一种油气藏形成与改造作用的教学实验装置的制作方法

本发明涉及教学领域，更具体地说，涉及一种油气藏形成与改造作用的教学实验装置。

背景技术：

地下岩层深处的圈闭与油气藏是石油与天然气勘探开发的直接对象，也是相关行业的重要专业知识点。圈闭是储集层中能够聚集并保存油气的场所；圈闭中聚集了一定数量油气便构成油气藏。油气藏中的油、气、水流体按重力分异。但由于其属于“看不见、摸不着”的地下构造实体，圈闭和油气藏特征、油气藏的形成与改造机理历来都是相关专业教学的难点所在。在教学中，学生仅依据教科书所示其平面特征图、剖面特征图以及文字描述，往往难以充分理解圈闭和油气藏的三维空间特征，更难以理解油气藏形成与改造的复杂过程。传统教辅所用积木块式圈闭模型虽然能一定程度示意圈闭的立体形态特征，但由于无法涉及油气水流体，因此无助于理解油气藏的形成与改造作用；近年来发展的flash教学动画，虽具有虚拟示意性却仍无法展示三维特征与流体本身。因此，目前的圈闭/油气藏教学模型不能很好地满足教学的需求，缺乏一套合适的油气藏形成与改造作用教学实验装置。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述目前的圈闭及油气藏教学模型不能很好地满足教学的需求，提供一种油气藏形成与改造的教学实验装置，既能用真实的油气水流体为使用者展示油气运移与油气藏形成的过程，又能通过改变成藏条件模拟油气藏改造的过程。

本发明为解决其技术问题，所采用的技术方案是构成了一种油气藏形成与改造作用的教学实验装置，包括下部箱体，下部箱体具有上面板，下部箱体内设置有油泵、气泵、水泵、储水装置以及储油装置，所述上面板上固定有上部圈闭及油气藏的三维可视化教学模型；所述三维可视化教学模型具有进油口、进气口、进水口、出水口以及进出水口，所述油泵通过管道分别连接至所述进油口及所述储油装置，所述水泵通过管道分别连通至所述储水装置、所述进水口、所述出水口以及所述进出水口，所述气泵通过管道连通至所述进气口，所述气泵的入口连通空气；

所述储水装置与所述进水口之间依次连通有所述水泵、所述三通、所述第一单向阀、所述第一阀门(3#)，所述储水装置与所述出水口之间连接有所述第二阀门(6#)，所述储水装置与所述进出水口之间依次连通有所述水泵、所述三通、所述第二单向阀、所述第三阀门(2#)，所述储水装置与所述进出水口之间还可通过第四阀门(7#)连通；其中，所述三通的三个接口分别连通所述第一单向阀、所述第二单向阀以及所述水泵，所述第一单向阀及所述第二单向阀的导通方向分别为所述储水装置至所述进水口及所述进出水口。

优选地，在本发明的教学实验装置中，所述下部箱体内还设置有电机，电机通过传动装置与所述下部箱体的上面板连接以驱动所述上面板进行前后倾斜和/或左右倾斜。

优选地，在本发明的教学实验装置中，所述下部箱体上固有多个开关，分别电连接并控制所述电机、所述油泵、所述气泵及所述水泵。

优选地，在本发明的教学实验装置中，所述下部箱体的至少一个侧面上具有箱门，所述上面板与各个侧面板独立设置，且所述上面板的横截面小于各个侧面板所包围的横截面。

优选地，在本发明的教学实验装置中，所述下部箱体的底部具有多个车轮以及与车轮相适配的刹车装置。

优选地，在本发明的教学实验装置中，所述圈闭及油气藏的三维可视化教学模型包括透明材料制成的楔状容器，楔状容器倾斜设置，内部填充有透明的颗粒状填充物，楔状容器的顶、底面同时向上突起形成多个隆起以构成多个背斜圈闭，楔状容器的一处局部错开连通以构成一个断层圈闭。

