碳酸盐岩裂缝介质中微观二维油水运移聚集物理模拟实验研究.pdf

背 地 质 论 评 G E O L O G IC A L R E V I E W V o I_ 5 2 N o 4 J u ly 2 0 0 6 碳 酸盐岩 裂缝介质 中微观 二维油水 运移 聚集 物理模拟 实验研究 唐玄 ， 金 之钧 ， 杨明慧 ， 明 海 会 1 )中国地质 大学 ( 北京 ) 能 源学 院 ， 北 京 ， 1 0 0 0 8 3 ； 2 )中石 化 勘探 开发研 究 院 ， 北 京 ， 1 0 0 0 8 3 3 )中国石 油大 学 ( 北 京 ) 盆地 与油 藏研究 中心 ， 北 京 ， 1 0 2 2 4 9 ； 4 ) 振 华石 油公 司 ， 北京 ， 1 0 0 0 3 1 内容提要 ：裂缝是碳酸盐岩 中流体流动最 主要 的通道和重要 的储 集空间 。 碳酸盐岩裂缝 介质中的油水运 移和 聚集过程研究是 我 国的一个研究 热点 ， 也是 一个 国际性 难题 。 利用物理模 拟实验来 研究碳 酸盐岩裂 缝中的油气 运 移是 一个新的尝试 。 实 验利 用碳 酸盐 岩裂缝岩心制作成薄 片模 型 ， 在薄片模型 中进行 油驱水实验来模 拟运移过程 。 实验结果表 明 ： 流体平面 流动路径有单一式 平行式 、 斜交式 和网络式三种路径 ； 在通道 内流体运移形态有 连续 式、 分段式及连续一 分段式 三种 ； 油水驱替前 缘呈现 活塞式 、 绕流式 和脉冲式 三种形式 。 流体流 动形态 随流体 压 力、 饱和度 、 裂缝结构、 润湿性 等因素的变化而变化 。 这些 因素之 间相互影响 ， 交叉作用 。 流体压力 和流量 ， 流体 压力 和流体速率有条件呈现相关关系 ； 流体速 率不仅与压力相关 ， 而且 与裂缝发育 的角度 和宽度有关 ， 与压力梯度 夹角 较小的宽裂缝内的流体速率较高 ， 反之较 低 。 关键词 ： 物理模拟 ； 碳酸盐岩 ； 裂缝 系统 ； 油水驱替 ； 控制因素 物理模 拟 实验是 研究 油气 运移 规律 的一 种重 要 方 法 ， 迄 今 为止 油 气运 移 物 理模 拟 实 验 主要 集 中在 碎 屑 岩 领 域 ( D e mb i ch i e t a 1 ， 1 9 8 9 ；C a t a l a n e t a 1 ， 1 9 9 2 ； S e l l e e t a 1 ， 1 9 9 3 ； Th o ma s e t a 1 ，1 9 9 5 ； 曾溅 辉 等 ， 1 9 9 7 ， 2 0 0 0 a ，2 0 0 0 b ， 2 0 0 1 ； 曾 溅 辉 ， 2 0 0 0 ) ， 公 开发表的涉及碳酸盐岩油气运移领域， 尤其是碳酸 盐 岩裂缝 介 质 的油 气 运 移 的文 献 很 少 。 碳 酸盐 岩 介 质空 间 由岩 块 和裂 隙两种 体 系组成 ， 包 含孑 L 隙 、 溶 洞 和裂缝 三种 空 间 ( 纳 尔逊 ， 1 9 9 1 ) 。 由于碳 酸盐 岩介 质 空间的发育和分布不仅受到原生沉积作用 的控制， 更大程度取决于次生成岩作用 的影响， 这使得碳酸 盐 岩介 质空 间 的复杂 性 和非均 质性 比碎 屑岩 强得 多 ( 马永 生等 ， 1 9 9 9 ) 。 因此碳 酸盐 岩储 集空 间 的研 究 比 较 困难， 碳酸盐岩裂缝系统及其 中的流体行为研究 更 是 一个 国际性 的难 题 。 用 物理 模 拟 实验 来 研 究 裂 缝介质 中的流体运移规律及其控制因素是对该领域 的一个 初步 探索 。 另外 ， 油气 二 次运 移 中石油 可能 呈 扩 散 相 、 水 溶 相 、 气 溶 相 等相 态 ， 但 主 要 以游 离 相 为 主 ( 李明诚 ， 1 9 9 4 ) 。 综合以上两方面 因素 ， 也为简化 模 型起 见 ， 实 验 主要 探 讨 连续 充 注 的 游 离相 石 油 在 具 有不 同拓 扑形 状 、 结 构 和 宽度 的天 然裂 缝 中的 运 移形态及其主控因素。 1 实验装 置和实验步骤 1 1实验 装置 与 实验样 品 实验 模 型 的制 作 是 实 验最 关 键 的 一 环 ， 在调 研 和对 比光蚀 刻模 型 ( 康永 尚等 ， 1 9 9 6 ， 2 0 0 2 ， 2 0 0 3 ) 、 地 下 水 缝 隙 渗 流 模 型 ( 速 宝 玉 等 ， 1 9 9 5 ； 罗 绍 河 等 ， 1 9 9 6 ； 钱家 忠 等 ， 1 9 9 8 ； 詹 美礼 等 ， 2 0 0 2 ) 、 三 轴 向人 工 造 缝 ( 徐 刚 等 ， 2 0 0 1 ) 、 真 实 岩 心 模 型 ( 孑 L 令 荣 等 ， 1 9 9 1 ； 贾 红育等 ， 1 9 9 7 ； 朱玉 双等， 1 9 9 8 ， 1 9 9 9 ； 陈 晓 军 ， 2 0 0 0 ) 等 模 型制 作 方 法后 ， 笔者 认 为 真 实 岩心 模 型具有可视性强、 逼真性好 、 造价低廉等优点 ， 并且 采 用真 实岩 心模 型最 大 的长处 在 于它 能保持 裂缝 的 各 种 天然 属 性 和微 观 复 杂 性 ， 所 以选 择 碳 酸盐 岩 真 实 裂缝 岩心 进行 实验 。 