Question

缝洞油气运聚系统

Answer 1

油气运聚富集机理研究主要包括油气源判识、运移方向、运移期次、运移输导体系和聚集机理等，其中油气源研究是基础，运移、聚集研究是核心。区域不整合面和断裂两类输导体系有效地沟通烃源层，是碳酸盐岩缝洞油气大面积聚集的前提。

1.流体流动方式

碳酸盐岩缝洞储层的连通性，主要受控于高渗透性裂缝与低渗透性基质孔隙组成的双重介质，孔隙结构的差异性造成储层连通性复杂、流体流动方式与形态的差异。在油气聚集单元内部，流体流动形态可以划分为两大类四小类，即渗流（包括达西流和非达西流）和管流（包括层流和紊流）。通常情况下，储层内运聚作用的流体多遵循达西定律（李传亮等，2007）。但由于碳酸盐岩缝洞储层非均质性强，溶蚀孔洞、未完全充填的地下河道、不整合面、多级断裂、裂缝相互沟通，形成复杂的网状输导系统（Nie et al.，2011），在孔道半径较小的输导体系中表现出达西流特征，在大型孔道，如一些未完全充填的地下河道、连续性较好的溶蚀孔道，则表现出明显的管流特征（图15-2）。

图15-2 碳酸盐岩缝洞系统油气运聚示意图

A—洞穴型；B—缝洞连通型；C—裂缝型；D—孤立溶洞；E—暗河缝洞体

①岩溶缝洞体形成阶段：形成表层岩溶带、垂直渗流带、水平潜流带3个岩溶系统；②油气充注运聚早期阶段：在洞穴型和微裂缝沟通的储集单元中，油气以非达西渗流的形式流动，油气聚集；在有断裂系统和大型裂缝沟通的岩溶体系内以达西流的形式流动聚集；在暗河管道内以管流的形式流动，油气聚集；③油气聚集与定型阶段：构造活动，发育一些新的断裂、裂缝系统沟通原本孤立的缝洞体，油气充注；后期改造活动，在暗河溶蚀管道局部发生封堵，形成油气聚集系统

实验表明，当流体流动通道尺度大于300μm时，在正常流速范围内，流体流动呈达西流特征（康志江等，2005）；在缝洞型油气中，90%的储量分布在大于5mm的溶洞中，流动类型主要为管流。碳酸盐岩缝洞储层中渗流与大孔道中管流是相互联系又相互影响的，空间尺度具有突变特征，多种流动形式组合而成复合流动类型。

2.缝洞连通性与油气水分异

碳酸盐岩缝洞之间的连通性较差，空间上裂缝不能完全连通，很少形成区域连通的网状裂缝系统，油气储层间的连通介质主要为基质孔隙。多孔介质的渗透率是一个平均统计参数，它是由许多大小不等的孔道渗透性能构成的总和。对于低渗透和特低渗透的碳酸盐岩地层，低渗透岩心的孔隙系统基本上由小孔道组成，在油、水流动时，每个孔道都有自己的启动压力梯度（Law and Curtis，2002；向才富等，2009），当启动压力梯度大于某孔道的启动压力梯度时，该孔道中的油、水才开始流动（Julien et al.，2010），使整个岩心的渗透率值有所增加。随着驱动压力梯度的不断提高，会有更多的孔道参与流动，岩心的渗透率也随之增强。微观孔隙结构对流体流动方式与聚集的影响明显。弱连通的洞穴间是以低渗透孔隙或裂缝为连接通道，油气柱高度通常在50m内，其浮力不足以克服毛管阻力，造成油气水重力分异不明显，使不同洞穴中油水界面不一致，流体性质有差异。

3.输导体系

输导体系是油气从烃源岩运移到聚集地过程中所经历的所有路径网，主要包括断层和裂缝、不整合面、储集层等或它们的有效组合。

A.断裂和裂缝输导体系

断裂和裂缝输导体系是断裂活动开启形成的油气运移通道。大量伴生裂缝会显著改善碳酸盐岩的储集性能，形成溶孔-溶洞-裂缝体系。裂缝越发育，渗滤空间越大，越有利于油气运移。

塔里木盆地轮南地区的油气主要来源于下古生界海相烃源岩，断裂发育的碳酸盐岩缝洞区，成为油气富集区，同时对古生界部分油气藏具有一定的改造和破坏作用。

B.不整合面输导体系

多期构造运动形成多期不整合，不整合面之下一定深度内形成大规模溶蚀孔、洞、缝系统，成为碳酸盐岩缝洞油气的主要储集空间，不整合面是油气侧向运移的重要通道。

如塔里木盆地轮古-塔河油田中下奥陶统，经加里东期—海西早期长期暴露风化淋滤，形成广泛分布的风化壳。海西晚期烃源岩区大规模供油及塔河地区尚不完全封闭的盖层条件，形成现今奥陶系稠油分布特征，显示不整合及岩溶系统输导体系对轮古-塔河油田的形成具有重要作用（顾忆，2007）。

C.连通砂体输导体系

连通砂体输导体系以连通孔隙作为油气运移的通道。如轮古-塔河地区，该类输导体系主要发育于石炭系卡拉沙依组砂岩及三叠系砂岩中（陈强路等，2004）。卡拉沙依组具有砂岩层数多、单层厚度薄、横向变化大等特点；三叠系砂体展布相对稳定，横向变化较小，与断裂、不整合面相互配合，成为油气运移的重要输导体系。

D.复式输导体系

区域性通源断裂、不整合面、岩溶缝洞系统、砂体及裂隙等构成了油气运移的复合通道，是形成大型复式油气聚集的重要条件。如塔里木盆地轮南地区三叠系、石炭系和奥陶系油气，经过多期生烃、充注、调整，形成多层系复合式油气分布，为复式输导体系作用的结果。喜马拉雅晚期气侵前，桑塔木断垒和轮南断裂带的断裂、裂缝沟通了三叠系砂体和奥陶系油气，使油气运移到上覆的石炭系和三叠系，在石炭系和三叠系砂体内进一步运移。在喜马拉雅晚期气侵过程中，裂解形成的高干燥系数的天然气，顺着轮古东走滑断裂充注到奥陶系碳酸盐岩缝洞储层中，由于石炭系高压层的形成，导致断裂在石炭系闭合，晚期裂解天然气只能沿断层和不整合面输导体系运移，运移通道为桑塔木断裂带的奥陶系缝洞碳酸盐岩储层。

4.油气运移和聚集机理

碳酸盐岩缝洞型储层是由基质、裂缝和溶洞组成的连续介质。由裂缝贯穿的溶洞与烃源岩连通，既是储集空间，又是流动通道；由裂缝连通的孔洞具有管流特征，裂缝系统油气渗流遵循达西定律，基质孔隙系统渗流能力很小，具有非达西渗流特征。缝洞型碳酸盐岩储集空间以溶洞为主，裂缝为主要流通通道，溶洞、裂缝随机分布，具有“晶格状”的特征。

缝洞型储层内部大缝大洞与小缝小洞并存，表现为不连续性；流体流动的空间不仅在形状上而且在尺度上存在差异；流体的流动模式既有小缝小洞中的渗流，又有大缝大洞中的管流，更有两种流动规律以不同形式混合在一起的组合流动。有关碳酸盐岩油气的流动规律，多数观点是基于连续介质理论讨论，或把不连续介质用等效的连续介质流动系统代替，将储层视为孔隙-溶洞型双重介质、孔隙-裂缝-溶洞型三重介质或多重孔隙介质等类型，认为在其中发生的是渗流。