對(duì)油氣運(yùn)移中蓋層微觀封閉機(jī)理的討論

陳書(shū)博 劉曉文 王冠 劉波(.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)能源學(xué)院, 北京 00000;.大慶市東北石油大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院, 黑龍江 大慶 6000; .長(zhǎng)慶油田第一采油廠, 陜西 延安 76000)

1 問(wèn)題的提出

（1）以往討論蓋層毛細(xì)管力封油(氣)能力時(shí)的不當(dāng)之處 在研究地質(zhì)問(wèn)題時(shí)，由于考慮到巖石孔隙的千變?nèi)f化，很難確定其面積，于是索性就忽略面積，受力分析的時(shí)候都考慮壓強(qiáng)，不論是浮力、毛細(xì)管力、靜水壓力等等都用壓強(qiáng)來(lái)代替。但是，并不是所有問(wèn)題都可以忽略面積，比如在涉及到體積的時(shí)候。

由于對(duì)面積的忽略，以及壓強(qiáng)與壓力的通用，導(dǎo)致一些學(xué)者在分析油(氣)二次運(yùn)移的受力以及求取油(氣)運(yùn)移的臨界高度時(shí)出現(xiàn)了錯(cuò)誤。

[1]第186～187頁(yè)為例，書(shū)中指出油在孔隙性地層中運(yùn)移時(shí)，油的上浮力必須大于毛細(xì)管阻力油氣才能移動(dòng)，油在浮力的作用下開(kāi)始運(yùn)移的條件,由此，該書(shū)得出結(jié)論：石油在儲(chǔ)集層中的聚集高度必須大于上述高度之后，才能開(kāi)始運(yùn)移。

然而，需要注意的是不等式(1-1)的左邊是油的上浮力，是力；右邊是毛細(xì)管力，卻是壓強(qiáng)。力與壓強(qiáng)不能直接比較。式(1-2)雖然看上去合理，但實(shí)際上卻犯了張冠李戴的錯(cuò)誤(混淆了隱含其中的油柱的橫截面積)，以致說(shuō)不清求得的高度具體所指。先不論在一個(gè)式子中，不同含義的參數(shù)能否如此直接替換(將體積V直接替換為臨界高度Z0)，就說(shuō)原文中“如果把上式中石油體積V變換成單位面積的高度”中的“單位面積”表達(dá)得是否有些含糊不清，不夠準(zhǔn)確呢？它所指的面積究竟是蓋層孔喉面積(記為S孔喉)，還是儲(chǔ)層連通孔隙的平均橫截面積(記為)呢？(這個(gè)問(wèn)題自然是有必要搞清楚的，因?yàn)橛椭w積一定，橫截面積不同，其高度也不會(huì)相同。)當(dāng)然，通過(guò)其得出的結(jié)論來(lái)看，該作者認(rèn)為Z0為儲(chǔ)層中的油柱高度，其橫截面積為儲(chǔ)層連通孔隙的平均橫截面積。但是這并非由公式推導(dǎo)所得。

筆者分析如下：式(1-1)不等號(hào)左邊為力，右邊為壓強(qiáng)，不可比較，應(yīng)同轉(zhuǎn)化為壓強(qiáng)。由于油運(yùn)移的臨界位置，也就是上浮力所作用的位置，是在孔喉處，因此需將不等號(hào)左邊的上浮力除以孔喉面積，轉(zhuǎn)換為上浮力作用在孔喉處的壓強(qiáng)，即因此，(1-4)與式(1-2)的不同之處在于：式(1-4)所隱含的油柱橫截面積是S孔喉而非。然而，儲(chǔ)層油柱的橫截面積是，如此看來(lái)，按此方法求出的油柱高度不能代表儲(chǔ)層中石油的聚集高度(因?yàn)闄M截面積不同)。也就是說(shuō)，該書(shū)由式(1-1)和(1-2)所得到的結(jié)論確實(shí)是錯(cuò)誤的。

筆者繼續(xù)對(duì)式(1-4)進(jìn)行分析：蓋層的孔喉半徑越小，求得臨界油柱高度Z孔喉越高，與此同時(shí)，油柱的橫截面積S孔喉卻在減小。由于油柱高度Z孔喉與孔喉半徑成反比，而油柱橫截面積S孔喉卻與孔喉半徑的平方成正比。那么，油柱體積V將與孔喉半徑成正比。也就是說(shuō)，當(dāng)孔喉半徑減小時(shí)，毛細(xì)管力所能封閉的油(氣)的體積V是減小的。

(2)單靠毛細(xì)管力蓋層能封閉住油(氣)嗎？(不考慮烴濃度差封閉和超壓封閉) 蓋層是構(gòu)成圈閉、保存油(氣)的重要地質(zhì)要素，其微觀封閉機(jī)理的研究自然是石油地質(zhì)學(xué)研究的重要內(nèi)容。目前，得到普遍認(rèn)可的蓋層微觀封閉機(jī)理有三個(gè)，分別是毛細(xì)管壓力封閉機(jī)理、烴濃度差封閉機(jī)理和超壓封閉機(jī)理 。

其中，毛細(xì)管壓力封閉機(jī)理被認(rèn)為是最主要的封油(氣)機(jī)理。該理論認(rèn)為，毛細(xì)管壓力與孔喉半徑成反比。當(dāng)孔喉半徑減小時(shí)，毛細(xì)管壓力增大，蓋層能夠封閉的油(氣)柱的高度增大，即封閉的油(氣)的量(也就是體積)越大，于是封閉能力增強(qiáng)。

開(kāi)篇指出：當(dāng)涉及到體積問(wèn)題時(shí)，面積不可以被忽略。在前面，筆者已經(jīng)通過(guò)糾正前人的錯(cuò)誤，又加以論證分析，指出：蓋層能夠封閉的油(氣)柱的高度Z孔喉并不等同于儲(chǔ)層中油(氣)的聚集高度(因?yàn)闄M截面積不同)。蓋層的孔喉半徑越小，蓋層能夠封閉的油(氣)柱的高度Z孔喉越高，與此同時(shí)，油柱的橫截面積S孔喉卻在減小，綜合高度和面積隨孔喉半徑的變化，蓋層毛細(xì)管力所能封閉的油(氣)的體積V是減小的。而儲(chǔ)層中油(氣)體積不變，也就是說(shuō)，蓋層的孔喉半徑越小，毛細(xì)管力越難以封閉住儲(chǔ)層中的油(氣)。(這并不與“蓋層越致密，蓋層封閉能力越強(qiáng)”的事實(shí)相違背，筆者在后文中將提出蓋層存在第四種重要的封閉機(jī)理——巖石骨架封閉機(jī)理，并認(rèn)為常規(guī)蓋層是在巖石骨架阻力與毛細(xì)管阻力的共同阻礙作用下實(shí)現(xiàn)封閉的。)

2 結(jié)語(yǔ)

為充分說(shuō)明筆者在前面的論證分析以及所得結(jié)論的正確性，下面，筆者將從力的角度來(lái)分析，也能得到同樣的結(jié)論。前面提到：在分析蓋層所能封閉油氣的體積時(shí)，面積是不可被忽略的。因此，要想得到正確的結(jié)論，應(yīng)對(duì)油(氣)進(jìn)行力的分析，而非壓強(qiáng)的分析。

參考文獻(xiàn)：

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