断裂带油气幕式运移:来自物理模拟实验的启示

断裂结构对油气运移的影响是当前油气输导体系研究的前沿与薄弱环节。本文在调研断裂结构及其流体流动机制的基础上,利用物理模拟实验研究断裂带油气幕式运移过程,探讨断裂带油气运移机理及相关问题。实验结果表明,断裂内部结构控制着油气运移的路径和方式,含油饱和度在一定程度上影响油气运移的路径;破碎带是油气幕式运移的优势通道,且油气聚集成藏的潜在圈闭为位于油源断裂主动盘一侧的圈闭。单次幕式充注过程中运移量与时间之间的对数型关系表明,流体沿断裂幕式运移具有非线性流的特征,且流动速率可能介于一个相对固定的范围,其数量级约为10~2~10~3m/a;流体沿断裂幕式流动过程包含高速非线性流、过渡流动机制和线性达西流3种流体流动机制,其间的相互转换是一个多物理场相互作用的复杂过程。此外,断层体油气藏的形成条件为油气沿断裂运移时,运移动力与阻力在断裂带内达成平衡状态。     

特低-超低渗透砂岩储层微观水驱油特征及影响因素:以鄂尔多斯盆地马岭油田长8_1储层为例

为了更加深入地探究特低-超低渗透储层油水的微观流动特征及其表现出差异性的因素,以马岭油田长8_1储层为代表,对典型样品进行了微观渗流实验,并结合物性、铸体薄片、扫描电镜、恒速压汞及核磁共振等多种实验测试结果对储层流体的微观驱替机理及导致驱油效率高低不同的因素进行了研究。结果表明:研究区块长8_1油藏按微观渗流通道类型可分为溶孔-粒间孔型、溶孔型、微孔型3类,其驱油效率逐类降低,不同微观渗流通道类型样品的渗流特征表现出较大的差异性,其中溶孔-粒间孔型样品平均驱油体积为0.010 cm~3,最终平均驱油效率高达45.60%,驱替效果最为理想。储层微观条件中,喉道半径大小及分布状况对驱油效率的大小起决定性的作用,物性和可动流体饱和度两者对驱油效率的大小均具有较低程度的控制作用;外部实验条件中,对驱油效率产生较大控制作用的为注入水体积倍数和驱替压力。因此,在油藏实际水驱采油过程中应当采用较为合理的注水压力和注入水体积倍数。     

单个裂隙中油运移实验及特征分析

利用狭窄平行板裂隙模型来模拟和分析单个裂隙内油运移的过程。实验中采用表面起伏的玻璃板制作平行板裂隙模型,通过改变水中蔗糖的浓度控制两相流体间的密度差,来分析不同密度差和注入速率条件下油的运移过程和特征。观察发现,油在饱含水的狭窄裂隙空间内的运移特征与在孔隙介质中的运移有相似之处:运移的路径只占通道的一部分,都具有不规则的分形特征,也可形成活塞式、指进式和路径式等模式。而这些模式的形成也同样受各种因素的影响。利用孔隙介质中油运移实验结果总结出来的、以Bo数和Ca数为纵横坐标运移相图完全可以用来表征单个裂隙中油的运移模式。     

