擴散在低孔滲致密砂巖氣成藏中的作用和貢獻探討

王曉波，陳踐發(fā)，李 劍，李志生，王東良，柳廣弟，謝增業(yè)，劉銳娥，孫明亮，王義鳳

（1.中國石油大學(xué)油氣資源與探測國家重點實驗室，北京102249；2.中國石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院，河北廊坊065007；3.中國石油天然氣集團公司天然氣成藏與開發(fā)重點實驗室，河北廊坊065007）

擴散在低孔滲致密砂巖氣成藏中的作用和貢獻探討

王曉波1，2，3，陳踐發(fā)1，李 劍2，3，李志生2，3，王東良2，3，柳廣弟1，謝增業(yè)2，3，劉銳娥2，3，孫明亮1，王義鳳2，3

（1.中國石油大學(xué)油氣資源與探測國家重點實驗室，北京102249；2.中國石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院，河北廊坊065007；3.中國石油天然氣集團公司天然氣成藏與開發(fā)重點實驗室，河北廊坊065007）

根據(jù)氣體在濃度梯度作用下進行自由擴散的原理，開展?jié)舛忍荻闰?qū)動下的天然氣擴散運移物理模擬實驗，對擴散在低孔滲致密砂巖氣成藏中的作用和貢獻、低孔滲致密儲層天然氣成藏機制進行探討。結(jié)果表明：濃度梯度驅(qū)動下的天然氣擴散運移模擬實驗后低孔滲致密砂巖最大含氣飽和度與物性總體呈負相關(guān)關(guān)系，滲透率≤0.1×10-3μm2時最大含氣飽和度與孔隙度具有更好的負線性相關(guān)性，滲透率＞0.1×10-3μm2時最大含氣飽和度與滲透率具有更好的負線性相關(guān)性；當(dāng)?shù)涂诐B致密砂巖的孔隙度小于0.6%、空氣滲透率小于0.01×10-3μm2時，擴散可能對低孔滲致密砂巖含氣飽和度的增加起主要作用和貢獻；擴散是低孔滲致密儲層天然氣成藏的重要機制之一，是中低豐度低孔滲致密儲層大面積含氣的重要原因之一。

致密砂巖氣藏；擴散運移模擬實驗；濃度梯度；定量評價；成藏機制

中國的低孔滲致密砂巖氣藏主要分布在鄂爾多斯盆地上古生界和四川盆地上三疊統(tǒng)須家河組，具有普遍低孔滲、大面積含氣、儲量豐度低、含水飽和度高、氣水分異差和局部甜點富氣等特點［1-5］。隨著天然氣勘探開發(fā)的快速發(fā)展，低孔滲致密砂巖氣逐漸成為中國天然氣儲量、產(chǎn)量增長的主體，但目前低孔滲致密砂巖氣成藏機制尚不完全清楚，部分關(guān)鍵性問題如擴散在低孔滲致密砂巖氣成藏中的作用和貢獻有待深入探究。國外學(xué)者較早開展了天然氣擴散作用研究［6-9］。中國的肖無然等［10］首次在實驗室成功測試了巖石甲烷擴散系數(shù)；郝石生等［11］測定了不同巖性、溫度、壓力、介質(zhì)條件下不同天然氣組分的擴散系數(shù)；黃志龍等［12］開展了天然氣擴散建模；查明等［13］進行了擴散排烴模擬；李偉等［14］開展了天然氣古有效擴散系數(shù)的研究；付廣等［15］對天然氣擴散作用、擴散系數(shù)及其研究方法等進行了研究；李明誠［16］從油氣運移機制的角度對擴散進行了探討；李海燕等［17］對天然氣擴散系數(shù)實驗研究方法進行了系統(tǒng)總結(jié)；李劍等［18］探討了柴東第四系生物氣蓋層的封閉機制特殊性及評價標(biāo)準(zhǔn)；胡國藝等［19］總結(jié)了中國大中型氣田蓋層分布特征；王曉波等［20］從蓋層分類、封閉機制、定量研究方法及封閉能力評價等方面綜述了天然氣蓋層研究進展；柳廣弟等［21］對比分析了國內(nèi)外游離烴濃度法、水溶烴濃度法和時滯法3種擴散系數(shù)實驗方法以及不同擴散濃度含義及影響因素；王曉波等［22］通過實驗探討了物性、溫度、注氣平衡壓力、圍壓、飽和介質(zhì)等因素對致密氣藏巖石擴散系數(shù)的影響。大多數(shù)研究主要針對擴散對已聚集成藏天然氣藏的消極作用和影響［6-7，9-12，17-24］，對于擴散在天然氣運聚成藏中的積極作用研究較少［8，13-14，16］，特別是擴散在低孔滲致密砂巖氣成藏中的積極作用及貢獻目前尚無文獻報道。筆者依據(jù)氣體在濃度梯度作用下進行自由擴散的原理，開展?jié)舛忍荻闰?qū)動下的天然氣擴散運移物理模擬實驗，對擴散在低孔滲致密砂巖氣成藏中的作用和貢獻、低孔滲致密儲層天然氣成藏機制進行探討。

