大庆长垣西部地区油气运移动力学研究.pdf

石油天 然气学报 江汉石油学院学报 2 0 1 0 年 2 月第3 2 卷第 1 期 J o u r n a l o f O i l a n d G a s T e c h n o l o g y J ． J P I F e b ． 2 0 1 0 V o 1 ． 3 2 N o ． 1 大庆长垣西部地区油气运移动力学研究 中 “ O r ， 大庆油田有限责任公司第九采油厂，黑龙江 大庆 1 6 3 8 5 3 、 I 成 都理 工 大 学 沉 积 地 质 研 究 院， [] 1 1 1 成 都6 1 0 0 5 9 ／ [ 摘要]建立在物理实验基础上的数字模拟技术正成为油气运移研究的重要手段。在对前人关于油气运移 室内实验进行 系统分析总结的基础上， 以大庆长 垣西部外 围地 区为例 ，运 用盆地模 拟方 法恢复盆地 演化 过程 ，开展流体动力学研究。对大庆长垣西部 外 围地 区各类输 导体 进行 了定量表征 ，结合生 、排烃研 究 成果，对油气运聚过程进行 了模 拟分析 ，并 以黑帝庙油层 为例 阐述 了油 气运移路 径及 聚集 范 围，进 一步 指 出了黑帝庙油层 曾经遭受后期破坏作用 。油气运聚模 拟结果与实际地质情况 比较符合 。 [ 关键词]大庆长垣西部；油气运移；侵入逾渗理论；流体动力学；输导体系 [ 中图分类号]T E l 2 2 ． 1 [ 文献标识码]A [ 文章编号]1 0 0 0 9 7 5 2 2 0 1 0 0 1 0 0 4 3 0 4 大庆长垣西部地区地处松辽盆地大庆长垣 以西 ，勘探开发范围包括齐家一 古龙凹陷、龙虎泡一 大安 阶 地 、泰康隆起带和西部超覆带 4个二级构造单元。地质条件复杂，油藏具有小、散、差、杂、低、深的 特点，成藏规律研究难度大 ，以往定性分析的成藏规律研究方法对该区探明储量快速上升起到了很大促 进作用 ；但 由于难 以考虑众多地质因素的共同作用及其间的相互关系 ，无法解决研究结果尤其是油气运 移路径及方 向的多解性难题。因此 ，有必要建立各成藏主控因素之间的定量制约关系，开展定量的动力 学 研究 。 1 方法理论 L e n o r ma n d等Ⅲ和 E wi n g等[ 幻通过在玻璃管填充不 同粒径玻璃微珠，孔隙内饱 和水溶液，观察油 在孔隙介质中驱替孔隙水的室内物理模拟实验 ，表明石油的二次运移过程受颗粒粒度 、表面润湿性 、注 入压力 、原始油柱高度、流体性质等多种因素的影响。De mb i c k i 等 引、C a t a l a n等 、T o k u n a g a等 引、 张发强等 研究发现，随实验条件的不同，石油运移大体上可分为活塞式、指进式和优势路径式 3 种运 移模式 。 在实际地质条件下 ， 各影响因素的变化范围很大，某单一因素对石油二次运 移模式 的影响难以确 定 ， 并且各因素之间的关系复杂 引，而采用归一化方法是综合分析这些 因素共 同作用结果 的有效途径。 Wi l k i n s o n c 提出的两个流体排替动力无量纲数 毛管数 C a 和 B o n d 数 B 。 ， 在互不相溶的两相排 替动力学分析中被广泛采用[ 1 ] 。 毛管数为排替流体的粘滞力与系统的毛细管力之比，可表示为 一 1 a c os 7 式 中， 。 是排替流体的达西速率 ， s ／ m； 。 是排替流体的粘度 ， mP a s ； 是流体界面张力 ， N； y 是两相流体 在 固体表面形成的接触角， 。 。 B o n d数为排替流体在被排替流体中所受浮力与毛细管力之 比，考虑到实验室难 以获得模型的喉道 直径 ，T o k u n a g a [ 5 ] 等对 B o n d数进行了修改 [ 收稿日期]2 0 0 9 0 91 0 [ 基金项目]国家自然 科学基金项目 4 0 7 7 3 0 3 0 。 [ t 5者简介]么忠文 1 9 7 6 一 。