李笑冉

摘 ? ? ?要：為分析哈德遜油田東河砂巖油氣成藏過(guò)程，基于相似理論利用物理模擬實(shí)驗(yàn)的相似性原理，用先進(jìn)的構(gòu)造物理模擬實(shí)驗(yàn)方法定量開(kāi)展哈得遜油田東河砂巖油藏動(dòng)態(tài)調(diào)整過(guò)程，闡述其油氣成藏機(jī)理。研究表明：不同位置含油飽和度的變化存在明顯的規(guī)律性，油藏的油水界面長(zhǎng)期處于傾斜狀態(tài)，若經(jīng)足夠長(zhǎng)的時(shí)間，油水界面也將轉(zhuǎn)換為水平，研究認(rèn)識(shí)為該區(qū)域及塔里木盆地其他地區(qū)的下一步油氣勘探提供有價(jià)值的實(shí)驗(yàn)依據(jù)和理論支持。

關(guān) ?鍵 ?詞：哈德遜油田;東河砂巖;油藏形成;物理實(shí)驗(yàn)

中圖分類號(hào)：TE312 ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A ? ? ? ?文章編號(hào)： 1671-0460（2020）05-0961-04

Abstract： In order to analyze the oil and gas accumulation process of Donghe sandstone in Hudson oilfield， based on the similarity theory and the similarity principle of physical simulation experiment， the dynamic adjustment process of Donghe sandstone reservoir in Hudson oilfield was quantitatively carried out by the advanced structural physical simulation experiment method， and the oil and gas accumulation mechanism was expounded. The research showed that the change of oil saturation at different positions had obvious regularity， and the oil-water interfaceof the reservoir was inclined for a long time. If it passes through a long time， the oil-water interface will also change to be horizontal. The research and understanding will provide valuable experimental basis and theoretical support for the next oil-gas exploration in this area and other areas of Tarim basin.

Key words： ?Hudson oilfield; Donghe sandstone; reservoir formation; physical experiment

現(xiàn)代科學(xué)研究中模擬實(shí)驗(yàn)研究既是理論分析的依據(jù)，也是檢驗(yàn)理論的準(zhǔn)繩，具有很重要的實(shí)際作用和理論研究意義[1]。相似理論是研究支配相似系統(tǒng)的性質(zhì)以及如何用模型實(shí)驗(yàn)解決實(shí)際問(wèn)題的一門(mén)科學(xué)，是進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)的依據(jù)?，F(xiàn)代的物理模擬實(shí)驗(yàn)研究已從以往的巖石圈固體變形模擬，拓展到油氣勘探領(lǐng)域中沉積層固體變形與孔隙內(nèi)存儲(chǔ)的油氣流體耦合和疊置關(guān)系的模擬，是涉及固體動(dòng)力學(xué)與流體動(dòng)力學(xué)的多學(xué)科綜合研究。

對(duì)于古油藏調(diào)整、改造過(guò)程中油氣藏的聚集狀態(tài)的研究剛剛起步，因此存在諸多問(wèn)題急需解決，包括：

（1）古油藏動(dòng)態(tài)調(diào)整過(guò)程中油氣的聚集是一應(yīng)勢(shì)應(yīng)時(shí)變化的運(yùn)動(dòng)流體，它的特性變化是介質(zhì)/載體和時(shí)間的變量，既是一地質(zhì)過(guò)程也是一物理過(guò)程，對(duì)于這些特性變化迫切需要通過(guò)創(chuàng)新的物理模擬實(shí)驗(yàn)給予佐證。

（2）調(diào)整過(guò)程中油氣聚集的動(dòng)力學(xué)機(jī)制，油藏的運(yùn)移過(guò)程一定受到不同力系的綜合控制和制約，古油藏調(diào)整過(guò)程中的動(dòng)力學(xué)與油氣從烴源巖中排出后的初次、二次運(yùn)移存在何種差異。

（3）古油藏調(diào)整、改造過(guò)程中油氣的聚集與輸導(dǎo)層或儲(chǔ)層的物性之間的關(guān)系，任何儲(chǔ)集層都存在非均質(zhì)性，儲(chǔ)層非均質(zhì)性與油氣運(yùn)移之間的內(nèi)在聯(lián)系如何。

（4）古油藏調(diào)整、改造過(guò)程中油氣流體運(yùn)移的主流和主導(dǎo)方向?qū)ρ芯科渚奂攸c(diǎn)意義重大，也是勘探生產(chǎn)研究最為關(guān)注的焦點(diǎn)。

