一种断面控油气运移物理模拟实验装置及实验方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及油气运移与聚集物理模拟技术领域，具体地说，涉及一种断面控油气运移物理模拟实验装置及实验方法，通过观察不同断面形态对油气运移影响，以及改变断面倾角时断面控油关系的变化，从而示踪断面控油气运移路径和运移过程的物理模拟方法。
【背景技术】
[0002]岩层或岩体破裂错开，沿两盘发生相对移动的面，称断层面。断层面有的平直，有的弯曲。在不同的地质条件下，会形成不同地质形状和不同形态的断层面(简称断面)。断面形态影响了断层流体运移的方向和路径。断面形态在空间上的不规则性主要体现在纵向上和走向上断面形态的起伏差异。
[0003]在纵向上，根据不同深度断面陡缓的相对变化，断面产状可以划分为上陡下缓型、平直型和上缓下陡型等3种基本类型，其中倾角较小的层段有利于油气的聚集和油气向两端砂体中运移，其中倾角越大、弯度越少的层段，越有利于油气的垂向运移。倾角越大的多条断层组成的断裂系统往往成为油气垂向运移的优势运移通道。在走向上，根据断面产状可以划分为平整性(平面型)、上凸型和下凹型。根据以往的认识，凸面断层使流线汇集形成垂向的优势运移通道，凹面断层使流线向上呈发散状。同时，对于凸面断层，由于与断面接触并在断面上方的砂体体积较小，不利于油气向砂体中运移，而有利于油气的垂向运移；对于凹面断层，与断面接触并在断面上方的砂体体积较大，有利于油气向砂体中运移形成聚集。烃类供给量的多少控制有效断面优势运移通道的运载量。若烃类供给量较小，整个断面可能只有部分成为油气优势运移通道，且运载量小，而其他的断面部分在整个地质历史时期可能对油气运移一直无效。
[0004]油源断裂发育部位烃源岩的排烃强度和超压程度越强，断面优势运移通道运载油气的距离就越长，也越有利于浅层油气的聚集。对于非油源断裂，只有在断裂通过骨架砂体、储层、不整合面与油源断裂或烃源岩沟通的情况下才可能成为有效油气运移通道。
[0005]针对断面对油气运聚的重要性，很多学者展开了研究。譬如，Hindle (1997)研究认为，断层面的几何形状和产状对油气运移路径有着重要的影响，认为油气沿断层的运移是一个复杂的过程，从二维剖面上看油气可能是从断层上盘经断层垂向调整后进入下盘，而在三维模型上可以看出上、下盘其实存在岩性并置，断层面的垂向运移并没有发生。Anthony等(2004)通过直立断层和倾滑断层模型，应用有限元数值模拟方法，对断层交汇区的断层位移、应力(剪切应力、差应力)及扩容变化进行了研究，结果表明:(a)应力变化引起上部页岩层内断层交叉点附近开启一个三角形的高扩容带，成为油气突破盖层的充注通道；(b)在较高的应变下，扩容也发生于活动断层面，但是总体积应变增加低于断层交叉点附近。相比之下，剪切应变在活动断层面上一般要高于高扩容三角区域计算的剪切应变增加低于断层交叉点附近。相比之下，剪切应变在活动断层面上一般要高于高扩容三角区域计算的剪切应变值。孙同文(2012)认为断裂输导具有沿断裂纵向方向、走向方向和横穿断层面方向3个运移分量，与此相对应断裂输导形式分为“2类4型”，包括沿断层面输导和横穿断层面输导两大类，其中沿断层面输导又分为沿断裂纵向向上、沿断裂向下“倒灌”和沿断裂走向输导3类。
[0006]随着近年来钻井数据增多及研究的深入，沿小断面的矿物脉充填(Gudmundsson，2001)、钻遇断裂带岩心含油情况(陈伟，2011)及钻遇的“断裂空腔”沥青(蒋有录和刘华，2010)等均可为断裂输导流体(油气)提供直接证据。油田勘探结果更是表明了断裂对油气运聚成藏的重要性，罗群等(2007)对全国18个盆地、40个典型油气田统计表明，70%以上的油气成藏都与断裂有关，在这其中，断裂对油气运移输导的控制率达到72.5%，对油气分布控制达到80%，其中绝对控制为42.5%，明显控制达37.5%ο由此可见，含油气盆地(尤其是断陷盆地)中断裂对油气的运移与成藏起着非常重要的作用，研究断面控藏的规律可以有效地指导油气勘探，降低生产的风险。
