一种烃源岩排烃及油气运移、成藏的物理模拟装置

摘要

本说明书一个或多个实施例提供一种烃源岩排烃及油气运移、成藏的物理模拟装置，涉及石油天然气地质教学实验模拟研究设备技术领域，包括支架，支架上连接有翻转机构，以支撑连接模型主体，并转动调节倾角，模型主体内填设有地层模型，模型主体外周布设有注入点，注入点内贯穿连接有模拟注入管筒，模拟注入管筒插入地层模型内一端设有模拟爆破手雷，利用压实件预压实地层模型，再利用可视化结构封盖，选择不同部位的注入点连接模拟注入管筒，直至模拟爆破手雷处聚集压力达到突破压力值时，以向地层模型中突破注入，过程中透过可视化结构观察记录油气模拟运移，以实现模拟烃源岩生烃、排烃以及在不同地质构型下的运移、成藏规律。

权利要求

1.一种烃源岩排烃及油气运移、成藏的物理模拟装置，包括有支架（1），其特征在于，还包括：

翻转机构（2），连接于所述支架（1）上，所述翻转机构（2）上支撑连接有模型主体（3），以转动调节所述模型主体（3）倾角，所述模型主体（3）内填设有地层模型；

注入点（4），布设于所述模型主体（3）外周，所述注入点（4）内贯穿连接有模拟注入管筒（5），用于插设入所述地层模型内；

模拟爆破手雷（6），设于所述模拟注入管筒（5）插入所述地层模型内的一端头部，所述模拟爆破手雷（6）处聚集压力达到突破压力值时，向所述地层模型中突破注入，以模拟烃源岩真实爆破排烃瞬间；所述模拟爆破手雷（6）采用不同厚度的密封膜包覆密接于所述模拟注入管筒（5）头端；

压实件（7），用以预压实所述地层模型，所述模型主体（3）顶端开口处设有可视化结构（8），用以可视化观察油气模拟运移过程。

2.根据权利要求1所述的一种烃源岩排烃及油气运移、成藏的物理模拟装置，其特征在于，所述翻转机构（2）包括有固定于所述支架（1）顶端两侧的翻转轴承座（21）、以及固定于所述支架（1）顶端一侧的翻转减速机（22），所述模型主体（3）两侧通过转轴（9）转动连接于所述翻转轴承座（21）上，所述翻转减速机（22）输出一端连接于所述转轴（9）上，用以带动所述转轴（9）轴向转动调节倾角。

3.根据权利要求2所述的一种烃源岩排烃及油气运移、成藏的物理模拟装置，其特征在于，所述翻转减速机（22）输入一端上外接有手摇轮（23）。

4.根据权利要求1所述的一种烃源岩排烃及油气运移、成藏的物理模拟装置，其特征在于，所述模型主体（3）由模型下法兰（31）以及连接于所述模型下法兰（31）上端的贯通腔体（32）构成。

5.根据权利要求4所述的一种烃源岩排烃及油气运移、成藏的物理模拟装置，其特征在于，所述贯通腔体（32）底端与所述模型下法兰（31）之间设有下压板（33）。

6.根据权利要求1所述的一种烃源岩排烃及油气运移、成藏的物理模拟装置，其特征在于，所述可视化结构（8）为可拆卸式连接于所述模型主体（3）顶端开口处的视窗法兰（81），所述视窗法兰（81）上布设有透明视窗（82），用以可视化观察所述模型主体（3）内部。

7.根据权利要求6所述的一种烃源岩排烃及油气运移、成藏的物理模拟装置，其特征在于，所述透明视窗（82）呈网格状阵列排布。

8.根据权利要求7所述的一种烃源岩排烃及油气运移、成藏的物理模拟装置，其特征在于，各所述透明视窗（82）设计呈矩形形状，且相邻所述透明视窗（82）之间的间距为3至8mm。

