对油气运移中盖层微观封闭机理的讨论

2015-03-23陈书博刘晓文王冠刘波中国地质大学北京能源学院北京00000大庆市东北石油大学地球科学学院黑龙江大庆6000长庆油田第一采油厂陕西延安76000

化工管理 2015年25期

陈书博刘晓文王冠刘波(.中国地质大学(北京)能源学院, 北京 00000;.大庆市东北石油大学地球科学学院, 黑龙江大庆 6000; .长庆油田第一采油厂, 陕西延安 76000)

1 问题的提出

（1）以往讨论盖层毛细管力封油(气)能力时的不当之处在研究地质问题时，由于考虑到岩石孔隙的千变万化，很难确定其面积，于是索性就忽略面积，受力分析的时候都考虑压强，不论是浮力、毛细管力、静水压力等等都用压强来代替。但是，并不是所有问题都可以忽略面积，比如在涉及到体积的时候。

由于对面积的忽略，以及压强与压力的通用，导致一些学者在分析油(气)二次运移的受力以及求取油(气)运移的临界高度时出现了错误。

[1]第186～187页为例，书中指出油在孔隙性地层中运移时，油的上浮力必须大于毛细管阻力油气才能移动，油在浮力的作用下开始运移的条件,由此，该书得出结论：石油在储集层中的聚集高度必须大于上述高度之后，才能开始运移。

然而，需要注意的是不等式(1-1)的左边是油的上浮力，是力；右边是毛细管力，却是压强。力与压强不能直接比较。式(1-2)虽然看上去合理，但实际上却犯了张冠李戴的错误(混淆了隐含其中的油柱的横截面积)，以致说不清求得的高度具体所指。先不论在一个式子中，不同含义的参数能否如此直接替换(将体积V直接替换为临界高度Z0)，就说原文中“如果把上式中石油体积V变换成单位面积的高度”中的“单位面积”表达得是否有些含糊不清，不够准确呢？它所指的面积究竟是盖层孔喉面积(记为S孔喉)，还是储层连通孔隙的平均横截面积(记为)呢？(这个问题自然是有必要搞清楚的，因为油柱体积一定，横截面积不同，其高度也不会相同。)当然，通过其得出的结论来看，该作者认为Z0为储层中的油柱高度，其横截面积为储层连通孔隙的平均横截面积。但是这并非由公式推导所得。

笔者分析如下：式(1-1)不等号左边为力，右边为压强，不可比较，应同转化为压强。由于油运移的临界位置，也就是上浮力所作用的位置，是在孔喉处，因此需将不等号左边的上浮力除以孔喉面积，转换为上浮力作用在孔喉处的压强，即因此，(1-4)与式(1-2)的不同之处在于：式(1-4)所隐含的油柱横截面积是S孔喉而非。然而，储层油柱的横截面积是，如此看来，按此方法求出的油柱高度不能代表储层中石油的聚集高度(因为横截面积不同)。也就是说，该书由式(1-1)和(1-2)所得到的结论确实是错误的。

笔者继续对式(1-4)进行分析：盖层的孔喉半径越小，求得临界油柱高度Z孔喉越高，与此同时，油柱的横截面积S孔喉却在减小。由于油柱高度Z孔喉与孔喉半径成反比，而油柱横截面积S孔喉却与孔喉半径的平方成正比。那么，油柱体积V将与孔喉半径成正比。也就是说，当孔喉半径减小时，毛细管力所能封闭的油(气)的体积V是减小的。

(2)单靠毛细管力盖层能封闭住油(气)吗？(不考虑烃浓度差封闭和超压封闭) 盖层是构成圈闭、保存油(气)的重要地质要素，其微观封闭机理的研究自然是石油地质学研究的重要内容。目前，得到普遍认可的盖层微观封闭机理有三个，分别是毛细管压力封闭机理、烃浓度差封闭机理和超压封闭机理。

其中，毛细管压力封闭机理被认为是最主要的封油(气)机理。该理论认为，毛细管压力与孔喉半径成反比。当孔喉半径减小时，毛细管压力增大，盖层能够封闭的油(气)柱的高度增大，即封闭的油(气)的量(也就是体积)越大，于是封闭能力增强。

开篇指出：当涉及到体积问题时，面积不可以被忽略。在前面，笔者已经通过纠正前人的错误，又加以论证分析，指出：盖层能够封闭的油(气)柱的高度Z孔喉并不等同于储层中油(气)的聚集高度(因为横截面积不同)。盖层的孔喉半径越小，盖层能够封闭的油(气)柱的高度Z孔喉越高，与此同时，油柱的横截面积S孔喉却在减小，综合高度和面积随孔喉半径的变化，盖层毛细管力所能封闭的油(气)的体积V是减小的。而储层中油(气)体积不变，也就是说，盖层的孔喉半径越小，毛细管力越难以封闭住储层中的油(气)。(这并不与“盖层越致密，盖层封闭能力越强”的事实相违背，笔者在后文中将提出盖层存在第四种重要的封闭机理——岩石骨架封闭机理，并认为常规盖层是在岩石骨架阻力与毛细管阻力的共同阻碍作用下实现封闭的。)