男 ，2 0 0 0年江汉石油学院毕业 ，工程师 ，博士生 ，现主要从事油藏地质方面的研究工作 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 石油天然气学报 江汉石油学院学报 2 0 1 0年 2月 C OS 盯 ， 。 西 2 式中， p 是水的密度， g ／ c m。 ； p o 是油的密度 ， g ／ c m。 ； g是重力加速度 ， m／ s 。 ； 是油运移方向与水平方 向的 夹角 ， 。 ； K是绝对渗透 率， m。 ； 盯 是流体界面张力 ， N； 是孔隙度 ， 。 由式 1 和式 2 可知 ， 在排替流体为非润湿相的条件下 ， 毛管数 C a 分布范 围主要取决于达西流 速 ， B o n d数 分布范 围主要取决于绝对渗透率与孔隙度的比值 。 侯平等L 9 以修改后 的 B o n d数 B 。 为横坐标 、毛管数为纵坐标绘出运移模式相 图 见 图 1 。从图 1 可以看出，运移模式的改变受 B o n d数的影响较小，应该是由于各个模型 的绝对渗透率和孔隙度变化较 小，而达西流速变化较大的缘故。随毛管数变小 ，运移模式依次表现为活塞式、指进式和优势路径式 。 因为达西速率的大小与单位时间内新参与运移的油量成正比，而后者又决定于运移动力的大小 ，因而在 运移条件相似的情形下 ，运移动力越大，运移的油气越趋向于以活塞式运移。T o k u n a g a等[ 5 认为，若 运移动力大 ，油气不仅可以突破大的孔隙，而且可能突破小的喉道 ，结果造成油柱整体向上运移 ，形成 活塞式运移模式。当运移动力减小 ，油气突破细小喉道的可能性较小 ，只能沿部分大毛细管向上运移 ， 进而形 成指进 运移模 式 。 侵入逾渗理论模型 就是根据室内实验结果及理论分析构建的。在地质网格模型中，用节点代表孔 隙和喉道，键长代表着平均喉道的长度 见图 2 。当连续路径边 界上某一喉道处的浮力大于毛细管力 时，油气便进入与之相连的孔隙，使得路径增加，其数 目的选择取决于这些喉道相连的孔隙体积及油气 的供给量，不同模式运移路径的形成实际上是单位时间内运移动力可使得作为排替相的油突破喉道多寡 的结果。油气在运移通道内总是沿着阻力最小的优势路径运移[ 3 j ，直至运移动力与阻力平衡 的部位， 油气发生聚集L 1 ] ，这就是油气运聚过程模拟分析的理论基础。 1 O 1 0 ’ 5 1 0 1 0 1 O l 0 - 3 图 1石油二次运移模式相图 2 大庆西部流体动力学研究 为油气运移 动力 ； 为阻力； 为动力与阻力最大 差值 图 2 侵入逾渗数学模型 据文献 [ 6 ] 2 0世纪 8 0年代 以来 ，人们在表述流体动力时，主要使用流体势的概念，流体势是地下多种流体动 力作用的复合形式，可以较为直观、全面地反映地下流体动力的空间状态，流体势的计算公式如下 声 一 譬 3 式中， Z为测点高程， I l l ； g为重力加速度， n l ／ ／ s ； P为测点压力， MP a ； fD 为流体密度 ， g ／ c m。 ； q为水动力流 速 ， m／ s 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 2卷第 1期 么忠文大庆长垣西部地区油气运移动力学研究 根据式 3 ，在忽略水动力条件下，流体势主要与 目的层古构造及古流体压力有关。 在利用 Te mi s模拟软件模拟大庆长垣西部地区埋藏史以及压力场恢复的基础上，计算 了各套储集 层顶面在主要运聚期的流体势，并勾绘 出作为运移趋势方向分析的流线图。流体势分布总体上具有两侧 低 中间高的特征 。根据流体势研究成果 ，把研究 区划分为西部斜坡运聚系统 、大庆长垣运聚系统、茂兴 运聚系统、大安运聚系统和英 台运聚系统。各油层顶面的运聚系统虽位置稍有变化 ，但变化不大。 3 大庆长垣西部地区输导体系研究 输导体系是连接烃源岩和圈闭的桥梁和纽带 ，直接影响着油气运移方 向和聚集部位 ，决定了油气 的 散失量和运聚效率 。 3 ． 