优选地，在本发明的教学实验装置中，所述透明材料为玻璃或有机玻璃，所述颗粒状填充物为玻璃珠或者有机玻璃珠。

优选地，在本发明的教学实验装置中，所述上部楔状容器由透明支撑板制成的底座固定于所述下部箱体的上面板上。

优选地，在本发明的教学实验装置中，所述楔状容器的上倾端上倾并形成一个扁平状的尖端。

优选地，在本发明的教学实验装置中，所述楔状容器上还有用于放入或者倒出所述颗粒状填充物的开口，所述开口上设置有与之大小对应的可拆卸连接的挡板。

本发明的圈闭及油气藏的教学实验装置，装置上部为采用透明质材制作了一个三维立体可视化模型容器，其中集成了断层型、背斜型、上倾尖灭岩性型、水动力型等多种类型圈闭，圈闭中可充填不同粒径的玻璃珠模拟砂岩储集层。装置下部为一箱体，下部箱体内设置了连接模型容器的流体充注与排放系统，包括电动水泵-水管-阀门、油泵-油管-阀门、气泵-气管-阀门，能有效为模型注入或排放水、油和气；下部箱体还配置了支撑动力系统，能使可视化油气藏模型整体发生左右差异升降或前后倾斜一定角度，以改变模拟实验条件。本发明有效地帮助使用者理解圈闭及油气藏的三维空间概念、不同类型的特点、油气藏形成与改造的影响因素等专业知识。箱体底部的移动系统，拓展了本发明的适用范围，可用于实验室内外的各种场所进行实验教学与科普展示活动。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明油气藏形成与改造作用的教学实验装置的整体结构示意图；

图2是本发明的多类型圈闭及油气藏的三维可视化教学模型的立体示意图；

图3是图2中A-A’剖面中关于夹于顶、底面之间的储层厚度变化的示意图；

图4是图2中三维可视化教学模型的俯视图；

图5是本发明的油气藏形成与改造作用的教学实验装置的原理示意图。

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，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

图1是本发明的油气藏形成与改造作用的教学实验装置的整体结构示意图。本实施例中，该教学实验装置具有下部箱体11，下部箱体11为长方体结构，包括四个侧面板、上面板13以及底板，下部箱体11内部空心，其中一个侧面板由两个箱门12组成，左侧箱门12可绕最左侧轴线进行旋转，右侧箱门12可绕最右侧轴线进行旋转，从而可以对下部箱体11进行打开或者关闭。下部箱体11内设置有电机，电机连接传动机构，上面板13固定于传送机构上，上面板13的各个边沿的长度对应地小于其所在下部箱体11边沿的长度，因此上面板13横截面小于各个侧面板所包围的横截面，电机可驱动上面板13进行前后倾斜和左右倾斜。上面板13上固定有圈闭及油气藏的三维可视化教学模型，通过电机控制上面板13进行倾斜，可以模拟出油气藏在地层发生左右，或前后倾斜时的变化。

参考图2、图3以及图4，其中图2为本发明的多类型圈闭及油气藏的三维可视化教学模型的立体示意图，图3是图2中A-A’剖面中关于储层厚度变化的示意图，图4是图2中三维可视化教学模型的俯视图，其中图2和图4中标注出了等高线。该三维可视化教学模型具有透明玻璃制成的楔形容器，楔形容器为由5个面构成的楔状体，其顶、底面为根据典型类型圈闭的储层构造特征加工成的曲面，前、后侧面为近楔形的平面，下倾端为近等宽的平面；容器上倾端则顶、底面重叠，由透明支撑板支撑的底座9支撑，底座9也被优选为透明玻璃制成。