团聚型压裂液对煤粉运移的影响及作用机理

排采过程中,煤粉随着运载流体在支撑裂缝中运移,容易导致裂隙堵塞,造成煤储层渗透率和支撑裂缝导流能力的降低,为探究团聚型压裂液性质对煤粉运移产生的影响及作用机理,选取准南煤田乌鲁木齐河东矿区煤样为研究对象,以蒸馏水、活性水压裂液(1.5%KCl)、团聚型压裂液(1.5%KCl+0.05%AN)为运载流体,通过单相流驱替状态下煤粉产出物理模拟实验,获取驱替流速为100、200、300 mL/min时的煤粉产出量和支撑裂缝导流能力伤害率,结果表明:气体驱替流速为100 mL/min时3种运载流体煤粉累计产出量均呈现线性增长趋势,支撑裂缝的导流能力伤害率变化范围较小(0.6%~8.1%);气体驱替流速为200 mL/min时,随着支撑裂缝中煤粉沉积,运移通道缩小,各运载流体出粉量先达到最大值随后减少,团聚型压裂液裂缝导流能力伤害率较小,其导流能力伤害率累计值分别与蒸馏水和活性水压裂液导流能力伤害率相差分别达到24.4%和3.1%;气体驱替流速为300 mL/min时:煤粉出粉量达到最大值的时间提前,运载流体为团聚型压裂液支撑裂缝导流能力伤害率最小,其导流能力伤害率累计值与蒸馏水和活性水压裂液导流能力伤害率相差分别达到64.8%和14.9%。因此驱替流速较低时,煤粉产出量较少且导流能力伤害率较低。结合静置沉降实验和直剪实验,揭示了团聚型压裂液对煤粉运移的作用机理:煤粉运移过程中团聚型压裂液能够通过表面活性剂的亲水基和亲油基改变溶液与煤粉界面状态,增强煤粉润湿性,使煤粉颗粒在运移过程中聚集沉降;通过增加其液桥力使黏聚力增大,抑制沉降的煤粉发生相对移动,从而减少悬浮煤粉颗粒的数量,有效降低煤粉产出量和支撑裂缝导流能力伤害率,进而减少卡钻、修井的发生概率,实现对煤粉的有效防控。      

石油二次运移优势路径形成过程实验及机理分析

利用填装玻璃微珠的玻璃管模型,观察静水条件下油在饱含水孔隙介质中靠浮力形成优势运移路径,以及随后沿已形成的路径运移的过程。实验发现,运移的形成过程、路径的形态以及油在已形成的路径内的运移均表现出强烈的非均一性;前缘跳跃、分段运移等现象揭示了运移过程的复杂性。运移路径一旦形成,直到运移结束,其形态和空间展布特征基本一致;再次注入的油仍基本沿原来的路径运移。连续油柱的浮力及该连续油柱所接触到的孔道的毛细管力之间的复杂关系决定了油气非均匀运移路径的形成过程及其形态特征。     

与盐构造相关的流体流动和油气运聚

盐构造的形成必然伴随着流体的活动 ,盐构造和流体构成了一个有机的反馈系统。含盐盆地中主要的流体类型有含盐热流体、烃类流体、富金属热流体及同生水和大气水等。盐构造在流体流动中起着重要的作用 :( 1)改造流体动力系统 ,包括密度驱动和超压驱动 ;( 2 )提供复杂的流体流动的通道网络 ,主要由盐丘上部的地堑式断裂簇和流体底辟通道、盐体 /围岩接触断裂等构成 ;( 3 )规定流体流动域———特定的流体赋存的特定的空间 ;( 4 )捕获流体共同运动。对于油气而言 ,盐构造既提供了油气运移的驱动力和运移通道 ,又提供了丰富的圈闭。在此基础上文中概括了盐构造、流体流动及油气运移和聚集相互关系的模式。地震剖面上的特征反射、岩心中的脉体、流体包裹体以及流体的理、化参数的空间变化等 ,可以帮助示踪与盐构造相关流体的流动路径 ,追溯流体流动的历史 ,认识油气成藏的过程。     

裂缝介质中石油运移物理模拟结果及地质意义

利用2套裂缝网络模型进行了一系列石油在饱水裂缝介质中运移的物理模拟实验，从石油运移角度研究不同网络拓扑结构、不同缝宽、不同原油粘度等因素对石油运移的影响。通过实验结果分析发现，在裂缝宽度不同的多裂缝体系的石油运移过程中，宽度大的裂缝方向控制着石油运移的方向和原油在裂缝介质中的分布。同时发现，当流体势降低方向（驱替方向）与宽缝方向一致时，运移速度、运移量与粘度的大小尚能呈现出一定的关系：油的粘度越小，运移速度越快，运移量越大，反之亦然。但当流体势降低方向（驱替方向）与宽缝方向垂直时，变化趋于复杂。根据物理模拟实验的结果，指出在油气成藏研究和油气分布预测中，油气运移高峰期的古流体势分布和古应力场分布研究的配合，是判断油气运移方向、确定有利聚集区带的关键。     

利用微观水驱油模型实验对储层进行流动单元的划分

采用微观水驱油模型实验测得西峰油田庄19井区长82储层26块样品的渗透率、水驱前含油饱和度以及在不同注入倍数、不同注入压力下的剩余油饱和度和驱油效率,以此参数为基础,应用统计分析软件SPSS将样品划分为E类、G类和M类3类流动单元。结合试验动态观察和数据分析,不同流动单元类型有着不同的渗流通道、驱替方式、驱油效率以及压力对驱油效率的作用。     

