專利名稱：不整合結(jié)構(gòu)體油氣輸導(dǎo)優(yōu)勢(shì)方向物理模擬系統(tǒng)及實(shí)驗(yàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于油氣勘探技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)，是涉及一種原油沿不整合結(jié)構(gòu)體運(yùn)移優(yōu)勢(shì)方向物理模擬系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
不整合結(jié)構(gòu)體不僅是構(gòu)造運(yùn)動(dòng)或海(湖)平面變動(dòng)事件的記錄者，而且還代表了后期地質(zhì)作用對(duì)前期沉積巖(物)不同程度的改造(劉波等，1997)，這種改造程度的不均一性以及后期海(湖)平面上升發(fā)生水進(jìn)形成的上覆巖石使得不整合具有了空間層次結(jié)構(gòu)(吳孔友等，2002,2003 ;隋風(fēng)貴等，2006)。因此，不整合不僅僅是一個(gè)“面”，更是一個(gè)“體”，其本身具有較獨(dú)特的微觀組構(gòu)，即具有“空間結(jié)構(gòu)”屬性(吳孔友等，2012)。不整合結(jié)構(gòu)體是指與表生期風(fēng)化淋濾和水進(jìn)期超覆沉積相關(guān)聯(lián)的、位于間斷面附近形成的地質(zhì)體。不整合結(jié)構(gòu)體在縱向上分為三層結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)體上層(主要為水進(jìn)砂體或底礫巖)、結(jié)構(gòu)體中層(風(fēng)化粘土層也稱為風(fēng)化泥巖層)及結(jié)構(gòu)體下層(半風(fēng)化巖石也稱為風(fēng)化淋濾帶)。結(jié)構(gòu)體中層起封蓋和分隔作用。結(jié)構(gòu)體上層原生孔隙發(fā)育，結(jié)構(gòu)體下層次生孔隙發(fā)育，兩者均能構(gòu)成有效輸導(dǎo)體系(何登發(fā)，1995 ;吳亞軍等，1998 ；Ziegler K，2000 ;吳孔友等，2002，2003 ;王艷忠等，2006)。然而，油氣進(jìn)入不整合結(jié)構(gòu)體后，運(yùn)移并非是在三維空間做等效運(yùn)移，而是被限制在一定的路徑上進(jìn)行，存在油氣運(yùn)移主干道，具空間上的有效性及有限性，即油氣運(yùn)移具有優(yōu)勢(shì)方向。不整合結(jié)構(gòu)體的形成與風(fēng)化剝蝕相關(guān)，古地形的凸凹不平，將影響結(jié)構(gòu)體輸導(dǎo)層的形態(tài)，形成一個(gè)凹凸不平的面，表現(xiàn)為“溝”、“梁”相間的形態(tài)。油氣進(jìn)入不整合后，有人認(rèn)為會(huì)沿著下切水道中的砂體運(yùn)移即沿“溝”運(yùn)移，也有人認(rèn)為根據(jù)流體勢(shì)模擬，油氣應(yīng)沿著“梁”運(yùn)移(張凡芹等，2005)，但至今沒(méi)能通過(guò)物理模擬實(shí)驗(yàn)給予證明，也未能形成完善的模擬系統(tǒng)。姜振學(xué)等(2005)在一個(gè)長(zhǎng)50 cm、寬30 cm、厚2 cm的平板模型內(nèi)裝填不同粒級(jí)的砂，來(lái)模擬油氣二次運(yùn)移的優(yōu)勢(shì)通道，結(jié)果表明輸導(dǎo)層物性的差異、蓋層沉降中心的偏移、流體動(dòng)力、斷層傾角及斷層面幾何形態(tài)控制了油氣運(yùn)移的優(yōu)勢(shì)通道。錢詩(shī)友等(2008)采用二維物理模型對(duì)遼東東地區(qū)石油運(yùn)移和聚集進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果證實(shí)斷層帶的石油運(yùn)移方式對(duì)石油運(yùn)移路徑產(chǎn)生了重要的影響，不整合在不同充注方式下對(duì)石油的輸導(dǎo)作用不同，砂體最終能否成藏，取決于砂體與其他輸導(dǎo)體的匹配關(guān)系。