（5）古油藏調(diào)整、改造過(guò)程中的油氣聚集形式如何。

針對(duì)研究過(guò)程中出現(xiàn)的上述種種疑問(wèn)，在精細(xì)分析和研究哈得遜油田東河砂巖油藏成藏機(jī)理的基礎(chǔ)上，開(kāi)展了古油藏調(diào)整、改造后油氣聚集成藏過(guò)程的物理模擬實(shí)驗(yàn)，即構(gòu)造體系形成和演化及均質(zhì)儲(chǔ)層條件下古油藏調(diào)整、改造過(guò)程中油氣聚集形式的物理模擬實(shí)驗(yàn)。依據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果論證：

（1）地層翹傾條件下油氣聚集過(guò)程。

（2）油氣聚集過(guò)程中的動(dòng)力機(jī)制。

1 ?物理模擬實(shí)驗(yàn)地質(zhì)模型

由于受諸多條件的限制，實(shí)驗(yàn)室條件下的物理模擬實(shí)驗(yàn)不可能完全再現(xiàn)地下深部實(shí)際的巖石物理參數(shù)，物理模擬實(shí)驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)優(yōu)先考慮影響古油藏調(diào)整、改造過(guò)程中油氣聚集最主要的因素，因此對(duì)剖面的選擇必須進(jìn)行多方面因素的綜合，尤其是剖面的走向，只有選擇合適的剖面，才能使模擬實(shí)驗(yàn)達(dá)到令人滿意的效果。

地質(zhì)和鉆孔資料分析表明，庫(kù)車期（6Ma±）以來(lái)哈得遜油田東河砂巖油藏的調(diào)整主要是自北向南逐漸向南遷移的，而系列實(shí)驗(yàn)Ⅰ和系列實(shí)驗(yàn)Ⅱ主要考慮不同物性條件下古油藏的調(diào)整過(guò)程，因此剖面的位置必須沿著古油藏調(diào)整的線路展開(kāi)，而且沿著該調(diào)整路徑還必須有合適的圈閉能供油氣充注、聚集，從而形成不同聚集形式的油藏。

考慮到上述諸多因素，系列實(shí)驗(yàn)選擇的剖面北起HD17，經(jīng)HD113、HD111、HD112、HD4-44、HD4-30、HD4至HD401，HD17井附近是庫(kù)車期開(kāi)始時(shí)，古油藏調(diào)整到哈得遜地區(qū)的位置所在，HD4井附近又存在哈得4號(hào)構(gòu)造圈閉，以供油氣的充注和聚集，而HD401井到達(dá)了東河砂巖油藏的油水邊界。

HD17井至HD401井連井剖面近南北方向展布，長(zhǎng)約31km，它北接含油飽和度較低的HD17井和至今已連續(xù)多年高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的HD4井，是開(kāi)展哈得遜油田東河砂巖油藏形成過(guò)程物理模擬實(shí)驗(yàn)的最佳剖面之一。自6.0 Ma至現(xiàn)今，哈得遜油田HD17至HD401井剖面石炭系東河砂巖段由6.0 Ma時(shí)期的北高南低變化到現(xiàn)今的北低南高，地層埋深北部為 ? 1 874 m，南部為1 582 m，平均埋深1 728 m。

2 ?實(shí)驗(yàn)裝置

為開(kāi)展創(chuàng)新的哈得遜油田后油藏形成過(guò)程的系列實(shí)驗(yàn)，自行研發(fā)設(shè)計(jì)了一系列新型實(shí)驗(yàn)裝置和技術(shù)。

（1）FM-2可實(shí)施地層傾斜與反轉(zhuǎn)的大維度實(shí)驗(yàn)裝置，應(yīng)用該新型實(shí)驗(yàn)裝置開(kāi)展了實(shí)驗(yàn)，該裝置可以實(shí)現(xiàn)6.0 Ma時(shí)期的向南傾斜，變化到現(xiàn)今的向北傾斜的相似的構(gòu)造地質(zhì)過(guò)程，實(shí)驗(yàn)裝置：L=1 800 mm，W=800 mm，H=1 200 mm，實(shí)驗(yàn)裝置左側(cè)底部安裝有3個(gè)液壓千斤頂，右側(cè)有活動(dòng)底版，可以滿足實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷奶统两档姆崔D(zhuǎn)過(guò)程（圖1）。

