欧美国家研究现状
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发布时间：2022-07-18 00:52
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时间：2023-10-08 23:54
欧美国家学者对石油运移聚集的地下水力学理论进行了较多的研究。从技术层面上分析，自20世纪初至今，可概括为三个不同的发展阶段。
1.油气聚集的水力学说
1909年Munn提出该学说，他认为，从地面向地下流动的水穿过砂页岩，并把这些地层中所含的油向前推进，由于渗透率的差异会引起流体前缘的不同部位以不同的速度向前推进。这些携带了油气的流体前缘最终会形成一种水的相对流动地带，在这里油和气将被圈闭保存下来。
Rich(1921，1923，1931，1934)引入了流体通过高渗输送层进行长距离横向运移的概念而发展了Munn的水力学理论。他认为，上述输送层可穿过层理或平行层理汇集流体，并把流体从海拔高的地区输送到下游的泄水汇集区。在泄水区，背斜或其他的构造由于具有裂隙(通过这些裂隙，流体可以从输送层向上流动)，而成为来自各个方向的地层流体(包括石油)汇集的中心，因而成为石油聚集的位置。
该学说正确地指出了地下水是油气运移聚集的载体，根据地形高度推断地下水长距离横向运移的过程中，存在着纵向的穿层运动以及地下水排泄区是油气聚集区等，无疑是正确的。存在的问题是，所谓的流场是虚构和假设的，由于缺乏理论依据与支撑，有些认识属于现象的表述，与油气勘探实践并不完全吻合。
2.油气藏形成的水动力条件
M.K.Hubbert在1940年第一次出版了关于地下水运动理论的著作。他指出：沉积岩一般都有孔隙，其孔隙交叉密布，错综复杂，而且总是为水所充填，因而石油的生成、运移以及最终成为油藏，都只能是在有水的环境中发生的。大多数沉积盆地的地质形态对地下水的运动都是有利的，至少地下水可以经过区域性发育的渗透率最高的地层运动。他将适用于各种力学系统的基本力学原理，用来研究分散状态的石油时，发现每一体积单元对其周围环境都具有力学位能量，并且这种位能量一般会因该单元位置的变化而变化。因此，这种单元将受到一种促使它从高能带移至低能带的不平衡力的作用。由于这个缘故，各单元都有从高能带移向低能带的倾向。只要某一地带的周围完全是高能面或者既有高能面又有不渗透屏障，上述单元就会在该带内变为完全静止的状态。所以石油的圈闭就是这样一类的低能带，而在大多数情况下，寻找油藏也就是要判断这种低能带在地下的位置(图1-25)。地下水在静止条件下，使石油移向圈闭的是垂向和平行的运动力的结果。如果地下水在运动，则油和气的等位能面不再是水平的，而是倾斜的，其倾角以油的大，气的小。在同一储层中，油、气的运移途径既不是垂直的，也不是平行的。石油运移途径偏离垂线的角度比气的要大，因而油和气的圈闭不相重合，实际上可能是完全分开的。在这种情况下，油的圈闭就留不住气，而气的圈闭也留不住油。这两种流体均移向各自的圈闭中。油水和气水接触面的角度以下式求得
图1-25 分散的石油在含水岩层中由高能带移向低能带
(据Hubbert，1942)
含油气盆地水文地质研究
式中：ρw为水的密度；ρo为油或气的密度；
为ds距离内压力增长值。
在这种情况下，油和气的圈闭可能不对称的位于背斜内，与水的接触面可能一边高一边低。
M.K.Hubbert在上述论述的基础上，提出了地下流体势的概念，并把这一概念用达西定律进行了叙述；首次提出了势能的高低变化是油气运移聚集的动力；并根据流体势分布特点判断油、气、水的运动方向，解释油气运移聚集问题；还强调了水动力学与水化学相结合的重要性，论述了开阔盆地地下水流动的特点。