劉海濤等(2008)通過(guò)二維模型，物理模擬了不整合與隱蔽油氣藏形成之間的關(guān)系，結(jié)果顯示①不整合的風(fēng)化粘土層是下伏油氣藏良好的封蓋層受物性、非均質(zhì)性及連通性影響，底部半風(fēng)化巖層可成為油氣運(yùn)移的有效輸導(dǎo)層或側(cè)向封堵層；③層間斷層的存在溝通了不整合底部半風(fēng)化巖層和頂部底礫巖層，構(gòu)成了油氣運(yùn)移的高效“雙通道”輸導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)，即在不整合面上、下均可形成巖性、地層或復(fù)雜型隱蔽油氣藏。吳孔友等(2009)利用二維模型，模擬了不整合面之上巖石(底礫巖或水進(jìn)砂體)及半風(fēng)化巖石(風(fēng)化淋濾帶)的油氣運(yùn)移與聚集作用，模擬實(shí)驗(yàn)表明油氣沿不整合縱向結(jié)構(gòu)運(yùn)移受控于巖石物性、坡度，容易在風(fēng)化粘土層薄弱環(huán)節(jié)突破，進(jìn)行竄層運(yùn)移；不整合面之上的地層超覆圈閉較不整合面之下的地層遮擋圈閉(潛山)更有利于油氣成藏。周仁杰(2011)以準(zhǔn)噶爾盆地紅車斷裂帶為例，利用二維物理模型對(duì)油氣在斷裂與不整合組成的輸導(dǎo)體系中的運(yùn)移規(guī)律進(jìn)行了物理模擬實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，油氣在輸導(dǎo)體系中運(yùn)移的優(yōu)勢(shì)通道最終決定于動(dòng)力與阻力的合力，動(dòng)力大阻力大的輸導(dǎo)層并不一定就是有效的運(yùn)移通道。以上模擬實(shí)驗(yàn)主要針對(duì)油氣在不整合中的運(yùn)移和聚集作用，且重點(diǎn)在聚集作用。同時(shí)，模擬實(shí)驗(yàn)設(shè)備均為二維，僅能從正面觀察運(yùn)移結(jié)果，不能展示油氣沿不整合運(yùn)移的優(yōu)勢(shì)通道和方向，限制了實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)果的全面性和立體性觀察。隨著現(xiàn)代油氣成藏理論的發(fā)展，不整合的成藏作用越來(lái)越受到重視。由于其具有長(zhǎng)期穩(wěn)定性，能夠連通不同時(shí)代的砂體，構(gòu)成油氣長(zhǎng)距離的運(yùn)移通道。不整合縱向上發(fā)育三層結(jié)構(gòu)，區(qū)域上，它又具有面狀構(gòu)造，由于侵蝕的差異性或后期構(gòu)造的調(diào)整，形成凸凹不平的形態(tài)，油氣進(jìn)入其中，將選擇優(yōu)勢(shì)方向運(yùn)移。只有在優(yōu)勢(shì)運(yùn)移方向的地層圈閉，才能成藏，因此，明確不整合結(jié)構(gòu)體的運(yùn)油優(yōu)勢(shì)方向?qū)Φ貙佑蜌獠乜碧綐O為重要。但油氣沿不整合結(jié)構(gòu)體運(yùn)移優(yōu)勢(shì)方向目前尚未在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行模擬，也未能形成相關(guān)技術(shù)和設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種不整合結(jié)構(gòu)體油氣輸導(dǎo)優(yōu)勢(shì)方向物理模擬系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)三維觀察油氣在不整合結(jié)構(gòu)體重的運(yùn)移狀態(tài)。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)
