砂岩输导层内游离态天然气运移路径形成的机理与过程

越来越多的研究表明：油气往往只沿着输导体内阻力最小的优势运移路径发生。因而定量识别二次运移路径已成为成藏动力学研究的前沿科学问题，对于提高勘探成效具有重要使用价值。但目前人们对油气二次运移机理的认识主要是以石油为对象的物理模拟实验研究获得的，对于天然气运移路径的特征，形成动力学机理等方面的认识仍很不确定。本课题通过系统的物理模拟实验，采用染色－图像处理技术与核磁共振成像技术相结合的观测方法，研究游离相天然气在饱和水的孔隙介质中形成运移路径的形态、规模及结构性变化特征，分析运移路径形成的动力学机理，提供数值模拟所需的基础参数；根据物理模拟实验获得的认识，采用侵入愈渗模型，进行天然气运移的数值模拟，并以物理实验结果对其加以校验，建立定量描述砂岩输导层内天然气运移路径形成过程及特征的数值模拟方法。

本项目围绕砂岩输导层天然气二次运移动力学机理这一基础问题开展研究，通过气-水两相排替实验模型和观测方法的研究，改进和研制了天然气二次运移物理模拟实验装置；系统地开展物理模拟实验，分析了气体运移路径的形态、结构样式及影响因素，探索了运移路径的分形特征和动力学机制；建立了天然气运移路径形成过程的数值模型方法，全面完成了项目的研究目标和内容。通过本项工作，主要取得以下几项重要成果：（1）研制了适用于气体二次运移模拟实验的玻璃珠烧结实验模型和装置，提出饱和流体染色－图像处理方法及引入核磁共振技术，实现了气体运移路径的动态观测；（2）天然气与石油的运移路径特征存在显著差异，气体在浮力作用下形成的路径主要为爬藤式，在继续运移的过程中不存在逾渗主脊（backbone）现象，而是路径不断扩展至“纺锤型”，说明天然气在运移途中的残留量及残留范围很大；（3）气体在砂岩输导层内运移过程中，表现为不连续运移的特征，分段运移和跳跃运移是天然气二次运移路径形成及路径结构演变的主要方式，可能也是导致气体侵入路径形成之后仍不断扩展的重要原因；（4）气体运移路径结构具有显著的分形特征，复杂多变的路径样式能够利用相似的分形维数表达，分形维数值2.067高于前人的公认值（1.82）；（5）基于物理模拟实验获得认识和动力学参数，利用侵入愈渗数值模型，实现了天然气运移路径形成过程的定量模拟。相关研究成果发表文章4篇，其中国际SCI论文2篇，中文EI论文1篇，中文核心1篇。