專(zhuān)利名稱(chēng)：基于三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的油氣運(yùn)移模擬裝置及模擬實(shí)驗(yàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及石油地質(zhì)領(lǐng)域中模擬油氣運(yùn)移的裝置，具體地說(shuō)是基于三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的油氣運(yùn)移模擬裝置及模擬實(shí)驗(yàn)方法。背景技術(shù)：
地質(zhì)條件的非均質(zhì)性和各種構(gòu)造活動(dòng)使得油氣運(yùn)移和聚集的過(guò)程復(fù)雜化，如較大的水動(dòng)力作用，輸導(dǎo)層和儲(chǔ)集層的巖性、物性的空間變化，斷裂的分隔和連通等等。作為油氣運(yùn)移的重要載體，任何一條斷層實(shí)際上是一個(gè)具有長(zhǎng)、寬、高(厚)度三維空間的一個(gè)不規(guī)則的板狀地質(zhì)體，油氣在其中的運(yùn)移是在一個(gè)三維空間體中進(jìn)行。但由于這個(gè)地質(zhì)體的厚度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于它的長(zhǎng)度和寬度，為了便于地質(zhì)研究，在進(jìn)行宏觀地質(zhì)條件分析時(shí)，可將其看成一個(gè)平面(斷層面)，即使如此，油氣在這樣的斷層面上的運(yùn)移過(guò)程也是非常復(fù)雜，斷裂在不同巖性地層中產(chǎn)生的斷層傾角是不同的，斷層傾角的變化差異影響著油向各砂層運(yùn)移的動(dòng)力， 目前，研究不同斷層傾角下的油氣運(yùn)移模擬裝置僅僅是二維油氣運(yùn)移模擬，其模擬的精度不高，無(wú)法實(shí)現(xiàn)仿真三維油氣運(yùn)移模擬。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供基于三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的油氣運(yùn)移模擬裝置，它用于解決現(xiàn)有油氣運(yùn)移模擬裝置模擬精度不高的問(wèn)題，本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供基于三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的油氣運(yùn)移模擬裝置的模擬實(shí)驗(yàn)方法。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是這種基于三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的油氣運(yùn)移模擬裝置是在三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的內(nèi)框上安裝地質(zhì)模型箱體，三軸轉(zhuǎn)臺(tái)是以立式底座為主體的三軸正交的框架式結(jié)構(gòu)，三軸轉(zhuǎn)臺(tái)有三個(gè)框，內(nèi)框?yàn)闄M滾框，中框?yàn)楦┭隹?，外框?yàn)榉轿豢?，三個(gè)框架在空間上互相垂直；地質(zhì)模型箱體上安裝有滑動(dòng)活塞，滑動(dòng)活塞將箱體分成上、下兩個(gè)腔體，下腔體用于盛裝砂體，下腔體還有鋼紗網(wǎng)制作的中間砂盒，中間砂盒上設(shè)置有長(zhǎng)方形的盛裝砂體的透槽，滑動(dòng)活塞的底面有長(zhǎng)方形的凹槽，中間砂盒上的透槽可插入滑動(dòng)活塞的凹槽中；上腔體為上覆載加壓室，下腔體設(shè)置有飽和度測(cè)量電極、流體進(jìn)口和流體出口，飽和度測(cè)量電極一行高一行低的均布在地質(zhì)模型箱體的底上；飽和度測(cè)量電極連接信息采集裝置，信息采集裝置連接計(jì)算機(jī)。上述方案中的基于三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的油氣運(yùn)移模擬裝置包括有加熱箱，加熱箱有兩扇可以打開(kāi)或關(guān)閉的門(mén)，方形加熱箱的四個(gè)角帶有萬(wàn)向輪，以便推動(dòng)加熱箱行走，將加熱箱的兩扇門(mén)打開(kāi)，可以將加熱箱推到三軸轉(zhuǎn)臺(tái)及地質(zhì)模型箱體處，并將三軸轉(zhuǎn)臺(tái)及地質(zhì)模型箱體容納入加熱箱的箱體內(nèi)，將加熱箱的兩扇門(mén)關(guān)閉，就可以對(duì)它們加熱，以模擬地下溫度。