（2）FM-3附有精細(xì)液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)裝置，應(yīng)用該新型實(shí)驗(yàn)裝置開(kāi)展了系列實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)裝置底部安裝有4個(gè)分體式高精度負(fù)載卸壓活塞，活塞的行程可以達(dá)到200 mm，該裝置可以在實(shí)驗(yàn)室條件下理想地再現(xiàn)哈得遜油田6.0 Ma以來(lái)東河砂巖段地層傾斜反轉(zhuǎn)的相似地質(zhì)過(guò)程，是一創(chuàng)新使用的新型實(shí)驗(yàn)裝置。

（3）不同的流體具有不同的折光反射系數(shù)，水流體的折光反射系數(shù)是1.33，油流體的折光反射系數(shù)是1.47，利用它們之間的折光反射系數(shù)差可以辨識(shí)出模型任一點(diǎn)孔隙流體介質(zhì)是水流體還是油流體。利用巖層孔隙油流體入射光強(qiáng)度與反射光強(qiáng)度比，可以獲得模型任一區(qū)域孔隙油流體的含油飽和度。據(jù)此研制出油藏動(dòng)態(tài)調(diào)整含油飽和度激光光導(dǎo)檢測(cè)儀應(yīng)用于系列實(shí)驗(yàn)的含油飽和度檢測(cè)。

（4）可控制流體壓力和流量的古油藏形成的飽和水和飽和油充注實(shí)驗(yàn)裝置，應(yīng)用該裝置進(jìn)行了系列實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷娘柡退惋柡陀统渥ⅲ▓D2）。

（5）依據(jù)PVT原油黏度確定實(shí)驗(yàn)油樣品，用SYD-265D型黏度儀進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)油樣品黏度測(cè)定。

（6）將先進(jìn)的激光數(shù)碼動(dòng)態(tài)成像技術(shù)應(yīng)用于本課題“哈得遜油田后油藏形成模擬實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ惋柡退凸庞筒亟柡陀偷挠^察和成像記錄中，這是迄今為止我國(guó)率先觀察和記錄下砂巖顆粒被放大150～180倍，實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ惋柡退惋柡陀偷娘@微影像。

先進(jìn)的構(gòu)造模擬試驗(yàn)裝置是開(kāi)展高精度哈得遜油藏形成過(guò)程模擬實(shí)驗(yàn)的重要條件，能夠在實(shí)驗(yàn)室條件下再現(xiàn)6.0 Ma至現(xiàn)今哈得遜油田后油藏形成的相似構(gòu)造地質(zhì)過(guò)程，哈得遜油田6.0 Ma至現(xiàn)今經(jīng)歷了一次急劇的地層埋深和反轉(zhuǎn)過(guò)程，在此過(guò)程中石炭系東河砂巖段由6.0 Ma時(shí)期的地層埋深深度大約3 500 m，增加到現(xiàn)今的大約5 100 m，地層埋深深度大約增加了1 600 m，平均埋深量0.27 mm/a。地層傾角變化是低幅傾角變化，但是在此過(guò)程中地層傾斜方向發(fā)生了重要變化，由6.0 Ma時(shí)期的向南傾斜，變化到現(xiàn)今的向北傾斜，F(xiàn)M-2和FM-3實(shí)驗(yàn)裝置可以滿足這一相似的構(gòu)造地質(zhì)變化過(guò)程。

哈得遜油田后油藏形成過(guò)程的物理模擬實(shí)驗(yàn)與常規(guī)的構(gòu)造模擬實(shí)驗(yàn)大不相同，常規(guī)的構(gòu)造模擬實(shí)驗(yàn)研究是追蹤含油構(gòu)造體系的形成和演化，確證含油氣構(gòu)造體系幾何和物理特性與相關(guān)地質(zhì)要素之間的關(guān)系，給出有利的含油氣構(gòu)造體系的展布，而哈得遜油田后油藏形成過(guò)程的物理模擬實(shí)驗(yàn)開(kāi)展的是含油構(gòu)造體系形成和演化中，油藏的動(dòng)態(tài)調(diào)整過(guò)程，是一項(xiàng)輸導(dǎo)層和目的層固體變形與油藏流體流動(dòng)之間耦合關(guān)系的新的模擬實(shí)驗(yàn)。

3 ?實(shí)驗(yàn)相關(guān)物理參數(shù)

