[科学探索]石油科学中的奇谈怪论 [复制链接]

●李传亮

科学能带给人们什么？答案是因人而异的，商人会说财富，学人会说乐趣，而于我，却是无穷无尽的烦恼。因理想而痴迷，因挚爱而挑剔。渴求完美，却满眼瑕疵。人们习以为常的东西，是价值的坐标系，移动不得。成功人士是历史的雕塑，懒怠学习新知识，也不需要新知识。因此，矛盾交织上演，烦恼时时袭来。

1、岩石越疏松越难压缩

压缩系数是衡量物体压缩难易程度的重要参数，物体越硬，就越难压缩，压缩系数就越小。岩石越疏松，就应该越容易压缩，压缩系数就应该越大。然而，实验测到的情况却完全相反：岩石越疏松，孔隙度越高，压缩系数却越小；岩石越致密，孔隙度越低，压缩系数反而越高。而且，岩石压缩系数的测量值普遍偏高，一般都超过了液体，极端情况下甚至超过了气体。这是明显的错误，这种逻辑反转的现象，显然违背了力学的基本原理。但令人费解的是，几十年来人们不辞辛劳地反复测量，并把实验测量结果总结成了图版和经验公式，以科学的名义应用到油藏工程的各个领域。当我指出这一错误之后，人们不仅没有感到惊喜，反而反过来指责我，“实验不会有错”。面对专家们的指责，我不知道是该高兴，还是该难过。

2、渗透率越低应力敏感性越强

所谓应力敏感，是指油藏渗透率随应力条件变化的性质。显然，岩石越硬，对应力变化就越不敏感；岩石越疏松，对应力变化就越敏感。应力敏感性地层，将伴随有地表沉降和地层垮塌现象的发生。低渗透岩石比高渗透岩石更加致密，因而对应力变化应该更不敏感。然而，实验却测出了完全相反的情况：渗透率越低，应力敏感性却越强。这显然也是完全错误的，它也违背了力学的基本原理。更为不幸的是，当我指出这一实验错误后，却受到了一致的反对和围攻。有人为了保住低渗透储层的强应力敏感现象，人为地给低渗透储层增加裂缝。其实，这是无济于事的，低渗透储层如果真的发育了许多裂缝的话，那就不是低渗透储层了，应该属于高渗透储层。世界上极少的高渗透储层出现过强应力敏感现象，低渗透储层从来没有出现过强应力敏感现象。尽管油藏生产过程中的应力敏感性极弱，但人们无视这一客观事实，应力敏感的研究热度至今未减。这让我感到十分迷惑。都说中国人勤劳而又智慧，但在储层岩石的应力敏感问题上，我只看到了中国学者的勤劳，却没有看到更多的智慧。哲学中说“实践（注：不是实验）是检验真理的唯一标准”，现在还有人把哲学当回事吗？

3、岩石服从应力平衡原理

力学中有一个静力平衡原理，是指静止物体在同一方向上所受的力，大小相等，但方向相反，因此物体才能保持静止不动。但在石油科学中，有人偷偷地把它换成了应力平衡原理，即上覆压力等于孔隙流体压力与骨架应力之和。其实，这是完全错误的，静止的物体要求力的平衡，但并不要求应力的平衡。实际上，许多物体的应力也是不平衡的。这个历史错误被我识破之后，还会延续下去吗？

4、岩石埋藏越深就越欠压实

在地球表面沉积的碎屑物质，排列极其疏松，但随着埋藏深度的加大，受到的应力作用也就越强，碎屑物质的排列方式会渐臻致密，这就是岩石的压实作用。显然，岩石埋藏越深，压实作用就越强，孔隙度就会越小。但是，当岩石的排列方式达到最致密的程度之后，无论怎样增加埋深，岩石的孔隙度将不再减小。这是一个十分正常的现象，所有测井资料都揭示了这一现象。然而，石油地质学却把这一现象称作欠压实，即认为孔隙度不再减小是由于孔隙流体压力升高（憋压）、岩石没有被充分压实所致，这实在有些荒唐了，浅层中的岩石都能正常压实，而深层中的岩石却反而欠压实，而且，还因此催生出了深部地层都是异常高压的结论。深部的泥岩地层是不是异常高压无从判断，因为泥岩的地层流体基本上都不流动，无法实测其孔隙压力。但砂岩地层的孔隙压力很容易实测，测试结果表明绝大多数的砂岩都属于正常压力地层，并没有出现因为埋藏深度较大、孔隙度较高而出现异常高压的现象。因此，欠压实现象也就成了无稽之谈了。砍倒欠压实，我只有收获来自四面八方的骂声了。