1 砂岩输 导体 砂岩输导体能否作为 良好的侧 向运移通道 ，与砂岩的发育程度密切相关 ，在其他石油地质条件相类 似的前提下，砂岩发育程度越高 ，连通性越好 ，作为油气运移输导层的概率越大。为了实现砂岩输导体 的定量表征，首先利用探井取心和录井等资料 ，分析砂地比、单层砂岩厚度与含油性的关系，确定有效 砂岩输导体标准。有效输导体标准为 岩性为砂岩或粉砂岩、砂岩单层厚度大于 0 ． 3 m且油层组砂地 比 大于 4 0 ；在此基础上 ，以区域沉积相为约束条件对有效砂岩输导体平面分布特征及厚度情况进行刻 画；其次，通过成岩序列结合压实特征对物性进行恢复，获取古物性资料 ，并采用 “ 砂岩厚度 古孔隙 度”对砂岩输导体进行定量表征。 3 ． 2 不 整合 面输导体 大庆长垣西部青山E l 组顶面存在一 区域性不整合面，在对不整合面的分布、结构及不整合面上下砂 岩的含油性进行分析的基础上 ，认为该不整合面不具备典型不整合 面结构 ，不整合面上部没有底砾 岩， 下部没有风化淋漓层。不整合面主要为上砂下泥结构，不整合面上部普遍存在一套水进砂岩 ，且水进砂 岩具油气显示的占统计总数 6 0 ，据此认为该套水进砂岩与油气运移的关 系密切。因此，构建 了姚一 段砂岩、不整合面和姚二、三段的复合输导模型，主要为姚一段一 姚二 、三段水进砂岩 姚二、三段 砂岩一 西斜坡；青二、三段一 姚二 、三段水进砂岩 姚二、三段砂岩一 西斜坡；姚二 、三段砂岩一 西斜 坡 。 3 ． 3 断层 输导体 在对大庆长垣西部地区断裂发育特征 、断裂活动 期与成藏期匹配关系等研究的基础上，主要定量刻画 ‘ 断层的输导能力。0 ． 8 首先 ，根据影响断层封堵性能因素 ，引入断层输 锝 n 6 导 系 数 。 计 算 公 式 为 饕 ． p C 一 4 0 ．2 式中， C为输导系数， 无量纲 ； R 为断裂带 的泥质含量， ； 为断面所受的正压力， MP a ； P为流体压力 ， MP a 。 1 2 3 4 5 6 其次 ， 利用经油 田开发 已证实开 启或封闭的断层 输导系I 改 资料 ， 计算出输导系数并进行拟合 ， 建立断层开启概率 图3 大庆西部断层开启概率与输导系数关系图 模型， 对断层输导体进行定量表征 。 图 3为大庆长垣西 部地区断层开启概率与输导系数关系 ， 由统计结果建立的大庆长垣西部地区开启概率数学模型为 厂 一f『 O 。 2 9 c o 9 c o - 8 5 。 5 c 4 5 -厂 一i 1 c ≥ 4 式 中 ， 厂 为 断层开 启概率 ， Y oo 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 石油天然气学报 江汉石油学院学报 2 0 1 0 年 2月 根据上述模型 ，完成了大庆西部全区断层 开启概率的统计 。总体上，该区断层多以开启 为主，所占比例在 7 O 以上 。 4 大庆西部运移过程模拟分析 在流体动力学研究和输导体定量刻画的基 础上，结合前人关于大庆长垣西部生排烃史研 究成果 ，依据侵入逾渗理论对油气运聚过程进 行了模拟研究 。以大庆长垣西部地区黑帝庙油 层为例 ，黑帝庙油气 的运移和聚集主要发生在 中南部的有效排烃范围之内或附近；新站 、葡 西、龙虎泡 、英 台、他拉哈和敖包塔一带油气 运聚通量较大 图 4 ；龙虎泡、新站 、敖包塔 一 带因明末一 依安组沉积时期 的构造活动油藏 可能遭受一定的破坏 。从黑帝庙油层区域性盖 层嫩五段地层砂地比图上看 ，龙虎泡和敖包塔 一 带砂地比处在高值区，基本在 3 O 左右 图 5 ；大庆西部全 区不 同程度都遭受到 了剥蚀， 在敖包塔一带，甚至嫩五段被全部剥蚀掉 ；在 这两个区带上均发现稠油油藏 ，说明曾经发生 过油气藏的破坏与氧化。油气运移模拟结果与 实际油田情况 比较符合 。 5 结 论 1 研究区内各油层顶面的古流体势特征大 致相似，总体具有东西两侧流体势低、中间流 体势高的分布特征。 2 研究区有效砂岩输导体标准为岩性为砂 岩或 粉砂岩 ，砂 岩单层 厚度 大 于 0 ． 