技术领域
[0001] 本
发明涉及试验装置技术领域，尤其是一种模拟地层成藏的围压试验装置、安装方法及试验方法。
背景技术
[0002] 地球的地下资源极其丰富，蕴藏着大量的石油、
天然气及可燃
冰等
能源资源，在对这些资源进行开采时，人类的认知程度是有限的，对于各种能源的开采方法，以及机理性特征的掌握仍是不充分的，如何更加深入的挖掘其中的机理特征，必须要在试验室建立更加真实模拟实际成藏和开采环境的模拟装置才能解决其中的问题。
[0003] 目前，国内外已经设计并开发了多种相关领域的试验装置，但不同的试验装置都有着其具体的
指向性。而如何准确的模拟地
层压力远场的
能量输入，对于地层成藏及开采的真实模拟至今没有相关的试验装置能够准确的实现。
发明内容
[0004] 本
申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种模拟地层成藏的围压试验装置、安装方法及试验方法，从而能够模拟地层远场围压对储层影响难题的试验装置，通过人为控制外部围压来实现模拟远场致密地层对整个储层空间的能量输入，进而更加真实的模拟实际地层的成藏及开采特征。
[0005] 本发明所采用的技术方案如下：
[0006] 一种模拟地层成藏的围压试验装置，包括反应釜，所述反应釜的内部配合安装有内置物理模型模
块，反应釜的顶部通过反应釜釜盖密封，所述内置物理模型模块的外圆周面与反应釜的内圆周面之间留有间隙，所述间隙形成围压空腔，所述围压空腔连接管路连接有围压控
制模块；还包括试验前装配用的翻转机构模块，所述翻转机构模块内配合安装内置物理模型模块。
[0007] 作为上述技术方案的进一步改进：
[0008] 所述反应釜的结构为：包括反应釜釜体，所述反应釜釜体的外壁面安装有
水浴夹套，所述反应釜釜体的顶部安装有反应釜釜盖，所述反应釜釜盖的外圆周面和反应釜釜体顶部同时安装有液压快速开合机构。
[0009] 所述内置物理模型模块的结构为：包括底座，所述底座上通过密封装置配合安装有围压胶筒，所述围压胶筒的下部安装有水平的隔板，所述隔板上开有均匀间隔的透气孔，；所述隔板下部与底座之间形成下覆腔体，在下覆腔体内安装有加热盘管，所述加热盘管的头部穿过底座与驱动元件连接；所述底座中部还安装有注气注液通道，所述注气注液通道与围压
控制模块连接，所述注气注液通道向围压胶筒内部注气；所述反应釜釜盖同时盖在围压胶筒的顶部；
[0010] 还包括多个“L”型结构的水平井，所述水平井的水平部分从围压胶筒的筒壁外部向内部伸入，并间隔平行排列，多个水平井的垂直部分同时穿过反应釜釜盖，并在反应釜釜盖外部端头安装水平井集成器，
[0011] 每个水平井的水平部分在纵向方向安装多个间隔的垂直井，在同一轴线
位置的垂直井同时穿过反应釜釜盖，并在反应釜釜盖外部端头安装
传感器测柱；
[0012] 所述反应釜釜盖的中部还安装有全尺寸中心井，所述全尺寸中心井伸入围压胶筒内部；
[0013] 所述反应釜釜盖和围压胶筒上还安装有
电阻率
层析成像模块；
[0014] 所述围压控制模块还包括围压
跟踪泵、液体容器、
压力传感器和围压控制系统。
[0015] 所述翻转机构模块的结构为：包括间隔的
支架，其中一支架的外部固定安装有减速
电机，所述减速电机的输出端安装有转动轴，所述转动轴的两端通过
轴承装置
支撑，所述转动轴横穿两个支架，并在转动轴上安装
围板，所述围板的顶部安装卡盘
法兰，底面安装底部支撑法兰，所述围板内部配合安装内置物理模型模块；另一支架通过限位销与围板固定。
[0016] 一种模拟地层成藏的围压试验装置的安装方法，包括如下步骤：
[0017] 第一步：翻转机构模块就位；
[0018] 第二步：通过吊机将反应釜釜盖吊装至翻转机构模块上方，并通过
螺栓将其固定在围板顶部的卡盘法兰上；
[0019] 第三步：将传感器测柱、全尺寸中心井、垂直井垂直向下安装于反应釜釜盖上，并
