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油水界面倾斜原因分析-李传亮

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油水 界面 倾斜 歪斜 原因 缘由 缘故 分析 李传亮
资源描述:
2 0 0 6 年新 疆 石 油 地 质图 1 水 的 运 动 导 致 油 水 界 面 倾 斜 ( a ) 及 地 层 露 头 示 意 ( b )收 稿 日 期 : 2 0 0 5 - 0 7 - 1 2作 者 简 介 : 李 传 亮 ( 1 9 6 2 - ) , 男 , 山 东 嘉 祥 人 , 教 授 , 博 士 , 油 藏 工 程 ,( T e l) 0 2 8 - 8 3 0 3 3 2 9 1( E - m a i l) c l l i p e @ s i n a . c o m 编 号 : 1 0 0 1 - 3 8 7 3 ( 2 0 0 6 ) 0 4 - 0 4 9 8 - 0 2油 水 界 面 倾 斜 原 因 分 析李 传 亮( 西 南 石 油 大 学 油 气 藏 地 质 及 开 发 工 程 国 家 重 点 实 验 室 , 成 都 6 1 0 5 0 0 )摘 要 : 根 据 渗 流 力 学 的 理 论 计 算 , 分 析 认 为 地 下 现 今 地 层 中 水 的 运 动 不 可 能 导 致 油 水 界 面 的 倾 斜 ; 同 时 , 又 根 据 岩石 物 理 的 有 关 理 论 , 分 析 了 岩 石 物 性 导 致 油 水 界 面 倾 斜 的 原 因 。 分 析 研 究 认 为 , 古 水 流 导 致 岩 石 物 性 的 差 异 , 岩 石 物性 的 差 异 又 导 致 毛 细 管 压 力 曲 线 的 不 同 , 继 而 导 致 了 油 水 界 面 沿 古 水 流 方 向 向 上 倾 斜 的 现 象 。关 键 词 : 地 层 ; 油 水 界 面 ; 毛 细 管 压 力 ; 露 头中 图 分 类 号 : T E 1 1 2 . 2 3 文 献 标 识 码 : 上 分 析 , 造 成 油 水 界 面 倾 斜 的 原 因 主 要 有 两个 : 一 个 是 地 下 现 今 地 层 中 水 的 运 动 作 用 , 另 一 个 是岩 石 物 性 的 差 异 所 致 。 但 根 据 本 文 的 分 析 , 实 际 上 的原 因 只 有 一 个 , 即 岩 石 物 性 的 差 异 所 致 , 地 下 水 流 不可 能 成 为 油 水 界 面 倾 斜 的 真 实 原 因 。1 地 下 水 流当 地 下 水 流 动 时 ( 图 1 a ) , 会 在 流 动 方 向 上 产 生一 个 压 力 梯 度 , 即 B 点 的 压 力 高 于 A 点 的 压 力 , 因此 , 相 对 于 A 点 , B 点 的 油 水 界 面 将 被 抬 起 。 如 果 油 水界 面 的 倾 角 为 θ , 则 A 、 B 两 点 之 间 的 压 力 梯 度 为d p / d x = Δ ρw og t a n θ , ( 1 )与 此 压 力 梯 度 相 对 应 的 地 下 水 渗 流 速 度 为v = ( K / μ ) Δ ρw og t a n θ . ( 2 )若 地 下 水 粘 度 μ = 0 . 5 m P a · s , 储 集 层 渗 透 率 K = 0 . 5μ 地 下 水 油 密 度 差 Δ ρw o= 0 . 4 g / c 油 水 界 面 倾 角 θ =0 . 1 ° , 则 由 ( 2 ) 式 计 算 地 下 水 渗 流 速 度 v = 0 . 0 0 0 6 m / d ;若 θ = 0 . 2 ° , 则 v = 0 . 0 0 1 m / d ; 若 θ = 0 . 5 , 则 v = 0 . 0 0 3 m / d 面 的 计 算 可 以 看 出 , 油 水 界 面 的 倾 斜 要 求 地下 水 有 一 定 的 渗 流 速 度 , 这 在 许 多 情 况 下 是 难 以 达 到的 。 这 不 仅 需 要 储 集 层 在 地 面 的 一 端 存 在 露 头 作 为 地下 水 补 给 的 入 口 , 还 需 要 储 集 层 在 地 面 的 另 一 端 存 在露 头 作 为 地 下 水 流 出 的 出 口 ( 图 1 b ) 。