实 验设 备采 用西 北大 学 曲志浩 等研 制 的微观 二 维 油气 运移 模拟 实验 设备 ( 图1 ) 。 设 备包 括显 微观 察 记 录设 备 ， 微 观 岩样模 型 ， 流体 注入 计量 设备 以及 流 体 收集 设 备 等 。 实 验 采 用 人 工 配 制 油 ， 其 粘 度 1 8 4 mP a S ， 密 度 0 8 4 5 g cm。 ( 2 0 ) ， 添 加 油 溶 红 增 加 可 视 性 。 实 验 用 水 为 纯 净 水 ， 粘 度 1 mP a S ， 密 度 注 ： 本文为国家重点基础研究发展规划项 目( 编号 G1 9 9 9 0 4 3 3 0 0 ) 资助成果 。 收稿 日期 ： 2 0 0 5 1 1 - 0 9 ； 改回 日期 ： 2 0 0 6 0 4 2 4 ； 责任编辑 ： 周健 。 通讯作 者简介 ： 金之钧 ， 男 ， 1 9 5 7 年生 ， 中国石化勘探 开发科 学研究院 院长 ， 国家“ 9 7 3 ” 项 目首席科学家 ， 研究方 向为盆地分析与 油气 资源评 价、 油气成藏机理与分布规律 。 通讯地址 ： 1 0 0 0 8 3 ， 北京海 淀区学 院路3 1 号； 电话 ： 0 1 0 8 2 3 1 2 9 1 2 。 维普资讯 第 4期 唐玄等 ： 碳酸盐岩裂缝介质 中微观二维油水运 移聚集物理模 拟实验研究 5 7 1 图 1 碳酸盐岩裂缝模 型驱替 实验设备连接示意 图 Fig1 Eq uip me nt f o r e x pe r ime nt o f o il - wa t e r dr iving in ca r b ona t e f r a ct u r e s me d ia mo de l 1 一普通 N 2 气瓶 ； 2 2 R I 型 中间 容器； 3 一数字压 力仪 ； 4 一流 量 计 ； 5 一 显微镜 ； 6 一摄像 机 ； 7 监 视器 ； 8 一图像 采集 存储 设 备 ； 9 光源 ； 1 O 一油水收集瓶 ； 1 1 照相机； 1 2 一微 观模 型 1 Ga s t in； 2 2 R I bu f f e r s t o r a g e ； 3 一 di g it a l p r e s s u r e g a u g e； 4 - f lo wme t e r； 5 - t e l e s co p e 6 - v id ie o n； 7 - mo n it o r ； 8 一 ima g e co l l e ct io n a n d s a v e e q u ip me n t ；9 l a mp h o u s e ；1 O wa t e r & g a s co l le ct io n b o t t l el 1 1 - c a me r al 1 2 一 mo d e l r 导 出 流 通 道 E 导 流 通 口 道 一 长 图 2 模 型示意 图( 以模型1 为例 ， 裂缝宽度 不按实际 比例 ) Fig 2 The e x pe r ime nt a l mod e l s k e t ch ma p ( mo de l 1 a s a e xa mp l e，a n d t he wid t h of f r a ct ur e s is ma g nif ie d) l g cm。 。 实验样 品详见表 1 ， 示 意 图如 图2 。 1 2实验基本 步 骤 将模型在显微镜下进行照相或者截 图， 照片 中保 留样 品的原始状态 ； 将模型抽真空， 饱 和纯 净 水 。 对模 型一 端 进 行封 闭 ， 一 端 连 接抽 空 装 置 ， 抽 空 持续 4 O 6 0 rai n ， 然 后饱 和 纯净 水 ， 饱 和过 程约 3 O 5 0 rain ， 直到样 品完全饱和为止 ； 将饱和纯净 水的模型进行照相或者截图； 连接注入和计量装 置 ， 注 入 纯 净水 。 分 别 记 录通 水 量 、 时 间、 压 力 差 ， 测 算样 品的渗透率 ( 水相渗透率见 表1 ) ； 模拟油气 运移 过 程 。 外 加压 力下 注入 连续 相 实验油 ， 对 样 品内 驱 替过 程 进 行 观察 、 录像 和 截 图 ， 记 录注 入 油 量 、 对 应 时 间和 压力 ； 升 高压 力后 继 续 观 察 和记 录上 述数 据 ； 分析处理实验数据 。 2 实验结果 碳 酸 盐 岩裂 缝 按 照 连通 性 可 分 为连 通 裂缝 、 不 连通裂缝 。 实验展示 了流体在裂缝 内复杂而丰富的 运移现象 ， 其 中连通裂缝是碳 酸盐岩主要 的优势运 移通道 ， 不连通裂缝不能成为通道 ， 但可以在岩块系 统的沟通下作为储集空间 。 2 1 流 体 的平面 流动 路径 流 体 的平 面流 动 路 径 形 态 可 分 为 单 一 路 径 式 ( 或平 行 路径 式 ) 、 斜 交 式 和网络 式三 种 。 