楔形容器内填充有透明的颗粒状填充物——玻璃珠，通过透明玻璃珠模拟地下岩层结构，教学时学生能够观看到油、气、水在楔形容器内部的变化，理解油气藏的形成过程以及破坏过程。楔形容器的顶、底面同时向上突起形成多个隆起构成多个背斜圈闭，这多个隆起的内部相连通，隆起内部空心，各个隆起分别形成圈闭或者是油气藏。楔形容器上具有进油口5、进气口6以及进出水口：下倾端进水口7、上倾端进出水口8以及下倾端出水口14；进油口5、进气口6、下倾端进水口7及下倾端出水口14均位于楔形容器的图1左下角所处的楔状容器的下倾端，并优选地位于所在侧面和/或底面上。上倾端进出水口8所在的图1右上角所处的楔状容器的上倾端，并优选地设置于上倾端顶面。楔形容器的其中一个位置处的两部分之间局部错开连通形成断块型圈闭1，标注4即为断层结构，具体可参照图3中左边部分；楔形容器通过上表面、底面之间的高度差来体现储集层厚度变化，楔形容器的上倾端上倾且厚度呈减小趋势，形成一个扁平状的尖端，从而模拟出上倾尖灭岩性圈闭3，具体可参考图3中右边的区域；其中两个隆起形成背斜型圈闭2。楔状容器上还有用于放入或者倒出上述颗粒状填充物的开口，该开口上设置有与之大小对应的可拆卸连接的开口挡板10，通过开口挡板10可以挡住开口，防止颗粒状填充物漏出，开口挡板10可通过螺丝进行固定在楔状容器上，当需要放入或者倒出上述颗粒状填充物时，拆卸掉开口挡板10即可。楔状容器上还连通有安全阀，楔状容器内的空气太多时，可以从安全阀排出。

参考图5，其为本发明的油气藏形成与改造作用的教学实验装置的原理示意图。在上述的下部箱体11中，还具有油泵、气泵、水泵、储水装置(储水箱)以及储油装置。气泵的输出口通过管道连接至进气口6，气泵的输出口与进气口6之间还连接有第四单向阀，第四单向阀保证气泵传输至进气口6的空气只能正向传输，不能反向传输，气泵的输入接口连通空气，以抽取空气送入进气口6。油泵的输出口通过管道连接至进油口5，输入口通过管道连接至储油装置，以将储油装置中的油传输至进油口5处，油泵的输出口与进油口5之间还连接有第三单向阀，第三单向阀保证油泵传输至进油口5处的油只能正向传输，不能反向传输。

用于进出水的接口包括，储水装置与进水口7之间依次连通有水泵、三通、第一单向阀、第一阀门3#，储水装置与出水口14之间连接有第二阀门6#，储水装置与进出水口8之间依次连通有水泵、三通、第二单向阀、第三阀门2#，储水装置与进出水口8之间还通过第四阀门7#连通。其中，上述三通的三个接口分别连通第一单向阀、第二单向阀以及水泵，第一单向阀及第二单向阀的导通方向分别为储水装置至进水口7及进出水口8。在本实施中，上述的安全阀可以全部或者部分连通至储水装置，将过多的气体、水排入储水装置中，优选的在下倾斜端具有一安全阀5#，该安全阀5#连通至储水装置；在上倾斜端具有一安全阀4#，该安全阀4#连通至储水装置。储水装置上连接有总排水阀1#，打开总排水阀1#可以将储水装置中的水排出。下部箱体11上固有多个开关，分别电连接并控制电机、油泵、气泵及水泵，通过各个开关控制电机、油泵、气泵及水泵的运行状态。各个开关中均具有指示灯，以在开关导通时对应地进行点亮。

