排烃模拟方法与技术

排烃在受到烃源岩生烃作用、黏土脱水、微裂隙等内部因素控制的同时，也会有区域构造、岩相变化、断层等外部条件的影响。排烃的三维模拟过程中综合考虑内外因的影响，在基于角点网格建立的排烃模型上，通过压实排烃模型和多组分法排烃模型得到排烃量，然后通过流体势、岩性和断层判断油气的方向、流体势的比值分配油气的比例，使排烃量分配到相邻运载层。

流体势模拟主要利用构造、温度、超压数据计算出三相流体的流体势值，为油气的运移聚集模拟提供依据。改进的压实排烃模拟通过对构造、温度、压力及生烃量等数据的读取，计算出合理的排烃量。多组分排烃模拟是通过热力学方法描述孔隙流体的相态及其在烃源岩演化过程中的变化，采用组分模型描述孔隙流体的组成。

排烃过程的模型分为两个相互衔接的亚模型：机械压实排烃亚模型和幕式排烃亚模型，前者由正常的机械压实作用驱动，而后者由孔隙超压作用驱动。

本系统使用SRK状态方程和相平衡准则，实现孔隙流体不同组分在孔隙压力和温度下的闪蒸平衡，并利用闪蒸平衡计算的孔隙温度和压力状态下三相流体所占的体积，同时结合孔隙体积的大小来求取孔隙流体的排出量以及各个组分的排烃量。

1.流体势模拟

流体势是指单位质量流体所具有机械能的总和，地层中某一点的流体势等于该点的压能与相对于某基准面的位能以及动能之和。它是控制流体运移和聚集的驱动力，它决定流体的流动方向，即从高势区向低势区流动，它反映了地下温度、重力、应力等因素对地下流体的综合作用，在流体势模拟过程中主要考虑压力、浮力、毛细管力这三种力的作用。流体势场与油气运移、聚集具有密切关系已被广大石油地质学家所认同，已成为定量研究油气运移及聚集成藏问题的理论基础和依据。

流体势的计算包括油势、气势和水势的计算，具体公式如下：

Φo、Φg、Φw分别为油势、气势、水势；g为重力加速度；h为海拔高程；Po、Pg、Pw分别为油压、气压、水压；ρo、ρg、ρw分别为油、气、水的密度。

2.改进的压实排烃模型

烃源岩排烃作用可分为两个阶段。第一阶段为压实排烃阶段，此阶段油气排出及时，在短时间内即达到压力平衡（在整个孔隙系统中）。第二阶段为超压排烃阶段（或称微裂缝幕式排烃阶段），此阶段因烃源岩埋藏较深，孔隙度和渗透率很小，流体排出明显受阻，油气无法到达并越过烃源岩的边界，成为一个封闭或半封闭体系。由于流体增量增温引起压力差异长时间不能平衡而出现超压现象。当异常高压达到一定界限便引起烃源岩破裂而产生微裂缝，导致含烃流体沿着微裂缝突发性排出。随着含烃流体的排出，孔隙压力释放，微裂缝便又闭合了。如此反复，微裂缝不断开启和闭合，使烃类呈幕式不断排出烃源岩，直至生烃结束。

两个排烃阶段的划分以烃源岩出现超压为界，本系统以是否超过烃源岩的破裂压力为判断依据，若超压大于烃源岩的破裂压力，则视为可以发生幕式排烃。若研究区烃源岩在埋藏过程中并未出现超压，则只存在压实排烃阶段。

本方法是在普通的压实排烃方法基础上的一种优化改进，其优点在于计算排油量的同时还可以计算出排气量。实际模拟时需要做如下假设：①岩石骨架是不可压缩的，压实中流体的排出量（体积）等于压实期间孔隙中流体增量体积与压实后孔隙体积的减量之和（守恒律：排出量＋存量＝原存量＋生成量）；②烃源岩处于正常压实阶段，孔隙系统流体压力等于静水压力，亦即假定排烃无大阻碍，能“及时”排出，可以不考虑超压问题；③孔隙系统内的流体至多呈油、气、水三相存在，各相流体的排出体积与各相的可动部分的饱和度成正比。

3.多组分法排烃模型

多组分法排烃模型是用热力学方法描述孔隙流体的相态及其在烃源岩演化过程中的变化，采用组分模型描述孔隙流体的组成。烃源岩的孔隙流体被分为多个组分，它们是甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、油、二氧化碳和水，或者可以分为多个混合组分。这些组分至多呈三个相态出现，即水相、油相和气相。因为重烃在水中的溶解度很小，同时为了简化排烃数学模型，系统中将以上各组分在水中含量以溶解度简单计算完成（在此假设，上述各组分中，只有甲烷和二氧化碳可以溶解于水，而水组分只存在于水相中）。在孔隙体系内不同相态的存在应符合流体的相态平衡特征。各组分在水中的溶解度可根据其溶解度确定，则系统中存在的主要相态平衡，为气态物质和油的相态平衡，为SRK状态方程和相平衡准则。

4.排烃方向模型

排烃方向受多种因素的控制，其中最重要的是区域构造背景，即凹陷区与凸起区的相对位置及其发育历史；同时，还受储集层的岩性岩相变化、地层不整合、断层分布及其性质、水动力条件等因素的影响。因此，排烃方向的三维模拟是综合考虑以上各种条件得出的。

为了简化模型，在排烃方向模拟时假定石油主要以游离态从烃源岩中排出，而天然气以溶解态运移，并且油气水在正常压实产生的剩余压力、欠压实产生的异常高压力、毛细管力和浮力等合力作用下，驱使油气水从烃源岩向运载层运移。同时，根据流体势等于该点的压能与相对于某基准面的位能以及动能之和，反映了地下温度、重力、应力等因素对地下流体综合作用的原理，设定流体势是排烃方向的主控因素，令流体从高势区向低势区方向运移。

把整个运移划分为烃源岩单元格到最临近运载层单元格的运移过程（如图8-12的①过程）和储集层单元格运移过程（如图8-12的②过程），划分的标准是最临近运载层单元格的空隙是否充满，如果没有充满，进行①过程，否则进行②过程，在②运移过程中需要综合考虑流体势、岩性和断层的影响。

图8-12 排烃方向简单模型示意图