单 一 路径 或 者 平行 路 径 式 ： 油 水沿 着 单 一 裂缝 前 进或 者 沿 着 互不 交叉 的裂 缝 分 别 推 进 。 例 模 型 2 和模型8 ， 如 图3 a 。 模型2 发育平行裂缝 ， 主裂缝宽度 大 ， 是流 体 的主要 通道 ， 与 主裂缝 平 行 的微 细 裂缝基 本没有油气运移的迹象 。 斜交 式 ： 油水 沿着斜 交 的裂 缝各 自前 进 ， 在结合 点混合成单一路径式； 或者正好相反 。 见模型3 和模 型4 ， 如 图3 b。 网络 式 ： 油水 没有 主流 道或 者 主流道 不 明显 ， 岩 石裂 缝 内油 水各 向流 动 ， 并不 断发 生 分叉 、 交叉 、 汇 聚、 发散 。 以模型1 、 模型3 为显著， 如图3 c。 单 一 式 、 斜 交 式 与 网络式 流道 的划分 是 裂 缝 在 不 同尺 度 上 的反 映 。 在 小 的尺 度 上 裂缝 可 能呈 单 一 式 ， 而在大的尺度上裂缝 系统却呈斜交式和网络式 ， 表 1 模型 参数 一览表 Tab l e I Par ame t e r of al l mo de l s 模型序号 井号 深度 ( m) 样 品描述 样品厚度 ( mm) 样 品长度 ( cm) 样品宽度 ( cm) 渗透率 ( 1 0 一 m。 ) 1 千1 2 1 8 4 2 0 4 0 7 深黑 ， 油浸 ， 裂缝发育 0 3 5 2 7 6 2 O 9 3 0 2 1 板 深7 0 1 4 6 4 4 横 向裂缝发育 0 6 2 2 4 8 2 3 1 1 5 O 2 0 板 深7 0 1 4 6 4 4 0 5 6 2 O 6 2 3 6 6 3 板 深7 0 1 4 6 2 1 7 1 溶洞孔 、 缝都很发育 0 4 7 2 7 0 1 8 O 3 5 4 1 千1 2 1 8 4 2 0 4 3 8 纵横 向裂缝发育 0 6 3 2 4 4 2 6 7 8 0 5 8 津4 平行缝发育 0 6 0 2 5 O 2 5 2 5 0 注 ： 样 品长度 为模型入 口到 出口方 向上的样 品长度 ， 垂直方向为样品宽度。 维普资讯 地质 论评 图 3流体平面流动路径 Fig3 Oil wa t e r f l ow pl a n e p a t hway ( a ) 一单一式 平行式 ； ( b ) 一斜交式 ； ( c) 一 网络式 ( a ) 一 Pa r a l l e l p a t hwa y；( b) 一 le a n C R O S S p a t h wa y： ( c ) - n e t wo r k p a t hwa y 或者 相 反 ， 微观 上 的多条 裂 缝 只 是宏 观 大 裂缝 或 者 大断层 带 的微 观体现 。 2 2 通道 内流 体运 移形 态 通道 内流 体 的运 移 形 态包 括 连 续式 、 分段 式 和 连续一 分 段式 三种 。 ( 1 ) 连续式 ：油在裂缝 内始终保持连续油相 向 前运移 ， 此种运移方式常常发生在 比较平直和均匀 的裂缝 中( 图4 a ) 。 ( 2 ) 分段 式 ：油 在 裂 缝 运 移 过 程 中被 切 割 成 各 自独 立 的分 散油 段 ， 油段 与水段 在 裂缝 中交错 存 在 ， 一 起运 移 。 如模 型2 。 、 模 型1 ( 图4 b ) 。 ( 3 ) 连续一 分段 式 ： 油 在 裂缝 中一段 呈 连续 式 运 移 ， 一 段呈 分段 式运 移 。 连 续式 还 是分段 式 是相对 而 言 的 ， 在 小 的尺度 上是 连续 的 ， 大 的尺度上 可 能认 为 是分 段 的 ( 图4 c) 。 2 3驱 替前缘 形 态 流 体 的驱 替 前缘 形 态 有 活 塞式 、 绕 流 式 和 脉 冲 式三 种 。 ( 1 ) 活 塞 式 ：流 体 整 体 均 匀 推 进 ， 驱 替 前 缘 整 齐 ， 如 模 型2 ( 图5 a ) 。 ( 2 ) 绕 流式 ：流 体 前 缘 分 叉 绕 过 裂 缝 中水 滴 或 者其他障碍物前进 ， 如模型2 。 ( 图5 b ) 。 ( 3 ) 脉 冲 式 ：流体 前 缘 在 喉 道 或 者 裂缝 狭 窄 处 呈停滞一突破一前进一停滞一突破前进状态的一 种运 移方 式 ， 见 模 型4 ( 图5 c) 。 图 4通道内流体运移形态 Fig 4 Oil wa t e r f l ow s ha p e s in t he pa s s a g e ( a ) 一连续式 ； ( b ) 一分段式 ； ( c) 一 连续式一 分段式 ( a ) - Co n t in u o u s p a t t e r n：( b) - s e c t io n in g p a t t e r n： ( c ) - co n t i nu o u s s e ct i o n in g p a t t e r n 图 5驱替前缘形态 图 Fig 5 Oil wa t e r dr iving f r o nt s ha p e s C a ) 一活塞式 ； ( b ) 一绕流式 ； ( c) 一脉 冲式 ( a) 一 Pi s t 0 n f r o n t ；( b) 一 e n cir cl e f r o n t ； ( c) - imp u l s iv e f r o n t 维普资讯 第 4期 唐玄等 ： 碳酸 盐岩裂缝 介质中微观二维油水运移聚集物理模 拟实验研 究 5 7 3 3 分析和讨论 3 1 碳 酸盐 岩裂 隙介 质流 动机 制的 定性 分析 侯 平 等 ( 2 0 0 4 ) 、 张 发 强 等 ( 2 0 0 3 ) 用 玻 璃微 珠 来 模拟碎屑岩 ， 探讨了油气运移的三种方式指进 式 、 优 势式 、 活 塞 式 。 