虽然Hubbert严密地讨论了地下流体运动理论，但是他没有考虑地下水区域流动模式，因此，也就不可能将油气运移与区域流场联系起来，只是用横向延伸在承压水层中进行单向流动的观点研究和解释油气圈闭。另外，在推导油气形成与运移的水动力方程时，从最简单的均质流做起未尝不可，但应考虑到地下水穿过地层的流动，在区域上多属于非均质流或各向异性的事实。
3.油气聚集水文地质学
荷兰水文地质学家G.B.Engelen、美国水文地质学家Freeze和Witherspoon及加拿大水文地质学家J.Toth等对于盆地水动力条件的演变及水动力场分布的定量评价作出重要的贡献。以J.Toth为代表的水文地质工作者在Hubbert的理论基础上，把区域水流动中的盆地水动力场的分布与演变同石油的运聚结合起来，形成一门理论性和实用性都很强的学科——石油水文地质学(定义为：把水文地质概念和方法用于石油勘探和盆地分析的一门学科)。托斯关于区域地下水流动的基本观点是：强调了地下水重力穿层流动(即越流)，不存有隔水层；重力穿层流动是按照地形控制的规律进行的；重力穿层流动系统中位于供水区(高地形分布区)的水头随埋藏深度增加而下降，而位于泄水区(负地形分布区)水头则随埋藏深度增加而增大；油气聚集在地下水流速减慢或转折带地区。地下水重力穿层流动与石油的运移及聚集的理论概念结果如图1-26所示。
图1-26 石油运移与聚集的广义水利学理论概念图
(据Toth，1980)
Toth提出了许多新的观点，但是他过分强调垂向穿层运动，而忽视了地下水与其流体总是沿着流动阻力最小的通道流动的基本原则。实际上在含水岩系结构及其渗透性能各向异性的条件下，地下水的水平与垂向运动是相互交替极其复杂的。
4.油田水文地球化学研究
欧美国家油田水化学的研究，多与油气勘探开发工作一起进行，独立的系统成果不多。1975年，A.G.Collins出版了《油田水文地球化学》一书，主要介绍了油田水物理性质、化学成分及其分析测试方法、水化学资料的地质解释、油田水成因与分类、油田水在石油生成、运移、聚集及演变过程的作用等。他首次利用海水蒸发试验所得到数据提出了油田水的富集离子和消耗离子的概念，认为油田水主要向富集Cl-、Na+和消耗
、
的方向发展演化(图1-27)；总结了油气集聚层(油田水)与干层(非油田水)的地球化学标志(图1-28)。为油田水的研究做出了贡献。另外，他用按美国统一的方法分析了4000个水样，对帕勒梅尔(1911)、苏林(1946)、绍勒尔(1955)、奇巴塔雷夫(1955)等提的水化学分类方案进行对比研究，其结果表明，不同分类虽然各有其优缺点，但苏林分类更符合地质情况，在研究烃类聚集有关的水中是有用的，在4000个油田水中，大多数为CaCl2型水。柯林斯的结论与评价是比较客观的。
图1-27 油田水室内蒸发的富集离子
欧美地球化学家，在20世纪50年代对油田水分类进行研究。1975年美国出版了《地下水污染》一书，论述了地下水污染过程、理论、研究内容、治理的重要性及方法等。
当前，国际地学界已将油、气、成矿溶液和地下水作为地质流体的组成部分。由于地下水直接参与了物质和能量的运动和变换，水化学成分与其同位素特征被认为是提供流体的成因、来源、流动、水-岩反应等的信息，为深入研究储层性质、成岩作用、油气运移等提供了依据。在欧美国家，地质流体的成因分析及其与油气的关系是石油水文地质工作者重点研究的热门课题。每年都有新的研究成果。
近年来，欧美国家(尤其是加拿大等)在重质油开发中，利用采出水的化学性质对热采过程和热采油藏的有关参数的影响等方面进行较多的研究。
