油气运移物理模拟装置和油气运移实验方法

技术领域

本发明涉及油气成藏技术领域，尤其涉及一种油气运移物理模拟装置和油气运移实验 方法，用于油气二次运移宏观运移过程和微观运移机理的研究以及油气二次运移过程中组 分和同位素等变化的物理模拟实验研究。

背景技术

目前油气二次运移研究大都基于煤油运移实验，但成品油(煤油)与原油之间无论是 密度还是化学组成都存在巨大的差异，这种差异必然导致原油二次运移过程中与地层水和 孔隙岩石之间的作用更加复杂，因此为了更准确地把握油气二次运移的宏观运移模式和微 观运移机理，需要开展原油二次运移实验研究。但原油在常温下流动性能差，不能用于二 次运移实验研究。

另外，在油气二次运移过程中，不同分子量、不同极性，以及不同立体化学空间结构 的化合物，在通过运载层的过程中，遭受吸附和解吸作用时，各自的表现不同，导致油气 组份和同位素等都会发生变化，这在地质上称为地质色层效应，这种现象的发生可以帮助 石油地质工作者判断油气运移的方向。但目前，无法进行高温高压条件下散样模型的原油 运移实验，无法有效开展地下温压条件下油气运移微观组份变化研究。

发明内容

本发明提出一种油气运移物理模拟装置和油气运移实验方法，以解决原油在常温下流 动性能差，不能用于二次运移实验研究的问题。本发明还能解决无法对模拟地下温压条件 下散样模型的原油运移实验。

为此，本发明提出一种油气运移物理模拟装置，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。

进一步地，所述油气运移物理模拟装置还包括：恒温箱移动车，所述恒温箱通过转轴 能任意角度旋转地设置在所述恒温箱移动车上，并示值锁紧。

进一步地，所述填砂管为：用于油气二次运移宏观可视观察的常压的玻璃填砂管。

进一步地，所述填砂管为：用于油气二次运移微观研究的高温高压填砂管，所述高温 高压填砂管的一端为活动端，所述活动端设有封闭所述高温高压填砂管的挤压活塞。

进一步地，所述油气运移物理模拟装置还包括：与所述挤压活塞连接并穿设出所述恒 温箱的活塞导杆，所述挤压活塞通过所述活塞导杆与位移光栅相连接，所述位移光栅设置 在所述恒温箱之外。

进一步地，所述恒温箱内部设置有夹持所述填砂管的模型夹持器。

进一步地，所述恒温箱内部设置有角度可调的旋转镜而，所述旋转镜而位于所述常压 的玻璃填砂管之外，用于研究倾斜地层运移时，所述常压的玻璃填砂管的顶而和正而的过 程监测。

进一步地，所述恒温箱为长方体，有效空间2000×400×500mm，最高工作温度180℃， 所述高温高压填砂管有效空间φ38×1800mm，最高工作压力70MPa。

进一步地，所述高温高压填砂管内设有压力测点，所述油气运移物理模拟装置还包括： 检测所述压力测点处的压力传感器，所述压力传感器设置在所述恒温箱之外。

本发明还提供一种油气运移实验方法，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。

进一步地，取出所述常压的玻璃填砂管，用高温高压填砂管代替所述常压的玻璃填砂 管，对所述高温高压填砂管进行加压，模拟油气运移过程，研究油气微观运移机理。

由于本发明采用了恒温箱，可以对设置在所述恒温箱内的填砂管进行加热，因而，可 以采用原油进行原油运移实验而克服了原油在常温下流动性差的困难，完成了油气二次运 移可视物理模拟的研究。

进而，本发明还采用了高温高压填砂管，对填砂模型进行加压加温，从而达到地下温 压条件，得以完成高温高压不可视物理模拟研究的功能，能够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。

