本實用新型涉及石油地質(zhì)儲集層研究領(lǐng)域，尤其是一種用于模擬泥巖墻儲層結(jié)構(gòu)形成過程的實驗裝置。

背景技術(shù)：

隨著中石油開采技術(shù)的不斷深入，接觸的油藏類型及儲集層類型越來越多，所需要的基礎(chǔ)理論研究日益增加，尤其是一些非常規(guī)油氣的開采，迫切需要大量的前沿技術(shù)做支撐，如何提高儲層質(zhì)量評價和儲層預(yù)測技術(shù)，迫切需要量化儲集層建筑結(jié)構(gòu)類型及儲集層形成、改造，開展儲集層建筑結(jié)構(gòu)形成過程的模擬實驗裝置的研制和模擬實驗的研究工作。

開展儲集層建筑結(jié)構(gòu)形成過程的實驗研究，必須是受地質(zhì)演化過程約束下的成巖演化過程的模擬實驗研究，整個實驗過程要求古地貌形態(tài)、上覆壓力、溫度對儲集層結(jié)構(gòu)形成的影響要具有穩(wěn)定性和持續(xù)性。國內(nèi)外目前沒有公司生產(chǎn)沉積巖物理模擬實驗可使用的成套設(shè)備，一般只是根據(jù)某一方面實驗要求進行組裝的小型裝置。國內(nèi)外類似儀器有：成都理工大學(xué)國家重點實驗室和長慶油田共同組裝的溶蝕實驗裝置、中國石油大學(xué)(北京)自己組裝的壓實模擬實驗裝置、中石化無錫所自己組裝的成巖溶蝕模擬實驗裝置及中石油廊坊分院簡易的酸巖反應(yīng)裝置，美國新奧爾良大學(xué)的地下碳酸鹽巖成巖作用溶蝕模擬實驗裝置。

以上設(shè)備主要應(yīng)用于酸溶實驗研究的模擬實驗，難以將實際地層條件下的上覆壓力及古地貌形態(tài)對整個泥巖墻儲層結(jié)構(gòu)在形成過程的影響模擬出來。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是提供一種用于模擬泥巖墻儲層結(jié)構(gòu)形成過程的實驗裝置，其能可視化模擬實際地層條件和不同壓力條件對泥巖墻儲層結(jié)構(gòu)形成過程的影響。

為達到上述目的，本實用新型提出一種用于模擬泥巖墻儲層結(jié)構(gòu)形成過程的實驗 裝置，其包括：CT掃描艙；高壓艙，設(shè)置在CT掃描艙內(nèi)；穩(wěn)固器，固定在高壓艙內(nèi)，穩(wěn)固器具有內(nèi)腔，內(nèi)腔中由下至上依次設(shè)有泥巖層、砂巖層和加壓空間，穩(wěn)固器的側(cè)壁開設(shè)有與加壓空間連通的第一注氣口。

如上所述的用于模擬泥巖墻儲層結(jié)構(gòu)形成過程的實驗裝置，其中，用于模擬泥巖墻儲層結(jié)構(gòu)形成過程的實驗裝置還包括：活塞，能上下移動地設(shè)置在內(nèi)腔中，且與穩(wěn)固器密封連接，活塞位于砂巖層上方，且與砂巖層之間形成加壓空間，第一注氣口位于活塞下方。

如上所述的用于模擬泥巖墻儲層結(jié)構(gòu)形成過程的實驗裝置，其中，內(nèi)腔還具有位于活塞上方的壓力保持空間，穩(wěn)固器的側(cè)壁還開設(shè)有與壓力保持空間連通的第二注氣口，第二注氣口位于活塞上方。

如上所述的用于模擬泥巖墻儲層結(jié)構(gòu)形成過程的實驗裝置，其中，第一注氣口由第一管道密封導(dǎo)出高壓艙，第二注氣口由第二管道密封導(dǎo)出高壓艙。

如上所述的用于模擬泥巖墻儲層結(jié)構(gòu)形成過程的實驗裝置，其中，活塞具有移動最高位置和移動最低位置，移動最高位置與內(nèi)腔頂部之間的距離占內(nèi)腔高度的1/5，移動最低位置與內(nèi)腔頂部之間的距離占內(nèi)腔高度的2/5。

如上所述的用于模擬泥巖墻儲層結(jié)構(gòu)形成過程的實驗裝置，其中，活塞與一驅(qū)動桿連接，驅(qū)動桿延伸至高壓艙外，并與線性步進電機或液壓缸連接。