若 地 层 入 口 与 出 口 之 间 的 海 拔 高 度 差 为 h , 入 口与 出 口 之 间 的 水 平 距 离 为 L , 则 h 与 L 之 间 的 关 系 满足 下 式 :h = ( μ v / K ρ L . ( 3 )一 般 情 况 下 , 地 下 水 的 密 度 为 ρw= 1 . 0 g / c 若 油水 界 面 的 倾 角 θ = 0 . 2 ° , 则 当 L = 5 0 k m 时 , h = 6 0 m ; 当L = 1 0 0 k m 时 , h = 1 2 0 m . 这 样 的 露 头 高 差 条 件 是 很 容易 满 足 的 , 但 流 量 和 流 向 条 件 却 很 难 满 足 。如 果 地 下 水 的 渗 流 速 度 v = 0 . 0 0 1 m / d , 则 1 k 头 的 日 流 入 量 为 1 0 0 0 要 产 生 这 么 大 的 流 入量 , 露 头 处 的 供 水 必 须 十 分 充 足 。 露 头 处 要 么 存 在 “ 天池 ” 一 般 的 水 源 , 要 么 存 在 3 6 5 m m 以 上 的 稳 定 年 降 雨量 , 且 全 部 流 入 地 层 。 同 时 , 地 层 另 一 侧 的 露 头 , 还 必须 以 泉 水 的 形 式 流 出 同 样 多 的 水 量 。 如 果 流 入 一 旦 停止 , 油 水 界 面 则 恢 复 为 水 平 状 态 。 显 然 , 这 样 的 露 头 条件 并 不 是 处 处 都 有 的 。 大 多 数 地 层 都 存 在 露 头 作 为 入口 , 但 通 常 都 缺 少 泉 水 形 式 的 出 口 。 因 此 , 没 有 出 口 的地 层 中 的 流 体 肯 定 是 不 流 动 的 。一 般 情 况 下 , 地 下 水 流 都 发 生 在 埋 藏 深 度 较 浅的 地 层 之 中 , 但 较 浅 的 地 层 又 常 常 因 为 缺 少 好 的 盖层 而 无 法 聚 集 油 气 。 较 深 的 地 层 常 常 因 为 各 种 构 造运 动 和 成 岩 作 用 把 地 层 切 割 成 半 封 闭 或 全 封 闭 的 状态 。 全 封 闭 地 层 的 地 下 水 不 可 能 流 动 ; 半 封 闭 地 层 因缺 乏 出 口 , 地 下 水 也 流 动 不 起 来 。 假 如 地 下 存 在 水 流而 又 有 油 气 聚 集 的 话 , 长 期 的 水 洗 和 氧 化 作 用 也 早已 把 聚 集 起 来 的 油 气 破 坏 殆 尽 , 不 可 能 形 成 今 天 的油 气 藏 。综 合 上 面 的 分 析 不 难 看 出 , 地 下 水 流 只 能 作 为 油水 界 面 倾 斜 的 理 论 原 因 , 却 很 难 成 为 真 实 的 客 观 依据 。 文 献 [ 1 ] 中 提 到 的 “ 水 动 力 圈 闭 ” , 实 际 上 也 不 可 能是 真 实 存 在 的 。第 2 7 卷 第 4 期 新 疆 石 油 地 质 V o l . 2 7 , N o . 42 0 0 6 年 8 月 X I N J I A N G P E T R O L E U M G E O L O G Y A u g . 2 0 0 6第 2 7 卷 第 4 期 李 传 亮 : 油 水 界 面 倾 斜 原 因 分 析T h e o r e t i c a l A n a l y s i s o f D i p p i n g W a t e r - O i l C o n t a c t C h u a n - l i a n g( S t a t e K e y L a b o r a t o r y o f O i l a n d G a s R e s e r v o i r G e o l o g y a n d E x p l o i t a t i o n , S o u t h w e s t P e t r o l e u m U n i v e r s i t y , C h e n g d u , S i c h u a n 6 1 0 5 0 0 ,C h i n a )A b s t r a c t : B a s e d o n t h e t h e o r y o f f l o w i n p o r o u s m e d i a , t h e a n a l y s i s s h o w s t h a t t h e c u r r e n t f l o w o f u n d e r g r o u n d w a t e r c a n n o t b e c o m e t h er e a l c a u s e o f w a t e r - o i l c o n t a c t ( W O C ) d i p p i n g i n m o s t c a s e s . A c c o r d i n g t o t h e t h e o r y o f p e t r o p h y s i c s , t h e r e a s o n s o f d i p p i n g o f W O Cc o u l d b e r e l a t e d t o t h e d i f f e r e n c e o f p e t r o p h y s i c a l p r o p e r t i e s r e s u l t e d f r o m a n c i e n t f l o w d i r e c t i o n , a n d t h e d i f f e r e n c e r e s u l t s i n t h ed i f f e r e n t c a p i l l a r y p r e s s u r e c u r v e s o f r o c k s . F i n a l l y , t h e s e d i f f e r e n c e s c a u s e t h e d i p p i n g o f W O C u p w a r d a l o n g t h e a n c i e n t f l o w d i r e c t i o n .K e y w o r d s : f o r m a t i o n ; w a t e r - o i l c o n t a c t ; W O C ; c a p i l l a r y p r e s s u r e ; o u t c r o 石 物 性储 集 石 油 的 岩 石 大 都 是 在 水 流 环 境 下 沉 积 的 碎屑 物 质 , 水 流 对 所 携 带 的 物 质 有 分 选 作 用 , 当 速 度 变缓 时 , 水 流 携 带 的 物 质 开 始 沉 降 , 先 沉 降 的 物 质 为 粗粒 碎 屑 物 , 后 沉 降 的 物 质 为 细 粒 碎 屑 物 。 当 碎 屑 沉 积物 成 岩 之 后 , 沿 着 古 水 流 方 向 , 就 呈 现 出 物 性 上 的 差异 。 水 源 方 向 上 的 岩 石 颗 粒 较 粗 、 渗 透 率 较 高 , 但 毛 细管 压 力 曲 线 的 排 驱 压 力 却 较 低 ; 水 流 方 向 上 的 岩 石 则恰 恰 相 反 , 颗 粒 较 细 、 渗 透 率 较 低 , 但 排 驱 压 力 却 较 高 。当 岩 石 中 储 集 了 石 油 之 后 , 石 油 的 分 布 受 毛 细 管压 力 控 制 。 岩 石 物 性 较 差 的 地 方 , 排 驱 压 力 较 高 , 油 水界 面 也 较 高 ; 而 岩 石 物 性 较 好 的 地 方 , 排 驱 压 力 较 低 ,油 水 界 面 也 较 低 。 下 式 为 笔 者 在 文 献 [ 2 ] 中 给 出 的 油 水界 面 深 度 计 算 公 式 :Dw o c= ( p0 o- p0 w- ( 4 )由 ( 4 ) 式 可 以 看 出 , 排 驱 压 力 越 高 , 油 水 界 面 的 深度 也 就 越 小 , 即 油 水 界 面 越 高 。 油 藏 中 不 同 位 置 油 水界 面 的 高 度 差 可 用 下 式 计 算 :Δ h = Δ Δ ρw ( 5 )若 毛 细 管 压 力 曲 线 的 排 驱 压 差 为 0 . 1 M P a , 则 由( 5 ) 式 计 算 的 油 水 界 面 高 度 差 为 2 5 . 5 m ; 若 排 驱 压 差为 0 . 5 M P a , 则 油 水 界 面 高 度 差 为 1 2 7 . 5 m . 可 见 , 毛 细管 压 力 对 油 水 界 面 的 影 响 是 非 常 之 大 的 。