这些 模 式 主 要是 基 于 流 体运 移 的外部相态， 是静态的几何形态上的描述， 这个模式 同样也适合碳酸盐岩中流体运移 。 流体在平面上 的 几何 形态 ， 究竟 是呈 现单 一式 、 交叉 式还 是 网络式 取 决 于连 通裂 缝 的 空 间展 布 形 态 和流 体 受力 状 况 。 实 验观 察到 的渗 流现 象复 杂多 变 。 同一地 点不 同 时间 ， 运移 方式 可 以发生变 化 ； 同一 时 间不 同地 点 ， 运移 方 式也 可 以发生 变化 。 ( 1 )在某 一个 点 ， 初期 为分 段式 运 移 ， 但 随着 油 的不 断注入 ， 裂缝 内油饱 和度不 断 提高 ， 后期 可 以转 变为 连续 式运 移 。 如模 型 2 ， 1 9 分 4 0 秒 至 2 0 分 0 5 秒 时 ( 图4 b ) 可见 油呈 间歇式 的分 段 前进 。 2 1 mi n以后 油 流逐渐 完全 充满 裂缝 并稳 定流 动 。 ( 2 )同一 裂缝 ， 同一 时 间 ， 部 分 裂 隙 的连通 性 较 好 ， 流体呈 连 续 式 运 移 ； 在 喉道 处 或者 裂 缝 狭 窄处 ， 流体呈脉冲式的分段式运移( 图4 c) 。 ( 3 )由于压 差较 大 ， 油首 先 在主 流 道 内充 满 ， 当 达 到一 定速 度后 ， 随着 内部 压力 增 大 ， 油 被驱 入主 流 道两侧孔渗性较好 的区域 ， 从 而主流道附近 的孔渗 性较好 的区域完全可能成为油气储集 的有利 区域 ( 如模 型2 ， 4 8 分 2 0 秒 ， 压力 3 2 1 k P a时 图像 ) 。 总之 ， 当该 区的某 种属 性发 生改 变 时 ， 运 移方 式 就 可 以发 生变 化 。 运 移 方 式不 仅 与 裂缝 的空 间 展 布 和内部结构有关 ， 而且与流体本身的属性 和实验条 件 相关 。 造成 这种 变化 的原 因主 要有 以下 四个 ： ( 1 )空 间 结 构 因素 裂 缝 和 孔 隙结 构 的影 响 。 裂缝 平直 处 易为连 续流 ， 裂缝 狭 窄处 易呈脉 冲 或 分段流 ； 即裂缝的规则性可以影响流体的流态 ： 流体 在 裂缝 较 规则 段 落 容 易形 成 连续 流 ， 在复 杂 的不 规 则 段落 容易 断开 ， 形 成 分段 流 。 ( 2 )饱 和度 因素 当流 道 内两相 流存 在 的情 况 下 ， 某 相流 体饱 和度 大时 ， 容 易连 片 ， 形 成连续 流 ； 某相流体饱和度较低 时， 容易被高饱 和度的流体分 割 ； 因此 ， 饱 和 度 高 的流 体 容 易 为连 续 流 流动 ， 饱 和 度低 的流 体 易为分 段 流流动 。 ( 3 )第 三 相 态 因素 气 相 的影 响 。 如 果 裂 缝 内有 三相 存在 时 ， 且 气相 分散 存 在于喉 道处 ， 油相 则 很 难突 破 。 只有 在 1- J J u 压 力 累积 足 以克 服 气相 的阻 力 ， 运移 才能 继续进 行 。 气相 的存 在大 大增加 了流体 在喉道处卡断的几率 ， 流体易呈分段式运移。 ( 4 )动 力 学 因素 即 毛 细管 力 的作 用 。 在 不 均匀 的单 一裂 缝 中 ， 裂缝 喉 道为 水相 所饱 和 时 ， 油 流 完全 被 阻断 ； 当流体 压 力积 聚到 一定 的时候 ， 驱 替前 缘从裂缝喉道 中间突破快速前进， 但 由于驱替流体 后部能量不足 ， 可能再次在毛细管力下阻断。 当这一 过程被 反 复重 现 ， 从 而 就表 现出 分段式 运 移情况 ( 可 以解 释模 型8 和模 型2 分段式 运 移模式 ) 。 3 2碳 酸盐岩 裂 隙介质 流 动机 制的定 量 分析 3 2 1 流 量 与压 力关 系 按 照达 西 定律 ， 压力 与 流 量 之 间应 该 存 在正 相 关 关 系 。 但 在本 次 的一 系列实 验 中 ， 这一 关 系并不 经 常出 现 。 输 入 流量与 压力 关 系分析 发现 ， 在一 定 的压 力 范 围 内 ， 压力 与流 量呈 正相 关关 系 ； 在另 外一个 压 力 段 内， 压力 和流 量 也呈 正 相 关 关 系 。 然 而 ， 不 同压 力 段转 换 时 ， 也 即在低 压 突然 变 为高压 时 ， 流量并 不 相 应 由低 速 变 为 高速 ， 压 力 与 流量 的关 系也 没 有 明 显 的差 别 ( 图6 ) 。 这一 现象 与达 西定 律 和裂缝 流动 定 律 不符 。 