3 m，且油层 组砂地 比大 于 4 0 。 3 青山口组顶面的不整合面不具备典型不 整合面的三层结 构，不整合面上部 的水进砂岩 与油气运移关系密切 ，并构建了不整合面复合 输导格架。 4 建立了研究区断层开启概率模型，断层 开启概率 1 0 0 ％时 ，断层 输导系数标准为大于 或等 于 4 。 5 模拟出了黑帝庙层油气运移路径及聚集 范围 ，并 进一 步指 出 了 黑帝 庙 油层 遭 受 到 后 期 剥 蚀破坏 作用 ，模 拟 结 果 与 实 际地 质 情 况 比较 符合 。 圈 4 黑帝庙油层模拟结果 图 5嫩五段砂地比 下 转 第 1 0 5页 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 2 卷第 1 期 姜瑞忠等涠洲 儿一 4 油田水驱后注气提高采收率预测方案评价 l O 5 会影响产量，这就使得这一方法不可能有很大的潜力。⑤对于高产井来说，由于水驱残余油饱和度小于 气驱残余油饱和度 ，单纯就驱油效率而言，水驱效果好于气驱效果 ，因此对于水驱尚有经济价值的井应 当尽可能采用水驱 。在注气方案中也考虑了选择几 口高产井注气，计算结果也表明，高产井注气不如天 然能量开发的效果好 。 5 结论 及建议 1 首次提 出建立等效模型 ，克服了水驱历史拟合后将黑油模型的压力 、饱和度分布等参数导入到 组分模型中出现的漂移或沉降等非平衡现象，对注气提高采收率开发有十分重要的参考价值。 2 涠洲 1 l 一 4油 田当前研究认为连续注气、间歇注气及水气交替的效果差 ，而实施泡沫驱可以大幅 度提高纵向波及系数 ，增油效果明显。建议开展泡沫驱实验工作 ，可 以针对油田选择经济可行 的泡沫配 方 ，同时为泡沫方案的设计提供可靠的参数。复合泡沫同常规泡沫相 比有明显的优势，受到越来越多的 重视 ，正在矿场得到越来越多的应用，建议进行复合泡沫驱 的实验和数值模拟研究 。 [ 参考文献] [ 1 ]李仕伦 ，张正卿 ，冉在 权 ，等 ．注气提高石油采收率技术 [ M]．成都 ；四川科学技术 出版社 ，2 0 0 1 ． [ 2 ]Al i D a n e s h ．油藏 流体 的 P VT与相态 [ M]．沈平平，韩冬 ，译 ．北京 ；石油工业出版社 ，2 0 0 0 ． [ 3 ]张恩富，贾忠 旺，杜兴家 ，等 ．大庆油 田注天然气非混相驱矿场试验研究 [ J ]．油气采收率技术 。1 9 9 8 ，5 4 3 3 3 5 ． [ 4 ]郭万奎，廖广志 ，劭振波 ，等 ．注气提高采收率技术 [ M]．北京 石油工业出版社 ，2 0 0 3 ． [ 5 ]李振泉，殷 勇，王其伟 ，等 ．气水交替注人提高采收率机理研究进展 [ 刀 ．西南石油大学学报，2 0 0 7 ，2 9 2 ； 2 2 2 5 ． [ 6 ]冯宝竣，高 畅，王 晓玲 ．水气交替注人试验效果分析 口]．大庆石油地质 与开发 ，1 9 9 5 ，9 3 6 1 ～6 2 ． [ 7 ]王冬梅，李瑞章 ，白德林 ．天然气驱水气交替注人数值模拟研究 [ J ]．大庆石油地质与开发，1 9 9 4 ，1 3 4 ；4 5 ～4 7 ． [ 8 ]蒋龙 ． 蒸汽泡沫驱方案优化的新方法 [ J ]．油气地质与采收率 ，2 0 0 5 ，1 2 2 5 5 6 2 ． [ 9 ]赵长久，杨振 宇，么世椿 ，等 ．萨北油田北二 区泡沫复合驱矿场试验 [ J ]．油气地质与采收率，2 0 0 3 ，1 0 1 ；5 8 5 9 ． [ 1 O ]王其伟，郑经堂 ．泡沫加二元复合体系提高采收率技术试验研究 [ J ]．石油天然气学报，2 0 0 8 ，3 0 3 t 1 3 7 ～1 3 8 ． [ 编辑] 萧雨 上接 第 4 6页 [ 参考文献] [ 1 ]L e n o r ma n d R， Z a r e o n e E ，T o u b o u l E ．