竖直方向设置，并通过从模拟室1底部进入的管路与气瓶4连通。两个多孔砂芯33距离模拟室1底部的高度可以不同，以模拟横向不同部位的油气藏的微渗漏规律。在一个例子中，较高的多孔砂芯33的高度可以为13-16cm，较低的多孔砂芯33的高度可以为4-6cm。

[0032] 位于上方的直接盖层32中设有一个多孔砂芯34。多孔砂芯34沿水平方向设置，并靠近直接盖层32的底部。多孔砂芯34与从模拟室1的侧壁11进入的管路连通。

[0033] 此时，可以设有三个气瓶4。各个气瓶4中可以充入的油气藏气体为烃类气体。烃类气体为组分从C1-C5的混合气，各个百分含量可以根据需求具体设定。每个气源中可以分别加入H2、He、Ne作为烃类气体的示踪剂，以便于检测识别各个气源烃类气体的微渗漏。并且与气瓶4连通的管路上可以设置减压稳压阀和二通阀，以控制烃类气体的压力，并控制气瓶4的开启。

[0034] 另外，位于便于检测不同位置的微渗漏烃类气体的含量，在每个直接盖层32、上覆地层31和土壤层2均设有多孔聚气砂芯91。多孔聚气砂芯91的孔隙率可以达31.25％。多孔聚气砂芯91的个数可以根据具体地需求具体设定。在一个例子中，多孔聚气砂芯91为外径1.5cm、长度为1.5cm的圆柱体。

[0035] 每个多孔聚气砂芯91可以均通过毛细管与外界连通。毛细管的外端口设有用橡胶垫密封的取气口92。毛细管可以沿水平方向设置，取气口92与相应的多孔聚气砂芯91位于同一高度。取气口92在取气位置的材料可以为氟橡胶。需要取样时，直接用取样器刺穿氟橡胶并取气。待取出取样器后，氟橡胶自动形成密封，从而使取气口92处于密封状态。如此设置，结构简单，便于研究。

[0036] 该实验装置还包括位于模拟室1下方的加热结构5。加热结构5包括固定在模拟室1的底壁12上的加热板51，以及包围在加热板51周围的保温棉52。如此设置，结构简单，并可以减少热量的散失，使加热时模拟室自下而上形成温度梯度。

[0037] 此外，该实验装置还包括注水机构8。进水口设置在模拟室1的下方，以能够向模型底部进行注水，实现加压功能，从而模拟油气藏的地层水。注水机构8可以包括水箱82，以及用于将水箱82中的水注入模拟柱体中的注水泵81。

[0038] 该实验装置还包括用于自动控制在实验过程中的实验参数(如温度、注水量、油气藏气体压力等)，并实时监测和记录实验参数的自动控制机构7。在一个例子中，可以间隔例如30分钟采集一次数据，以便于进行实验对照。另外，在各直接盖层32、上覆地层31和土壤层2中设置如T1-T5的温度检测点，并通过自动控制机构7采集温度数值，可以模拟地温梯度效应。

[0039] 通过本实验装置，可以获取4维试验数据，并揭示不同源体(油气藏)在“地表”造成的叠加效应、断层等对油气藏气体的微渗漏的影响效应等，进一步说明了源体(油气藏)与“地表”异常的联系，证明了地表油气化探的理论依据。

[0040] 本发明的实验装置可以用于模拟地下存在多个油气藏(横向不同部位、纵向不同深度的油气藏)时的微渗漏规律及近地表异常分布，以取得理论认识指导油气地球化学勘探实践；可以进行油气二次运移模拟及其机理研究；可以进行油气藏盖层封闭性研究，并研究油气藏的保存条件；以及进行油气耗散量模拟研究，为资源量计算提供参数。

[0041] 在一个实施例中，利用该实验装置，对多源(油气藏)烃类气体的微渗漏机理进行了长达8个月的模拟，有效地揭示了深层油气藏微渗漏对浅层油气藏微渗漏的地表地球化学场的叠加改造作用，提出渗漏源(油气藏)和盖层条件是控制化探异常模式的重要因素，完善了油气化探的基础理论模型，并取得了良好的应用效果。

[0042] 虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。