原 因何 在? 初 步分 析可 能存 在下 面几 个方 面 的原 因 ： ( 1 )在低压 时 ， 主流 道 的流量 已经 接 近饱 和 。 压 力 加 大时 ， 增 加 的部 分 压 力 促进 了支 流 的流 量 的增 加 。 因此测 量 出 来 的主 流 道 内压 力 与 流量 的关 系 不 呈 简单 的正 比关 系 。 ( 2 )岩石 裂 缝 结 构 的影 响 。 外 界 压 力 是 总体 驱 动 力 ， 引槽 内 的流 体是 外界 压力 的直接承 载者 。 只 有 当岩样 内的裂 缝 进 口与 引槽 连 通很 好 的情 况 下 ， 裂 缝 内 的流体 才能够 明 显感应 到 引槽 内流 体压力 的变 化 ； 反之 ， 如 果裂缝 结 构非 常复 杂 ， 非 均质 性强 ， 则 压 力增加可能并不直接作用到裂缝 内的流体， 而是被 岩石 骨架 承受 了。 3 2 2 压 力与裂 缝 内流体 速率 关 系 流 体速 率 与 流量 的关 系 很 密切 ， 如果 压 力 与 流 量 的关 系 不呈 正 相 关 ， 则 与 流体 速 率 也必 然 不具 备 正 相 关 关 系 。 实 验 测 试 的结 果 证 实 了这 一 推 断 ( 图 7 ) 。 在模 型 1 中 ， 不 同类 型裂 缝 内的 流体 在 给 定压 力 段下的速率分布 ， 明显反映出流体速率与压力变化 的不 一致性 。 3 2 3速 度 与裂缝 结构 关 系 本次 实验 中 的9 块模 型 的裂缝 特征 相 差较 大 ， 具 体 表 现在裂 缝 宽度 、 形 态 、 结 构 和裂缝拓 扑 形状 等方 面。 对于模型1 来说 ， 同一压力下平 直裂缝 内流体速 率 明显 比弯曲 裂缝 内流 体 速率 高得 多 ， 并 且其 速 率 对 压 力 的变 化不 敏 感 ( 图 7 ) 。 2 0 5 k P a以下 时 ， 平 直 维普资讯 地质论评 宣 捌 嫱 皇 蛔I 爝 压力( 1Oa ) 图 6 不同模型中的压力与流量关系 图 Fig 6 Re l a t io n b e t we e n p r e s s u r e a n d f l o w v o h l me o f v a r i ou s mo d e l s 裂 缝 内的 流 体 速率 基本 分 布在 3 5 cm s区 间 ， 弯 曲裂缝内的流体速率分布在1 3 cm s区间 ； 3 0 k P a 以上 时 ， 平 直裂 缝 内的速 率 为 3 6 cm s ， 而 弯 曲裂 缝 为2 3 cm s 。 实 验 说 明在 网络式 运 移 方式 中 ， 各 支 路 的 油水 运 移 速度 是 不一 致 的。 一般 平 直 均 匀 而且 延 伸方 向 与外 加压力梯度夹角小的裂缝 内流体运动速度快 ， 而结 构 比较 复杂 的且 延伸方 向与外加 压力 梯 度夹 角 大 的裂 缝 内流体 运动 速度 低 。 所 以 ， 在主 流道 内 的油 完全驱替水之后 ， 其他支流的水才进人主流道 ， 这样 主流道 内就形成水段 ， 并与油流一起参与运移 ( 可以 解 释模 型1 分 段式 运移 模式 ) 。 4 结 论 通 过 碳 酸盐 岩 微 观 二维 运 移 物理 模 拟 实验 ， 可 日 静 嘲 皇 碍 嘲 6 压 力 ( k Pa ) 弯曲裂缝( cu r v e f r a ct u r e )口 平直 裂缝( s t r a ig h t f r a ct u r e ) 图 7 模型 1 在低压( 上 ) 和高压 ( 下 ) 时平直裂缝与 弯 曲裂缝 内速率 的变化 Fig 7 Comp a r is on o f f l ow v e l o cit y in s t r a igh t a nd cur v e f r a ct u r e u n d e r l o w ( u p )a n d h ig h ( 1 o we r )p r e s s u r e 以得 出一 些初 步认识 ： ( 1 )油气运移的路径在几何形态上具有多样性 ( 单一路径式 、 平 行路径式、 网络路 径式、 交叉路径 式 ) ， 在 运 移方 式 上具 有 多 变 性 ( 连 续式 、 分 段 式 、 连 续一 分段 式 ) ， 在 驱替 方 式 上具 有复 杂 性 ( 活塞 式 、 绕 流式 、 脉 冲式 ) 。 而且 ， 这 些运 移方 式在外 界 和 内部条 件发 生 变化 时 ， 运 移状 态也 可能 发生 变化 。 其 中最重 要 的影 响因 素有 裂缝 形 态 和 内部结 构 ( 空 间 因 素 ) 、 流体 饱 和 度 、 流体 润 湿性 和 外 加 压力 ( 动 力学 因 素 ) 等 。 ( 2 )外加 压 力 和 流 量 关 系 不 是 正 相 关 关 系 ， 而 是 比较 复杂 的分段 相关 关 系 。 在 一定 的压 力段 内 ， 压 力与流量呈正相关关系 。 然而， 在不同的压力段之间 没有 明显的差别 。 压力与流体速率关 系也缺乏显著 的对 应 关 系 。 