如上所述的用于模擬泥巖墻儲層結(jié)構(gòu)形成過程的實驗裝置，其中，穩(wěn)固器的下部側(cè)壁開設(shè)有泄壓出口。

如上所述的用于模擬泥巖墻儲層結(jié)構(gòu)形成過程的實驗裝置，其中，泥巖層的頂部具有槽部、以及凸出于槽部的脊部，砂巖層的底部與泥巖層的頂部相貼合。

如上所述的用于模擬泥巖墻儲層結(jié)構(gòu)形成過程的實驗裝置，其中，穩(wěn)固器呈方形，且由穩(wěn)固器主體、位于穩(wěn)固器主體頂部的穩(wěn)固器頂蓋、以及位于穩(wěn)固器主體底部的穩(wěn)固器底座構(gòu)成，第一注氣口開設(shè)在穩(wěn)固器主體的上部側(cè)壁。

如上所述的用于模擬泥巖墻儲層結(jié)構(gòu)形成過程的實驗裝置，其中，穩(wěn)固器頂蓋和穩(wěn)固器底座分別與穩(wěn)固器主體之間為螺紋密封連接。

本實用新型的用于模擬泥巖墻儲層結(jié)構(gòu)形成過程的實驗裝置的特點和優(yōu)點是：通過在泥巖層上部充填砂巖層，來模擬古地貌環(huán)境，通過在砂巖層上部設(shè)置加壓空間，并通過第一注氣口向加壓空間內(nèi)注入氣體對泥巖層和砂巖層施加上覆壓力，來反映實 際油藏條件下，砂巖和泥巖因密度差異而受不同壓實程度而產(chǎn)生儲層結(jié)構(gòu)變化的情形，通過CT掃描艙掃描成像模擬得到“泥巖墻”儲層結(jié)構(gòu)形成的過程，從而能夠可視化模擬實際地層條件和不同壓力條件對泥巖墻儲層結(jié)構(gòu)形成過程的影響，為儲層結(jié)構(gòu)演化的定量表征和儲層結(jié)構(gòu)成因機理分析提供基礎(chǔ)參數(shù)和理論基礎(chǔ)。

附圖說明

以下附圖僅旨在于對本實用新型做示意性說明和解釋，并不限定本實用新型的范圍。其中：

圖1是本實用新型用于模擬泥巖墻儲層結(jié)構(gòu)形成過程的實驗裝置一個實施例的剖視圖；

圖2是本實用新型用于模擬泥巖墻儲層結(jié)構(gòu)形成過程的實驗裝置中形成泥巖墻儲層結(jié)構(gòu)的示意圖。

主要元件標(biāo)號說明：

1 穩(wěn)固器 2 高壓艙 3 CT掃描艙

4 活塞 5 泥巖層 51 泥巖墻

6 砂巖層 7 加壓空間 8 壓力保持空間

9 槽部 10 脊部 11 穩(wěn)固器頂蓋

12 穩(wěn)固器底座 13 第二注氣口 14 第一注氣口

15 泄壓出口 16 穩(wěn)固器主體

具體實施方式

為了對本實用新型的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對照附圖說明本實用新型的具體實施方式。

如圖1所示，本實用新型提供一種用于模擬泥巖墻儲層結(jié)構(gòu)形成過程的實驗裝置，其包括穩(wěn)固器1、高壓艙2、和CT掃描艙3，穩(wěn)固器1固定在密閉的高壓艙2內(nèi)，穩(wěn)固器1具有內(nèi)腔，內(nèi)腔中由下至上依次設(shè)有泥巖層5、砂巖層6、以及用于對泥巖層5和砂巖層6提供上覆壓力的加壓空間7，泥巖層5和砂巖層6用于模擬古地貌環(huán)境，穩(wěn)固器1的上部側(cè)壁開設(shè)有與加壓空間7連通的第一注氣口14(或稱為注氣泵口)，用于向加壓空間7內(nèi)注入氣體，以對泥巖層5和砂巖層6提供上覆壓力； 高壓艙2能移動地設(shè)置在CT掃描艙內(nèi)3，用于對穩(wěn)固器1產(chǎn)生圍壓，高壓艙2內(nèi)的壓力例如為25MPa-35MPa，高壓艙2例如由一支架(圖未示)固定在CT移動實驗平臺上；CT掃描艙3用于掃描穩(wěn)固器1內(nèi)部泥巖層5和砂巖層6受不同差異壓實作用形成泥巖墻式儲層結(jié)構(gòu)的過程。