1　低孔滲致密砂巖天然氣擴散運移模擬實驗

1.1實驗樣品

低孔滲（致密）砂巖氣藏，是指孔隙度一般小于10%、空氣滲透率小于1×10-3μm2、含氣飽和度低于60%、含水飽和度高于40%的砂巖中的天然氣［25-26］。目前國外一般稱為“致密氣藏”，中國國內(nèi)稱之為“低孔滲氣藏”、“致密氣藏”、“致密砂巖氣藏”等，本文中統(tǒng)稱為“低孔滲致密砂巖氣藏”。本次研究挑選了8塊鄂爾多斯盆地蘇里格、榆林及四川盆地廣安氣田的低孔滲致密砂巖樣品。為保證所有樣品最終測量結(jié)果的可比性，樣品加工、制樣過程遵循擴散系數(shù)測定的制樣標(biāo)準(zhǔn)，樣品長度主要分布在0.5～0.6 cm，直徑約為2.5 cm。樣品孔隙度為0.9%～14.6%，空氣滲透率為（0.004～1.12）×10-3μm2（表1），并且孔隙度和空氣滲透率在分布區(qū)間呈連續(xù)分布，樣品挑選兼顧了代表普遍低孔滲背景的相對低孔滲樣品（如樣品2孔隙度為2.9%，空氣滲透率為0.038×10-3μm2）和代表甜點砂巖的相對高滲樣品（如樣品5孔隙度為14.6%，空氣滲透率為1.12×10-3μm2）。

表1　低孔滲致密砂巖天然氣擴散模擬實驗樣品基本數(shù)據(jù)Table 1 Basic parameters of typical low porositypermeability tight sandstone samples

1.2實驗裝置

實驗裝置采用中石油廊坊分院天然氣成藏與開發(fā)重點實驗室KY/3型巖石擴散系數(shù)測定儀，主要由恒溫箱、巖心夾持器、加壓泵、樣品、左擴散室、右擴散室、CH4和N2氣源、色譜檢測儀以及計算機控制系統(tǒng)等組成，輔助設(shè)備及材料包括精密電子秤、巖石飽和水裝置、真空泵、精密壓力表、檢漏水、工作記錄本等（圖1）。

圖1　濃度梯度驅(qū)動下天然氣擴散運移模擬實驗裝置組成示意圖Fig.1 Simulation experimental equipment of gas diffusion migration driven by concentration gradient

1.3實驗方法及流程

低孔滲致密砂巖天然氣擴散運移模擬實驗原理和方法：利用巖石飽和水裝置及真空泵對低孔滲致密砂巖抽真空并充分飽和水；將飽和水樣品放入巖石擴散系數(shù)測定儀的巖心夾持器，對樣品室兩端擴散室分別通相同壓力的CH4和N2氣源，模擬天然氣在低孔滲致密砂巖中進行濃度梯度驅(qū)動下的擴散運移；設(shè)定相同實驗時間，實驗停止后測定樣品含水飽和度；分析含水飽和度、最大含氣飽和度與物性的關(guān)系，對實驗結(jié)果進行分析討論。實驗流程如下：

（1）將低孔滲致密砂巖樣品在80℃下烘干8 h，稱重并記錄樣品干重Gd；

（3）取出已經(jīng)完全飽和水的實驗樣品，用精密電子秤稱樣品濕重并記錄Gw，將樣品裝入擴散系數(shù)測定儀的巖心夾持器并加圍壓，對管線進行試漏；

（4）當(dāng)儀器管線及連接無漏氣時，向兩端擴散室通入相同壓力（0.2 MPa）的氮氣和甲烷氣，模擬低孔滲致密砂巖中天然氣僅在濃度梯度的驅(qū)動下進行擴散運移；