锁紧牢靠；
[0020] 第四步：启动翻转机构模块工作，减速电机启动，将上述第二步中已经装好的部分进行翻转180°，然后在反应釜釜盖上安装围压胶筒；
[0021] 第五步：在围压胶筒的筒壁穿过多个水平井的水平部分，水平井的垂直部分穿过反应釜釜盖，并在反应釜釜盖外部端头安装水平井集成器，同时在反应釜釜盖和围压胶筒上安装电阻率层析成像模块；
[0022] 第六步：对围压胶筒内部进行装填砂体，完成装填后，安装隔板，然后安装加热盘管、注气注液通道，最后安装底座；
[0023] 第七步：再次启动翻转机构模块工作，减速电机启动，将整个内置物理模型模块翻转180°，至正立状态，至此，完成内置物理模型模块的装配；
[0024] 第八步：将已经装配好的内置物理模型模块吊装至反应釜釜体内部，然后安装液压快速开合机构；
[0025] 第九步：装配完毕，待试验。
[0026] 一种模拟地层成藏的围压试验装置的试验方法，包括如下步骤：
[0027] 第一步：注气注液通道连接围压控制模块，通过下覆腔体向内置物理模型模块内均匀的并呈
柱塞状地注入需要模拟的地层储层资源，以保证整个所需成藏资源能均匀渗流至内置物理模型模块中的各个孔隙处；
[0028] 第二步：与第一步同步进行启动围压跟踪泵，根据内置物理模型模块的压力变化，持续不断的将围压液体从液体容器中泵入围压空腔中，整个过程，保证围压空腔的压力高于内置物理模型模块中的地层孔隙压力；
[0029] 第三步：当内置物理模型模块中的地层孔隙压力达到了试验设计压力值时，停止通过注气注液通道和下覆腔体注入成藏资源，同时围压跟踪泵会自动停止；
[0030] 第四步：成藏完毕；
[0031] 若存在循环成藏资源的情况，需要通过同时打开下覆腔体和反应釜釜
盖顶部的溢流通道实现成藏资源的釜内循环；同时，需要启动围压跟踪泵，持续控制围压空腔的内的压力，保证其具备模拟地层远场地层压力的条件。
[0032] 本发明的有益效果如下：
[0033] 本发明结构紧凑、合理，操作方便，本发明以可燃冰成藏及开采试验模拟为
基础，解决能够模拟地层远场围压对储层影响难题的试验装置，可以通过人为控制外部围压来实现模拟远场致密地层对整个储层空间的能量输入，进而更加真实的模拟实际地层的成藏及开采特征。
附图说明
[0034] 图1为本发明模拟地层成藏的围压试验装置的结构示意图。
[0035] 图2为本发明的反应釜与内置物理模型模块的装配图。
[0036] 图3为本发明内置物理模型模块的结构示意图。
[0037] 图4为本发明内置物理模型模块安装至翻转机构状态时的结构示意图。
[0038] 图5为本发明翻转机构模块的结构示意图。
[0039] 图6为本发明围压控制模块的结构示意图。
[0040] 其中：1、反应釜；2、内置物理模型模块；3、围压控制模块；4、翻转机构模块；
[0041] 101、反应釜釜体；102、水浴夹套；103、反应釜釜盖；104、液压快速开合机构；
[0042] 201、围压胶筒；202、水平井；203、水平井集成器；204、传感器测柱； 205、全尺寸中心井；206、垂直井；207、电阻率层析成像模块；208、下覆腔体；209、加热盘管；210、注气注液通道；211、隔板；212、底座；
[0043] 301、围压空腔；302、围压跟踪泵；303、液体容器；304、压力传感器； 305、围压控制系统；
[0044] 401、减速电机；402、卡盘法兰；403、转动轴；404、限位销；405、底部支撑法兰；406、围板；407、支架。
具体实施方式
[0045] 下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
[0046] 如图1-图6所示，本
