断层对油分流控制作用的物理模拟

摘要：油气勘探实践表明，断裂在油气成藏与分布中起到了非常重要作用。断裂控油的实质是对油气运移和聚集的控制问题。

断层对油气分流的主要控制因素有断层封闭性、储层的孔渗性、断层倾角、储层产状配置关系。通过构建数学地质模型，从理论上分析出以上因素对油分流的影响机制。

通过理论分析、物理实验模拟、实际地区检验，充分证明了断层对油分流控制作用理论的正确性与实用性。

关键词：断裂控油 油分流 物理实验

1 概论

1.1 选题依据和研究意义

油气勘探实践表明，断裂在油气成藏与分布中起到了非常重要作用。它不仅仅是作为油气聚集的遮挡物，更重要是作为连接源岩与圈闭之间“桥梁与纽带”，使油气得以聚集成藏。然而，断裂作为一种重要油气运移的输导系统（所谓油气输导系统指连接源岩与圈闭的运移通道所组成的输导网络），它明显不同于连通砂体输导系统，也不同于裂缝输导系统，它不仅输导油气的效率高，而且可以进行油气穿层长距离运移，使油气运聚成藏的空间范围相对较大，分布范围大。

因此，开展断裂输导系统的构成、特征、组合及其对油成藏与分布控制作用的研究，对于油运聚成藏与分布研究以及指导勘探具有重要意义。

1.2 研究现状

断层输导研究现状：断层是含油盆地中重要的构造现象，在油运移和聚集中具有双重作用，既是油运移的通道，又是油聚集的遮挡条件。Sibson（1975）首先提出“地震泵”理论，Hooper在烃类的运移中首次运用了这一动力机制，认为流体沿生长断层的流动具有周期性、突发性的特征，成熟油源岩的活动（生长）断层能作为油运移的通道。

为了进行断层对油分流控制作用研究，除了需要以上理论研究之外，还需通过物理实验模拟，以直观的现象证明理论的正确性。

1.3 研究内容、思路和主要工作量

1.3.1 研究内容

在断层输导油的基础资料及前人物理实验模拟成果的基础上，为研究进入断层的油垂向运移和侧向运移的主要控制因素，拟开展以下几个方面的研究：

①断层中油运移的主要影响因素

研究油在断层中的受力情况，分析影响各力大小、方向的主要因素。这些因素通过影响油受力的大小与方向来控制油在断层中运移速率与运移方向。

②物理模拟分析各因素的影响效果

通过物理实验模拟，在其他因素不变的情况下变化单一因素，以此得出該因素对油运移的影响效果。

1.3.2 主要工作量

①理论分析断层控制油运移的主要因素

通过对油在运移中受力分析，得出断层影响油运移的因素主要有断层垂向封闭性、储层孔渗性、断层倾角和储层产状配置。断层垂向封闭性差，侧向储层孔渗性差，储层倾向与断层相反，断层倾角较小利于油垂向运移。

②实际地区应用

运用实验所得的理论分析孤东潜山西部断阶带、车排子地区排8井区成藏可能性。

2 物理模拟设计

2.1 实验装置与材料

物理模拟实验装置所需器材如下：1个水槽，2块玻璃，工业用橡皮泥，各粒径的石英砂，煤油，导管，注射器。

水槽中盛满水，为实验装置中油的运移提供浮力的作用环境。2块玻璃作为固定模型的用具，使模型内部现象直观可见。实验用水为自来水。导管和注射器是用来向储油体中注入煤油。

2.2 实验条件

根据所需验证的断层倾角、储层产状等条件用橡皮泥塑造好实验模型（图3-1），在油输导部位根据不同的孔渗性填充不同粒径的石英砂。输导层下倾方向填充的钢丝球为储油体，从导管注入模型中的油先在储油体中聚集，用以保证注油时产生的压力不会影响油的运移。用导管将30~40ml煤油注入储油体。静置，储油体中的油便分别进入断层和相应断盘储层。

3 断层分流物理模拟

3.1 高角度同向断层分流模拟实验模型

断层倾角60°，储层倾角15°，输导层孔渗性好，断层垂向封闭性差，储层孔渗性好（图4-1）。实验现象可见：油在浮力作用下沿输导层上部运移进入断层内，由于孔渗性良好，油继续向上运移，直到断层上部积满后才开始侧向运移。

断层垂向封闭性差时，油所受的毛细管力小，由于油所受浮力不变，油克服的毛细管力向上运移的动力大，在侧向较低阻力的影响下，油可侧向运移。由于储层产状与断层相同，侧向进入储层的油沿储层上倾方向继续运移。

3.2 结果讨论

由以上实验现象比较分析：

3.2.1 断层垂向封闭性对油分流的影响

比较高角度同向断层的模型一与模型二、高角度反向断层的模型一与模型二、低角度同向断层的模型一与模型二、低角度反向断层的模型一与模型二，其注油量、断层倾角、储层产状、储层孔渗性一样，后者断层垂向封闭性好于前者，致使后者侧向运移量多于前者。说明油克服的毛细管力向上运移的动力越小，使得油越不易于上移。

3.2.2 储层孔渗性对油分流的影响

比较低角度同向断层的模型二与模型三，其注油量、断层倾角、储层产状、断层垂向封闭性一样，后者储层孔渗性差于前者，致使后者侧向运移量少于前者。说明储层孔渗性越好时，油进入储层所需克服的毛细管力越小，当在断层内扩散了一定量的油时，在侧向越小的毛细管力的影响下，油越容易侧向运移。

4 结论

4.1 由理论分析得出断层垂向封闭性、储层孔渗性、断层倾角、储层产状配置对油分流起主要控制作用。

4.2 断层垂向封闭性越好时，油所受的毛细管力越大，由于油所受浮力不变，油克服的毛细管力向上运移的动力越小，使得油越不易于上移。

4.3 储层孔渗性越好时，油进入储层所需克服的毛细管力越小，当在断层内聚集了一定量的油时，在侧向越小的毛细管力的影响下，油越容易侧向运移。

参考文献：

[1]Hooper.Fluid migration along growthfaults in compacting sediments.Journal of Petroleum Geology，1991(14):161-180．

[2]Philippi.On the depth，time and mechanism of petroleum generation.Geochimica Cmmochimica Acta，1965(29):1 021-1049．

[3]Scholz.Earthquake prediction.A physical basis，1973(181)：803-810.

[4]Sibson.Seismic pumping-a hydrothermal fluid transport mechanism.Jour.Geol.Sci.1975，131(6):653-660．

[5]樊光明，朱志澄.断裂构造研究的进展和趋势.地球科学进展.1999，7(6):25~30．