上述方案中三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的立式底座結(jié)構(gòu)為UOO立式結(jié)構(gòu)，外框?yàn)橐舨媸浇Y(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)稱(chēng) “U”型結(jié)構(gòu)；中框、內(nèi)框采用方框式結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)稱(chēng)“0”型結(jié)構(gòu)，三軸轉(zhuǎn)臺(tái)接收操作員通過(guò)操控臺(tái)給定的人工指令信號(hào)，控制中框、內(nèi)框或外框的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而可實(shí)現(xiàn)將地質(zhì)模型箱體繞X、 Y、Z三軸的姿態(tài)運(yùn)動(dòng)，地質(zhì)模型箱體可以實(shí)時(shí)跟蹤仿真計(jì)算機(jī)發(fā)出的位置指令旋轉(zhuǎn)到任意傾角，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)三維油氣運(yùn)移模擬。上述方案中的基于三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的油氣運(yùn)移模擬裝置的模擬實(shí)驗(yàn)方法1)將砂巖填裝到地質(zhì)模型箱體內(nèi)，邊抽真空，邊利用加壓泵向上覆載加壓室加壓，對(duì)砂體產(chǎn)生上覆載壓力。2)注入飽和水，通過(guò)計(jì)算機(jī)觀察飽和度，達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求時(shí)停止注入。3)操作員通過(guò)操控臺(tái)給三軸轉(zhuǎn)臺(tái)下達(dá)指令信號(hào)，三軸轉(zhuǎn)臺(tái)接收到人工指令后，按該指令將地質(zhì)模型箱體旋轉(zhuǎn)到某個(gè)傾斜角度。4)將煤油注入到模型中的砂體內(nèi)，該過(guò)程中油氣運(yùn)移到的位置的飽和度測(cè)量電極將此信息發(fā)送給信息采集裝置，信息采集裝置再將處理后的信息發(fā)送給計(jì)算機(jī)，可以實(shí)時(shí)判斷油氣所運(yùn)移到的位置，并通過(guò)計(jì)算機(jī)上安裝的軟件形成三維圖像，實(shí)現(xiàn)對(duì)油氣運(yùn)移路徑的實(shí)時(shí)追蹤。5)注入煤油的同時(shí)，將加熱箱推過(guò)來(lái)，并將三軸轉(zhuǎn)臺(tái)及地質(zhì)模型箱體容納入加熱箱的箱體內(nèi)，加熱，加熱溫度可高達(dá)150°，以模擬地下溫度。6)注入煤油的同時(shí)，可任意改變地質(zhì)模型箱體的傾斜角度，以分析構(gòu)造運(yùn)動(dòng)時(shí)對(duì)砂體形狀變化時(shí)油氣運(yùn)移的影響。有益效果
1、本發(fā)明自動(dòng)化程度高，不僅能實(shí)時(shí)測(cè)量地質(zhì)模型箱體內(nèi)的溫度和壓力，還可將構(gòu)造運(yùn)動(dòng)與油氣水的運(yùn)移過(guò)程和聚集狀態(tài)相結(jié)合，在三維空間中完整地模擬地下油氣的運(yùn)聚成藏過(guò)程，為油氣成藏研究的深入發(fā)展提供了條件。2、本發(fā)明通過(guò)改變地質(zhì)模型箱體的旋轉(zhuǎn)角度，可以調(diào)整流體進(jìn)口和流體出口的高度，以實(shí)現(xiàn)改變砂層傾角，可模擬任意傾角下油氣沿砂層的運(yùn)移，分析輸導(dǎo)后傾角對(duì)油氣運(yùn)移的影響。3、在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)初期給定一定砂層傾角，獲取油氣在該傾角下的運(yùn)移情況， 之后，可以任意改變砂體空間傾角，這個(gè)改變代表一次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，那么再次觀測(cè)到的運(yùn)移過(guò)程，其與初期結(jié)果對(duì)比可分析構(gòu)造運(yùn)動(dòng)時(shí)對(duì)砂體形狀變化時(shí)油氣運(yùn)移的影響。四