附图说明

图1为根据本发明实施例的油气运移物理模拟装置的侧视结构示意图；

图2从俯视方向示出了根据本发明实施例的常压的玻璃填砂管的结构；

图3从俯视方向示出了根据本发明实施例的高温高压填砂管的结构。

附图标号说明：

1-万向角轮，2-恒温箱移动车，3-操作控制箱，4-支承座，5-旋转锁紧机构，6-支承轴 7-限位块，8-压力传感器，9-模型支架，10-位移光栅，11-恒温箱，12-活塞导杆， 13-挤压活塞，14-模型管，15-模型测压点，16-模型法兰，17-模型管入口， 18-恒温箱电机，19-旋转镜而，20-常压的玻璃填砂管，21-恒温箱视窗，22-恒温箱搭扣， 23-高温高压填砂管，24-模型夹持器 201-玻璃填砂管的靠近恒温箱视窗的侧面 203-玻璃填砂管的远离恒温箱视窗的侧面

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的

具体实施方式。

图1从侧视方向示出了根据本发明实施例的油气运移物理模拟装置的整体结构。如图 1所示，根据本发明实施例的油气运移物理模拟装置包括：恒温箱11和设置在所述恒温箱 11内的填砂管。恒温箱11可以提供地下的温度条件，填砂管内可以装有由用于油气运移 实验的散样模型(即填砂模型)，模拟地下渗透性砂岩地层。本发明的填砂管例如为一维 填砂管，用于一维油气二次运移物理模拟实验研究。本发明的填砂管可以分别采用两种填 砂管，一种进行常压下的宏观可视观察，即采用常压的玻璃填砂管，开展油气宏观运移过 程研究；一种用于高压下的不可视的微观运移研究，即采用高温高压填砂管，例如为高压 的不锈钢填砂管，开展油气运移过程微观组份变化研究。

如图2和图3所示，所述恒温箱11内部设置有夹持所述填砂管的模型夹持器24，模 型夹持器24安装在恒温箱11内部设置的模型支架9上，通过模型夹持器24，填砂管被夹 持在恒温箱11内部。

如图2所示，所述填砂管为：用于油气二次运移宏观可视观察的常压的玻璃填砂管20， 所述恒温箱设有观察所述常压的玻璃填砂管20的观察窗21，观察窗21设置在常压的玻璃 填砂管20的外侧。常压的玻璃填砂管20即为常用的用于可视观察的填砂管，本发明将常 压的玻璃填砂管20设置在所述恒温箱内，进行加热，因而，可以采用原油进行原油运移实 验而克服了原油在常温下流动性差的困难，完成了利用原有进行油气二次运移可视物理模 拟的研究。

进一步地，如图2所示，所述恒温箱11内部设置有角度可调的旋转镜面19，所述旋 转镜而19位于所述常压的玻璃填砂管20之外，并位于远离或偏离观察窗21的一侧，用于 研究倾斜地层运移时，所述常压的玻璃填砂管20的顶而和正而的过程监测。

如图2所示，恒温箱11为长方体，以便制作。恒温箱11为长方体，有效空间2000× 400×500mm；恒温箱通过支承座4和支承轴6固定于恒温箱移动车2上，恒温箱移动车2 下而安装有四个万向角轮1，可以整体移动该套装置；操作控制箱3集成在恒温箱移动车2 上，方便实验操作；恒温箱11可根据实验要求通过支承轴6和限位块7实现任意角度的倾 斜，可通过旋转锁紧机构5示值(显示旋转角度)并锁紧；恒温箱11下部设计有一个恒温 箱电机18，保证箱体内部的温度均衡，最高工作温度为180℃，并可进行温度调控和选择， 可达到地下的温度条件。