目前针对断面控藏作用的研究，多是根据大量勘探实践数据和测试数据，针对地质剖面进行解剖分析。相关的与断裂有关的油气运聚机理物理模拟基本都是在一个大的砂箱内进行，通过在砂箱内购置不同地质模型，来模拟或验证某个地区的油气运移聚集规律，尚没有发现专门针对断面控油机理研究的实验装置和实验方法。
【发明内容】
[0007]为解决上述技术问题，本发明特别涉及了一种断面控油气运移物理模拟实验装置及实验方法。本发明中的凸型、凹型和平面型断面体的一体化设计，断面体与砂体运载层联接的实验模型，可改变断面倾角的断面控油实验设计，可同时实现对断面体形态、断面倾角对油气运移路径影响的研究。
[0008]—种断面控油气运移物理模拟实验装置，包括前排砂箱、断面模拟器、后排靠板、底板、流体注入装置及流体排出装置，所述断面模拟器位于前排砂箱与后排靠板之间，所述底板位于前排砂箱、断面模拟器及后排靠板的底部；所述断面模拟器包括凹形断面体、凸型断面体和平面断面体，以及位于三个断面体下端的防砂板；所述前排砂箱及三个断面体的内部均为空腔；所述前排砂箱的前面底部靠近三个断面体的位置分别设有注油口，与流体注入装置连接；所述三个断面体上靠近后排靠板的一端分别设有出油口，与流体排出装置连接。
[0009]进一步的，所述前排砂箱、断面模拟器、后排靠板、底板的材质均为防高压的无色透明玻璃。
[0010]进一步的，所述凹形断面体、凸型断面体和平面断面体的厚度相同为3-5cm。
[0011]进一步的，在所述凹形断面体、凸型断面体和平面断面体之间分别设有插槽，用于插入薄层插板，所述薄层插板是非渗透性的薄层玻璃板或渗透性的防砂板。
[0012]进一步的，所述防砂板是由带微孔的薄层聚丙烯材料制成的，微孔孔径为75-100 μmD
[0013]进一步的，所述流体注入装置包括相连接的输油桶和输油软管，所述输油桶的进口端与高压栗相连，所述输油软管的出口端与前排砂箱上的注油口连接；所述输油软管上依次配有稳压阀、压力表和流量仪。
[0014]进一步的，所述流体排出装置包括相连接的输出软管及流体收集瓶，所述输出软管的进口端与断面模拟器上的出油口连接，所述输出软管上配有流量仪。
[0015]进一步的，所述断面体的顶端及底端分别设有多个卡板，所述前排砂箱及后排靠板的对应位置设有卡槽。
[0016]本发明的一种油气运聚物理模拟实验方法，具体为:
O实验前准备:对实验前的油气成分进行检测分析，记录实验数据；按实验要求选择石英砂，用水浸润；
2)组装本发明的实验装置:在前排砂箱和断面体中充填浸润后的石英砂，断面体中插入薄层插板，震荡5-10min ;然后将模拟实验装置组装固定；
3)模拟实验过程:调整断面体模拟器的倾斜角度；从注油口中注入油气，观察油气的运聚现象，并实时照相或录像；
4)实验结果分析:从出油口中分别采集实验后的油气产物，标上样品标记；达到实验要求后，停止物理模拟实验；对油气产物进行地球化学检测，分析实验过程，总结油气运聚机理。
[0017]进一步的，所述前排砂箱中充填250-750 μ m粒径的石英砂岩，断面体中充填750-1500 μ m粒径的石英砂。
[0018]与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是:1)本发明实现了凸型、凹型和平面型断面体的一体化设计，可简单、快捷