3.1 ?實(shí)驗(yàn)材料的選取和模型地層的確定

系列實(shí)驗(yàn)Ⅰ的模型以哈得遜油田石炭系上泥巖段（C3）、標(biāo)準(zhǔn)灰?guī)r段（C4）、中泥巖段（C5）和東河砂巖段（C9）以及石炭系下伏的志留系粉砂質(zhì)泥巖段地層為主體，系列實(shí)驗(yàn)Ⅰ選取了6種天然地質(zhì)介質(zhì)作為實(shí)驗(yàn)材料，自下而上包括：河南省三門(mén)峽地區(qū)天然泥質(zhì)粉砂巖作為志留系替代實(shí)驗(yàn)材料，渤海灣昌黎地區(qū)天然砂巖作為東河砂巖段替代實(shí)驗(yàn)材料，河南省三門(mén)峽地區(qū)藍(lán)色染色泥巖作為石炭系中泥巖段替代實(shí)驗(yàn)材料，河北省唐山地區(qū)黃色染色灰?guī)r作為石炭系標(biāo)準(zhǔn)灰?guī)r段替代實(shí)驗(yàn)材料，河南省三門(mén)峽地區(qū)黃色染色灰?guī)r作為石炭系上泥巖段替代實(shí)驗(yàn)材料，浙江省臨海地區(qū)?20～50 mm的礫石顆粒作為石炭系上覆P、T、J、K、E、N和Q地層的沉積載荷物的替代實(shí)驗(yàn)材料。物理實(shí)驗(yàn)中精確的實(shí)驗(yàn)材料選取和優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ驮O(shè)計(jì)是全面了解古油藏調(diào)整、改造后新油藏的形成過(guò)程的重要途徑。表1給出系列實(shí)驗(yàn)所使用的實(shí)驗(yàn)材料名稱、樣品采集地點(diǎn)、單個(gè)模型樣品量、所替代的層段等參數(shù)。

3.2 ?實(shí)驗(yàn)幾何比例系數(shù)

實(shí)驗(yàn)橫向間距相似系數(shù)Cl=25 000，縱向間距相似系數(shù)Cv=1 000。實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ涂梢詫?shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭腥我稽c(diǎn)的變化與所代表的實(shí)際地質(zhì)體相同點(diǎn)的實(shí)際地質(zhì)特征和油藏分布特征進(jìn)行對(duì)比，提高了實(shí)驗(yàn)實(shí)施精度和實(shí)驗(yàn)的量值化分析（表2）。

3.3 ?實(shí)驗(yàn)時(shí)間相似系數(shù)

實(shí)驗(yàn)實(shí)施之前進(jìn)行了古油藏的充注，充注時(shí)間為20 d，而后模型進(jìn)行了靜止，充注模型靜止時(shí)間為7 d（表3）。

3.4 ?實(shí)驗(yàn)步驟和時(shí)間

實(shí)驗(yàn)分為3個(gè)階段：

（1）實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ凸庞筒爻渥㈦A段，實(shí)驗(yàn)時(shí)間576 h。

（2）實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ挽o止階段，實(shí)驗(yàn)時(shí)間128 h。

（3）調(diào)整、改造后的油藏形成過(guò)程實(shí)驗(yàn)實(shí)施階段，實(shí)驗(yàn)時(shí)間672 ?h。

實(shí)驗(yàn)中含油飽和度的檢測(cè)是使用《激光光導(dǎo)纖微含油飽和度檢測(cè)儀》記錄出來(lái)的，再結(jié)合7個(gè)階段的實(shí)驗(yàn)照片影像證據(jù)和激光動(dòng)態(tài)數(shù)碼成像圖作出的綜合解釋。

4 ?實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論

實(shí)驗(yàn)是儲(chǔ)集層物性均質(zhì)的條件下古油藏調(diào)整、改造過(guò)程中新油藏的形成過(guò)程模擬實(shí)驗(yàn)。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)：

（1）古油藏調(diào)整過(guò)程中，均質(zhì)儲(chǔ)集層中含油飽和度的變化規(guī)律。實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析顯示，古油藏調(diào)整及油藏形成過(guò)程中，不同位置含油飽和度的變化存在明顯的規(guī)律性。