一種不整合結(jié)構(gòu)體油氣輸導(dǎo)優(yōu)勢(shì)方向物理模擬系統(tǒng)，包括由連接子系統(tǒng)連接的模擬子系統(tǒng)和注入子系統(tǒng)，所述的模擬子系統(tǒng)包括底座以及安裝于底座上的模擬器，所述模擬器與底座之間設(shè)置有孔隙，底座與連接子系統(tǒng)相接；所述模擬器為縱截面呈“U”型的透明容器，模擬器的橫截面包括板狀部分、槽狀部分和脊?fàn)畈糠?。?yōu)選的，所述注入子系統(tǒng)包括兩個(gè)呈柱狀的玻璃筒，所述玻璃筒的底部設(shè)置有與連接子系統(tǒng)相接的出油口。優(yōu)選的，所述連接子系統(tǒng)包括兩根軟導(dǎo)管，一端與注入子系統(tǒng)相接，另一端與模擬器相接，所述軟導(dǎo)管上設(shè)置有控制閥。 優(yōu)選的，所述底座上設(shè)置有與軟導(dǎo)管相接的注油口?；谏鲜鑫锢砟M系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，本發(fā)明還提出了一種物理模擬系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法，包括如下步驟首先向模擬器中充填石英沙，將連接子系統(tǒng)兩端分別與注入子系統(tǒng)和模擬子系統(tǒng)連接，然后向注入子系統(tǒng)中導(dǎo)入染色的煤油，通過(guò)調(diào)節(jié)控制閥改變注油速度，通過(guò)改變注入子系統(tǒng)與模擬子系統(tǒng)的高度差來(lái)改變注入壓力，通過(guò)改變充填石英沙的粗細(xì)、模擬器的傾角，觀察油氣在不整合結(jié)構(gòu)體中的運(yùn)移過(guò)程。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是本發(fā)明主要用于揭示不整合結(jié)構(gòu)體油氣運(yùn)移優(yōu)勢(shì)方向，同時(shí)根據(jù)不同地質(zhì)背景，改變實(shí)驗(yàn)條件，揭示不整合結(jié)構(gòu)體控藏作用機(jī)理，以指導(dǎo)地層油氣藏勘探。本發(fā)明在外觀上為360°全透明設(shè)計(jì)，實(shí)時(shí)三維觀察油氣在不整合結(jié)構(gòu)體中的運(yùn)移狀態(tài)。同時(shí)，通過(guò)改變傾角、石英沙粒徑、注油壓力等，研究油氣沿不整合結(jié)構(gòu)體運(yùn)移的影響因素。本發(fā)明可通過(guò)更換模擬器中石英沙的粗細(xì)，來(lái)分析不整合結(jié)構(gòu)體輸導(dǎo)層的物性對(duì)油氣運(yùn)移過(guò)程的影響；通過(guò)對(duì)模擬器不同部位充填不同粒徑的石英沙來(lái)驗(yàn)證結(jié)構(gòu)體形態(tài)對(duì)油氣運(yùn)移過(guò)程的影響。通過(guò)改變模擬器的傾角，來(lái)分析不整合結(jié)構(gòu)體的產(chǎn)狀對(duì)油氣運(yùn)移速率、運(yùn)移方向的影響。還可以通過(guò)調(diào)整注入子系統(tǒng)與模擬子系統(tǒng)的高差，來(lái)研究注入壓力的變化對(duì)不整合結(jié)構(gòu)體運(yùn)油過(guò)程的影響。結(jié)合附圖閱讀本發(fā)明實(shí)施方式的詳細(xì)描述后，本發(fā)明的其他特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將變得更加清楚。


圖1是本發(fā)明具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖2是本發(fā)明具體實(shí)施例的縱剖視圖3是本發(fā)明具體實(shí)施例的橫剖視圖4是石英顆粒粒徑不同對(duì)運(yùn)移過(guò)程影響的模擬對(duì)比圖5是傾角不同對(duì)運(yùn)移過(guò)程影響的模擬結(jié)果對(duì)比圖6是級(jí)差優(yōu)勢(shì)通道的物理模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)行詳細(xì)地描述。