9.根据权利要求1所述的一种烃源岩排烃及油气运移、成藏的物理模拟装置，其特征在于，所述压实件（7）采用与所述模型主体（3）内腔轮廓相匹配一致的上压板构成。

说明书

一种烃源岩排烃及油气运移、成藏的物理模拟装置

技术领域

[0001] 本说明书一个或多个实施例涉及石油天然气地质教学实验模拟研究设备技术领域，尤其涉及一种烃源岩排烃及油气运移、成藏的物理模拟装置。

背景技术

[0002] 油气运移、成藏是石油天然气地质领域的一个重要分支，也是石油天然气地质课程教学以及模拟实验研究的核心内容，油气成藏涉及到油气从生成到运移和聚集的整个过
程，而这整个过程发生于地质历史期间，到目前已经经历了几百万到几亿年，甚至几十亿
年，因此其过程已无法追踪，只能根据现有留下的地球化学痕迹判断可能发生的过程。因此
如何研究油气运移是一个难点。

[0003] 目前对于烃源岩的研究主要集中在其成熟度，有机质丰度以及热演化过程，对烃源岩排烃的过程以及其在不同地质构型下的运移、成藏规律研究不多，尤其是对于该物理
过程尽量真实的模拟实验，以提供该方面可靠以及不同状态下全面且可视化的教学及实验
研究设备，还亟待开发设计。

发明内容

[0004] 有鉴于此，本说明书一个或多个实施例的目的在于提出一种烃源岩排烃及油气运移、成藏的物理模拟装置，以实现真实的模拟烃源岩生烃、排烃以及在不同地质构型下的运
移、成藏规律。

[0005] 基于上述目的，本说明书一个或多个实施例提供了一种烃源岩排烃及油气运移、成藏的物理模拟装置，包括有支架，还包括：

[0006] 翻转机构，连接于支架上，翻转机构上支撑连接有模型主体，以转动调节模型主体倾角，模型主体内填设有地层模型；

[0007] 注入点，布设于模型主体外周，注入点内贯穿连接有模拟注入管筒，用于插设入地层模型内；

[0008] 模拟爆破手雷，设于模拟注入管筒插入地层模型内的一端头部，模拟爆破手雷处聚集压力达到突破压力值时，向地层模型中突破注入，以模拟烃源岩真实爆破排烃瞬间；

[0009] 压实件，用以预压实地层模型，模型主体顶端开口处设有可视化结构，用以可视化观察油气模拟运移过程。

[0010] 优选地，翻转机构包括有固定于支架顶端两侧的翻转轴承座、以及固定于支架顶端一侧的翻转减速机，模型主体两侧通过转轴转动连接于翻转轴承座上，翻转减速机输出
一端连接于转轴上，用以带动转轴轴向转动调节倾角。

[0011] 优选地，翻转减速机输入一端上外接有手摇轮。

[0012] 优选地，模型主体由模型下法兰以及连接于模型下法兰上端的贯通腔体构成。

[0013] 优选地，贯通腔体底端与模型下法兰之间设有下压板。

[0014] 优选地，可视化结构为可拆卸式连接于模型主体顶端开口处的视窗法兰，视窗法兰上布设有透明视窗，用以可视化观察模型主体内部。

[0015] 优选地，透明视窗呈网格状阵列排布。

[0016] 优选地，各透明视窗设计呈矩形形状，且相邻透明视窗之间的间距为3至8mm。

[0017] 优选地，模拟爆破手雷采用不同厚度的密封膜包覆密接于模拟注入管筒头端。

[0018] 优选地，压实件采用与模型主体内腔轮廓相匹配一致的上压板构成。

[0019] 从上面所述可以看出，本说明书一个或多个实施例提供的一种烃源岩排烃及油气运移、成藏的物理模拟装置，通过设置支架，支架上连接有翻转机构，翻转机构上支撑连接
有模型主体，以转动调节模型主体倾角，具体的，支架可由多根梁柱组接拼搭而成，更优的，
可由采用方钢组接拼搭而成，模型主体内填设有地层模型，模型主体外周布设有注入点，注
入点内贯穿连接有模拟注入管筒，用于插设入地层模型内注入，具体的，如图所示，注入点
可围绕模型主体外周侧壁和底壁分散布设，以供模拟不同排烃过程，同时模拟注入管筒插
入地层模型内的一端头部设有模拟爆破手雷，另外还设置有压实件，模型主体顶端开口处
设有可视化结构，从而实际模拟时，地层模型可采用多层不同比例的沙子、或沙石、或沙石
泥土的混合物，以模拟不同地质构型，利用压实件用以预压实地层模型，压实后取出，再利
用可视化结构封盖，然后根据需要，选择不同部位的注入点连接模拟注入管筒，闲置的注入
点可采用螺栓封堵闭塞，以真实模拟不同方位的油气注入，模拟注入管筒内持续注入直至
模拟爆破手雷处聚集压力达到突破压力值时，以向地层模型中突破注入，注入点在地层模
型内部布置的模拟爆破手雷突破压力在1‑4MPa，并可以调整突破压力，从而模拟烃源岩真
实生烃的压力聚集以及爆破排烃的过程，压实减弱了物理地层模型在排烃过程中出现的窜
流现象，更真实的模拟地层压实形态，自由旋转调节提供了模拟各种地层倾角的必备条件，
爆破注入有定体积和定流量两种模式可以选择，进行排烃过程的模拟，可以定量模拟烃的
运移，也可模拟恒定速度下烃的运移，注入油气在压实的地层模型中运移沉积分布，实际上
会经由十几天至一个月的时间，过程中透过可视化结构可视化观察记录油气模拟运移过
程，由此实现真实的模拟烃源岩生烃、排烃以及在不同地质构型下的运移、成藏规律，对促
进专业课教学、科研实验的发展十分必要。