（5）實驗開始后間隔一段時間打開色譜檢測儀，檢查兩擴散室氣體擴散運移的變化情況；

（6）經(jīng)過48 h后停止實驗，取出樣品并稱重，記錄實驗后的樣品濕重Gr；

（7）剩余樣品按（3）～（5）的步驟依次重復(fù)進行；

（8）所有實驗結(jié)束后，整理原始實驗記錄數(shù)據(jù)，計算出含水飽和度和最大含氣飽和度，分析其與物性之間關(guān)系，并對實驗結(jié)果進行分析討論。

1.4實驗結(jié)果及討論

在河湖周邊區(qū)，結(jié)合平原區(qū)造林，在城市河道兩側(cè)50～100 m范圍內(nèi)，按照喬灌草立體配置模式，建設(shè)河濱植物過濾帶，進一步過濾、凈化入河水質(zhì)。

對樣品的干重Gd、濕重Gw以及實驗后濕重Gr數(shù)據(jù)進行處理，利用公式計算出樣品含水飽和度Sw=（Gr-Gd）/（Gw-Gd）×100%，并轉(zhuǎn)化為最大含氣飽和度Sg=100%-Sw，最后，分析含水飽和度、最大含氣飽和度與樣品孔隙度和空氣滲透率關(guān)系。

低孔滲致密砂巖經(jīng)過濃度梯度驅(qū)動下天然氣擴散運移模擬實驗后：①隨著孔隙度從0.9%增加到14.6%，樣品含水飽和度從66.7%增加到90.9%，最大含氣飽和度從33.3%降到9.1%；含水飽和度與孔隙度總體具有較好的正線性相關(guān)關(guān)系，最大含氣飽和度與孔隙度總體具有較好的負線性相關(guān)關(guān)系（R2=0.70）（圖2、3）。②隨著空氣滲透率從0.004× 10-3μm2增加到1.12×10-3μm2，樣品含水飽和度逐漸增加到90.9%、含氣飽和度逐漸減小到9.1%；當(dāng)滲透率k＞0.1×10-3μm2時，含水飽和度與滲透率具有更好的正線性相關(guān)關(guān)系、最大含氣飽和度與滲透率具有更好的負線性相關(guān)性（R2=0.91）；當(dāng)滲透率k≤0.1×10-3μm2，二者與滲透率相關(guān)性較差（圖4、5）。

圖2　模擬實驗后樣品含水飽和度與孔隙度關(guān)系Fig.2 Relationship between water saturation and porosity in simulation experiment of gas diffusion driven by concentration gradient

圖3　模擬實驗后樣品最大含氣飽和度與孔隙度關(guān)系Fig.3 Relationship between maximum gas saturation and porosity in simulation experiment of gas diffusion driven by concentration gradient

實驗結(jié)果表明：天然氣擴散運移模擬后的低孔滲致密砂巖含水飽和度與物性總體呈正相關(guān)關(guān)系，最大含氣飽和度與物性總體呈負相關(guān)關(guān)系；當(dāng)滲透率k＞0.1×10-3μm2，含水飽和度、最大含氣飽和度與滲透率具有更好的線性相關(guān)性；當(dāng)滲透率k≤0.1×10-3μm2，二者與孔隙度具有更好的線性相關(guān)性。隨著低孔滲致密砂巖物性條件變差，天然氣擴散引起的最大含氣飽和度不斷增大；隨著物性條件變好，天然氣擴散引起的最大含氣飽和度不斷降低。這與受壓力梯度控制的常規(guī)物性儲層中含氣飽和度與樣品孔隙度、空氣滲透率及充注動力均具有較好的正相關(guān)關(guān)系有所不同?？梢?，濃度梯度驅(qū)動下的天然氣擴散運移對低孔滲致密砂巖中天然氣含氣飽和度的增加起了重要的積極作用。此外地質(zhì)統(tǒng)計規(guī)律研究還發(fā)現(xiàn)鄂爾多斯和四川盆地存在一些具有孔隙度很低（約小于4%）、含水飽和度很低、含氣飽和度很高，達到工業(yè)氣層標(biāo)準(zhǔn)的低孔滲致密砂巖儲層，很可能是濃度梯度驅(qū)動下天然氣擴散運移對于含氣飽和度增加所起的積極作用的結(jié)果，也從另一角度對模擬實驗的結(jié)果給予了驗證。

圖4　模擬實驗后樣品含水飽和度與空氣滲透率關(guān)系Fig.4 Relationship between water saturation and permeability in simulation experiment of gas diffusion driven by concentration gradient

圖5　模擬實驗后樣品最大含氣飽和度與空氣滲透關(guān)系Fig.5 Relationship between maximum gas saturation and permeability in simulation experiment of gas diffusion driven by concentration gradient

