第04章--油气运移

第四章第四章油气运移油气运移第一节第一节油气运移概述油气运移概述第二节第二节油气初次运移油气初次运移第三节　油气二次运移第三节　油气二次运移第四节第四节油气运移的研究方法油气运移的研究方法石油天然气地质与勘探石油天然气地质与勘探第一节油气运移概述一、油气运移概念及证据概念：地壳中的石油和天然气在各种天然因素作用下发生的移动。油气运移的结果：（1）使分散的油气在储集层的适当部位富集起来形成油气藏；（2）直接运移出地表，成为油气苗；（3）导致油气的分散，使油气藏遭破坏。油气运移的证据：①地表：油气苗②油气：生成于烃源岩，储集于储集岩。③烃源层：分散状态油气→富油气区：聚集状态油气④油气藏中油、气、水按比重分异。　⑤从油源区→成藏区，化合物分布有规律渐变。二、油气运移的阶段划分初次运移:油气自烃源岩层向储集层或运载层(输导层)的运移二次运移:油气进入储集层或运载层以后的一切运移若对整个油气运移来说,则是一个几乎同时存在的连续过程根据时间顺序和介质条件的变化，可将油气运移分成两个阶段：油气的运移和聚集三、油气运移的基本方式★——渗滤、扩散1、渗滤：机械运动，整体流动，遵守能量守恒定律，由机械能高的地方向机械能低的地方流动。2、扩散：分子运动，使浓度梯度达到均衡。扩散方向：从高浓度向低浓度。四、岩石的润湿性——岩石的润湿性与矿物组成及流体性质有关。——岩石颗粒多数为水润湿。非润湿相：非润湿相：不易附着在岩石上的流体。润湿相：润湿相：易附着在岩石上的流体——流体附着固体的性质，吸附作用。五、油气运移临界饱和度油或气、水同时存在时，油或气相运移所需的最小饱和度。某相流体饱和度低于一定数值时，相对渗透率为0，不流动。烃源岩中油相运移临界饱和度可小于10％，甚至可降到1％。•地静压力：由上覆沉积物的基质和孔隙空间流体的总重量所引起的压力，又称静岩压力：s=ρrgh（s--静岩压力；h--上覆沉积物的厚度；ρr--上覆沉积物的平均总体密度；g--重力加速度）静岩压力实际为由颗粒产生的有效压力(σ)和孔隙流体产生的流体压力(p)之和s=σ+p•地静压力梯度：指每增加1米沉积物所增加的压力,pa/m，约为0.23×105Pa/m六、地静压力、地层压力、静水压力、测压面•地层压力：地下岩层孔隙流体的压力，又称地层流体压力或孔隙流体压力。P＝ρwh/10或P＝ρwgh单位：大气压(atm)或帕斯卡(Pa)。1atm＝101kPa。•水压头：地层压力所能促使地层水上升的高度（上覆水柱的高度）：h＝P/(ρwg)式中,P为地层压力，h为水压头，ρw为水的密度，g为重力加速度。由于，水的密度为1，1个大气压的地层压力约相当于10m高的水柱重量。••静水压力静水压力：：由静水柱重量所造成的压力。是由连通在地层孔隙中的水柱所产生的压力。pw=ρwgH式中pw---静水压力；H--上覆水柱高度；ρw--水密度；g--重力加速度•静水压力梯度：上覆水柱增加单位高度时所增加的压力。单位用Pa/m单位表示。静水压力梯度约为0.1×105Pa/m.单一储集层内静水压面示意图•测压面：同一层位各点水压头顶面所组成的一个面。静水条件下，测压面水平；动水条件下，测压面倾斜。第二节油气初次运移一、油气初次运移的相态1.水溶相运移（1）油气溶解在水中呈分子溶液，水作为油气运移的载体进行运移。原油在水中的溶解度随温度的变化（2）胶束溶液页岩类沉积物随深度增加各种物理参数的变化2.游离相——石油初次运移最重要的相态。游离油相和游离气相，呈分散状或连续状油相、气相。油溶气相：气溶解于石油中，以油相形式运移；气溶油相：油溶于天然气中，以气相方式运移。证据：１）游离相石油存在于烃源岩孔隙或裂隙中；２）厚烃源岩剖面可测定出对初次运移的色层效应。