Nu mb e r i c a l mo d e l s a n d e x p e r i me n t s o n i mmws c i b l e d i s p l a c e me n t s i n p o r o u s me sa[ J ]． J o u r n a l o f Fl u i d M e c h a n i c s， 1 9 8 8， 1 8 9 1 6 5 ～ 1 8 7 ． [ 2 3 E wi n g R P，B e r k o wi t z 1 3 ． A g e n e r a l i z e d g r o wt h mo d e l f o r s i mu l a t i n g i n a t i a l mi g t a t i o m o f d e n s e n o n a q u e o u s p h a s e l i q u i d s[ J ]．Wa t e r Re s ou r e e s Re s e a r c h， 1 9 9 8， 3 4l 6 1 1 ～ 6 22 ． [ 3 ]De mb i c k i H J ， An d e r s o n M J ．S e c o n d a r y mi g r a t io n o f o i l e x p e r i me n t s s u p p o r t i n g e ff i c i e n t mo v e me n t o f s e p a t a t e ，b u o y a n t “ o i l p h a s e a l o n g l i mi t e d c o n d u i t s[ J ]． AAP G B u l l e t i n ，1 9 8 9 ，7 3 4 ；1 0 1 8 1 0 2 1 ． [ 4 ]C a t a l a n L，Xi a o W F，C h a t z i s 1 ，e t a l ，An e x p e r o me n t s t u d y o f s e c o n d a r y o i l mi g r a t i o n[ j ]． AAP G B u l l e t i n ，1 9 9 2 ，7 6 3 6 3 8 ～ 6 5 0 ． [ S ]To k u n a g a T，Mo g i K，Ma t s u b a r a 0，e t a l ，B u o y a n c u a n d i n t e r r a c i a l f o r c e e f f e c t s o n t wu p h a s e d i s p l a c e me n t p a t t e r n s a n e x p e r i me n t a l s t u d y[ J ]． AAP G B u l l e t i n ，2 0 0 0 ，8 4 2 6 5 ～7 4 ． [ 6 ]张发强 ，罗晓容 ，苗盛 ，等 ．石油二次运移的模式及其影响因素 [ J ]．石油实验地质 ．2 0 0 3 ，2 5 1 6 7 7 4 ． f 7 ]Wi l k i n s o n D ． P e r c o l a t i o n mo d e l o f i mmi s c i b l e d i s p l a c e me n t i n t h e p r e s e n s e o f b u o y a n c y f o r c e s[ J ]． P h y s i c a l R e v i e w A，1 9 8 4 ，3 0 5 2 0 ～ 5 31 ． [ 9 ]侯平 ，周波 ，罗晓容，等 ．石 油二次运移路径的模拟分析 [ J ]．中国科学 D辑 ，2 0 0 4 ，3 4 1 1 6 2 ～1 6 8 ． [ 编辑] 宋换新 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m