2　擴散對低孔滲致密砂巖氣成藏的積極作用與貢獻評價

為了進一步探討擴散在低孔滲致密砂巖氣成藏中的積極作用和貢獻，對擴散起主要作用時低孔滲致密砂巖的臨界物性條件進行了定量評價。首先，利用本次低孔滲致密砂巖濃度梯度驅(qū)動下天然氣擴散運移模擬實驗得到的最大含氣飽和度數(shù)據(jù)，采用實際地質(zhì)條件低孔滲致密砂巖的最大含氣飽和度60%，近似計算擴散對低孔滲致密砂巖樣品含氣飽和度增加的最大貢獻值。其次，將低孔滲致密砂巖樣品孔隙度和空氣滲透率進行回歸，得到二者之間回歸公式y(tǒng)=0.006 4φ2-0.012 9φ+0.016（R2= 0.9021）（圖6）。由前文研究可知，隨著低孔滲致密砂巖物性條件變差，天然氣擴散引起的含氣飽和度將不斷增大，當(dāng)滲透率k≤0.1×10-3μm2，其與孔隙度具有更好的線性相關(guān)性，通過回歸可得到擴散對該區(qū)間樣品含氣飽和度最大貢獻值與孔隙度之間關(guān)系為y=-2.085 4φ+51.294 1（R2=0.688 1）。如果擴散對含氣飽和度增加的貢獻比例大于50%，意味著擴散將成為含氣飽和度增加的主要機制，可計算得到低孔滲致密砂巖臨界孔隙度約為0.6%，利用低孔滲致密砂巖樣品的孔滲關(guān)系公式，可進一步計算得到對應(yīng)臨界空氣滲透率約為0.01×10-3μm2。

圖6　模擬實驗的低孔滲致密砂巖樣品孔隙度與空氣滲透率關(guān)系Fig.6 Relationship between porosity and permeability of low porosity-permeability tight sandstone samples in simulation experiment

濃度梯度驅(qū)動下天然氣擴散對低孔滲致密砂巖含氣飽和度增加起了重要的積極作用和貢獻：隨著低孔滲致密砂巖物性條件降低，擴散對低孔滲致密砂巖含氣飽和度增加的貢獻不斷增大；當(dāng)?shù)涂诐B致密砂巖孔隙度小于0.6%（空氣滲透率小于0.01×10-3μm2）時，濃度梯度驅(qū)動下的天然氣擴散將對低孔滲致密砂巖含氣飽和度增加起主要作用和貢獻。

3　蘇里格地區(qū)低孔滲致密砂巖天然氣擴散充注量及散失量估算

鄂爾多斯盆地是中國第二大含油氣盆地，面積約為25×104km2，近年來，盆地上古生界發(fā)現(xiàn)了蘇里格、榆林、烏審旗、子洲等多個千億立方米大型氣田［1，2，27］。蘇里格氣田是目前中國發(fā)現(xiàn)的最大氣田，主力儲層為二疊系下石盒子組盒8段和山西組山1段。上古生界C-P煤系烴源巖盆地內(nèi)廣覆展布、有機質(zhì)含量高、處于高—過成熟演化階段，為古生界氣藏的形成提供了充足的氣源；上石盒子組發(fā)育分布穩(wěn)定的河漫湖相泥質(zhì)巖，厚度約為60～120 m，構(gòu)成上古生界氣藏的區(qū)域蓋層，氣藏上覆泥巖及上傾方向致密砂巖提供了良好的直接蓋層及側(cè)向封堵條件［27-30］，因此蘇里格地區(qū)上古生界天然氣勘探具有十分廣闊的前景。

上古生界C-P煤系烴源巖與二疊系盒8、山1段主力儲層垂向疊置，有利于烴源巖生成的天然氣的近源垂向運聚成藏。一方面下伏C-P煤系烴源巖生成的天然氣在源儲剩余壓力梯度驅(qū)動下向上覆二疊系儲層進行以達西或非達西滲流為主要機制的運聚成藏或散失；另一方面，由于源巖生烴作用導(dǎo)致源儲存在巨大濃度差異，烴源巖生成的天然氣在濃度梯度驅(qū)動下不斷向上覆低孔滲致密砂巖儲層進行擴散充注或散失。若蘇里格地區(qū)面積按43500 km2計算，生烴高峰及成藏期為晚侏羅—早白堊世距今約125～100 Ma，致密砂巖、泥巖的古擴散系數(shù)平均值分別取9.49×10-7cm2/s和4.46×10-8cm2/s，通過建立蘇里格地區(qū)低孔滲致密砂巖天然氣擴散充注和散失模型（圖7），選用Fick第一定律對蘇里格地區(qū)低孔滲致密砂巖成藏期天然氣擴散充注量以及成藏至今天然氣擴散散失量進行初步估算。計算公式為式中，Q為天然氣擴散充注量，m3；D為天然氣的擴散系數(shù)，m2/s；A為天然氣的擴散流經(jīng)面積，m2；t為天然氣的擴散時間，為天然氣擴散濃度梯度，m3/m3/m。