观察窗21位于恒温箱11的一个侧而上，其余各而由于设置其他部件，无法进行观察 玻璃填砂管20，因而，通过观察窗21只能观察到常压的玻璃填砂管20的靠近恒温箱视窗 21的侧面201，无法观察到常压的玻璃填砂管20的顶而和玻璃填砂管的远离恒温箱视窗的 侧面203。通过设置角度可调的旋转镜面19，就可以多角度的观察常压的玻璃填砂管20的 情况，能够得到各个方位的实验过程。恒温箱视窗21可以下翻，打开恒温箱11。此外， 还可以在观察窗21外设置数码摄像机和数码照相机，可以对整个实验过程进行实时记录。

进一步地，如图3所示，所述填砂管为：用于油气二次运移微观研究的高温高压填砂 管23。高温高压填砂管与现有的常压的玻璃填砂管20的主要区别有：高温高压填砂管23 为非玻璃材料，例如为钢质或金属材质，以承受高压；另外，高温高压填砂管23的一端设 有封闭所述高温高压填砂管的挤压活塞13。高温高压填砂管23设计有效空间为φ38× 1800mm，共设三段管体，长度分别为900mm、600mm、300mm，通过法兰16连接，其中 300mm段内设置挤压活塞13。如图1所示，所述高温高压填砂管23的一端(图1中为上 端)为活动端，高温高压填砂管23的另一端(图1中为下端)为模型管入口17(即入口 端)。所述活动端设有封闭所述高温高压填砂管的挤压活塞13，通过挤压活塞13的移动， 可以沿高温高压填砂管23的长度方向挤压高温高压填砂管23的填砂模型，以对填砂模型 的压实，达到地下压力的条件。通过挤压活塞13，可以为模型加压，最高工作压力70MPa。 另外，高温高压填砂管23具有流体出口，流体出口位于活塞导杆的端口上。

进一步地，如图1所示，所述油气运移物理模拟装置还包括：与所述挤压活塞13连接 并穿设出所述恒温箱11的活塞导杆12，活塞导杆12可以连接设置在恒温箱11外的驱动 机构(图中未示出)，例如连接电动泵，所述挤压活塞13通过所述活塞导杆12与位移光 栅10(也称电子尺或线位移光栅传感器)相连接，可以记录在增压的过程中模型的压实量， 所述位移光栅10设置在所述恒温箱11之外，可以免受恒温箱11的高温。

进一步地，如图1所示，所述高温高压填砂管23内设有压力测点15，所述油气运移 物理模拟装置还包括：检测所述压力测点15处的压力传感器8，高温高压填砂管23内分 布有6个压力测点15，而且还在模型管入口17设置1个，在出口设置1个，用于记录油 气运移过程中，不同部位的压力变化情况；模型内壁采用电火花打毛，可尽量消除边界效 应。所述压力传感器8设置在所述恒温箱11之外，以免受恒温箱11的高温。压力传感器 8可以通过有线连接检测压力测点15。

本发明还提供一种油气运移实验方法，将常压的玻璃填砂管20设置在恒温箱11内， 采用原油进行油气二次运移宏观运移过程的实验并进行可视观察。

进一步地，取出所述常压的玻璃填砂管，用高温高压填砂管代替所述常压的玻璃填砂 管，仍然采用原油进行实验，对所述高温高压填砂管进行加压，模拟油气运移过程，研究 油气微观运移机理，分析油气微观组份变化。本发明可以替换采用常压的玻璃填砂管20和 高温高压填砂管23分别进行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 实验，更好地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。

由于可控的温度设置，一维玻璃管可视模型(常压的玻璃填砂管)可以进行原油二次 运移物理模拟实验，并通过一系列实验研究取得了创新性认识，发现原油二次运移过程中 由于自身粘滞力的作用，往往导致其自身运移的阻力大于油驱水运移的毛细管阻力，对致 密油气成藏机制研究起到了良好的促进作用；由于与可视模型对应的高温高压模型(高温 高压填砂管)的研制，散样模型实验可以模拟地下的压实条件，使实验过程与地下更加接 近，增强了模拟结果的适用性。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。为本发明 的各组成部分在不冲突的条件下可以相互组合，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明 的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。