考虑非达西效应的酸蚀裂缝流场数值模拟

酸压改造后的酸蚀裂缝是储层流体的主要流动通道,研究流体在酸蚀裂缝中的流动规律是十分必要的。本文介绍了目前裂隙流动研究中的4种常用控制方程及各自的适用条件,确定了Navier-Stokes方程为酸蚀裂缝流场数值模拟的控制方程。为了分析酸蚀裂缝流场分布规律以及非达西效应对裂缝导流能力的影响,利用逆向工程技术对两种不同刻蚀形态的酸蚀岩样壁面进行了实体重构,并采用有限元数值模拟方法进行了不同流量下的酸蚀裂缝流动试验。结果表明：酸刻蚀形态和裂缝接触关系对流场分布的影响较大。隙宽分布平滑的均匀刻蚀裂缝,其流态稳定、曲折度低,但由于裂缝开度较窄且比表面较高,边界层效应明显,流体流动时产生的黏滞阻力较高;沟槽裂缝曲面粗糙,隙宽分布复杂,流体流动时流态不稳定,曲折度高,在高流量下会产生明显的涡流流动,增大惯性阻力。裂缝通道存在缩颈现象会引起流体绕流和多次加减速,产生额外的压力损耗。随着模拟流量的增大,压降与流量会逐渐偏离线性关系而呈现出非达西流动现象。酸蚀裂缝壁面越粗糙,产生非达西效应时的临界流量和临界雷诺数就越小,在相同流量下非达西效应就越强烈,导流能力下降速率更快。     

静水条件下背斜圈闭系统石油运移和聚集模拟实验及机理分析

静水条件下背斜圈闭系统石油运移和聚集的模拟实验表明：（1）不同砂层组合方式的背斜圈闭系统中，油的运移方向、路径和通道不同，其中，均质和反韵律砂层组成的背斜圈闭系统油的运移方向、路径和通道比较简单，而正韵律组成的背斜圈闭系统中油的运移方向、路径和通道比较复杂；（2）油的充注速率对油的运移方向、路径和通道具有重要的影响，当充注速率较小时，油仅在一些渗透率较高的砂层中运移，当充注速率较大并超过渗透率较高的砂层的运载能力时，则油可以进入一些渗透率较低的砂层；（3）运载层的岩性组合和渗透率级差以及油充注速率和充注方向等对油气运移的散失量和运移效率产生重要的影响，一般来说，反韵律砂层组成的背斜圈闭系统中油的运聚效率较高，均质砂层组成的背斜圈闭系统次之，而正韵律砂层组成的背斜圈闭系统中油的运聚效率比较低；（4）油的运移形式表现为跳跃和脉动的特点。     

Experimental study on water-oil migration and accumulation in a 2D micro-model of carbonate fracture media

Many achievements have been made in experimental studies of hydrocarbon migration in the clastic reservoir. On the other hand, few migration experiments have been reported in the carbonate reservoir simulation realm. This article is a tentative experimental study on hydrocarbon migration and accumulation in the carbonate reservoir, which is a complex media that includes a pore system and fracture system. This microcosmic experiment simulates oil-water displacement using a real core model. Plentiful seepage phenomena were observed in the microcosmic experiments. Three kinds of pathways were found in the plane: parallel pathway, oblique-cross pathway and network pathway. Three types of flow were found: continuous flow, sectioning flow and their combination. Three driving fronts were found in the experiment: piston front, encircle front and impulse front. All these vary with many factors such as fluid pressure, oil saturation, fissure configuration and wettability, and these factors affect each other. The results show that the relation between the fluid pressure and volume of flow is a complex segmenting correlation, instead of a simple positive correlation like the pipe flow that follows Darcy’s law. The relation between fluid pressure and the speed of flow also follows the same correlation. Speed of flow relates to the angle and width of the fissure. Speed of flow in the wide fissure that has an acute angle with the pressure gradient is faster than that in a narrow fissure with a high angle with the pressure gradient. Translated from Geological Review, 2006, 52(4): 570–576 [译自: 地质 论评]     

