地应力对油气运移的驱动作用.pdf

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1、第l7卷第2期地质力学学报V01．17NO．22011年6月JOURNALOFGEOMECHANICSJun．2011文章编号：1006~616(2011)02~132．12地应力对油气运移的驱动作用王连捷，孙宝珊，王薇，乔子江，王红才，孙东生(中国地质科学院地质力学研究所，北京100081)摘要：论述了地应力驱动油气运移的机理，给出了地应力作用下孔隙地层中流体移动的本构方程和渗流方程。作为实例，模拟计算了胜利油田东营凹陷中央背斜带的地应力场和运移势场。结果表明，该背斜带已有的油藏分布与低应力区和低势区有很好的对应关系，大部分油藏位于低应力区和低势区，说明地应力对油气运聚成藏有重要控制

2、作用。依据地应力场和运移势场的分布，对油藏的有利地区进行了预测，为油田的勘探开发提供了科学依据。关键词：地应力；油气驱动作用；东营凹陷；渗流方程；油藏预测中图分类号：TU45，P618．13文献标识码：A0前言地应力是控制油气运移，集聚的重要因素之一¨，地壳在地应力作用下，发生构造运动和岩层变形，岩层的变形产生孔隙的体积变化，压缩或膨胀使岩层内孔隙流体压力增加或减小，产生孑L隙流体压力梯度或势差，推动流体在岩层内流动。在流动过程中，遇到合适的圈闭，油气就会聚集成藏，形成油田。。岩层的变形也导致孔隙度和渗透率的改变，从而影响渗流的速度和方向。近年来，很多作者关注地应力对油气运移的驱动作用

3、，油田应力场与油气运移、聚集成藏的研究，取得了很大进展。但地应力对油气运移的驱动作用是一个复杂的问题，目前仍处于探索阶段。李四光教授认为，构造应力场在油气运移聚集中起着主导作用，他指出：“自然界中，生产出来的点滴石油混杂在泥砂之中，是没有工业价值的，必须经过一种天然的程序，把那些分散的点滴集中起来，才有工业价值。这个天然的程序，就是含有石油的地层发生了褶皱和封闭性的断裂活动。”“挤压性或者扭压性断裂附近产生褶皱，褶皱弯曲部位应力变小，油气在应力驱动下，就会集中到一起”。构造应力能使含油气流体发生运移并在一定部位聚集收稿日期：2011-01-03基金项目：国土资源部深部探测技术与试验研究

4、专项(项目编号：Sinoprobe-07)。作者简介：王连捷(1933-)，男，研究员，从事地质灾害，地应力测量，应力场数值分析及应用研究；E-mailwallgljOl@sina．corn第2期王连捷等：地应力对油气运移的驱动作用1331地应力驱动油气运移理论基础1．1孔隙介质中流体的流动达西通过试验确定了流体流过孔隙介质的流速。他将流体在孑L隙介质中的流速定义为单位时间，流过单位面积流体通过的体积。流速正比于该点孔隙压力梯度。=音‘=告。苦=音。㈩式中：，，为流速沿，Y，方向上的分量；叩为流体的粘度；为介质的渗透系数。达西所表示的公式是用水头高度h来表示的。我们这里采用压力的形式更

5、为方便。渗透率是影响流体流动的重要参数，而渗透率如前所述，同样也与地应力有关。由上述分析可见，孔隙岩层中流体的流动速度决定于孔隙压力梯度，渗透系数和流体的粘度。1．2有效应力与孑L隙压力岩层受到应力作用后，一部分应力由岩层孔隙中的流体承受，称为孔隙压力。一部分由岩层骨架承受，称为有效应力。在饱和的岩层中，应力可表示为：f一6f(2)0=0一P(3)式中：为有效应力；为总应力；P为孔隙流体压力；6为单位函数；。=÷(CT+2+3)称为有效平均应力，，2，3为有效主应力；0=÷(O-l+2+3)称为平均总应力。孔隙压力的大小有时用孔隙压力系数表示比较方便。孔隙压力系数的表达式如下¨：卫=一

6、：B(4)式中：为孔隙率；K为孔隙的体积压缩模量；K为岩层骨架的体积压缩模量；B称为孔隙压力系数。对饱和岩层因为水的压缩性比岩层骨架的压缩性低得多，即K》K，F^-0，所以一1。对于干岩层，孔隙的压缩性很大，所B一0，非饱和的湿岩层，日在0～1之间，饱和度越大，越接近于1。对于饱和岩层旦=1即：P=。，上式说明，总应力全部由孔O-0隙中的流体所承受。总应力全部转为孔隙压力。1．3流体的势流体的运移是由运移通道和流体势决定的。运移通道是岩石中张开的孑L隙，裂隙和断裂等组成。流体的势由流体所在的位置及应力状态决定，相对于某一基准面，单位体积流体所具有的总能量为：hrE0=Ipgdz+P(5

7、)式中p一流体的密度，g一重力加速度，一相对于基准面的高程(基准面上为正)，尸一高程h处流体的压力。134地质力学学报上式右边第一项为位置势能，可理解为将单位体积流体从基准面移动到高程z处为克服重力所做的功。第二项为压力势能，可理解为单位体积流体由基准面到高程处因压力变化所做的功。对于第二项一些作者是不考虑地应力作用的，只考虑地层压力。我们考虑地应力的作用，且把地应力作为主要因素。7引入函数咖=E。，则由流体势的梯度可得流体的流速：，7V=gr