这说 明在 复杂 介 质 中流体 运 动 规律 受 控 因素 很 复杂 ， 在 应 用 经典 的渗 流定 律 来 分 析这 类 问题 一定 要谨 慎 。 ( 3 )与压力梯度夹角较小的裂缝内的流体速率 较 高 ， 反 之较 低 ， 这 是裂 缝 内流体 呈分 段式 运 移 的原 因之一 。 裂缝渗透率与裂缝宽度有关 。 以上 可 以看 出裂缝 发育 与 否 ， 裂缝 结 构 均一 与 否 ， 都 直接影 响 到油气 在碳 酸盐 岩介 质 中的运 移 。 碳 酸盐 岩 的非均 质性 影 响着储 层 和通道 发育 的各 个方 面 ， 裂 缝 的沟 通 和 高导 性对 于碳 酸 盐 岩 中 的油 气 的 运移 至关 重要 。 致谢 ：实验得到西北大学曲志浩 教授 ， 朱玉双 老 师 的热 心 指点 以及刘 建 华 的热 情 帮助 ， 在 此 诚致 谢意 。 维普资讯 第 4期 唐 玄 等 ： 碳 酸 盐 岩 裂 缝 介 质 中微 观 二 维 油 水 运 移 聚集 物理 模 拟 实 验 研 究 5 7 5 参考文献 R e f e r e n ce s 陈晓军 2 0 0 0 应用微 观模 拟技 术研究 复合驱油 特征 西 北地 质， 3 3 ( 2) ： 1 4 21 侯平 ， 周波 ， 罗晓容 2 0 0 4 石油二 次运移路径 的模 式分析 中国科 学 ( D辑) ， 3 4 ( 增刊) ： 1 6 2 1 6 8 贾红育 ， 曲志浩 ， 孔令 荣， 等 1 9 9 7 低渗透油 田油层结垢机 理 砂 岩微观孔隙模型实验研究 石油勘探与开发， 2 4 ( 5 ) ： 1 O 4 1 0 7 康永尚 ， 谌卓恒 1 9 9 6 裂缝型油气储集层研究现状及发展趋势 地质 论评 ， 4 2 ( 增刊) ： 9 5 1 O 1 康永尚 ， 朱九成， 等 2 0 0 2 裂缝介质石油运移物理模拟结构及地质意 义 地球科学 ， 2 7 ( 6 ) ： 4 5 5 3 康永尚 ， 郭黔杰 ， 朱九成 ， 等 2 0 0 3 裂 隙介质 中石油 运移模拟实验 研 究 石油学报 ， ( 4 ) ： 9 6 1 0 1 孔令荣 ， 曲志浩 ， 孙卫 ， 等 1 9 9 1 砂岩模型两相驱替实验 石油勘探 与 开发 ， 1 8 ( 4 ) ： 5 9 6 4 李明诚 1 9 9 4 石油与天然气 运移 ( 第 2 版) 北京 ： 石 油工业 出版社 ， 1 2 5 0 罗绍河 ， 孙峰根 1 9 9 6 单一 流径基岩裂隙水平均流速实验研究 河南 地质 ， 1 4 ( 4 ) ： 2 7 7 2 8 1 马永生 ， 梅冥相 ， 陈小兵 ， 等 1 9 9 9 碳 酸盐岩储层沉 积学 北京 ： 地 质 出版社 ， 1 3 6 4 纳尔逊 R A1 9 9 1 天然裂隙性储集层地质分析 柳广弟 ， 朱筱 敏译 北京 ， 石油工业出版社， 1 2 8 9 钱家忠 ， 孙峰根 ， 刘咏 ， 等 1 9 9 8 单一 流径基岩水平均 阻力系数 的试 验研究焦作工学 院学报 ，1 7 ( 2 ) ： 3 5 3 8 速宝玉 ， 詹美礼 ， 赵坚 1 9 9 5 仿天然岩 体裂隙渗 流实验研究 岩土 工 程学报 ， ( 5 ) ： 5 6 6 3 徐刚 ， 李世杰， 尚明 ， 等 2 0 0 1 一种裂缝 型油藏岩石物 理模 拟方法 的 建立 山东科技大学学报( 自然科 学版 ) ，2 0 ( 2 ) ： 5 6 6 2 曾溅辉 2 0 0 0 正韵律砂层 中渗透率级差对石油运 移和聚集 影响的模 拟试验研究 石油勘探与开发， 2 7 ( 4 ) ： 1 O 2 1 0 5 曾溅辉 ， 金之钧 ， 王伟华 1 9 9 7 油气二次运移和聚集 实验模 拟研究 现 状与发展 石油大学学报( 自然科 学版) ， 2 1 ( 5 ) ： 9 4 1 2 1 曾溅辉 ， 王洪玉 2 0 0 0 a 输导层 间非均质砂层石油运移和聚集的模拟 实验研究 石油大学学报( 自然科学 版) ， 2 4 ( 2 ) ： 1 9 3 1 9 6 曾溅辉 ， 金之钧 2 0 0 0 b 油气二次运移和聚集物理模拟 北京 ： 石 油工 业 出版社 ， 1 4 O 8 曾溅辉 ， 王 洪玉 2 0 0 1 反韵 律砂层石 油运移模 拟实验 研究 沉 积学 报 ， 1 9 ( 4 )： 5 9 2 5 9 7 詹 美礼 ， 胡云进， 速宝玉 ， 等 2 0 0 2 裂隙概念 化模型 的非饱 和渗流实 验研究 水科学进展 ， 1 3 ( 2 ) ： 8 9 9 3 张发强 ， 罗 晓容 ， 苗盛 ， 等 2 0 0 3 石油二次运移的模 式及 其影 响因素 石油实验地质 ， 2 5 ( 1 ) ： 6 9 7 5 朱 玉双 ， 孔令荣 ， 等 1 9 9 8 利用真实砂岩微 观模 型研究粘性 不稳定指 进 西北大学( 自然科学 版) ， 2 8 ( 2 ) ： 1 6 6 1 6 8 朱玉双， 曲志浩 ， 孔令荣 1 9 9 9 砂岩模型两相驱替实验中油层润湿 性 的判断 石油与天然气地 质 ， 2 8 ( 2 ) ： 2 2 O 2 2 3 Ch e n