5、现今地下水流导致了油水界面的倾斜

几乎每一个油藏的油水界面都是倾斜的，这是由于储层岩石的物性差异所致。但石油地质学把其说成是地下现今水流的流动所致，并炮制出了“水动力圈闭”这一错误概念。其实，浅表地层是可能存在水流的，但浅表地层往往因盖层条件较差而不存在油气聚集；深层地层中存在油气聚集，但却不存在水流。原因十分简单，地层中的水流需要压差作为动力条件，而这种压差需要地层的露头条件提供：地层的一端露头作为入口，另一端较低的露头作为出口，而且地层水需常年不停的流动才能保证油水界面的倾斜，水流一旦停止，油水界面就会恢复为水平状态。显然这样的露头条件是不存在的，因此，水流不可能是油水界面倾斜的真正原因。如果地下存在水流、而又同时存在油气聚集的话，长期的水洗和氧化作用，也早已把油藏破坏殆尽，不可能保留至今。把油水界面倾斜的原因错误地判断为地下现今水流所致，将得出地层天然能量十分充足的结论，油田开发也就不需要人工补充地层能量了，因为每一个油藏的油水界面都是倾斜的。我否定了水动力圈闭，看是否有人敢否定我？

…………

你的第1,4,5观点，我不好评论，从表面论述看，我同意你的观点。但是第2,3观点可能还需要继续深入探讨。应力敏感跟岩石脆性程度或者说塑性程度有关，孔隙度只是其中的一个影响因素，还与骨架的材料特性有关。骨架越脆应力敏感性越强。同样骨架材料条件下，孔隙度越大应力敏感性也越强，你的观点是正确的。同样孔隙度下，骨架脆性越大，应力敏感性越强；或者应力敏感性的精准的科学定义是，假定两种岩石的强度极限一定，假定试件形状完全相同，所施加外载方式为纯压缩或纯拉伸，当逐渐加载达到某一载荷时，两种岩石都会断裂，因为它们的强度极限相同。在加载过程中，测量两种岩石直至断裂时所吸收的能量，也就是岩石试件力——位移曲线下面的积分面积。面积小的试件应力敏感性强，面积大的试件应力敏感性就弱。或者说吸收能量小的岩石试件应力敏感性就强，吸收能量多的岩石试件应力敏感性就弱。岩石孔隙度大小不能完全描述岩石敏感性。必须在岩石强度极限相同的条件下，才能讨论应力敏感性问题。当然也可以定义一个应力敏感性因子来度量也可以，即岩石的强度极限与断裂韧性比功的比值。这个比值越小，应力敏感性越小，比值越大，应力敏感性越大。关于应力平衡问题，以后讨论。

zulongshi:李老师,第4个"欠压实"我有不同意见.这个概念还是不要的好.但是现象是一定存在的.
现在国内的一些教授\学者(地质大学)已经开始怀疑所谓的静岩压力理论了.也就是说地球内部的压力一定是随着深度而变大的吗? 设想几千米的海洋底部压力应该有多大,那里的海底生物岂不是要被 .. (2009-12-18 12:48) 

      大自然其妙无穷。有些海底生物可以在火山口附近，承受上千度的高温，几十个兆帕的压力，而生存。这没有什么奇怪的。海洋科考专家早就发现这些奇怪的生物和鱼类了，把他们拿到海面上来，仍然能生存。
    如果处于液体中的物体与流体的比重相同,则物体不受静水压力。这个结论显然是错误的，不符合力学基本原理。物体受静水压力与比重没有任何关系，试设想一下一个比重为1.2的球形物体，与一个比重为7.8的同样球形物体，在同样深度的海底，它们所受到的静水压力能不一样吗？唯一的差别就是它们的变形有可能不一样。

简单明了，值得大家认真一读

  同意 同意 同意。

李老师,第4个"欠压实"我有不同意见.这个概念还是不要的好.但是现象是一定存在的.

现在国内的一些教授\学者(地质大学)已经开始怀疑所谓的静岩压力理论了.也就是说地球内部的压力一定是随着深度而变大的吗? 设想几千米的海洋底部压力应该有多大,那里的海底生物岂不是要被压扁?研究表明,深海也存在大量鱼类.

有一种观点是: 如果处于液体中的物体与流体的比重相同,则物体不受静水压力.对于岩石等固体地壳也可以作这种解释.这样一来,埋深和岩石所受的压力在一定范围内(围岩比重相同)是没有关系的.这可以解释孔隙为什么不再被压缩.

关于这方面的研究我还在关注,我想听听您的意见.对这方面的研究,我也怕走上歧途...

