多相流体沿输导层差异聚集过程的物理模拟装置的制作方法

1.本实用新型涉及油气成藏的实验模拟装置，具体涉及多相流体沿输导层差异聚集过程的物理模拟装置。


背景技术：

2.油气在地下的聚集是在圈闭中的输导层发生的，因此模拟油气在圈闭里的聚集过程是油气成藏机理研究的核心内容。输导层是沉积盆地中油气运移的重要通道，是指内部可以运移聚集石油和天然气的渗透性地层。输导层褶皱变形、顶面拱起及上方和四周被非渗透性盖层所封闭的地质构造是背斜圈闭。油气在地下的运聚过程实际上是经过输导层对多个圈闭进行不同程度充注的过程。因此，多圈闭下的油气充注过程是研究油气成藏过程的重要任务。在饱含地层水的储集层中，由于油气水的密度差，油气在浮力作用下向上倾方向运移，石油、天然气和水沿疏导层差异聚集，气通常占据背斜的顶部，油居中分布，水位于底部承托着油气，在同时具备储集层和封闭条件的构造部位(圈闭)汇聚起来形成油气藏。当圈闭中充满了油气，下倾方向仍有油气来源时，油气在开始向外溢出的点，是圈闭的溢出点，该点控制了圈闭能够储存油气的最大量。从圈闭中该储层的最高点到溢出点之间的海拔高差，为该圈闭的闭合高度。油气运聚机理是油气藏定位和油气勘探部署的基础，开展物理模拟实验是研究油气运聚机理的有效方法之一，因此，需要有能够模拟多相流体沿输导层差异聚集过程的物理模拟装置，模拟油气在输导层联通下经过多圈闭的运聚过程的观测，便于加深实验人员对油气差异聚集过程及原理的理解。