Xia o j u n 2 0 0 0 S t u d y o n t h e ch a r a ct e r is t ics o f co mp le x o il d r iv in g wit h m i c r o s imu l a t in g t e ch n o l o g yNo r t h we s t e r n Ge o lo g y， 3 3 ( 2 ) ： 1 4 2 1( in Ch in e s e ) Ca t a la n L ， Xia o we n F， Ch a t z is I ， Du l l ie n F A L1 9 9 2 An e x p e r ime n t a l s t u d y o f s e co n d a r y o il m ig r a t io n AAP G B ul le t in，7 6 ( 4 )： 6 3 8 6 5 0 De mb ich i H J r ，An d e r s o n M J 1 9 8 9 S e con d a r y mi g r a t io n o f o il ： e x p e r ime n t s s u p p o r t in g e f f icie n t mo v e me n t o f s e p a r a t e ，Bu o y a n t o il p h a s e a l o n g l i m it e d co n d u it s AAP G Bu l l e t in， 7 3 ( 8)：1 01 8 l 0 21 Ho u Pin g， Zh o u B o， Lu o Xia o r o n g 2 0 0 4 Th e mo d e l a n a l y s is o f h y d r o ca r b o n s e co n d a r y mig r a t io n p a t h wa y s S cie n ce in Ch in a ( Se r D)，3 4( s u p ) ：1 6 2 1 6 8 J i a Ho n g y u， Qu Z h ih a o ， Ko n g Lin g r o n g， e t a 1 1 9 9 7 Fo r ma t io n s ca lin g me cha n is ms f o r l o w p e r me a b ilit y o n f ie I d s An e xpe r ime n t a l s t u d y in s a n d s t o n e p o r e micr o mod e l s P e t r o l e u m Ex p l o r a t io n& Pr od u ct ，2 4( 5)： 1 O 4 1 O 7( in Ch in e s e wit h En glis h a b s t r a ct ) Ka n g Yo n g s h a n g， Che n Z hu o h e n g 1 9 9 6 t h e s t a t u s qu o a n d d e v e l o p me n t a l t r e n d in t h e r e s e a r ch o f f r a c t u r e d h y d r oc a r b o n r e s e r v o ir Ge o lo g ica l Re v ie w，4 2 ( s u p )：9 5 1 0 1 ( i n Ch in e s e wit h En g l is h a b s t r a c t ) Ka n g Yo n g s h a n g， Z h u J iu ch e n g，e t a 120 0 2 Re s u l t s o f p h y s ica l e x p e r im e n t o n pe t r o l e u m mig r a t io n in wa t e r s a t ur a t e d f r a ct u r e d me d ia a n d t he ir g e olo g ica l s ig n if ica n ce Ea r t h S cie n ce( J o u r n a l o f Ch in a U n iv e r s it y o f Ge o s c i e n ce s )，2 7( 6) ： 4 5 5 3( in Ch in e s e wit h En g l is h a b s t r a c t ) Ka n g Y o n g s h a n g ， Gu o Qia n j ie 。Z h u J iu ch e n g ，e t a 1 2 0 0 3 P h y s ica l s imu l a t io n e x p e r ime n t o n o il mig r a t io n in f r a ct u r e d me d ia Act a P e t r o l e i Sin ica， 2 4( 4) ：9 6 1 0 1 (in Ch in e s e wit h En g l is h a b s t r a c t ) Ko n g Lin g r o n g，Qu Zh ih a o。