本實用新型的實驗裝置，在泥巖層5上部充填模擬實驗用的砂巖層6，并在砂巖層6上部設(shè)置加壓空間7，通過第一注氣口14向加壓空間7內(nèi)注入氣體對泥巖層5和砂巖層6施加上覆壓力，以此來反映實際油藏條件下，砂巖和泥巖因密度差異而受不同壓實程度而產(chǎn)生儲層結(jié)構(gòu)變化的情形，通過CT掃描艙3掃描成像可以模擬得到“泥巖墻”儲層結(jié)構(gòu)形成的過程，以及沉積巖隨上覆壓力逐漸變大而造成差異壓實程度逐漸增強的過程，為儲層結(jié)構(gòu)演化的定量表征和儲層結(jié)構(gòu)成因機理分析提供基礎(chǔ)參數(shù)和理論基礎(chǔ)。

如圖1、圖2所示，具體是，泥巖層5的頂部具有槽部9、以及凸出于槽部9的脊部10，砂巖層6的底部與泥巖層5的頂部相貼合(即相匹配)，槽部9為砂巖層6的砂質(zhì)沉積區(qū)，脊部10相當(dāng)于泥巖層5的泥質(zhì)沉積區(qū)，由于砂質(zhì)和泥質(zhì)之間存在密度差異，同時砂質(zhì)之間存在一定的孔隙度，而泥質(zhì)孔隙度很小，所以在同等上覆壓力作用下，砂質(zhì)沉積區(qū)壓實作用較強，泥質(zhì)沉積區(qū)壓實作用較弱，砂質(zhì)沉積區(qū)會發(fā)生彈性形變，造成砂質(zhì)沉積區(qū)相對下降，泥質(zhì)沉積區(qū)相對隆起，形成泥巖墻51。

在一個優(yōu)選的實施例中，本實用新型的用于模擬泥巖墻儲層結(jié)構(gòu)形成過程的實驗裝置還包括活塞4，活塞4能上下移動地設(shè)置在內(nèi)腔中，且與穩(wěn)固器1的內(nèi)壁密封連接，例如活塞4與穩(wěn)固器1的內(nèi)壁之間設(shè)有密封圈，活塞4與穩(wěn)固器1內(nèi)壁的連接可參考常用液壓缸內(nèi)活塞與缸體內(nèi)壁之間的連接，活塞4位于砂巖層6上方，且與砂巖層6之間形成加壓空間7，第一注氣口14位于活塞4下方。

在一個可行的技術(shù)方案中，活塞4與驅(qū)動桿(圖未示)連接，驅(qū)動桿延伸至高壓艙2外，并與一線性步進電機(圖未示)連接，以通過線性步進電機驅(qū)動活塞上下移動。

在另一個可行的技術(shù)方案中，活塞4與驅(qū)動桿(圖未示)連接，驅(qū)動桿延伸至高壓艙2外，并與一液壓缸(圖未示)連接，以通過液壓缸驅(qū)動活塞上下移動。但本實用新型并不以此為限，也可以采用其它現(xiàn)有的能驅(qū)動活塞移動的驅(qū)動裝置或控制裝置來實現(xiàn)。

本實施例中，通過設(shè)置活塞4，能進一步調(diào)節(jié)加壓空間7內(nèi)的壓力，確保在進行模擬實驗時，穩(wěn)固器1內(nèi)泥巖層5和砂巖層6的上覆壓力是隨時可調(diào)的，以滿足不同地質(zhì)條件下泥巖墻式儲層結(jié)構(gòu)形成的機理研究。

進一步，穩(wěn)固器1的內(nèi)腔還具有(或包括)位于活塞4上方的壓力保持空間8，穩(wěn)固器1的上部側(cè)壁還開設(shè)有與壓力保持空間8連通的第二注氣口13(或稱為圍壓入口)，第二注氣口13位于活塞4上方，實驗過程中，活塞4向下移動時，可通過第二注氣口13向壓力保持空間8內(nèi)注入氣體，以平衡活塞上、下方的壓力，模擬不同壓力保持，在活塞4向上移動時，壓力保持空間8內(nèi)的氣體通過第二注氣口13排出高壓艙2外，以平衡活塞上、下方的壓力。

具體是，第一注氣口14由第一管道(圖未示)密封導(dǎo)出高壓艙2外，亦即，第一管道的一端與第一注氣口14連接，第一管道的另一端伸出高壓艙2外部，例如與一注氣泵連接，注氣泵可通過第一管道向加壓空間7內(nèi)注入氣體，第一管道與高壓艙2密封連接，以保證高壓艙2的密閉性；第二注氣口13由第二管道(圖未示)密封導(dǎo)出高壓艙2外，亦即，第二管道的一端與第二注氣口13連接，第二管道的另一端伸出高壓艙2外部，例如也可與一注氣泵連接，注氣泵可通過第二管道向壓力保持空間8內(nèi)注入氣體，第二管道與高壓艙2密封連接，以保證高壓艙2的密閉性。