技术实现要素：

3.本实用新型解决目的在于提供多相流体沿输导层差异聚集过程的物理模拟装置，真实模拟地下储层中流体的赋存环境，构造与地质背景相似的场景；从而实现在静水条件和动水条件下观测多相流体沿输导层差异聚集过程，实现了输导层联通下的模拟油气经过多圈闭的运聚过程的演示观测，从而便于加深实验人员对油气差异聚集过程及原理的理解。
4.本实用新型通过下述技术方案实现：
5.多相流体沿输导层差异聚集过程的物理模拟装置，包括透明管、含动力装置的流体储集罐、流体回收罐、高压增压装置，所述透明管由多个背斜圈闭状的连续弯曲段首尾相接，且多个连续弯曲段的高度沿透明管进口端到出口端的方向逐渐升高，透明管的进口端低于出口端；所述透明管的进口端通过输入管与流体储集罐连通，所述透明管的出口端通过输出管与流体回收罐连通，在所述输入管和输出管上均设有阀门，所述高压增压装置与流体储集罐连接，用于使流体储集罐中的流体在透明管中以逆流的方式流向流体回收罐。
6.为了能够真实模拟地下储层中流体的赋存环境，从而实现多相流体沿输导层差异聚集过程的观测，本实用新型通过设置含动力装置的流体储集罐、流体回收罐、高压增压装置，其中，流体储集罐用于存储待观测的多相流体，通过由多个背斜圈闭状的连续弯曲段连
通而成的透明管，透明管的各个弯曲段程度逐渐升高，代表地下处于倾斜地层中溢出点逐渐升高的连续圈闭的分布形态，由于真实地层条件为断续非线性压力变化环境，且流体是从地底向地面逆向流动，因此透明管的进口端靠近水平面，出口端在进口端上方，所以需要采用高压增压装置，为流体充注提供动力，使流体储集罐中的流体在透明管中可以以逆流的方式流向流体回收罐，透明管与流体储集罐和流体回收罐之间都安装有阀门，用于控制流体的流速和流量，实现将疏导层与多个圈闭相结合实现油气运移、聚集的多相流体沿输导层差异聚集过程的物理模拟，真实恢复了油气在地下充注过程的物理模拟，相关模拟实验结果可以为油气运聚机理提供依据，为油气勘探和开发提供油气运聚的参数。
7.进一步地，流体储集罐用于存储待观测的三相流体，分别是空气、煤油和水，可以真实模拟地下储层中流体的赋存环境，透明管内多个弯曲段能实现空气、煤油和水的空间差异分布，体现流体在压力和重力作用下产生的分异，实现对地质原理的完整演示，因此所述流体储集罐包括相互独立的三个流体区域，所述输入管叉分为三根输入导管，分别与每个流体区域连通，且叉分的三根输入导管上分别设有阀门，用于分别控制不同流体的流速和流量；所述流体回收罐包括互相独立的三个回收区域，所述输出管叉分为三根输出导管，分别与每个回收区域连通。
8.进一步地，所述三根输出导管上分别设有阀门或在透明管与输出管的叉分处之间设有一个阀门。
9.进一步地，所述高压增压装置为人工增压器，所述动力装置为液压流体柱装置，所述高压增压装置与所述动力装置通过压力管连通，所述压力管叉分为三个分支，分别与流体储集罐的三个流体区域连通，且三个分支上均设有阀门。
10.进一步地，所述背斜圈闭状的连续弯曲段为对称背斜状，透明管用于模拟背斜圈闭地质构造，为了使实验更具科学性，采用控制实验变量，且多个连续弯曲段的高度沿透明管进口端到出口端的方向均匀升高。
11.进一步地，为了使实验更具科学性；根据实际的地质构造对连续弯曲段的形状和个数进行调整，每个背斜圈闭状的连续弯曲段皆有波峰和波谷，所述波峰和波谷之间的高度差为5厘米～15厘米。
12.进一步地，相邻两个连续弯曲段的波峰之间的高度差为5厘米～15厘米。
13.进一步地，所述透明管设置有3～5个连续弯曲段。
14.进一步地，所述透明管、流体储集罐和流体回收罐均为高硼硅玻璃制成。
15.进一步地，所述流体储集罐和流体回收罐均为透明罐，且所述流体储集罐的容积为所述透明管体积的4倍。
16.本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
17.本实用新型通过使用流体储集罐分区存储三相流体，真实模拟地下储层中流体的赋存环境，透明管采用多个背斜圈闭状的连续弯曲段模拟背斜圈闭地质构造，且多段设置有利于实现气、油和水的空间差异分布，体现流体在压力和重力作用下产生的分异，实现对地质原理的完整演示；模拟圈闭的透明管的进口端在下、出口端在上，设计与油气从底部位产生并向高部分运移的地质背景相似，采用人工增压装置，真实模拟地层条件下的断续非线性压力变化环境和流体从下往上流动的路径；实现在静水条件和动水条件下观测多相流体沿输导层差异聚集过程的模拟，可进行输导层联通下的模拟油气经过多圈闭的运聚过程
的观测，从而便于加深实验人员对油气差异聚集过程及原理的理解。
附图说明
18.为了更清楚地说明本实用新型示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
19.图1是本实用新型的多相流体沿输导层差异聚集过程的物理模拟装置结构示意图。
20.附图中：
21.1-透明管，11-连续弯曲段，2-流体储集罐，21-流体区域，3-流体回收罐，31-回收区域，4-输入管，41-输入导管，5-输出管，51-输出导管，6-阀门，7-高压增压装置，71-压力管。
具体实施方式
22.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。
23.在以下描述中，为了提供对本实用新型的透彻理解阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本本实用新型。在其他实施例中，为了避免混淆本本实用新型，未具体描述公知的结构、电路、材料或方法。