Su n We i，e t a 1 1 9 91 Th e t wo ph a s e d is p la ce m e n t e x p e r ime n t in s a n d r oc k mod e ls Pe t r o l e u m Ex p l o r a t io n & De v e lo p me n t ， 1 8( 4)：5 9 6 4( in Ch in e s e wit h En g l is h a b s t r a ct ) Li M in g c h e n g 1 9 9 4 Oil a n d Ga s M i g r a t i o n (t h e 2 n d e d it i o n) B e ij in g ： P e t r o l e u m I n d u s t r y P r e s s ，1 2 5 0 ( in C h in e s e ) Lu o Sh a o h e 。 S u n F e n g g e n 1 9 96 Th e a v e r a g e v e locit y t e s t o f b a s e r oc k wa t e r in a s in gle f r a ct u r e He n a n Ge o l o g y， 1 4( 4) ： 2 7 7 2 81 ( in Ch in e s e wit h En g l is h a b s t r a c t ) M a Yo n g s h e n g， M e i M in g x ia n g， Che n Xi a o b in g， e t a 1 1 9 9 9 Ca r b o n a t e Re s e r v o i r S e d ime n t o l o g y Be ij in g：Ge o l o g ic Pu b l is h in g Ho u s e，1 36 4 ( in Ch in e s e wit h En g l is h a b s t r a ct ) Qia n J ia z h on g，Liu Yo n g，Zh a n g We i d o n g， e t a 1 1 9 9 8 Te s t in g s t u d y o f t h e r e s is t a n ce co e f f i c ie n t o f t h e f i s s u r e f l o w in s in g l e f is s u r e J ou r n a l o f J ia o z u o I n s t it u t e o f Te ch n o l o g y，1 7(3 )：3 5 3 8( in Ch in e s e wit h En g l is h a b s t r a ct ) S u B a o y u， Z h a n Me il i， Zh a o J i a n 1 9 9 5 S t u d y o n f r a ct u r e s e e p a g e in t h e imi t a t iv e n a t u r e r o k e Ch in e s e J o u r n a l o f Ge o t e ch n ica l En gin e e r in g，1 7( 5) ： 5 6 6 3 ( in Chin e s e wit h En glis h a b s t r a c t ) Se ll e 0 M ，e t a 1 1 9 9 3 Exp e r ime n t a l Ve r if ica t io n o f Lo w di p，Lo w r a t e ， Two p h a s e( s e c o n d a r y) M ig r a t i on b y M e a n s o f R r a y Ab s o r p t io n Ge o f lu id s 9 3 Th o ma s M M 。Clo u s e J A1 9 9 5 Se a le d p h y s ica l mode l o f s e co n d o il m ig r a t io nAAP G Bu l le t in，79 ( 1 ) ： 1 9 2 9 X u Ga n g ，L i S h i j i e ，S h a n g Min g ， e t a 1 2 0 0 1 De v e l o p me n t o f a p h y s i ca l s imu l a t io n me t h od o f f r a ct u r e d Re s e r v o ir J o u r