附图说明

[0020] 为了更清楚地说明本说明书一个或多个实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的
附图仅仅是本说明书一个或多个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性
劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0021] 图1为本说明书一个或多个实施例中的模拟装置的立体图；

[0022] 图2为本说明书一个或多个实施例中的注入点的分布图；

[0023] 图3为本说明书一个或多个实施例中的模拟装置的爆炸图；

[0024] 图4为本说明书一个或多个实施例中的可视化结构的结构示意图。

[0025] 图中：1、支架；2、翻转机构；21、翻转轴承座；22、翻转减速机；23、手摇轮；3、模型主体；31、模型下法兰；32、贯通腔体；33、下压板；4、注入点；5、模拟注入管筒；6、模拟爆破手
雷；7、压实件；8、可视化结构；81、视窗法兰；82、透明视窗；9、转轴。

具体实施方式

[0026] 为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本公开进一步详细说明。

[0027] 需要说明的是，除非另外定义，本说明书一个或多个实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本说明书一个
或多个实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要
性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面
的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或
者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包
括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关
系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

[0028] 一种烃源岩排烃及油气运移、成藏的物理模拟装置，如图1、图3所示，包括支架1，支架1上连接有翻转机构2，翻转机构2上支撑连接有模型主体3，以转动调节模型主体3倾
角，模型主体3内填设有地层模型，模型主体3外周布设有注入点4，注入点4内贯穿连接有模
拟注入管筒5，用于插设入地层模型内，模拟注入管筒5插入地层模型内的一端头部设有模
拟爆破手雷6，模拟爆破手雷6处聚集压力达到突破压力值时，向地层模型中突破注入，以模
拟烃源岩真实爆破排烃瞬间，还设置有压实件7，用以预压实地层模型，模型主体3顶端开口
处设有可视化结构8，用以可视化观察油气模拟运移过程。

[0029] 本发明通过设置支架1，支架1上连接有翻转机构2，翻转机构2上支撑连接有模型主体3，以转动调节模型主体3倾角，具体的，支架1可由多根梁柱组接拼搭而成，更优的，可
由采用方钢组接拼搭而成，模型主体3内填设有地层模型，模型主体3外周布设有注入点4，
注入点4内贯穿连接有模拟注入管筒5，用于插设入地层模型内注入，具体的，如图2所示，注
入点4可围绕模型主体3外周侧壁和底壁分散布设，以供模拟不同排烃过程，同时模拟注入
管筒5插入地层模型内的一端头部设有模拟爆破手雷6，另外还设置有压实件7，模型主体3
顶端开口处设有可视化结构8，从而实际模拟时，地层模型可采用多层不同比例的沙子、或
沙石、或沙石泥土的混合物，以模拟不同地质构型，利用压实件7用以预压实地层模型，压实
后取出，再利用可视化结构8封盖，然后根据需要，选择不同部位的注入点4连接模拟注入管
筒5，闲置的注入点4可采用螺栓封堵闭塞，以真实模拟不同方位的油气注入，模拟注入管筒
5内持续注入直至模拟爆破手雷6处聚集压力达到突破压力值时，以向地层模型中突破注
入，注入点4在地层模型内部布置的模拟爆破手雷6突破压力在1‑4MPa，并可以调整突破压
力，从而模拟烃源岩真实生烃的压力聚集以及爆破排烃的过程，压实减弱了物理地层模型
在排烃过程中出现的窜流现象，更真实的模拟地层压实形态，自由旋转调节提供了模拟各
种地层倾角的必备条件，爆破注入有定体积和定流量两种模式可以选择，进行排烃过程的
模拟，可以定量模拟烃的运移，也可模拟恒定速度下烃的运移，注入油气在压实的地层模型
中运移沉积分布，实际上会经由十几天至一个月的时间，过程中透过可视化结构8可视化观
察记录油气模拟运移过程，由此实现真实的模拟烃源岩生烃、排烃以及在不同地质构型下
的运移、成藏规律，对促进专业课教学、科研实验的发展十分必要。