实施例的模拟地层成藏的围压试验装置，包括反应釜 1，反应釜1的内部配合安装有内置物理模型模块2，反应釜1的顶部通过反应釜釜盖103密封，内置物理模型模块2的外圆周面与反应釜1的内圆周面之间留有间隙，间隙形成围压空腔301，围压空腔301连接管路连接有围压控制模块3；还包括试验前装配用的翻转机构模块4，翻转机构模块4内配合安装内置物理模型模块2。
[0047] 反应釜1的结构为：包括反应釜釜体101，反应釜釜体101的外壁面安装有水浴夹套102，反应釜釜体101的顶部安装有反应釜釜盖103，反应釜釜盖 103的外圆周面和反应釜釜体101顶部同时安装有液压快速开合机构104。
[0048] 内置物理模型模块2的结构为：包括底座212，底座212上通过密封装置配合安装有围压胶筒201，围压胶筒201的下部安装有水平的隔板211，隔板 211上开有均匀间隔的透气孔，；隔板211下部与底座212之间形成下覆腔体 208，在下覆腔体208内安装有加热盘管209，加热盘管209的头部穿过底座212 与驱动元件连接；底座212中部还安装有注气注液通道210，注气注液通道210 与围压控制模块3连接，注气注液通道210向围压胶筒201内部注气；反应釜釜盖103同时盖在围压胶筒201的顶部；
[0049] 还包括多个“L”型结构的水平井202，水平井202的水平部分从围压胶筒201的筒壁外部向内部伸入，并间隔平行排列，多个水平井202的垂直部分同时穿过反应釜釜盖103，并在反应釜釜盖103外部端头安装水平井集成器203，
[0050] 每个水平井202的水平部分在纵向方向安装多个间隔的垂直井206，在同一轴线位置的垂直井206同时穿过反应釜釜盖103，并在反应釜釜盖103外部端头安装传感器测柱204；
[0051] 反应釜釜盖103的中部还安装有全尺寸中心井205，全尺寸中心井205伸入围压胶筒201内部；
[0052] 反应釜釜盖103和围压胶筒201上还安装有电阻率层析成像模块207；
[0053] 围压控制模块3还包括围压跟踪泵302、液体容器303、压力传感器304 和围压控制系统305。
[0054] 翻转机构模块4的结构为：包括间隔的支架407，其中一支架407的外部固定安装有减速电机401，减速电机401的输出端安装有转动轴403，转动轴 403的两端通过轴承装置支撑，转动轴403横穿两个支架407，并在转动轴403 上安装围板406，围板406的顶部安装卡盘法兰402，底面安装底部支撑法兰405，围板406内部配合安装内置物理模型模块2；另一支架407通过限位销404 与围板406固定。
[0055] 本实施例的模拟地层成藏的围压试验装置的安装方法，包括如下步骤：
[0056] 第一步：翻转机构模块4就位；
[0057] 第二步：通过吊机将反应釜釜盖103吊装至翻转机构模块4上方，并通过螺栓将其固定在围板406顶部的卡盘法兰402上；
[0058] 第三步：将传感器测柱204、全尺寸中心井205、垂直井206垂直向下安装于反应釜釜盖103上，并锁紧牢靠；
[0059] 第四步：启动翻转机构模块4工作，减速电机401启动，将上述第二步中已经装好的部分进行翻转180°，然后在反应釜釜盖103上安装围压胶筒201；
[0060] 第五步：在围压胶筒201的筒壁穿过多个水平井202的水平部分，水平井 202的垂直部分穿过反应釜釜盖103，并在反应釜釜盖103外部端头安装水平井集成器203，同时在反应釜釜盖103和围压胶筒201上安装电阻率层析成像模块207；
[0061] 第六步：对围压胶筒201内部进行装填砂体，完成装填后，安装隔板211，然后安装加热盘管209、注气注液通道210，最后安装底座212；
[0062] 第七步：再次启动翻转机构模块4工作，减速电机401启动，将整个内置物理模型模块2翻转180°，至正立状态，至此，完成内置物理模型模块2的装配；
[0063] 第八步：将已经装配好的内置物理模型模块2吊装至反应釜釜体101内部，然后安装液压快速开合机构104；