关于楔状容器中水的充注与排放，具体的过程如下述。从进出口7进水：阀门2#及阀门6#关闭，阀门3#与安全阀4#打开，水流向为水箱→水泵→三通→第一单向阀→阀门3#→进水口7→模型容器；充满后多余的水从阀门7#溢出到水箱。从进出水口8进水：阀门3#、6#及7#关闭，阀门2#、安全阀4#打开，水流向为水箱→水泵→三通→第二单向阀→阀门2#→进出水口8→模型容器；需要时可通过打开阀门6#使水从出水口14排出。模拟实验时，一般从上倾端进水，关闭阀门6#充满水进行实验，需要时从下倾端出水口14直接流出，实验时过量的水将从安全阀流回到水箱。本实施例中的各个阀门可以进行简单的开和关外，也可以位于开和关之间的不同程度来调节进出水量：阀门3#可以调节从进水口7的进水速度，阀门6#可以调节从出水口14的出水速度，阀门2#可以调节从进出水口8的进水速度，阀门7#可以调节从进出水口8的出水速度，阀门1#可以调节水箱的总排出水速度，安全阀4#、安全阀5#也可以调节气、水的通过速度。

现将本发明的注油、注气方法介绍如下：

注满水后，打开油泵，从进油口5通入实验模拟油液(要求比水轻且不溶于水)，如食用油；打开气泵从进气口6通过天然气，如空气。食用油、空气进入楔形容器内，在水的浮力驱动下于玻璃珠间流动，当注入的量足够时，在断块型圈闭1形成断块型油气藏，在背斜型圈闭2处形成背斜型油气藏，在上倾尖灭岩性圈闭3处形成上倾尖灭岩性油气藏。各个圈闭均存在溢出点，代表了圈闭最大储油点位。在上述过程中，可模拟出气、油在饱含水的多孔介质运动过程；油气在一个圈闭中充满后，通过圈闭的溢出点向更高的圈闭溢出的过程。

停止向楔形容器内注入气、油、水，静置，可观察到油-气-水三相流体按重力分异的垂向分布关系。

应当理解的是，在上述进出水的接口调换为从进水口7进水，进出水口8出水，其他步骤与上述过程原理相同，这里不再赘述。

应当理解的是，在上述过程中可以仅仅通入气、油中的一种或者两种，仅对通入的一种或者两种流体进行圈闭、油气藏的教学演示。另外，为了进一步观察地层运动对油气藏的影响，还可以启动电机使得三维可视化教学模型发生前后倾斜或者左右倾斜，楔形容器随之发生倾斜。

综上所述，本发明采用透明质材制作了一个三维立体可视化模型，其中集成了断层型、背斜型和上倾尖灭岩性型等多种类型圈闭，圈闭中可充填不同粒径的玻璃珠模拟砂岩储集层。三维立体可视化模型具有油、气、水充注与排放系统，包括电动水泵、水管与阀门系统，油泵、油管与阀门系统，气泵、气管及阀门系统，能分别有效注入或排放水、实验用油和气。该教学实验装置还配置了前后、左右翻转一定角度的动力系统，能使可视化油气藏模型发生左右差异升降，或前后掀斜，以改变模拟实验条件。

本教学实验装置具有以下功能：1)楔形容器能充满水，模拟地下储集层在油气运移发生之前的饱含水状态；2)楔形容器能在饱含水的储集层中可控地充注一定数量的油液或气体，并观察油液或气体在包含水多孔介质中受浮力驱动而发生的流动作用，即模拟油气运移作用；3)能模拟油气在圈闭中聚集成藏的作用；4)能模拟系列圈闭中油气差异聚集现象；5)通过重建水动力场，能模拟水动力油气藏的形成条件与形成过程；6)通过左右或前后翻转三维立体可视化模型，使已经形成的油气藏发生改变或消失，从而模拟地层发生差异升降构造运动、导致油气藏改造或破坏作用；7)通过改变充填的玻璃细珠粒径、分选系数，模拟不同储集物性(孔隙度)的储集层中油气运移、聚集成藏特点；8)通过更换不同粘度的油进行实验，模拟地下不同粘度石油运移聚集特点或规律；9)能很方便地推移到不同场所进行教学或科普演示。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。