其中，穩(wěn)固器1和高壓艙2所承受的最高靜巖壓力不超過35MPa，穩(wěn)固器1和高壓艙2所承受的最高耐溫不超過500℃；穩(wěn)固器1和高壓艙2的材料例如為供CT透射掃描的耐溫耐壓醚醚酮。

進一步，活塞4具有移動最高位置和移動最低位置，即活塞4可在移動最高位置與移動最低位置之間移動，移動最高位置與內(nèi)腔頂部(或者說穩(wěn)固器頂部)之間的距離占內(nèi)腔高度(或者說穩(wěn)固器高度)的1/5，移動最低位置與內(nèi)腔頂部之間的距離占內(nèi)腔高度的2/5，以利于壓力控制。

進一步，穩(wěn)固器1的下部側(cè)壁還開設(shè)有泄壓出口15，既可用于應(yīng)急泄壓，例如穩(wěn)固器1內(nèi)的壓力過高或失控時，打開泄壓出口15泄壓，保證實驗安全，又可用于保持穩(wěn)固器內(nèi)的壓力水平。

具體是，泄壓出口15由泄壓管道(圖未示)密封導(dǎo)出高壓艙2外，亦即，泄壓管道的一端與泄壓出口15連接，泄壓管道的另一端伸出高壓艙2外部，用以將壓力導(dǎo)出，泄壓管道與高壓艙2密封連接，以保證高壓艙2的密閉性。

其中，在用于保持穩(wěn)固器內(nèi)的壓力水平時，泄壓出口15的壓力小于第一注氣口14的壓力，且二者之間的壓力差值小于1MPa。

另外，泄壓出口15例如位于泥巖層5的側(cè)向，由于泥巖和砂巖都具有一定孔隙度，氣體可以穿過泥巖層5和砂巖層6進入泄壓出口，但本實用新型并不以此為限，也可將泄壓出口設(shè)置在砂巖層6的側(cè)向。

再如圖1所示，在一個具體實施例中，穩(wěn)固器1呈方形，例如為正方體，且穩(wěn)固器1由方形的穩(wěn)固器主體16、位于穩(wěn)固器主體16頂部的穩(wěn)固器頂蓋11、以及位于穩(wěn)固器主體16底部的穩(wěn)固器底座12構(gòu)成，第一注氣口14和第二注氣口13開設(shè)在穩(wěn)固器主體16的上部側(cè)壁，泄壓出口15開設(shè)在穩(wěn)固器主體16的下部側(cè)壁。

其中，穩(wěn)固器頂蓋11和穩(wěn)固器底座12分別與穩(wěn)固器主體16之間螺紋密封連接。

進一步，高壓艙2呈圓柱形，例如通過支架安裝在CT掃描艙3內(nèi)，高壓艙2上設(shè)有注氣口(圖未示)，例如在其底部設(shè)有隱形注氣口，用以向高壓艙2內(nèi)注入氮氣，對穩(wěn)固器1產(chǎn)生圍壓。

其中，高壓艙2和穩(wěn)固器1內(nèi)的溫度例如可通過注入所需溫度的氮氣來調(diào)節(jié)，從而使本實用新型的實驗裝置也能可視化模擬不同溫度條件對泥巖墻儲層結(jié)構(gòu)形成過程的影響。

采用本實用新型一個實施例的實驗裝置進行實驗時，可采用如下操作步驟：

A、穩(wěn)固器安裝及泥巖層和砂巖層充填：

將穩(wěn)固器主體16垂直放置于高壓艙2內(nèi)，其底部采用內(nèi)螺紋與穩(wěn)固器底座12的外螺紋密封連接，穩(wěn)固器1的兩側(cè)分別用支架(圖未示)與高壓艙2進行連接固定；在穩(wěn)固器1的內(nèi)腔下部放入一定厚度的可模擬古地貌形態(tài)的泥巖層5，在古地貌形態(tài)的泥巖層5上面放入一定厚度的砂巖層6，砂巖層6和泥巖層5的比例可根據(jù)壓實程度的不同靈活調(diào)整；穩(wěn)固器主體16頂部采用內(nèi)螺紋與穩(wěn)固器頂蓋11的外螺紋密封連接，通過旋轉(zhuǎn)螺紋封閉穩(wěn)固器主體16。

