[发明专利]确定浮力作用下限及动力平衡的物理模拟实验装置以及确定浮力作用下限及动力平衡的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种石油地质研究领域的实验装置及其使用方法和实验结果，具体说涉及一种借助于物理模拟实验技术确定含油气盆地致密砂岩储层条件下浮力作用下限变化特征及该下限处的动力学平衡关系。

背景技术

致密砂岩气藏是当前和未来油气资源的重要勘探领域，深盆气藏是致密砂岩气藏最重要的一种类型。深盆气的成藏机理是要解决的首要问题。从目前的文献看，具有代表性的物理模拟实验及成藏机理研究有Robert M. Gies 1982年的物理模拟实验及研究成果、中国石油大学（北京）的物理模拟实验及研究成果、张金亮建立的陆相深层油气成藏模式等。

加拿大学者Gies自主设计了一种深盆气藏形成模拟实验装置（见图1），主要原理是在一个柱状仓内底部最下层用钢筛隔开。钢筛上依次装填细砂层、粗砂层、细砂层和粗砂层。柱仓两侧分别有四个并联出口（A、B、C、D）。柱仓右侧有一个旁通管分别与柱仓的最底层（空层）和最顶层（粗砂层）相连；有个测压管与最底层（空层）相连。利用该装置做实验表明气水倒置只能在低孔渗的砂岩中形成，作者并认识到形成气水界面倒置的关键是由于致密砂岩中饱含天然气，砂层中只有束缚水而没有可自由移动的自由水，无法传递顶部水柱的压力，传统油气运移的动力浮力的作用条件受到限制。但是该装置无法模拟储层埋深下所受的静水压力，也没有得到浮力受到限制时的砂岩层孔隙度的大小和充气压力的大小，导致无法认识浮力受到限制的动力成因。

中国石油大学（北京）庞雄奇等进行了漏斗状毛细玻璃管水封气门限物理模拟实验，装置见图2。实验结果表明：①本实验测得的临界的孔喉直径变化在 0.102 cm 和 0.359 cm 之间,说明只有在储层致密到一定程度时才有可能形成深盆气藏；②本次物理模拟实验表明了供气速率和漏斗状玻璃管的夹角(表现在地质条件下为储层孔隙度和渗透率随埋深的变化率)是水封气的重要影响因素, 说明不同条件下形成深盆气藏的临界孔喉直径不同；③在漏斗夹角较大时, 漏斗状毛细玻璃管水封气临界孔喉直径随供气速率的增大而减小；在漏斗夹角较小时, 该孔喉直径随供气速率的增大而增加(即相当于自然条件下有利于深盆气成藏的范围增大)。本次模拟实验及取得的认识优点及存在的问题有：①认识到形成深盆气藏的临界孔喉直径不是一个定值，供气速率和储层特征是其中的两个影响因素，但没有全面认识影响临界孔喉直径的因素，没有模拟储层埋深下所受的静水压力对临界孔喉直径的影响；②认识到在一定条件下，深盆气藏的范围随着供气速率的增大而增大，但没有从动力学上解释深盆气藏的范围即其顶界变化的机理。

北京师范大学张金亮等在物理模拟和大量实例解剖的基础上，建立了“近源供烃、压差驱动、储盖共控、动态成藏”的陆相深层油气成藏模式（专利申请公布号CN 102289006 A）。该专利申请中认识到了深层地质条件下存在一临界喉道使得该临界条件以下无连续可动水，浮力不起作用，油气处于静态聚集（见图3）。存在问题是仅仅建立了这样一种模式，没有深入研究“浮力不起作用”的临界地质条件及其影响因素。

发明内容

针对上述现有技术和研究存在的不足，本发明设计了一套物理模拟实验装置，利用该装置预测了含油气盆地深部致密砂岩储层条件下浮力作用下限变化特征及该下限处的动力学平衡关系。浮力作用下限指的是某套砂岩储层中浮力作用条件消失的临界地质条件，多用孔喉大小、渗透率或孔隙度表示。

本发明之一的致密砂岩储层浮力作用下限物理模拟实验装置是这样实现的：

本发明的一种致密砂岩储层浮力作用下限物理模拟实验装置，其特征在于它由充气及测压单元、致密砂岩储层孔喉模拟单元、地层水模拟单元组成；

在本发明中，所述的充气及测压单元包括：

甲烷气瓶（4）、充气钢管（3）、压力表（5）；

所述甲烷为体积比纯度99%，

所述压力表测量范围为0~ 6MPa，最小刻度为0.01MPa。

在本发明中，所述的致密砂岩储层孔喉模拟单元包括：

模拟孔喉（1）、石英玻璃载体（2）；

所述模拟孔喉是用石英玻璃加工而成，高度50cm，孔喉直径大小从下到上由0.2mm逐渐增大到30mm。

在本发明中，所述地层水模拟单元包括：

水管（6）、水

所述水管为塑料水管，直径2cm，高40m，其上标有最小间隔为1cm的刻度尺。

本发明之一的利用所述装置进行预测的方法和步骤是：