[0064] 第九步：装配完毕，待试验。
[0065] 本发明的具体结构和功能为：
[0066] 主要包括反应釜1、围压控制模块3、内置物理模型模块2、翻转机构模块 4、电阻率层析成像模块207等。
[0067] 反应釜1为整个试验装置提供一个密封空间，
[0068] 内置物理模型模块2是整个试验装置的核心，用于模拟可燃冰储层环境，同时与反应釜1配合使用，可以获得一个围压空腔301，利用围压控制模块3，可以对围压空腔301进行加压，用于模拟地层远场围压情况。
[0069] 翻转机构模块4是实现试验功能的必要辅助工具，电阻率层析成像模块207 是依托内置物理模型模块2才能实现的一种地层成像装置及方法。
[0070] 反应釜1主要包括反应釜釜体101、反应釜釜盖103、水浴夹套102和液压快速开合机构104。
[0071] 反应釜1是整个试验装置的基础，用于提供一个密封空间，同时与内置物理模型模块2共同配合，为试验装置提供一个围压环空空间。其中反应釜1设有注入口、产出口以及
数据采集通道等。水浴夹套102起到对整个试验装置的恒温控制作用。
[0072] 围压控制模块3包括围压空腔301、围压跟踪泵302、液体容器303、压力传感器304以及围压控制系统305。
[0073] 围压控制模块3利用反应釜1与内置物理模型模块2形成的环空状围压空腔301，通过围压跟踪泵302向围压空腔301泵入高压液体，利用液体压力对内置物理模型模块2施加围压荷载，从而实现储层远程围压荷载的模拟。这一方法既解决了多孔介质物理模型的
压实均匀度问题，同时可以将成藏
饱和度测量方法升级为电阻率层析成像法，避免了因采用过多的插入式
电极测柱造成多孔介质物理模型内测柱较多的问题。
[0074] 围压控制模块3通过压力传感器304实时监控围压空腔301压力变化，利用围压控制系统305实时控制围压跟踪泵302启停，实现围压荷载的精确控制。
[0075] 内置物理模型模块包括围压胶筒201、水平井202、水平井集成器203、传感器测柱204、全尺寸中心井205、垂直井206、电阻率层析成像模块207、下覆腔体208、加热盘管209、注气注液通道210。
[0076] 内置物理模型通过2对其装填多孔介质，实现对储层地层的模拟。利用围压胶筒201的
密封性实现围压液与多孔介质的密封隔绝。同时利用围压胶筒201 的绝缘性实现电阻率层析成像
探头的安装于使用。内置物理模型模块2内分布垂直和水平的井，用于模拟可燃冰开采。内置物理模型内的传感器测柱204可以安装不同类型传感器，用于实时监测物理模型的参数变化。
[0077] 内置物理模型模块2底部设有下覆腔体208，用于提高注气均匀性、同时为加热盘管209提供安装空间。利用加热盘管209的热
辐射作用对内置物理模型底部进行局部加热，用以
预防可燃冰在内置物理模型底部提前生成，从而造成系统堵塞及成藏失败。
[0078] 翻转机构模块4包括减速电机、卡盘法兰402、转动轴403、限位销404、底部支撑法兰405。
[0079] 翻转机构模块4是配合内置物理模型实现装置装配与试验前调试安装的必要辅助工具。内置物理模型模块2的装配、以及其内部多孔介质的装填工作均在翻转机构模块4上实现。通过翻转机构的翻转，能够解决设备安装方向与多孔介质装填方向矛盾的问题。
[0080] 电阻率层析成像模块207，利用切片成像原理，对内置物理模型模块2进行逐层电阻率测量成像，从而监控内置物理模型的成藏饱和度。
[0081] 实际使用过程中，以可燃冰成藏及开采为例：
[0082] 本发明所述的模拟地层成藏的围压试验装置，其主要功能包括：将内置物理模型模块2置于翻转机构模块4上，并将内置物理模型模块2翻转180°后，完成含冰的多孔介质(简称冰砂)的装填工作。将制备好的内置物理模型模块 2吊装至反应釜1内，完成安装就位。启动围压控制模块3，通过围压跟踪泵 302抽吸液体容器303中的围压液，向围压空腔301内注入液体，使围压空腔 301内达到设计围压，进而模拟地层远场围压对储层的影响。