如圖1所示一種不整合結(jié)構(gòu)體油氣輸導(dǎo)優(yōu)勢(shì)方向物理模擬系統(tǒng)，包括三個(gè)子系統(tǒng)連接子系統(tǒng)、模擬子系統(tǒng)和注入子系統(tǒng)，其中，連接子系統(tǒng)用于連接模擬子系統(tǒng)和注入子系統(tǒng)。模擬子系統(tǒng)包括底座以及安裝于底座上的模擬器，模擬器與底座之間設(shè)置有孔隙，底座與連接子系統(tǒng)相接；模擬器內(nèi)部充填石英沙模擬不整合結(jié)構(gòu)輸導(dǎo)層，為透明玻璃板焊接而成，縱截面呈“U”型的容器，如圖2所示，模擬器的橫截面包括板狀部分1、槽狀部分2和脊?fàn)畈糠?，如圖3所示，模擬油氣進(jìn)入模擬器后是沿哪個(gè)部位優(yōu)先運(yùn)移。底座起穩(wěn)定作用，同時(shí)也是油氣首先注入的地方。油氣通過(guò)連接子系統(tǒng)進(jìn)入底座，然后通過(guò)模擬器與底座之間的孔隙，進(jìn)入模擬器，可以通過(guò)擺放位置改變模擬器傾角。注入子系統(tǒng)包括兩個(gè)呈柱狀的玻璃筒，玻璃筒的底部設(shè)置有與連接子系統(tǒng)相接的出油口?？梢酝ㄟ^(guò)調(diào)整玻璃筒與模擬器的高差改變注入壓力。連接子系統(tǒng)包括兩根軟導(dǎo)管，一端與注入子系統(tǒng)相接，另一端與模擬器底座的注油口相接，在軟導(dǎo)管上設(shè)置有控制閥。通過(guò)調(diào)節(jié)控制閥可以改變注入速度。開(kāi)始實(shí)驗(yàn)時(shí)，首先向模擬器中裝填石英沙，然后注油，觀察油氣運(yùn)移過(guò)程。模擬系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法，包括如下步驟首先向模擬器中充填石英沙，將連接子系統(tǒng)兩端分別與注入子系統(tǒng)和模擬子系統(tǒng)連接，然后向注入子系統(tǒng)中導(dǎo)入染色的煤油，通過(guò)調(diào)節(jié)控制閥改變注油速度，通過(guò)改變注入子系統(tǒng)與模擬子系統(tǒng)的高度差來(lái)改變注入壓力，通過(guò)改變充填石英沙的粗細(xì)、模擬器的傾角，觀察油氣在不整合結(jié)構(gòu)體中的運(yùn)移過(guò)程。例如第一組實(shí)驗(yàn)是對(duì)比研究巖石物性不同，不整合結(jié)構(gòu)體運(yùn)油過(guò)程的差異性。當(dāng)模擬器中充填粗粒(O. 5mm)的石英沙時(shí)，原油在不整合結(jié)構(gòu)體中運(yùn)移優(yōu)勢(shì)方向明顯，主要沿“脊”運(yùn)移；當(dāng)模擬器中充填細(xì)粒(O. 2mm)的石英沙時(shí)，原油在模擬器中沿“脊?fàn)睢焙汀鞍鍫睢辈糠志羞\(yùn)移，如圖4所示。第二組實(shí)驗(yàn)是對(duì)比研究?jī)A角不同，不整合結(jié)構(gòu)體運(yùn)油過(guò)程的差異性。傾角為60°時(shí)，油僅沿中間匯聚型構(gòu)造脊運(yùn)移，傾角為30°時(shí)，油仍然主要沿中間匯聚型構(gòu)造脊向上運(yùn)移，但是在左側(cè)容器邊緣部分也有少量油分流向上運(yùn)移如圖5所示。第三組實(shí)驗(yàn)是對(duì)比研究級(jí)差優(yōu)勢(shì)通道對(duì)運(yùn)移方向的影響。在容器的構(gòu)造脊部分裝入粒徑為O. 25、. 4mm的石英沙，在其它部分裝入粒徑為O. 5^1mm的石英沙進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。通過(guò)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可知，油主要沿兩種不同粒徑的砂體邊界進(jìn)行運(yùn)移，而往往作為優(yōu)勢(shì)通道的構(gòu)造脊卻沒(méi)有油的運(yùn)移發(fā)生。由此可得出油氣總沿通道介質(zhì)中的孔滲性與其周邊介質(zhì)中的孔滲性差異最大的通道向上運(yùn)移，如圖6所示。最后應(yīng)說(shuō)明的是以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍?！?br> 權(quán)利要求
