用于模拟油气藏轻烃垂向微渗漏的实验装置

摘要

本发明的用于模拟油气藏轻烃垂向微渗漏的实验装置，包括：模拟介质单元，包括筒体，和均设置在筒体中并从下至上依次叠置的饱和水储层、直接盖层、多层岩性叠置层和不饱和带；注气及流量测量单元，通过管路与所述模拟油气藏轻烃气体的气体存储腔连通；以及采样分析单元，与所述模拟介质单元连接。通过上述结构，使得实验条件更接近实际地质条件的复杂性，在一定程度上解决轻烃从饱和水地层到潜水面以上不饱和带中的微渗漏机理研究的空白。

说明书

技术领域

本发明涉及油气藏轻烃微渗漏研究技术领域，特别地涉及一种用于模拟油气藏轻烃垂向微渗漏的实验装置。

背景技术

油气藏中的轻烃在地下各种驱动力的作用下，可以以微弱但可检出的量近似垂直地向地表渗漏，这是油气化探的理论基础。轻烃垂向微渗漏普遍存在并可到达表层，已经通过实际观测得以证实，但是轻烃从深部饱水带、不饱和带微渗漏到地表将发生何种变化的整个过程研究较为薄弱。

前人使用有限差分计算对烃类在饱水带中的浮力驱动机制和不饱和带的扩散运移机制做了模拟。其中对饱水带和不饱和带间的过渡带的模拟是借用海洋学“相界面传质的双向阻力理论”(被作为海洋和大气之间气体交换的模型)。如果用这种理论解释地下潜水面外气体的运移情形，由于沉积物或土壤的胶结作用会对气体运移产生阻力，这种模型在解释地下潜水面处气体的运移行为时会存在一些不确定性。另外，不饱和带上部烃类氧化菌对轻烃的降解率为假设，并通过已知区实测反演的方法求得，也存在不确定性。实际勘探中，也发现了潜水面上下烃类组份发生一些难以解释的变化，如潜水面之下乙烷的浓度大于丙烷的浓度，而潜水面之上乙烷的浓度则小于丙烷的浓度，简单理解为交换作用难以解释其真正原因。

上述问题将妨碍对轻烃微渗漏机理的认识，影响油气化探的应用效果。几十年来，由于轻烃垂向微渗漏的机制的复杂性，以及实验装置建设的难度大，检测技术的精度限制等，上述问题一直没有可靠的模拟实验结果的支持。而且国内外所做的模拟轻烃垂向微渗漏的装置解决的问题针对性较强，尚无针对轻烃从深部饱水带、不饱和带微渗漏到地表的机理进行模拟实验研究。

因此，如何解决尚无针对轻烃从深部饱水带、不饱和带微渗漏到地表的机理进行模拟实验研究的问题，是本领域技术人员需要解决的技术问题。

发明内容

本发明提供一种用于模拟油气藏轻烃垂向微渗漏的实验装置，可以在一定程度上解决轻烃从饱和水地层到潜水面以上不饱和带中的微渗漏机理研究的空白。

本发明的用于模拟油气藏轻烃垂向微渗漏的实验装置，包括：模拟介质单元，包括筒体，和均设置在筒体中并从下至上依次叠置的饱和水储层、直接盖层、多层岩性叠置层和不饱和带，其中所述多层岩性叠置层和不饱和带之间为潜水面，所述潜水面以下为饱和水模拟地层，且所述筒体中位于所述饱和水储层的下方设置有用于存储模拟油气藏轻烃气体的气体存储腔；注气及流量测量单元，通过管路与所述气体存储腔连通，使得以一定流量和压力向所述筒体中注入模拟油气藏轻烃气体；以及采样分析单元，与所述模拟介质单元连接，以对所述模拟油气藏轻烃气体经过所述模拟介质单元后变成的微渗漏轻烃气体进行采样及分析。

在一个实施例中，所述筒体中位于所述不饱和带的上方设置有空气存储腔，所述筒体的顶端设置有能够移动的盖子，其中所述盖子上设有用于平衡大气压的针孔。

在一个实施例中，所述饱和水储层主要由石英砂构成，所述直接盖层主要由水泥和石英砂浇铸而成，所述多层岩性叠置层主要由不同粒度的石英砂构成，所述不饱和水带主要由石英砂层和土壤砂层构成，其中所述多层岩性叠置层中位于最上层的石英砂的粒度与所述不饱和水带的石英砂的粒度相同。

在一个实施例中，所述筒体分为多段彼此连接的筒段，所述饱和水储层、直接盖层、多层岩性叠置层和不饱和带的土壤砂层放置在不同的筒段中，而所述多层岩性叠置层的位于最上层的石英砂和所述不饱和水带的石英砂层设置在同一筒段中。