阿尔及利亚储集层上覆页岩生油层中烃类，胶质，沥青质含量分布游离相运移中烃源岩对油气初次运移的色层效应3、初次运移相态演化油气初次运移过程中的可能相态低成熟阶段，水溶相运移最有可能生油高峰阶段，主要以游离油相运移生凝析气阶段，以气溶油相运移过成熟干气阶段，以游离气相运移1.压实作用2.流体热增压作用3.粘土矿物脱水作用4.有机质的生烃作用5.渗析作用二、油气初次运移的主要动力1.压实作用——在成岩早期，泥质岩孔隙度、渗透率都较大，以此种压实状态为主。S1.1正常压实•瞬间剩余压力：dPL=(ρbo-ρw)g·L0随上覆地层不断增加，孔隙流体压力持续出现瞬间剩余压力与正随上覆地层不断增加，孔隙流体压力持续出现瞬间剩余压力与正常压力的交替变化，从而不断把孔隙中流体排出，常压力的交替变化，从而不断把孔隙中流体排出，VV孔不断减小。孔不断减小。•新沉积物横向厚度均等时，压实流体垂直向上流动。•新沉积层横向厚度有变化时，压实流体在垂向上由深部向浅部运移，在横向上由较厚处向较薄处运移。砂泥岩互层剖面中压实流体的运移方向砂泥岩互层剖面:流体的运移方向是由页岩到砂岩。砂岩压实流体不能进入泥岩，只能在砂岩层中做侧向运移。碎屑岩沉积盆地:压实流体总是由泥岩向砂岩运移，由深部向浅部、由盆地中心向盆地边缘运移.正常压实流体总体运移特征：☆泥质岩类在压实过程中，由于压实流体排出受阻或来不及排出，孔隙体积不能随上覆负荷增加而减小，导致孔隙流体承受了部分上覆沉积负荷，出现孔隙流体压力高于其相应的静水压力的现象称欠压实现象。SPf1.2欠压实正常压实带（NC）和欠压实带（UC）上伏沉积物负荷压力（S）流体压力（p）及颗粒支撑的有效应力（σ）关系图欠压实带中流体的排出方向•剩余压力差驱动孔隙流体向低剩余压力的方向运移；•孔隙压力超过泥岩的承受强度——产生微裂缝——微裂缝排烃——释放超压，恢复正常压力。欠压实泥岩流体总体运移特征：混合压实带中流体排出方向（据李明诚，2004）•流体沿剩余压力变小的方向运移。2.蒙脱石脱水增压作用蒙脱石脱去层间水和有机质分子(进入粒间孔隙）随DT104.4—110C,加入钾云母伊利石•V水↑＞V孔↑，Pf↑，促使排烃•封闭性地层条件下，产生超压产生超压，出现微裂缝微裂缝————排烃•矿物蒙脱石转变为伊利石蒙脱石脱水的结果：膨胀性粘土（蒙脱石）向非膨胀性粘土（伊利石）转化的数量随深度增加的曲线蒙脱石脱水与流体异常压力的关系（阴影区：蒙脱石大量转化带）——地层压力突变带位于蒙脱石转化带内准噶尔盆地盆参2井粘土矿物转化与异常高压的关系3.流体热增压作用水的压力—温度—密度（比容）的关系曲线正常压力带的三个地温梯度情况下，水的比容与深度关系•水热增压作用促使流体运动的方向：是从地温高的地区向地温低的地区运动，即从深处向浅处，从沉积盆地的中心向边缘运移。•烃源岩干酪根生烃过程孕育了排烃的动力，干酪根形成的大量油气和水体积大于原干酪根体积。这些流体不能及时排出时——Pf增大——异常压力排烃作用。•甲烷等气体的形成对Pf和排烃影响最大。使烃源层Pf↑↑，以致产生微裂缝——排烃。4、有机质的生烃作用关于甲烷等气体的生成★•由固态高分子量的Kerogen→气态小分子量的：CH4、CO2等，孔隙流体V↑↑。•随D↑、T↑，气体膨胀系数是油的4倍，是水的20倍，是岩孔的800倍。•埋藏较浅时：大部分气体以分子扩散或者溶于水形成逸散到地表。小部分于储层适当部位聚集起来，排替水，形成气藏。这对Pf影响不大。随Z↑、T↑，Kerogen→成熟~过成熟阶段，此时，产生的CH4及其它气体量大，而孔隙水已被气体饱和，大部分呈游离气。这不但占据孔隙空间，还会阻塞水流通道，使水排不出去。渗析作用是在渗透压差作用下流体会通过半透膜从盐度低方向向盐度高方向运移，直到浓度差消失为止的过程。