回realag先生：

1、我的压缩系数公式除了与孔隙度（岩石疏松程度）有关外，还与岩石骨架的强度有关，压缩系数不唯一取决于疏松程度，不知先生看到过没有？

2、20MPa的生产压差出油，10MPa的生产压差也出油，只是数量较少而已，但启动压力梯度的意思是不出油，概念上有本质的差别；

3、如果有压力梯度，管壁上的油也会流动，多数情况下，是压力梯度加不上去，另外一个现象，就是管壁上的油位于边界层，流动速度极慢，与不流动意义不同；

我除了追求真理（科学）之外，也追求实用，我就认为实验室得出的低渗透储层的强应力敏感和高压缩性对油气开发实践没有任何指导价值，浪费了很多的科研资源。如果先生系统看过我的文章，对低渗透油藏开发中存在的主要问题，应该是很清楚的...

多谢老师指教，设权限那是我多心了，见谅

1、关于压缩系数，我个人认为和储层的岩性有关系，比如大庆和辽河对比，孔隙度差别不大，但大庆砂岩主要是石英和长石，粘土矿物成分主要是高岭石40-50，而辽河岩屑成分明显增加，粘土矿物蒙脱石60%，它就比大庆油藏疏松。还有大庆新探的萨零组，岩屑36.0%，蒙脱石43-60%，那是相当的疏松，岩心水一冲就碎。如果你实验用的岩心岩性相差太大，真不好说谁疏松谁致密。

2、现场注采压差还很大的，油水过渡带地区水井井底流压高的有22、23MPa，而采出端只有3-5MPa。低渗透油藏可能比这个数值还严重。

3、启动压力梯度、滑脱效应你的论述都是液（气）相对于岩石的表面，个人认为渗流，它孔隙再细也是管流，即使存在启动压力梯度，管流中心的液体也不会受启动压力梯度的制约而流不出来的，现场就是这样，油被大量采出后，管壁上仍附着着大量残余油，我就不知道油是流到那个位置粘到上面的，还是只有孔隙中心的油被冲走了，而管壁上的压根就没流动过，不知道李老师是怎么考虑的。

还有一句题外话，驳倒了不正确的理论当然重要，特别对于搞学术，但对于我们现场应用，更需要的是具体做法，比如它原来不对的理论造成开发上的什么不当后果，我们现在应该去怎么做，来得更为实在，还请老师不啬赐教 。

回realag先生：
1、实验测量时的压力梯度太高，地层中一般遇不到，只有在实验室才能加到这么高的压力梯度，因此，没有太大的实践意义；生产压差太大，工程安全就无法保障。
2、许多生油岩都是渗透率极低的泥岩，油气运移的驱动力极低，若按实验室测量的启动压力梯度进行分析，油气根本无法运移出来，而实际上油气是运移出来了的，可见实验室测量的结果是不正确的。
3、我说的积液是指油井，而不是注水井。油井完井后普遍存在污染，若没有进行酸化压裂等增产措施，很难成为超完善井。注水井存在启动压力，大多也是与近井地带的污染有关。压裂后也存在启动压力，这与非线性渗流有关，与启动压力不是一回事。
4、油井生产指示曲线存在负的启动压力，并不奇怪，就像实验室的情况一样，有人测量出了正的启动压力梯度，有人测出了负的启动压力梯度，有人根本没有测出启动压力梯度。关于启动压力的误解主要有：一是把破裂压力理解为启动压力，二是把非Darcy渗流理解为启动压力，三是把毛管压力理解为启动压力。

想多说几句的是，启动压力梯度都是通过单相气体在低渗透岩心中流动时“鼓捣出”的实验假象。单相气体，不可能存在毛管压力。气体的流动性能极好，不可能存在启动压力梯度。还有人测出了低渗透岩心中气体流动的滑脱效应，这就非常奇怪了，如果存在滑脱效应，就不可能存在启动压力梯度；如果存在启动压力梯度，就不可能存在滑脱效应。现在这两个不能同时存在的现象，被人们“鼓捣”在一起了。这都是因实验条件限制，在低渗透岩心上测量出的实验假象。

以上意见，仅供参考。

回realag先生：
1、“疏松的和致密的”岩石通过孔隙度即可反映出来，孔隙度越高也就越疏松，孔隙度范围在2~30%之间，这里还包括砂岩和碳酸盐岩两种岩石类型；  
2、中东的油田储量丰富，油藏条件较好，油柱高度大，产能高，边底水能量充足，有许多大油田都是裂缝性碳酸盐岩油藏。由于储量大，又限产生产，因此，不怎么需要补充能量，但也有注水开发的。中国的砂岩油田多，天然能量先天不足，一般实行强注强采的方式进行开采。