24.在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本实用新型至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。
25.在本实用新型的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。
26.实施例1
27.本实施例提供一种多相流体沿输导层差异聚集过程的物理模拟装置，包括透明管1、含动力装置的流体储集罐2、流体回收罐3、高压增压装置7，所述透明管1由多个背斜圈闭状的连续弯曲段11首尾相接连通设置，且多个连续弯曲段11的高度沿透明管的进口端到出口端的方向逐渐升高，所述透明管1的进口端通过输入管4与流体储集罐2连通，所述透明管1的出口端通过输出管5与流体回收罐3连通，在所述输入管4和输出管5上均设有阀门6，透明管1的进口端距离水平面的高度低于出口端，所述高压增压装置7与流体储集罐2中的动
力装置连接，用于使流体储集罐2中的流体在透明管1中以逆流的方式流向流体回收罐3。
28.其中，透明管1、流体储集罐2和流体回收罐3均为高硼硅玻璃制成；输入管4、输出管5可采用塑料管或橡胶管；如图1所示，流体储集罐2为透明罐体，具体地，可将罐壁厚设为2-3毫米，可观测到其中的流体，用于存储待观测的三相流体，可以真实模拟地下储层中流体的赋存环境，透明管1内多个弯曲段能实现空气、煤油和水的空间差异分布，体现流体在压力和重力作用下产生的分异，实现对地质原理的完整演示，因此所述流体储集罐2包括相互独立的三个流体区域21b1、b2、b3，分别存储空气、煤油和水；所述输入管4叉分为三根输入导管41，分别与每个流体区域21连通，且叉分的三根输入导管41上分别设有阀门6，用于分别控制不同流体的流速和流量；流体回收罐3用于回收煤油、水、空气，避免环境污染，因此，流体回收罐3也可使用罐壁厚为2-3毫米的高硼硅玻璃罐，分区存储三种流体。具体地，所述流体回收罐3包括互相独立的三个回收区域31c1、c2、c3，所述输出管5叉分为三根输出导管51，分别与每个回收区域31连通；所述三根输出导管51上分别设有阀门6或在透明管1与输出管5的叉分处之间设有一个阀门6。上述阀门6均能够不同程度开启，从而便于对流体的流量进行调节。
29.具体地，透明管1的材质为高硼硅玻璃管，内径为2cm左右，管壁厚2-3mm，材质呈无色透明、内部光滑不易吸附煤油从而不影响对多相流体沿输导层差异聚集过程的物理模拟实验观测；透明管1尺寸大小设置为水平长度为130cm，竖直高55cm，该尺寸便于操作；且接口光滑，不易划伤操作人员。
30.所述流体储集罐2和流体回收罐3均为透明罐，且所述流体储集罐2的容积为所述透明管1体积的4倍，进一步可以设置10-15升，此外，可以再透明罐上标注刻度，从而便于实际操作。
31.具体地，根据实际的地质构造对连续弯曲段11的形状和个数进行调整，所述透明管1设置有3～5个连续弯曲段11，如图1所示，设置三个连续弯曲段11，每个背斜圈闭状的连续弯曲段11皆有波峰和波谷，所述波峰和波谷之间的高度差为5厘米～15厘米；相邻两个连续弯曲段11的波峰之间的高度差为5厘米～15厘米，本实施例中设置为10厘米。
32.所述背斜圈闭状的连续弯曲段11为对称背斜状，透明管1用于模拟背斜圈闭地质构造，为了使实验更具科学性，采用控制实验变量，且多个连续弯曲段11的高度沿透明管进口端到出口端的方向均匀升高。
33.可以理解的是，为了使实验更具科学性；背斜圈闭形状为顶面向上拱起的形状，其具有最高点和最低点，本实施例中，观测段的背斜圈闭为对称背斜，不同圈闭溢出点高度呈阶梯状升高，间隔高度可设置为10cm，目的是控制实验变量，使实验更具科学性；背斜圈闭的个数设置可为3个，使实验更具科学性；但实际上可以根据实际的地质构造对形状和个数进行调整。
34.所述高压增压装置7为人工增压器，可以通过人对施加的压力进行控制，所述动力装置为液压流体柱装置，所述高压增压装置7与所述动力装置通过压力管71连通，所述压力管71叉分为三个分支，分别与流体储集罐2的三个流体区域21连通，且三个分支上均设有阀门，使用人工增压器可以模拟地底断续非线性压力变化环境，如果使用自动增压装置会使得到的流体速度为连续稳定状态，不符合实际地底流体流动状态。
35.本实用新型多相流体沿输导层差异聚集过程的物理模拟装置可以进行对石油、空
气在输导层内二次运移时，油气水三相流体在运移过程中的相态分布、聚集过程中的相平衡情况、静水条件和动水条件的运移情况的观测实验，则利用如图1所示的模拟装置进行模拟的过程为：
36.1)静水条件下:打开流体储集罐2的连通水的流体区域21的输入导管41上的阀门6，通过人工增压器增压的方式，向透明管1内注满水；
37.2)随后打开煤油流体区域21的输入导管41上的阀门6，向所述透明管1注入煤油直至三个背斜圈闭都含有煤油；
38.3)最后打开空气流体区域21的输入导管41上的阀门6，向所述透明管1注入少量气体；
39.4)接着关闭输出导管51上的阀门6；
40.5)待所述透明管1中的液面稳定后，观察背斜圈闭的溢出点、闭合高度、油水界面、气油界面、气顶高度和含油高度；
41.6)动水条件下：打开透明管1进口端水的输入导管41上的阀门6和出口端输出导管51的阀门6，使透明管1的出水速度与进水速度平衡，待所述透明管1内液面稳定后，观察油水界面和气油界面。
42.其中，出水速度与进水速度平衡指出水速度与进水速度相同或大致相同；可以通过传输水的输入导管41上的阀门6、输出导管51上的阀门6开启程度来控制进水速度与出水速度平衡。
43.以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。