在一个实施例中，所述气体存储腔和饱和水储层之间通过金属滤片及半透膜分隔。

在一个实施例中，所述筒体设置在支架上，其中所述支架设置有顶端抵靠在所述筒体上的圆锥形侧壁。

在一个实施例中，所述采样分析单元包括用于采集所述模拟介质单元中的微渗漏轻烃气体的采样探头，其中除所述直接盖层外的各层均设置有所述采样探头。

在一个实施例中，所述采样探头的前端为设置有微孔疏水膜的透气阻水口，所述采样探头的中部设置为集气腔，所述采样探头的末端包括设置在所述采样探头的锥形阀杆上的抽气压帽和取气密封垫。

在一个实施例中，所述注气及流量测量单元包括存储有所述模拟油气藏轻烃气体的气瓶，通过管路与所述气瓶连接的计量容器，通过管路与所述计量容器连接并用于向所述筒体中注入所述模拟油气藏轻烃气体的活塞容器，其中，所述计量容器设置有智能电容液位计，所述计量容器和活塞容器均设置在恒温水浴槽中。

在一个实施例中，所述模拟油气藏轻烃气体的组份根据凝析气藏湿气的组成比例配置。

相对于现有技术，本发明的用于模拟油气藏轻烃垂向微渗漏的实验装置包括设有饱和水储层、直接盖层、多层岩性叠置层和不饱和带的模拟介质单元，使得实验条件更接近实际地质条件的复杂性，在一定程度上解决轻烃从饱和水地层到潜水面以上不饱和带中的微渗漏机理研究的空白。

附图说明

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。

图1是本发明的用于模拟油气藏轻烃垂向微渗漏的实验装置的结构示意图。

图2是本发明的模拟实验过程中轻烃的变化结果示意图。

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

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

本发明的用于模拟油气藏轻烃垂向微渗漏的实验装置包括用于模拟地层的模拟介质单元。模拟介质单元包括筒体9，和均设置在筒体9中并依次向上叠置的饱和水储层1a、直接盖层2a、多层岩性叠置层3a和不饱和带38。其中，多层岩性叠置层3a和不饱和带38之间为潜水面4a，潜水面4a以下为饱和水模拟地层37，即饱和水储层1a、直接盖层2a和多层岩性叠置层3a称为饱和水模拟地层37。在筒体9中位于饱和水储层1a的下方设置有气体存储腔22，以存储模拟油气藏轻烃气体。通过上述方式设置，可以模拟轻烃进入储层，再从油气储层穿过饱水的盖层、上覆地层到达潜水面4a以上介质中的微渗漏机理，为有效地化学勘探指标选择和异常解释评价提供依据，提高油气化探应用效果，在一定程度上解决轻烃从饱和水地层到潜水面4a以上不饱和带38中的微渗漏机理研究的空白。饱和水储层1a和气体存储腔22之间可以通过金属滤片及半透膜23分隔，以能够使模拟油气藏轻烃气体有效地通过。

饱和水储层1a主要由粗粒级(大于120目)石英砂构成，直接盖层2a主要由水泥和石英砂(可以为120目)浇铸而成，多层岩性叠置层3a主要由不同粒度(例如为20目、80目和120目)的石英砂构成，不饱和水带主要由石英砂(如120目)层和土壤砂层构成。在一个例子中，如图1所示，粗砂层24作为饱和水储层1a，人造盖层25作为直接盖层2a，细砂层26、粉砂层27、饱和水细砂层28和位于潜水面4a以下的粉砂层29作为多层岩性叠置层3a，位于潜水面4a以上的粉砂层29和砂土层30作为不饱和带38(也可以称为饱气模拟地层)。其中，多层岩性叠置层3a的粉砂层29的粒度与不饱和带38的粉砂层29的粒度相同，以方便设置。通过上述方式设计，可以使得实验条件更为接近实际地质条件的复杂性，以能够提高模拟实验的准确性和真实性。

进一步地，筒体9可以为有机玻璃筒体9，且从上至下分为多段筒段，相邻的两个筒段之间可以通过例如法兰36连接，在法兰36端面上开有密封槽，密封槽内装有密封圈，在对接好筒段后用双头螺柱将管段紧密连接在一起。由于筒体9高度甚至可以达到2.9m，当将筒体9分段后，可以逐层垒设各段，以方便设置或更换筒体9中的填充介质。粗砂层24、人造盖层25、细砂层26、粉砂层27、饱和水细砂层28放置在不同的筒段中，而位于潜水面4a以下的粉砂层29(多层岩性叠置层3a的粉砂层29)和位于潜水面4a以上的粉砂层29(不饱和带38的粉砂层29)位于同一筒段中，与上述的各介质层位于不同的筒段中。通过上述方式设置，结构简单，便于更换和安装各层的填充介质。