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明中三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)示意圖3為本發(fā)明中地質(zhì)模型箱體的結(jié)構(gòu)示意圖4為本發(fā)明中滑動(dòng)活塞向下移動(dòng)時(shí)與中間砂盒配合關(guān)系示意圖5為本發(fā)明中中間砂盒的俯視圖6為本發(fā)明中加熱箱的結(jié)構(gòu)示意圖。1三軸轉(zhuǎn)臺(tái)；2地質(zhì)模型箱體；3底座；4內(nèi)框；5中框；6外框；7加熱箱8滑動(dòng)活塞9凹槽 10中間砂盒11飽和度測(cè)量電極。五具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明
結(jié)合圖1、圖2所示，這種基于三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的油氣運(yùn)移模擬裝置是在三軸轉(zhuǎn)臺(tái)1的內(nèi)框4 上安裝地質(zhì)模型箱體2，三軸轉(zhuǎn)臺(tái)1是以立式底座3為主體的三軸正交的框架式結(jié)構(gòu)，三軸轉(zhuǎn)臺(tái)有三個(gè)框，內(nèi)框4為橫滾框，中框5為俯仰框，外框6為方位框，三個(gè)框架在空間上互相垂直；地質(zhì)模型箱體2上安裝有滑動(dòng)活塞8，滑動(dòng)活塞8將箱體分成上、下兩個(gè)腔體，下腔體用于盛裝砂體，上腔體為上覆載加壓室，下腔體設(shè)置有飽和度測(cè)量電極11、流體進(jìn)口和流體出口，飽和度測(cè)量電極11 一行高一行低的均布在地質(zhì)模型箱體2的底上。飽和度測(cè)量電極 11連接信息采集裝置，信息采集裝置連接計(jì)算機(jī)。流體進(jìn)口包括油液進(jìn)口、高壓氣體進(jìn)口， 流體出口為油液出口。油液出口通過(guò)管線連接油氣計(jì)量裝置，油液出口管線上設(shè)置有報(bào)警裝置，當(dāng)油液出口管線中的出油量與油液進(jìn)口管線的注入量相等時(shí)，即發(fā)出報(bào)警，提示實(shí)驗(yàn)人員油液已經(jīng)從地質(zhì)模型箱體2中流出，模擬實(shí)驗(yàn)完成。結(jié)合圖3、圖4、圖5所示，地質(zhì)模型箱體2下腔體還有鋼紗網(wǎng)制作的中間砂盒10， 鋼紗網(wǎng)的網(wǎng)眼的直徑要小于砂體的直徑，中間砂盒10上設(shè)置有長(zhǎng)方形的盛裝砂體的透槽， 滑動(dòng)活塞8的底面有長(zhǎng)方形的凹槽9，中間砂盒10上的透槽可插入滑動(dòng)活塞8的凹槽9中， 下腔體用于盛裝砂體，盛裝砂體時(shí)，當(dāng)裝到一定高度后，將中間砂盒10放置到砂面上，繼續(xù)向中間砂盒10的透槽中裝入砂體，直至將每個(gè)透槽都裝滿，這樣，可實(shí)現(xiàn)飽和度測(cè)量電極 11 一行高一行低的均布在地質(zhì)模型箱體2的底上，從三維空間內(nèi)得到油氣運(yùn)移到的位置， 實(shí)現(xiàn)在三維空間中完整地模擬地下油氣的運(yùn)聚成藏過(guò)程。如圖6所示，方形加熱箱7的四個(gè)角帶有萬(wàn)向輪，可以將加熱箱7推到三軸轉(zhuǎn)臺(tái)1 及地質(zhì)模型箱體2處，并將三軸轉(zhuǎn)臺(tái)1及地質(zhì)模型箱體2容納入加熱箱7的箱體內(nèi)。本發(fā)明中三軸轉(zhuǎn)臺(tái)1內(nèi)外環(huán)的各個(gè)框架均采用永磁式直流力矩電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，在三個(gè)框架上分別安裝了一套圓感應(yīng)同步器，用于測(cè)量各框架的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。三軸轉(zhuǎn)臺(tái)接收操作員通過(guò)操控臺(tái)給定的人工指令信號(hào)，控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)三維油氣運(yùn)移模擬。本發(fā)明實(shí)驗(yàn)過(guò)程