油气优势运移通道的类型及其物理模拟实验研究

地质分析和物理模拟实验证实地质条件下油气总是沿着浮力最大和阻力最小的的方向和通道运移,形成油气优势运移通道有5种基本模式:级差优势、分隔优势、流向优势、流压优势和断面优势。物理模拟实验结果表明油气运移实际通道只占输导层的1%~10%,但却运输了油气的绝大部分;输导层物性的差异、盖层沉降中心的偏移、流体动力、断层倾角及断层面几何形态控制了油气运移的优势通道;实际地质条件下油气运移所形成的优势通道是上述5种模式综合作用的结果。由于优势通道是大部分油气运移的实际路径,其研究对追踪油气来源、预测有利圈闭有着十分重要的作用。     

纯油条件下合成碳酸盐岩烃类包裹体及其捕获机制探讨

设计了在接近实际储层温压条件下,流体介质为纯原油时在冰洲石中合成烃类包裹体的实验。合成样品的显微观察及荧光分析证实实验成功合成了烃类包裹体,实验证明油气对晶体生长和包裹体的形成有抑制作用,但不会终止其形成,纯油条件晶体仍能生长捕获包裹体,水并不是矿物生长捕获烃类包裹体的必须条件。结合矿物润湿性实验及前人研究将碳酸盐岩烃类包裹体捕获机制归纳为3种情况:油水共存(水润湿)、油水共存(油润湿)及纯油条件。水润湿条件下由水溶液提供矿物质来源,较易形成包裹体; 油润湿条件下由水溶液和油中的极性组分共同提供矿物质来源; 纯油条件下由原油中的极性组分和裂解产生的有机酸提供物源,形成烃类包裹体较少,晶体生长受到抑制。     

大港千米桥潜山储层形成对油气分布的控制

位于黄骅坳陷北大港构造带之下的千米桥潜山是一个深埋的奥陶系碳酸盐岩潜山油气藏。潜山形成经历了中—新生代褶皱抬升—埋藏改造等复杂的地质过程,碳酸盐岩储层成因复杂,有效孔隙分布具有极强的非均质性,严重影响了晚期油气的充注。对碳酸盐岩储层成岩过程的解析表明,中生代强烈构造变形事件之后的大气水岩溶作用形成了潜山储层基本格架,而第三纪埋藏过程中发生的选择性溶蚀与胶结作用则使储层结构复杂化,储集空间分割性进一步加强。在潜山油气充注过程中,缝洞系统与供烃窗口的对接关系决定着油气主疏导网络分布,而疏导网络与储集空间的连通与否则控制潜山油气分布。千米桥潜山油气藏应属于成岩封闭的裂缝性油气藏,而非块状油气藏。     

地震泵抽吸作用与油气运聚成藏物理模拟

地震泵抽吸作用是在断裂活动开启过程中,引发流体进入断裂带,并发生垂向运移的作用方式。在裂隙递进扩张形成优势裂隙并进一步发展成大的断裂面的演化过程中,地震泵抽吸作用发生,围岩中的流体在相对负压抽吸作用下进到断裂带中,之后主要在构造应力和异常高孔隙流体压力的共同作用下向上运移,并向着邻近断裂的封闭程度差、体积大、物性好的储层中充注运移,运移效率远远高于达西流和扩散流。断裂周期性破裂活动的特征决定了油气沿断裂的垂向泵吸运移呈周期性、间歇性和脉动的特点,同时也决定了油气易于在断裂错开的最新层位聚集成藏。通过克拉2气田天然气运聚成藏过程物理模拟实验结果表明,紧邻圈闭的盐下断裂为有效的天然气运移通道,穿盐断裂为无效的天然气运移通道,天然气在地震泵抽吸作用下沿断裂运移速度快、效率高,在断裂活动的短时间内可以大规模运聚成藏。     

Seepage-heat transfer coupling process of low temperature return water injected into geothermal reservoir in carbonate rocks in Xian County,China