[0030] 在本发明的实施例中，翻转机构2包括有固定于支架1顶端两侧的翻转轴承座21、以及固定于支架1顶端一侧的翻转减速机22，模型主体3两侧通过转轴9转动连接于翻转轴
承座21上，翻转减速机22输出一端连接于转轴9上，从而通过控制翻转减速机22以带动转轴
9轴向转动，以调节模型主体3倾角。

[0031] 在本发明的实施例中，翻转减速机22输入一端上外接有手摇轮23，具体的，减速机通常是一种由封闭在刚性壳体内的齿轮传动、蜗杆传动、齿轮‑蜗杆传动所组成的独立部
件，常用作原动件与工作机之间的减速传动装置，从而通过转动手摇轮23，以传动翻转减速
机22，以便捷调整模型主体3倾角。

[0032] 在本发明的实施例中，模型主体3由模型下法兰31以及连接于模型下法兰31上端的贯通腔体32构成，从而在贯通腔体32内腔中，以供填放地层模型。

[0033] 在本发明的实施例中，贯通腔体32底端与模型下法兰31之间设有下压板33，且以利于下压板33可采用与模型主体3内腔底部轮廓相匹配一致，以利于进一步稳固填放和压
实地层模型。

[0034] 在本发明的实施例中，如图4所示，可视化结构8为可拆卸式连接于模型主体3顶端开口处的视窗法兰81，视窗法兰81上布设有透明视窗82，用以可视化观察模型主体3内部。

[0035] 在本发明的实施例中，透明视窗82呈网格状阵列排布。

[0036] 更优的，各透明视窗82设计呈矩形形状，且相邻透明视窗82之间的间距为3至8mm，以供全面可视化观测的同时保证一定的耐压等级。

[0037] 在本发明的实施例中，模拟爆破手雷6采用不同厚度的密封膜包覆密接于模拟注入管筒5头端，以模拟压力聚集和突破过程，且利于匹配不同的爆破压力需求。

[0038] 在本发明的实施例中，压实件7采用与模型主体3内腔轮廓相匹配一致的上压板构成，实际使用时，可采用倒链吊设不同重量的上压板下压压实和移出。

[0039] 实际模拟中，压实最大输出压力为30MPa，最大压实位移为10mm，烃注入速度范围为0.001～10ml/min，烃源岩手雷最高爆破压力达到4MPa，支架1最大承重达到1000kg。

[0040] 在本发明公开的一种烃源岩排烃及油气运移、成藏的物理模拟装置中，使用时，通过支架1上连接有翻转机构2，以支撑连接模型主体3，并转动调节模型主体3倾角，模型主体
3内填设有地层模型，模型主体3外周布设有注入点4，注入点4内贯穿连接有模拟注入管筒
5，模拟注入管筒5插入地层模型内一端头部设有模拟爆破手雷6，利用压实件7用以预压实
地层模型，压实后取出，再利用可视化结构8封盖，选择不同部位的注入点4连接模拟注入管
筒5，模拟注入，直至模拟爆破手雷6处聚集压力达到突破压力值时，以向地层模型中突破注
入，过程中透过可视化结构8可视化观察记录油气模拟运移过程，以实现真实的模拟烃源岩
生烃、排烃以及在不同地质构型下的运移、成藏规律。

[0041] 所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围（包括权利要求）被限于这些例子；在本公开的思路下，以上实施例
或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如
上所述的本说明书一个或多个实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细
节中提供。

[0042] 本说明书一个或多个实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本说明书一个或多个实施例的精神和原则之内，所做
的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。