圖7　蘇里格地區(qū)低孔滲致密砂巖天然氣擴散充注和散失地質(zhì)模型Fig.7 Gas diffusion charging and dissipating geological model of low porosity-permeability tight sandstone gas reservoir in Sulige area

蘇里格地區(qū)二疊系盒8、山1段主力儲層低孔滲致密砂巖成藏期天然氣擴散充注量約為2.49×1012m3，成藏至現(xiàn)今通過上覆的上石盒子組區(qū)域蓋層的累計擴散散失量約為1.96×1011m3?？梢?，濃度梯度驅(qū)動下的天然氣擴散對蘇里格地區(qū)低孔滲致密砂巖氣成藏既具有消極影響，也有積極作用和貢獻。

4　低孔滲致密儲層天然氣成藏機制

按照儲層物性差異，對不同類型低孔滲致密儲層天然氣成藏機制進行初步探討：孔隙度大于10%、空氣滲透率大于1×10-3μm2的常規(guī)儲層天然氣運聚一般遵循達西定理，即在壓力梯度作用下進行達西滲流，儲層含氣飽和度與物性具有良好的正相關(guān)關(guān)系、天然氣滲流流速與壓力梯度呈線性相關(guān)關(guān)系，物性條件極好時可能會出現(xiàn)天然氣高速非線性滲流；濃度梯度驅(qū)動下天然氣擴散對該物性儲層含氣飽和度增加的貢獻與壓力梯度相比十分微弱，甚至可以忽略不計；高孔滲砂巖、強烈改造的碳酸鹽巖等一般適于天然氣的達西線性滲流?？紫抖葹?%～10%、滲透率為（0.1～1）×10-3μm2的低孔滲儲層，天然氣運聚不完全遵循壓力梯度驅(qū)動下達西線性滲流，而存在一個啟動壓力梯度，當(dāng)外界壓力梯度小于啟動壓力梯度時不發(fā)生天然氣滲流，當(dāng)外界壓力梯度超過啟動壓力梯度時天然氣流速與壓力梯度呈非線性的低速非達西滲流；濃度梯度驅(qū)動下天然氣擴散對該物性儲層含氣飽和度增加的貢獻相對于壓力梯度占較小比例；低孔滲砂巖、碳酸鹽巖、次生改造火山巖等一般適于天然氣的非線性、低速非達西滲流?？紫抖葹?.6%～1%、滲透率為（0.01～0.1）×10-3μm2的致密儲層，天然氣運聚以存在啟動壓力梯度的低速非達西滲流為主、濃度梯度驅(qū)動下天然氣擴散為輔；濃度梯度驅(qū)動下天然氣擴散對該物性儲層含氣飽和度增加具有顯著貢獻；致密砂巖、泥巖、火山巖及致密碳酸鹽巖等一般以天然氣的非達西滲流為主、天然氣擴散為輔?？紫抖刃∮?.6%、滲透率小于0.01×10-3μm2的致密—特致密儲層，儲層的孔隙和喉道十分狹小以至于低速非達西滲流都相對微弱或無法實現(xiàn)，濃度梯度驅(qū)動下天然氣擴散成為天然氣運聚主要機制；擴散對該物性儲層含氣飽和度增加起主要作用和貢獻；頁巖、火山巖、特致密砂巖和碳酸鹽巖等一般適于天然氣擴散運聚。此外，低孔滲致密儲層廣泛分布、甜點儲層局部發(fā)育，有利于天然氣分子的擴散相和游離相在儲層物性條件變化的情況下進行擴散-滲流運聚相互轉(zhuǎn)化，為低孔滲致密儲層大面積含氣和成藏提供條件。