[0083] 如图4和图5所示，围压胶筒201上以分层的方式均匀布置电极测点，通过逐层切面测量的方式实现电阻率层析成像功能，所选用的测量装置即为电阻率层析成像模块207。同时甲烷气体通过注气注液通道210注入下覆腔体208 中，通过下覆腔体208实现甲烷气体在围压胶筒201包裹的多孔介质中均匀向上运移。在整个注气过程中，底部的加热盘管209通
过热辐射的方式对内置物理模型模块2的底部进行加热，防止在气体运移过程中，在底部率先生成可燃冰从而导致物理模型堵塞甚至造成成藏失败。
[0084] 如图6所示，围压控制模块3通过压力传感器304监测围压空腔301内的压力变化，利用围压控制系统305实现实时数据反馈和指令控制，通过控制围压跟踪泵302的启停来实现围压空腔301的压力稳定。
[0085] 翻转机构模块4主要依靠低速电机401带动翻转架转动，从而实现内置物理模型模块2的翻转。其中卡盘法兰402和底部支撑法兰405实现整个系统的支撑作用。
[0086] 地层储层资源为油藏、天然气藏或可燃冰藏。
[0087] 实施例一：
[0088] 本实施例的模拟地层成藏的围压试验装置的试验方法，包括如下步骤：
[0089] 以20MPa成油藏或天然气藏为例：
[0090] 第一步：注气注液通道210连接围压控制模块3，通过下覆腔体208向内置物理模型模块2内均匀的并呈柱塞状地注入需要模拟的油藏或天然气藏，以保证整个所需成藏资源能均匀渗流至内置物理模型模块2中的各个孔隙处；
[0091] 第二步：与第一步同步进行启动围压跟踪泵302，根据内置物理模型模块2 的压力变化，持续不断的将围压液体从液体容器303中泵入围压空腔301中，整个过程，保证围压空腔301的压力高于内置物理模型模块2中的地层孔隙压力；
[0092] 第三步：经历数小时或几天时间的渗流过程，当内置物理模型模块2中的地层孔隙压力达到了成藏压力20MPa时。停止通过注气注液通道210和下覆腔体208注入成藏资源，同时围压跟踪泵302会自动停止；
[0093] 第四步：成藏完毕。
[0094] 实施例二：
[0095] 本实施例的模拟地层成藏的围压试验装置的试验方法，包括如下步骤：
[0096] 以30MPa成可燃冰藏为例：
[0097] 第一步：注气注液通道210连接围压控制模块3，通过下覆腔体208向内置物理模型模块2内均匀的并呈柱塞状地注入需要模拟的可燃冰藏，以保证整个所需成藏资源能均匀渗流至内置物理模型模块2中的各个孔隙处；
[0098] 第二步：与第一步同步进行启动围压跟踪泵302，根据内置物理模型模块2 的压力变化，持续不断的将围压液体从液体容器303中泵入围压空腔301中，整个过程，保证围压空腔301的压力高于内置物理模型模块2中的地层孔隙压力；
[0099] 第三步：当内置物理模型模块2中的地层孔隙压力达到了可燃冰成藏压力 30MPa是，停止通过注气注液通道210和下覆腔体208注入成藏资源，同时围压跟踪泵302会自动停止；
[0100] 第四步：启动
循环泵，通过同时打开下覆腔体208和反应釜釜盖103顶部的溢流通道实现成藏资源的釜内循环；同时，需要启动围压跟踪泵302，持续控制围压空腔301的内的压力，保证其具备模拟地层远场地层压力的条件，经历数天甚至几十天的结冰成藏过程，可燃冰达到成藏饱和度要求后，停止循环。
[0101] 第五步：成藏结束。
[0102] 以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见
权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的
修改。