油 藏 岩 石 的 物 性 差 别 很 大 , 因 此 , 毛 细 管 压 力 曲线 也 有 很 大 的 不 同 。 油 藏 岩 石 物 性 沿 古 水 流 方 向 有 规律 地 变 化 ( 水 流 方 向 岩 石 物 性 变 差 ) , 因 此 , 这 就 导 致了 油 水 界 面 沿 古 水 流 方 向 向 上 倾 斜 。 大 庆 长 垣 是 一 个河 道 沉 积 , 古 水 流 方 向 自 北 向 南 , 因 此 , 岩 石 物 性 北 好南 差 , 由 此 而 导 致 的 油 水 界 面 则 南 高 北 低 。 其 他 许 多油 气 藏 也 都 呈 现 出 同 样 的 规 律 。如 果 把 油 水 界 面 倾 斜 的 原 因 归 因 于 现 今 的 地 下水 流 , 则 现 今 水 流 的 方 向 与 古 水 流 的 方 向 恰 好 相 反 。一 般 来 说 , 地 质 构 造 都 具 有 一 定 的 继 承 性 。 假 如 地 层中 存 在 现 今 水 流 的 话 , 水 流 方 向 应 与 古 水 流 方 向 基 本一 致 , 而 不 应 该 恰 恰 相 反 。 迄 今 为 止 , 笔 者 见 到 过 的 油藏 实 例 , 都 是 油 水 界 面 上 倾 方 向 与 古 水 流 方 向 一 致 的情 形 , 尚 未 看 到 过 与 古 水 流 方 向 恰 好 相 反 的 情 形 , 这也 间 接 说 明 了 岩 石 物 性 的 差 异 是 造 成 油 水 界 面 倾 斜的 主 要 原 因 。 地 下 水 流 导 致 油 水 界 面 倾 斜 的 原 因 , 只在 有 关 的 教 科 书 中 看 到 过 一 些 定 性 的 讨 论[ 1 , 3 ]。 如 果 把大 庆 油 田 油 水 界 面 的 倾 斜 归 因 于 现 今 地 下 水 流 的 话 ,则 水 流 的 方 向 应 由 南 向 北 。 大 庆 油 田 南 面 是 一 望 无 际的 平 原 , 北 侧 则 山 峦 叠 嶂 , 不 可 能 形 成 由 南 向 北 的 现今 地 下 水 流 。3 结 论古 水 流 导 致 岩 石 物 性 的 差 异 , 岩 石 物 性 的 差 异 又导 致 毛 细 管 压 力 曲 线 的 不 同 , 继 而 导 致 油 水 界 面 沿 古水 流 方 向 向 上 倾 斜 的 现 象 。 绝 大 多 数 情 况 下 , 油 水 界面 的 倾 斜 都 不 是 地 下 现 今 水 流 的 原 因 所 致 。 地 下 水 流的 存 在 是 天 然 能 量 充 足 的 象 征 , 若 把 岩 石 物 性 导 致 的油 水 界 面 倾 斜 的 原 因 误 认 为 是 地 下 水 流 作 用 的 结 果 ,将 会 因 此 而 制 定 出 错 误 的 油 气 藏 开 发 方 案 。符 号 注 释Dw o c— —— 油 水 界 面 深 度 , m ;g — —— 重 力 加 速 度 , m / — —— 储 集 层 渗 透 率 , μ m2;v — —— 地 下 水 渗 流 速 度 , m / d ;—— 排 驱 压 力 , M P a ;p0 o, p0 w— —— 分 别 为 油 相 和 水 相 余 压 , M P a ;ρo, ρw— —— 分 别 为 地 下 油 和 地 下 水 密 度 , g / c —— 不 同 位 置 岩 石 的 排 驱 压 差 ;θ — —— 油 水 界 面 倾 角 ,( ° ) ;μ — —— 地 下 水 粘 度 , m P a . s 文 献 :[ 1 ] 张 厚 福 , 张 万 选 . 石 油 地 质 学 ( 第 二 版 ) [ M ] . 北 京 : 石 油 工业 出 版 社 , 1 9 8 9 . 1 8 1 - 1 8 3 .[ 2 ] 李 传 亮 . 用 单 井 测 压 资 料 预 测 油 气 水 界 面 的 方 法 研 究 [ J ] 石 油 地 质 , 1 9 9 3 , 1 4( 3 ) : 2 5 4 - 2 6 1 .[ 3 ] 科 尔 F W . 油 藏 工 程 方 法 [ M ] . 北 京 : 石 油 工 业 出 版 社 ,1 9 8 1 . 1 5 9 - 1 6 8 9· ·
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