5　結(jié) 論

（1）低孔滲致密砂巖經(jīng)過濃度梯度驅(qū)動下天然氣擴散運移模擬后含水飽和度與物性呈正線性相關(guān)關(guān)系、最大含氣飽和度與物性呈負線性相關(guān)關(guān)系，滲透率大于0.1×10-3μm2時含水飽和度、最大含氣飽和度與滲透率具有更好的線性相關(guān)性，滲透率小于等于0.1×10-3μm2時二者與孔隙度具有更好的線性相關(guān)性。

（2）天然氣擴散對低孔滲致密砂巖含氣飽和度增加起了重要的積極作用和貢獻，當(dāng)?shù)涂诐B致密砂巖孔隙度小于0.60%、空氣滲透率小于0.01×10-3μm2，濃度梯度驅(qū)動下天然氣擴散將對低孔滲致密砂巖含氣飽和度增加起主要作用和貢獻。

（3）天然氣擴散對于蘇里格地區(qū)低孔滲致密砂巖氣成藏既有消極影響也有積極作用；濃度梯度驅(qū)動下的天然氣擴散是低孔滲致密儲層天然氣成藏的重要機制之一，是中低豐度低孔滲致密儲層大面積含氣的重要原因之一。

［1］ 戴金星，李劍，丁魏偉，等.中國儲量千億立方米以上氣田天然氣地球化學(xué)特征［J］.石油勘探與開發(fā)，2005，32（4）：16-23. DAI Jinxing，LI Jian，DING Weiwei，et al.Geochemical characters of the giant gas accumulations with over one hundred billion cubic meters reserves in China［J］.Petroleum Exploration and Development，2005，32（4）：16-23.

［2］ 戴金星，倪云燕，吳小奇，等.中國致密砂巖氣及在勘探開發(fā)上的重要意義［J］.石油勘探與開發(fā)，2012，39（3）：257-264. DAI Jinxing，NI Yunyan，WU Xiaoqi.Tight gas in China and its significance in exploration and exploitation［J］. Petroleum Exploration and Development，2012，39（3）：257-264.

［3］ 趙文智，卞從勝，徐兆輝.蘇里格氣田與川中須家河組氣田成藏共性與差異［J］.石油勘探與開發(fā)，2013，40（4）：429-438. ZHAO Wenzhi，BIAN Congsheng，XU Zhaohui.Similarities and differences between natural gas accumulations in Sulige gas field in Ordos Basin and Xujiahe gas field in Central Sichuan Basin［J］.Petroleum Exploration and Development，2013，40（4）：429-438.

［4］ 趙文智，胡素云，王紅軍，等.中國中低豐度油氣資源大型化成藏與分布［J］.石油勘探與開發(fā)，2013，40（1）：1-14. ZHAO Wenzhi，HU Suyun，WANG Hongjun，et al. Large-scale accumulation and distribution of medium-low abundance hydrocarbon resources in China［J］.Petroleum Exploration and Development，2013，40（1）：1-14.

［5］ LIU G D，SUN M L，ZHAO Z Y，et al.Characteristics and accumulation mechanism of tight sandstone gas reservoirs in the Upper Paleozoic，northern Ordos Basin，China［J］.Petroleum Science，2013，10（4）：442-449.

［6］ ANTONOV P L.On the diffusion permeability of some claystones［J］.Sb Geokhi Met Poisk Nefti I Gaza（Gostoptekhizdat，Moscow，in Russian）：Trudy NIIGGR，1954，2：39-55.

［7］ STKLYANIN Y I，LITVINOVA V N.On the parameters of methane diffusion through a water-saturated core［J］. Geologiya Neftii Gaza，1971，15（1）：19-22.

［8］ LEYTHAEUSER D，SCHAEFER R G，YUKLER A.Role of diffusion in primary migration of hydrocarbons［J］.AAPG Bulletin，1982，66（4）：408-429.

［9］ KROOSS B M，SCHAEFER R G.Experimental measurements of the diffusion parameters of light hydrocarbons in water-saturated sedimentary rocks—I：a new experimental procedure［J］.Organic Geochemistry，1987，11（3）：193-199.

［10］ 肖無然，陳偉鈞.天然氣藏的研究方法［M］.北京：地質(zhì)出版社，1988：1-64.

［11］ 郝石生，黃志龍，高耀斌.輕烴擴散系數(shù)的研究及天然氣運聚動平衡原理［J］.石油學(xué)報，1991，10（3）：17-24. HAO Shisheng，HUANG Zhilong，GAO Yaobin.Light hydrocarbon diffusion coefficient research and natural gas migration accumulation dynamic balance principle［J］.Acta Petrolei Sinica，1991，10（3）：17-24.