1)將砂巖填裝到地質(zhì)模型箱體2內(nèi)，邊抽真空，邊利用加壓泵向上覆載加壓室加壓，對(duì)砂體產(chǎn)生上覆載壓力。2)注入飽和水，通過(guò)計(jì)算機(jī)觀察飽和度，達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求時(shí)停止注入。3)操作員通過(guò)操控臺(tái)給三軸轉(zhuǎn)臺(tái)1下達(dá)指令信號(hào)，三軸轉(zhuǎn)臺(tái)1接收到人工指令后， 按該指令將地質(zhì)模型箱體2旋轉(zhuǎn)到某個(gè)傾斜角度。4)將煤油注入到模型中的砂體內(nèi)，該過(guò)程中油氣運(yùn)移到的位置的飽和度測(cè)量電極 11將此信息發(fā)送給信息采集裝置，信息采集裝置再將處理后的信息發(fā)送給計(jì)算機(jī)，可以實(shí)時(shí)判斷油氣所運(yùn)移到的位置，并通過(guò)計(jì)算機(jī)上安裝的軟件形成三維圖像，實(shí)現(xiàn)對(duì)油氣運(yùn)移路徑的實(shí)時(shí)追蹤。5)注入煤油的同時(shí)，將加熱箱7推過(guò)來(lái)，并將三軸轉(zhuǎn)臺(tái)1及地質(zhì)模型箱體2容納入加熱箱7的箱體內(nèi)，加熱，加熱溫度可高達(dá)150°，以模擬地下溫度。6)注入煤油的同時(shí)，可任意改變地質(zhì)模型箱體2的傾斜角度，以分析構(gòu)造運(yùn)動(dòng)時(shí)對(duì)砂體形狀變化時(shí)油氣運(yùn)移的影響。
權(quán)利要求
1.一種基于三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的油氣運(yùn)移模擬裝置，其特征在于這種基于三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的油氣運(yùn)移模擬裝置是在三軸轉(zhuǎn)臺(tái)(1)的內(nèi)框(4)上安裝地質(zhì)模型箱體(2)，三軸轉(zhuǎn)臺(tái)(1)是以立式底座(3)為主體的三軸正交的框架式結(jié)構(gòu)，三軸轉(zhuǎn)臺(tái)(1)有三個(gè)框，內(nèi)框(4)為橫滾框，中框 (5)為俯仰框，外框(6)為方位框，三個(gè)框架在空間上互相垂直；地質(zhì)模型箱體(2)上安裝有滑動(dòng)活塞(8)，滑動(dòng)活塞(8)將箱體分成上、下兩個(gè)腔體，下腔體用于盛裝砂體，下腔體還有鋼紗網(wǎng)制作的中間砂盒(10)，中間砂盒(10)上設(shè)置有長(zhǎng)方形的盛裝砂體的透槽，滑動(dòng)活塞 (8)的底面有長(zhǎng)方形的凹槽(9)，中間砂盒(10)上的透槽可插入滑動(dòng)活塞的凹槽(9)中；上腔體為上覆載加壓室，下腔體設(shè)置有飽和度測(cè)量電極(11)、流體進(jìn)口和流體出口，飽和度測(cè)量電極(11)一行高一行低的均布在地質(zhì)模型箱體(2)的底上；飽和度測(cè)量電極(11)連接信息采集裝置，信息采集裝置連接計(jì)算機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的油氣運(yùn)移模擬裝置，其特征在于所述的基于三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的油氣運(yùn)移模擬裝置包括有加熱箱(7)，加熱箱(7)有兩扇可以打開(kāi)或關(guān)閉的門(mén)，方形加熱箱(7)的四個(gè)角帶有萬(wàn)向輪，可以將加熱箱推到三軸轉(zhuǎn)臺(tái)(1)及地質(zhì)模型箱體 (2 )處，并將三軸轉(zhuǎn)臺(tái)(1)及地質(zhì)模型箱體(2 )容納入加熱箱(7 )的箱體內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的油氣運(yùn)移模擬裝置，其特征在于所述的三軸轉(zhuǎn)臺(tái)(1)的立式底座結(jié)構(gòu)為UOO立式結(jié)構(gòu)，外框(6)為音叉式結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)稱(chēng)“U”型結(jié)構(gòu)； 