對油氣運移中蓋層微觀封閉機理的討論

陳書博 劉曉文 王冠 劉波(.中國地質大學(北京)能源學院, 北京 00000;.大慶市東北石油大學地球科學學院, 黑龍江 大慶 6000; .長慶油田第一采油廠, 陜西 延安 76000)

1 問題的提出

（1）以往討論蓋層毛細管力封油(氣)能力時的不當之處 在研究地質問題時，由于考慮到巖石孔隙的千變萬化，很難確定其面積，于是索性就忽略面積，受力分析的時候都考慮壓強，不論是浮力、毛細管力、靜水壓力等等都用壓強來代替。但是，并不是所有問題都可以忽略面積，比如在涉及到體積的時候。

由于對面積的忽略，以及壓強與壓力的通用，導致一些學者在分析油(氣)二次運移的受力以及求取油(氣)運移的臨界高度時出現了錯誤。

[1]第186～187頁為例，書中指出油在孔隙性地層中運移時，油的上浮力必須大于毛細管阻力油氣才能移動，油在浮力的作用下開始運移的條件,由此，該書得出結論：石油在儲集層中的聚集高度必須大于上述高度之后，才能開始運移。

然而，需要注意的是不等式(1-1)的左邊是油的上浮力，是力；右邊是毛細管力，卻是壓強。力與壓強不能直接比較。式(1-2)雖然看上去合理，但實際上卻犯了張冠李戴的錯誤(混淆了隱含其中的油柱的橫截面積)，以致說不清求得的高度具體所指。先不論在一個式子中，不同含義的參數能否如此直接替換(將體積V直接替換為臨界高度Z0)，就說原文中“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”表達得是否有些含糊不清，不夠準確呢？它所指的面積究竟是蓋層孔喉面積(記為S孔喉)，還是儲層連通孔隙的平均橫截面積(記為)呢？(這個問題自然是有必要搞清楚的，因為油柱體積一定，橫截面積不同，其高度也不會相同。)當然，通過其得出的結論來看，該作者認為Z0為儲層中的油柱高度，其橫截面積為儲層連通孔隙的平均橫截面積。但是這并非由公式推導所得。

筆者分析如下：式(1-1)不等號左邊為力，右邊為壓強，不可比較，應同轉化為壓強。由于油運移的臨界位置，也就是上浮力所作用的位置，是在孔喉處，因此需將不等號左邊的上浮力除以孔喉面積，轉換為上浮力作用在孔喉處的壓強，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，儲層油柱的橫截面積是，如此看來，按此方法求出的油柱高度不能代表儲層中石油的聚集高度(因為橫截面積不同)。也就是說，該書由式(1-1)和(1-2)所得到的結論確實是錯誤的。

筆者繼續對式(1-4)進行分析：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，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，當孔喉半徑減小時，毛細管力所能封閉的油(氣)的體積V是減小的。

(2)單靠毛細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) 蓋層是構成圈閉、保存油(氣)的重要地質要素，其微觀封閉機理的研究自然是石油地質學研究的重要內容。目前，得到普遍認可的蓋層微觀封閉機理有三個，分別是毛細管壓力封閉機理、烴濃度差封閉機理和超壓封閉機理 。

其中，毛細管壓力封閉機理被認為是最主要的封油(氣)機理。該理論認為，毛細管壓力與孔喉半徑成反比。當孔喉半徑減小時，毛細管壓力增大，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。

開篇指出：當涉及到體積問題時，面積不可以被忽略。在前面，筆者已經通過糾正前人的錯誤，又加以論證分析，指出：蓋層能夠封閉的油(氣)柱的高度Z孔喉并不等同于儲層中油(氣)的聚集高度(因為橫截面積不同)。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，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，蓋層毛細管力所能封閉的油(氣)的體積V是減小的。而儲層中油(氣)體積不變，也就是說，蓋層的孔喉半徑越小，毛細管力越難以封閉住儲層中的油(氣)。(這并不與“蓋層越致密，蓋層封閉能力越強”的事實相違背，筆者在后文中將提出蓋層存在第四種重要的封閉機理——巖石骨架封閉機理，并認為常規蓋層是在巖石骨架阻力與毛細管阻力的共同阻礙作用下實現封閉的。)

2 結語

為充分說明筆者在前面的論證分析以及所得結論的正確性，下面，筆者將從力的角度來分析，也能得到同樣的結論。前面提到：在分析蓋層所能封閉油氣的體積時，面積是不可被忽略的。因此，要想得到正確的結論，應對油(氣)進行力的分析，而非壓強的分析。

參考文獻：

[1]劉廣弟．石油地質學[M]．4．北京：石油工業出版社，2009：63-69,186-189．

[2]陳昭年.石油與天然氣地質學[M].1.北京：地質出版社，2005：50-63,175-180.