［12］ 黃志龍，唐為清，郝石生.天然氣擴散模型的建立及其應(yīng)用［J］.大慶石油學(xué)院學(xué)報，1994，18（3）：8-14. HUANG Zhilong，TANG Weiqing，HAO Shisheng.The establishment and application of the diffusion models of natural gas［J］.Journal of Daqing Petroleum Institute，1994，18（3）：8-14.

［13］ 查明，張曉達.擴散排烴模擬研究及其應(yīng)用［J］.石油大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，1994，18（5）：14-20. ZHA Ming，ZHANG Xiaoda.Hydrocarbon diffusion expulsion simulation and its application［J］.Journal of the University of Petroleum，China（Natural Science edition），1994，18（5）：14-20.

［14］ 李偉.天然氣古有效擴散系數(shù)的模擬及其應(yīng)用［J］.現(xiàn)代地質(zhì)，1996，10（1）：119-124. LI Wei.Gas paleo-effective diffusion coefficient Simulation and application［J］.Geosciences，1996，10（1）：119-124.

［15］ 付廣，呂延防.天然氣擴散作用及其研究方法［M］.石油工業(yè)出版社，1999：1-88.

［16］ 李明誠.石油與天然氣運移［M］.3版.北京：石油工業(yè)出版社，1999：190-225.

［17］ 李海燕，付廣，彭仕宓.天然氣擴散系數(shù)的實驗研究［J］.石油實驗地質(zhì)，2001，23（1）：108-113. LI Haiyan，F(xiàn)U Guang，PENG Shimi.Experimental research on gas diffusion coefficient［J］.Petroleum Geology&Experiment，2001，23（1）：108-113.

［18］ 李劍，嚴(yán)啟團，張英，等.柴達木盆地三湖地區(qū)第四系生物氣蓋層封閉機理的特殊性［J］.中國科學(xué)：D輯，2007，37（增刊II）：36-42. LI Jian，YAN Qituan，ZHANG Ying，et al.The special sealing mechanism of caprock for Quaternary biogenic gas in Sanhu area，Qaidam Basin，China［J］.Science in China（Ser D）：2008，51（sup 1）：45-52.

［19］ 胡國藝，王曉波，王義鳳，等.中國大中型氣田蓋層分布特征［J］.天然氣地球科學(xué)，2009，20（2）：162-166. HU Guoyi，WANG Xiaobo，WANG Yifeng，et al.Caprock distribution characteristic of large-medium gas fields in China［J］.Natural Gas Geosciences，2009，20（2）：162-166.

［20］ 王曉波，李劍，王東良，等.天然氣蓋層研究進展及發(fā)展趨勢［J］.新疆石油地質(zhì)，2010，31（6）：664-668. WANG Xiaobo，LI Jian，WANG Dongliang，et al.Natural gas research advance and its development tendency［J］.Xinjiang Petroleum Geology，2010，31（6）：664-668.

［21］ 柳廣弟，趙忠英，孫明亮，等.天然氣在巖石中擴散系數(shù)新認識［J］.石油勘探與開發(fā)，2012，39（5）：559-565. LIU Guangdi，ZHAO Zhongying，SUN Mingliang，et al. New insights into natural gas diffusion coefficient in rocks［J］.Petroleum Exploration and Development，2012，39（5）：559-565.

［22］ 王曉波，陳踐發(fā)，李劍，等.高溫高壓致密氣藏巖石擴散系數(shù)測定及影響因素［J］.中國石油大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2014，38（3）：25-31. WANG Xiaobo，CHEN Jianfa，LI Jian，et al.Rock diffusion coefficient measuring and its effcting factors of tight gas reservoir under high temperature and high pressure［J］.Journal of China University of Petroleum（Edition of Natural Science），2014，38（3）：25-31.

［23］ 吳曉東，張迎春，李安啟.煤層氣單井開采數(shù)值模擬的研究［J］.石油大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2000，24（2）：47-49. WU Xiaodong，ZHANG Yingchun，LI Anqi.Numerical simulation for coalbed methane production［J］.Journal of the University of Petroleum，China（Edition of Natural Science），2000，24（2）：47-49.

［24］ 姚軍，孫海，樊冬艷，等.頁巖氣藏運移機制及數(shù)值模擬［J］.中國石油大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2013，37（1）：91-98. YAO Jun，SUN Hai，F(xiàn)AN Dongyan，et al.Transport mechanisms and mumerical simulation of shale gas resrvoirs［J］.Journal of China University of Petroleum（Edition of Natural Science），2013，37（1）：91-98.