中框(5)、內(nèi)框(4)采用方框式結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)稱(chēng)“0”型結(jié)構(gòu)，三軸轉(zhuǎn)臺(tái)(1)接收操作員通過(guò)操控臺(tái)給定的人工指令信號(hào)，控制中框(5)、內(nèi)框(4)或外框(6)的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，各個(gè)電機(jī)再帶動(dòng)相對(duì)應(yīng)的中框(5)或內(nèi)框(4)或外框(6)轉(zhuǎn)動(dòng)。
4.一種權(quán)利要求3所述的基于三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的油氣運(yùn)移模擬裝置的模擬實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于第一，將砂巖填裝到地質(zhì)模型箱體(2)內(nèi)，邊抽真空，邊利用加壓泵向上覆載加壓室加壓，對(duì)砂體產(chǎn)生上覆載壓力；第二、注入飽和水，通過(guò)計(jì)算機(jī)觀察飽和度，達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求時(shí)停止注入；第三、操作員通過(guò)操控臺(tái)給三軸轉(zhuǎn)臺(tái)(1)下達(dá)指令信號(hào)，三軸轉(zhuǎn)臺(tái)(1)接收到人工指令后，按該指令將地質(zhì)模型箱體(2)旋轉(zhuǎn)到某個(gè)傾斜角度；第四、將煤油注入到模型中的砂體內(nèi)，該過(guò)程中油氣運(yùn)移到的位置的飽和度測(cè)量電極 (11)將此信息發(fā)送給信息采集裝置，信息采集裝置再將處理后的信息發(fā)送給計(jì)算機(jī)，可以實(shí)時(shí)判斷油氣所運(yùn)移到的位置，并通過(guò)計(jì)算機(jī)上安裝的軟件形成三維圖像，實(shí)現(xiàn)對(duì)油氣運(yùn)移路徑的實(shí)時(shí)追蹤；第五、注入煤油的同時(shí)，將加熱箱7推過(guò)來(lái)，并將三軸轉(zhuǎn)臺(tái)(1)及地質(zhì)模型箱體(2)容納入加熱箱(7)的箱體內(nèi)，加熱，加熱溫度可高達(dá)150°，以模擬地下溫度；第六、注入煤油的同時(shí)，可任意改變地質(zhì)模型箱體(2)的傾斜角度，以分析構(gòu)造運(yùn)動(dòng)時(shí)對(duì)砂體形狀變化時(shí)油氣運(yùn)移的影響。
全文摘要
本發(fā)明涉及的是基于三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的油氣運(yùn)移模擬裝置及模擬實(shí)驗(yàn)方法，其中的基于三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的油氣運(yùn)移模擬裝置是在三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的內(nèi)框上安裝地質(zhì)模型箱體，三軸轉(zhuǎn)臺(tái)是以立式底座為主體的三軸正交的框架式結(jié)構(gòu)，三軸轉(zhuǎn)臺(tái)有三個(gè)框，內(nèi)框?yàn)闄M滾框，中框?yàn)楦┭隹颍饪驗(yàn)榉轿豢?；地質(zhì)模型箱體上安裝有滑動(dòng)活塞，滑動(dòng)活塞將箱體分成上、下兩個(gè)腔體，下腔體用于盛裝砂體，下腔體還有鋼紗網(wǎng)制作的中間砂盒，滑動(dòng)活塞的底面有長(zhǎng)方形的凹槽，中間砂盒上的透槽可插入滑動(dòng)活塞的凹槽中；下腔體設(shè)置有飽和度測(cè)量電極、流體進(jìn)口和流體出口，飽和度測(cè)量電極一行高一行低的均布在地質(zhì)模型箱體的底上。本發(fā)明自動(dòng)化程度高，可在三維空間中完整地模擬地下油氣的運(yùn)聚成藏過(guò)程，為油氣成藏研究的深入發(fā)展提供了條件。
文檔編號(hào)E21B47/10GK102493803SQ201110449228
公開(kāi)日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月29日
發(fā)明者付曉飛, 孫永和, 李賢麗, 楊勉, 袁紅旗 申請(qǐng)人:東北石油大學(xué)