1.一種不整合結(jié)構(gòu)體油氣輸導(dǎo)優(yōu)勢(shì)方向物理模擬系統(tǒng)，包括由連接子系統(tǒng)連接的模擬子系統(tǒng)和注入子系統(tǒng)，其特征在于所述的模擬子系統(tǒng)包括底座以及安裝于底座上的模擬器，所述模擬器與底座之間設(shè)置有孔隙，底座與連接子系統(tǒng)相接；所述模擬器為縱截面呈 “U”型的透明容器，模擬器的橫截面包括板狀部分、槽狀部分和脊?fàn)畈糠帧?br> 2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的不整合結(jié)構(gòu)體油氣輸導(dǎo)優(yōu)勢(shì)方向物理模擬系統(tǒng)，其特征在于所述注入子系統(tǒng)包括兩個(gè)呈柱狀的玻璃筒，所述玻璃筒的底部設(shè)置有與連接子系統(tǒng)相接的出油口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的不整合結(jié)構(gòu)體油氣輸導(dǎo)優(yōu)勢(shì)方向物理模擬系統(tǒng)，其特征在于所述連接子系統(tǒng)包括兩根軟導(dǎo)管，一端與注入子系統(tǒng)相接，另一端與模擬器相接，所述軟導(dǎo)管上設(shè)置有控制閥。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的不整合結(jié)構(gòu)體油氣輸導(dǎo)優(yōu)勢(shì)方向物理模擬系統(tǒng)，其特征在于所述底座上設(shè)置有與軟導(dǎo)管相接的注油口。
5.一種采用權(quán)利要求1所述的模擬系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于包括如下步驟首先向模擬器中充填石英沙，將連接子系統(tǒng)兩端分別與注入子系統(tǒng)和模擬子系統(tǒng)連接，然后向注入子系統(tǒng)中導(dǎo)入染色的煤油，通過(guò)調(diào)節(jié)控制閥改變注油速度，通過(guò)改變注入子系統(tǒng)與模擬子系統(tǒng)的高度差來(lái)改變注入壓力，通過(guò)改變充填石英沙的粗細(xì)、模擬器的傾角，觀察油氣在不整合結(jié)構(gòu)體中的運(yùn)移過(guò)程。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種不整合結(jié)構(gòu)體油氣輸導(dǎo)優(yōu)勢(shì)方向物理模擬系統(tǒng)及實(shí)驗(yàn)方法。模擬系統(tǒng)包括由連接子系統(tǒng)連接的模擬子系統(tǒng)和注入子系統(tǒng)，所述的模擬子系統(tǒng)包括底座以及安裝于底座上的模擬器，所述模擬器與底座之間設(shè)置有孔隙，底座與連接子系統(tǒng)相接；所述模擬器為縱截面呈“U”型的透明容器，模擬器的橫截面包括板狀部分、槽狀部分和脊?fàn)畈糠?。本發(fā)明主要用于揭示不整合結(jié)構(gòu)體油氣運(yùn)移優(yōu)勢(shì)方向，同時(shí)根據(jù)不同地質(zhì)背景，改變實(shí)驗(yàn)條件，揭示不整合結(jié)構(gòu)體控藏作用機(jī)理，以指導(dǎo)地層油氣藏勘探。本發(fā)明在外觀上為360°全透明設(shè)計(jì)，實(shí)時(shí)三維觀察油氣在不整合結(jié)構(gòu)體中的運(yùn)移狀態(tài)。同時(shí)，通過(guò)改變傾角、石英沙粒徑、注油壓力等，研究油氣沿不整合結(jié)構(gòu)體運(yùn)移的影響因素。
文檔編號(hào)G01M10/00GK103018003SQ201210408379
公開(kāi)日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月24日
發(fā)明者吳孔友, 查明, 牟雪梅, 李凱旋 申請(qǐng)人:中國(guó)石油大學(xué)(華東)