Fracture seepage and heat transfer in the geothermal reservoir of carbonate rocks after the reinjection of low temperature geothermal return water is a complex coupling process,which is also the frontier of geothermal production and reinjection research. Based on the research of cascade comprehensive development of geothermal resources in Beijing-Tianjin-Hebei (Xian County),the carbonate geothermal reservoir of Wumishan formation in the geothermal field in Xian County is investigated. With the development of the discrete fracture network model and the coupling model of seepage and heat transfer,the numerical solution of seepage field and temperature field with known fracture network is reached using the finite element software COMSOL,and the coupling process of seepage flow and heat in carbonate rocks is revealed. The results show that the distribution of temperature field of fractured rocks in geothermal reservoir of carbonate rocks has strong non-uniformity and anisotropy. The fracture network is interpenetrated,which constitutes the dominant channel of water conduction,and along which the fissure water moves rapidly. Under the influence of convective heat transfer and conductive heat transfer,one of the main factors to be considered in the study of thermal breakthrough is to make the cold front move forward rapidly. When the reinjection and production process continues for a long time and the temperature of the geothermal reservoir on the pumping side drops to a low level,the temperature of bedrocks is still relatively high and continues to supply heat to the fissure water,so that the temperature of the thermal reservoir on the pumping side will not decrease rapidly to the water temperature at the inlet of reinjection,but will gradually decrease after a long period of time,showing an obvious long tail effect. The distribution of fractures will affect the process of seepage and heat transfer in carbonate reservoirs,which should be considered in the study of fluid thermal coupling in carbonate reservoirs.     

储层超压流体系统的成因机制述评

储层超压流体系统的基本要素包括压力封闭层、超压流体、岩石骨架和输导通道；由于储层超压系统所处环境的差异，其超压强度可以大于、等于和小于环境的超压强度；超压传递、不均衡压实、裂解气的生成和浮力作用是储层超压形成的重要机制；大多数储层超压是油气聚集的结果；超压释放是超压流体系统内部油气成藏的必要条件，研究储层超压流体系统将更直接地揭示超压盆地中油气运移和聚集的过程。     

碳酸盐岩破裂过程中管道—裂隙水非线性流动特性试验研究

本文聚焦碳酸盐岩微观渗流特性与破裂机制的研究,开展了岩石破裂过程中管道-裂隙水流动可视化试验,基于岩石块体尺度试验结果定量分析管道流体向裂隙流体过渡的流态演化过程,研究多级荷载对管道-裂隙水流动特性的影响。试验结果表明：碳酸盐岩流态稳定性与破裂状态相关,管壁破坏初期管道流主要以层流为主,局部管壁劈裂造成管道流体时域性流态交替,管道流体向裂隙流体转变的前兆特征主要表现为过渡流态临界转换点。碳酸盐岩破裂过程中管道流体向裂隙流体过渡过程具有分数演化特征,分数指数能够定量刻画管流和裂隙流的临界过渡过程。     

鄂尔多斯盆地中生界低渗透岩性油藏形成规律综述

鄂尔多斯盆地中生代为典型的大型内陆坳陷湖盆,含油层系主要为三叠系延长组和侏罗系延安组。长7优质烃源岩为中生界油藏的主要源岩,异常高压为中生界低渗透储层油气大规模运移的主要动力,孔隙性砂体和裂缝系统是中生界石油运移的主要通道,多种输导体系和异常压力的有效组合控制了油藏的展布特征。利用储层成岩流体包裹体、自生伊利石测年和沥青期次等多种方法对成藏期次进行了分析,认为中生界油藏的形成为连续充注一期成藏的特点,成藏期可分为早、中、晚三个阶段,分别对应于早白垩世早期、中期和晚期,主成藏期为早白垩世中期的中期成藏阶段。总结出鄂尔多斯盆地延长组低渗透岩性油藏的形成规律,在长7优质烃源岩欠压实作用和生烃增压共同产生异常高压生的作用下,原油通过互相叠置的相对高渗砂体向上、向下运移,在长4+5、长6、长8形成大规模岩性油藏,并通过微裂缝和前侏罗纪古河输导体系,在长2及侏罗系形成了构造-岩性油藏。     

番禺低隆起—白云凹陷北坡第三系储层次生孔隙形成机理分析

根据砂岩薄片、铸体薄片、扫描电镜的分析,研究区内发育大量的粒间和粒内溶蚀孔。在大量实测物性参数统计分析的基础上,发现了白云凹陷第三系储层存在两个次生孔隙发育带,主要分布在2 750～3 500 m和4 100～4 600 m两个深度段。通过同位素示踪的方法,证实了形成次生孔隙的原因主要是有机质成熟时释放的有机酸和成岩过...