隨著油藏的不斷調(diào)整，受擴(kuò)散作用的影響，其前緣部位及后緣部位的飽和度相對(duì)較低，后緣（靠近古油藏）的含油飽和度逐漸降低，而前緣的含油飽和度也在不斷調(diào)整之中。含油飽和度的極值既不在充注油氣的前緣，也不在后緣，而是位于油氣聚集過(guò)程中的中間地帶，即油藏的中部含油飽和度最高，因此油氣的勘探目標(biāo)應(yīng)主要集中在古油藏調(diào)整和形成非水平油水界面油藏聚集的中間地帶。

（2）古油藏調(diào)整過(guò)程中，油水界面始終處于傾斜狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，古油藏在調(diào)整過(guò)程中，油藏的油水界面，始終處于非穩(wěn)定狀態(tài)，即長(zhǎng)期處于傾斜狀態(tài)。只要古油藏一直處于調(diào)整狀態(tài)，其油水界面也會(huì)一直保持著目前的非穩(wěn)定狀態(tài)而難以達(dá)到平衡。

（3）油藏傾斜油水界面與水平油水界面之間的轉(zhuǎn)換。油藏的油水界面傾斜和水平并不是一成不變的，只要有足夠的時(shí)間，傾斜的油水界面也可以轉(zhuǎn)換為水平的油水界面。實(shí)驗(yàn)的模擬實(shí)驗(yàn)任務(wù)完成以后，保持實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ吞幱跇?gòu)造活動(dòng)停止的靜止?fàn)顟B(tài)，大約經(jīng)過(guò)3 d的時(shí)間，其中的油水界面達(dá)到了基本平衡的狀態(tài)。依據(jù)本次物理模擬實(shí)驗(yàn)時(shí)間的相似性原理，即哈得遜油田東河砂巖油藏傾斜油水界面在靜止大約3 Ma以后即能達(dá)到穩(wěn)定而統(tǒng)一的油水界面（圖3）。

5 ?結(jié) 論

形成了古油藏原油調(diào)整的物理模擬技術(shù)，對(duì)哈得遜油藏原油的調(diào)整過(guò)程進(jìn)行了物理模擬，模擬結(jié)果和目前的地質(zhì)現(xiàn)象及認(rèn)識(shí)相符合，并得出了許多有啟示性認(rèn)識(shí)。

參考文獻(xiàn)：

[1]王向陽(yáng)，楊正明，劉學(xué)偉，等.致密油藏大模型逆向滲吸的物理模擬實(shí)驗(yàn)研究[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2018，18（8）：43-48.

[2]云金表，宋海明，馮興強(qiáng)，等.塔里木盆地順托果勒地區(qū)志留系油藏形成模式探討[J].石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì)，2017，39（6）：763-769.

[3]楊海軍，孫龍德，朱光有，等.塔里木盆地非穩(wěn)態(tài)油藏特征與形成機(jī)制[J].石油學(xué)報(bào)，2012，33（6）：1103-1112.

[4]孫久剛.特低滲透油藏注空氣開(kāi)采效果數(shù)值模擬研究[J].鉆采工藝，2016，39（1）：53-55.

[5]江同文，徐漢林，練章貴，等.傾斜油水界面成因分析與非穩(wěn)態(tài)成藏理論探索[J].西南石油大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，30（5）：1-5.

[6]劉欣穎，胡平，程林松，等.水平井開(kāi)發(fā)底水油藏的物理模擬試驗(yàn)研究[J].石油鉆探技術(shù)，2011，39（2）：96-99.

[7]劉欣穎，胡平.水平井開(kāi)采含夾層底水油藏三維物理試驗(yàn)研究[J].石油天然氣學(xué)報(bào)，2011，33（8）：129-133.

[8]昝成，馬德勝，王紅莊，等.高溫高壓注蒸汽采油三維比例物理模擬新技術(shù)[J].石油勘探與開(kāi)發(fā)，2011，38（6）：738-743.

[9]劉欣穎，胡平.非均質(zhì)底水油藏水平井三維物理模擬實(shí)驗(yàn)[J].石油學(xué)報(bào)，2011，32（6）：1012-1016.

[10]張?jiān)品?，王朋巖，陳章明.烴源巖之下巖性油藏成藏模擬實(shí)驗(yàn)及其機(jī)制分析[J].地質(zhì)科學(xué)，2002，37（4）：436-443.

[11]孫龍德，江同文，徐漢林，等.非穩(wěn)態(tài)成藏理論探索與實(shí)踐[J].海相油氣地質(zhì)，2008，13（3）：11-16.