B、注入氮氣：

采用注氣泵通過第一注氣口14向加壓空間7內(nèi)注入氮氣，當(dāng)加壓空間7內(nèi)的壓力達到20MPa時，在向加壓空間7注入氮氣的同時，也向高壓艙2內(nèi)注入氮氣，以對穩(wěn)固器1產(chǎn)生圍壓。

C、上覆壓力控制：

在向加壓空間7內(nèi)注入氮氣的同時，調(diào)整活塞4向下移動，以對穩(wěn)固器1內(nèi)砂巖層6和泥巖層5的上覆壓力進行規(guī)律性增壓(增壓速率例如為0.05Mpa/min-0.1Mpa/min)；同時，通過第二注氣口13向壓力保持空間8內(nèi)注入氮氣。

其中，由于沉積巖最初是由地表慢慢沉積到地層深處進而形成沉積巖的，所以需針對性的提供起始壓力，實驗中的起始壓力一般采用常壓即可；在沉積物埋深過程中沉積巖受到的上覆壓力是逐步升高的，所以需要提供一定的升壓速率，實驗中采用的升壓速率一般為0.05Mpa/min-0.1Mpa/min，以最大程度的和實際情況相符合；加壓空間7內(nèi)的壓力一般控制在25MPa-35MPa以內(nèi)。

D、泄壓控制：

在注入氮氣的同時，當(dāng)上覆壓力處于模擬環(huán)境需求的壓力值時，需要保持加壓空間7內(nèi)的壓力水平，根據(jù)需要從泄壓出口15排出一定量的氮氣；泄壓出口15的壓力控制在小于第一注氣口13壓力的1MPa以內(nèi)。

E、儲層結(jié)構(gòu)變化成像分析：

利用CT掃描艙3對穩(wěn)固器1內(nèi)的儲層結(jié)構(gòu)進行成像掃描分析，分析不同上覆壓力變化條件下，差異壓實作用對儲層結(jié)構(gòu)變化的影響；CT掃描頻率為1小時-2小時一次。

在上述實驗過程中，隨著上覆壓力的不斷增加，砂巖層6和泥巖層5所承受的差異壓實作用越明顯，砂巖層6相對沉降，泥巖層5相對上隆，最終形成泥巖墻51(如圖2所示)，泥巖墻式儲層結(jié)構(gòu)的形成過程由CT掃描成像分析得到。

本實用新型是為開展儲集層結(jié)構(gòu)模擬實驗裝置的研制和模擬實驗的研究工作，而設(shè)計的一種功能全面、接近實際油藏條件、集成程度高的泥巖墻式儲層結(jié)構(gòu)模擬實驗裝置；通過模擬不同壓力條件，能夠真實的反映出不同的差異壓實作用對儲層結(jié)構(gòu)變化的影響；通過從第一注氣口14注入氮氣，并通過活塞4和泄壓出口15來增壓或保持穩(wěn)固器1內(nèi)(即加壓空間7內(nèi))壓力恒定(即壓力維持在實驗?zāi)M要求范圍內(nèi))，同時通過增加第二注氣口13來模擬不同壓力保持；通過控制氮氣注入壓力及泄氣壓力，并通過活塞4保持壓力，同時利用CT掃描成像分析泥巖層5和砂巖層6相對的形態(tài)變化，可以得到泥巖墻式儲層結(jié)構(gòu)形成過程中不同壓力保持條件下的主要關(guān)鍵參數(shù)(如氮氣注入速度、泥巖墻形成所需的注入壓力)；通過控制砂泥巖上覆壓力變化，并通過CT掃描觀察同一壓力系統(tǒng)下，砂泥巖所承受的差異壓實變化，可以為整個沉 積巖形成泥巖墻式儲層結(jié)構(gòu)提供理論基礎(chǔ)，為儲層結(jié)構(gòu)成因機理分析提供基礎(chǔ)參數(shù)和理論基礎(chǔ)。

以上所述僅為本實用新型示意性的具體實施方式，并非用以限定本實用新型的范圍。任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本實用新型的構(gòu)思和原則的前提下所作的等同變化與修改，均應(yīng)屬于本實用新型保護的范圍。而且需要說明的是，本實用新型的各組成部分并不僅限于上述整體應(yīng)用，本實用新型的說明書中描述的各技術(shù)特征可以根據(jù)實際需要選擇一項單獨采用或選擇多項組合起來使用，因此，本實用新型理所當(dāng)然地涵蓋了與本案發(fā)明點有關(guān)的其它組合及具體應(yīng)用。