在一个更为具体的例子中，粗砂层为14-16cm，人造盖层25为14-16cm，细砂层26为29-31cm，粉砂层27为39-41cm，饱和水细砂层28为39-41cm，粉砂层29(多层岩性叠置层3a和不饱和带38的粉砂层总和)为39-41cm，砂土层30为54-56cm。即，饱和水储层1a的高度为14-16cm，直接盖层2a的高度为14-16cm，多层岩性叠置层3a的高度为128-132cm，不饱和水带的高度为73-77cm。通过上述方式设置，可以在保证筒体9的高度位于安全范围内时有效地保证模拟油气藏轻烃气体的微渗漏过程和时间，提高模拟实验的准确性和真实性。此外，各个层的孔隙度和渗透率可以均不相同，可以根据具体需要具体设定。

此外，在筒体9的下端可以设置有支架，支架的底部为平板状而侧部为顶端抵靠在筒体9上的圆锥形板，以通过支架支撑筒体9，提高筒体9的稳固性。在支架的下端还可以设置滚轮，以方便移动筒体9。

另外，在筒体9中位于不饱和带38的上方设置有空气存储腔39，筒体9的顶端设置有能够移动的盖子31，且盖子31上设有用于平衡大气压的针孔32。可以在盖子31上设置带有孔眼的管体来构造成针孔。通过上述方式设置，可以进一步提高模拟时的真实性，提高实验的准确性。

本发明的实验装置还包括通过管路与筒体9的内部连通使得以一定流量和压力向筒体9中注入模拟油气藏轻烃气体的注气及流量测量单元，管路可以设置在筒体9的下方，模拟油气藏轻烃气体直接进入到气体存储腔22中。注气及流量测量单元包括存储有模拟油气藏轻烃气体的气瓶1，通过管路与气瓶1连接的计量容器15，通过管路与计量容器15连接并用于向所述筒体9中注入模拟油气藏轻烃气体的活塞容器10。注气及流量测量单元还包括计算机19，压力变送器的输出信号经计算机19检出处理，可以有效控制实验过程计量容器15内压力的稳定性，从而也保证活塞容器10内活塞11上端气体(烃气)输出过程压力的稳定性，活塞11上可以设置0型密封圈12，以保证与活塞容器10的密封性。其中，计量容器15中设置有水20，计量容器15通过螺栓14与智能电容液位计5连接，智能电容液位计5的探极置于密封的计量容器15内，以对计量容器15内的液位(水20)的微量变化进行精确地测量，其测量的输出信号由计算机19接受，从而准确地计算活塞容器10的活塞11上端的模拟油气藏轻烃气体在单位时间内流损的微小变化。

进一步地，在连接各个容器的管路上根据需要对应设置有气瓶阀2，减压稳压阀3，电磁阀4、8、13，手控截止阀6、16、18，与活塞容器10连接的压力变送器7，接头17等。计量容器15和活塞容器10均设置在恒温水浴槽21中。

本发明的实验装置还包括对模拟油气藏轻烃气体经过模拟介质单元后变成的微渗漏轻烃气体(经过模拟介质吸附、水溶后，微渗漏轻烃气体的组份百分比与模拟油气藏轻烃气体的组份百分比不同)进行采样及分析的采样分析单元。采样分析单元包括设置在模拟介质单元中的采样探头，除直接盖层2a外的各层均设置有采样探头。采样探头前端(置于模拟介质单元中的一端)是由半透膜包裹的多孔砂芯33以构成透气阻水口，与固、液、气混合物直接接触。透气阻水口的主要配件是透气阻水膜片，这是一种厚度只有0.3mm的微孔疏水薄膜，不耐压，仅靠薄膜两边的微压差(一般低于大气压)作用，气体从压力略高的一边向压力略低的一边渗透聚集，如果薄膜的两边压力相等，但有浓度差异，气体则进行扩散聚集。探头的中间部分是由金属毛细管34构成的集气腔，末端(位于模拟介质单元的外侧一端)是取气口35，由抽气压帽、取气密封垫设置在采用探头的锥形阀杆上而构成，在使用时可以用色谱进样器的针头插入密封垫，从集气腔中抽出气体。

另外，在进行实验时，可以根据已知凝析气藏湿气的组成比例配置模拟油气藏轻烃气体的组份，以使模拟油气藏轻烃气体与实际的地质条件下油气藏的气体在组成上相似，提高实验准确性。

利用该模拟实验仪对油气藏轻烃通过饱水地层、潜水面、饱气土壤层垂向微渗漏的过程及变化规律进行了长达一年的模拟，轻烃变化结果如图2所示(其中H表示高度，横坐标轴表示微渗漏轻烃的浓度，101表示岩性剖面，102表示C₃H₈，103表示C₂H₆，104表示CH₄)，揭示了微渗漏轻烃浓度在地层剖面垂向上具有明显旋回性、阶段性；单体烃浓度指标不能作为研究油气垂向微渗漏的有效指标。潜水面之上轻烃组份浓度均符合甲烷>乙烷>丙烷的普遍化规律，不支持国外学者数值模拟和已知油田实测结果甲烷>丙烷>乙烷。上述结果对油气化探轻烃指标的应用具有重要的指示意义。

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。