［25］ SURDAM R C，JIAO Z S，HEASLER H P.Anomalously pressured gas compartments in Cretaceous rocks of the Laramide basins of Wyoming：a new class of hydrocarbon accumulation［C］//SURDAM R C.Seals，traps，and the petroleum systems：AAPG Memoir，1997，67：199-222.

［26］ ZOU C N，ZHU R K，LIU K Y.Tight gas sandstone reservoirs in China：characteristics and recognition criteria［J］.Journal of Petroleum Science and Engineering，2012（88/89）：82-91.

［27］ 楊華，席勝利，魏新善，等.蘇里格地區(qū)天然氣勘探潛力分析［J］.天然氣工業(yè)，2006，26（12）：45-48. YANG Hua，XI Shengli，WEI Xinshan，et al.Analysis on exploration potential in Sulige area of the Ordos Basin［J］.Natural Gas Industry，2006，26（12）：45-48.

［28］ 李劍，羅霞，單秀琴，等.鄂爾多斯盆地上古生界天然氣成藏特征［J］.石油勘探開發(fā)，2005，32（4）：54-59. LI Jian，LUO Xia，SHAN Xiuqin，et al.Natural gas accumulation in the Upper Paleozoic of Ordos Basin，China［J］.Petroleum Exploration and Development，2005，32（4）：54-59.

［29］ 付金華，段曉文，席勝利.鄂爾多斯盆地上古生界氣藏特征［J］.天然氣工業(yè)，2006，20（6）：17-19. FU Jinghua，DUAN Xiaowen，XI Shengli.Characteristics of upper Paleozoic gas reservoirs in Ordos Basin［J］.Natural Gas Industry，2006，20（6）：17-19.

［30］ 康竹林，傅誠德，崔淑芬，等.中國大中型氣田概論［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2000.

（編輯 徐會永）

Discussion on role of gas diffusion and its contribution in low porosity-permeability tight sandstone gas reservoirs

WANG Xiaobo1，2，3，CHEN Jianfa1，LI Jian2，3，LI Zhisheng2，3，WANG Dongliang2，3，LIU Guangdi1，XIE Zengye2，3，LIU Ruie2，3，SUN Mingliang1，WANG Yifeng2，3
（1.State Key Laboratory of Petroleum Resource and Prospecting，China University of Petroleum，Beijing 102249，China；2.Langfang Branch of PetroChina Research Institute of Petroleum Exploration&Development，Langfang 065007，China；3.The Key Laboratory of Gas Reservoir Formation and Development，CNPC，Langfang 065007，China）

Assuming that gas diffusion is controlled by its concentration gradient，the physical simulation experiments of gas difussion driven by concentration gradient were conducted，and the role of gas diffusion and its contribution in low porosity-permeability tight sandstone gas reservoirs，as well as forming mechanisms of low porosity-permeability tight gas reservoirs were discussed.The results show that the maximum gas saturation in the simulations has overall negative linear correlation with the gas physical properties：it correlates with the gas porosity when permeability is less than 0.1×10-3μm2；and correlates with the gas permeability when permeability is larger than 0.1×10-3μm2.Gas diffusion may become the main mechanism for gas saturation increment in low porosity-permeability tight sandstone reservoir，when porosity is less than 0.6%and permeability is less than 0.01×10-3μm2.Gas diffusion is one of the important forming mechanisms of lowporosity-permeability tight gas reservoir，and one of the important reasons for low porosity-permeability tight reservoir with large gas bearing area.

tight sandstone gas reservoirs；simulation experiment of gas diffusion；concentration gradient；quantitative evaluation；forming mechanism

TE 122

A

1673-5005（2015）05-0058-07

10.3969/j.issn.1673-5005.2015.05.008

2015-03-22

國家重大科技專項（2011ZX05007-002）；國家“973”項目（2007CB209503）；國家自然科學(xué)基金項目（41102086）

王曉波（1982-），男，工程師，博士研究生，研究方向為天然氣地質(zhì)、地球化學(xué)、成藏及稀有氣體實驗技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用。E-mail：Wangxb69@petrochina.com.cn。

引用格式：王曉波，陳踐發(fā)，李劍，等.擴散在低孔滲致密砂巖氣成藏中的作用和貢獻探討［J］.中國石油大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2015，39（5）：58-64.

WANG Xiaobo，CHEN Jianfa，LI Jian，et al.Discussion on role of gas diffusion and its contribution in low porosity-permeability tight sandstone gas reservoirs［J］.Journal of China University of Petroleum（Edition of Natural Science），2015，39（5）：58-64.