含盐量差别越大，产生的渗透压差也越大。5、渗析作用砂泥岩间互层层组中,泥岩的孔隙度，流体压力和孔隙水含盐量分布特征•页(泥)岩中水的含盐量与孔隙度成反比：含盐量增加，则孔隙度减小。•含盐量与渗透压力成反比关系：含盐量高则渗透压低。•渗透流体运动方向：从含盐量低流向含盐量高部分。6.其它作用构造应力作用、毛细管压力、扩散作用、碳酸盐岩胶结和重结晶作用•源岩低成熟-未成熟阶段：孔隙和微层理面；•成熟-过成熟阶段：微裂缝为主。•异常高流体压力导致源岩形成微裂缝。——较大孔隙、微层理面、构造裂缝与断层、微裂缝、缝合线、有机质或干酪根网络。三、油气初次运移的通道干酪根生成烃类过程中，微裂缝的形成与烃类的注入（据Ungerer等,1983)异常高流体压力能导致烃源岩形成微裂缝。当流体压力超过静水压力的1.42～2.4倍时，岩石就会产生裂隙。这种微裂缝具有周期性开启与闭合特点。含有有机质粘土加压实验，表示微裂缝对油气运移的影响四、初次运移的主要时期和距离石油：有机质热演化成熟阶段天然气：多期，大量生气之后排烃门限：达到排烃所需的饱和度1、初次运移的主要时期•排烃有效厚度：烃源岩中的油气能有效排出的厚度。•只有与储集层相接触的一定距离内生油层中的烃类才能排出来。•生油层有效排烃厚度约为28m(上、下距储集层各14m)。•厚层块状泥岩源岩层排烃不利，相当一部分厚度对初次运移排油无效。2、初次运移的距离正常压实排烃模式异常压力排烃模式扩散模式五、油气初次运移模式油气初次运移可以归纳为三个模式：1、未熟－低熟阶段：正常压实排烃模式•源岩层：孔渗性相对较高孔渗性相对较高，孔隙水较多孔隙水较多，油气少油气少，、油气油气可呈水溶状态水溶状态、分散的游离油气滴分散的游离油气滴运移。压实作用压实作用下，油气随压实水流通过连通孔隙和微层理面运移到运载层或储集层中。2、成熟－过成熟阶段异常压力排烃模式•源岩层：孔隙水较少，孔渗性较差孔隙水较少，孔渗性较差，排液不畅，大量油气大量油气—游离状态游离状态。多因素异常高压异常高压排烃主要动力：未产生微裂未产生微裂缝时缝时，油气油气沿孔隙喉道被被慢慢慢慢驱出驱出；若导致微裂缝若导致微裂缝、形成微裂微裂缝－孔隙系统，缝－孔隙系统，油气水以脉冲式、混相涌流脉冲式、混相涌流方式排出。。3、轻烃扩散辅助运移模式气体：短距离的扩散短距离的扩散→最近输导层→其它方式到储层致密的深层储层深层储层和流体高压地层流体高压地层：天然气扩散作用更重要六、排烃方向和烃源岩有效排烃厚度1、排烃方向——取决于剩余流体压力减小的方向2、有效排烃厚度约为28m(上、下距储集层各14m左右)过厚块状泥岩：中部易滞烃阿尔及利亚储集层上覆页岩生油层中烃类、胶质、沥青质含量分布（据B.P.Tissot,1978)•控制排烃的因素分析A、通常优先排出饱和烃，依次为芳烃、非烃。B、同一族分中“轻端优先排出”。C、正烷烃比异构烷烃优先排出。D、生储层接触面积越大，排烃效率越高。E、烃源岩单层不可过厚。定义：进入储层或运载层之后的一切运移。——在储集层内部、——沿断层或不整合面、——油气藏调整和破坏的再运移。油气二次运移：第三节油气二次运移运移环境：运移通道粗，多样，毛细管阻力小，油气以游离相为主，气可呈溶解相一、油气二次运移的相态和流动类型1、二次运移的相态主要：连续油相，连续气相。石油主要呈游离相，少量气溶相和水溶相天然气主要呈游离相，少量水溶相和扩散相运移过程中因温压条件改变，会发生相态变化2、二次运移的流动类型渗流：地层孔隙中流体在压差或势差作用所发生的流动，浮力流：指油气在密度差作用下，在地层孔隙水中的上浮扩散流：流体在浓度差作用下所产生的分子扩散动力：浮力、构造应力、水动力、扩散力阻力：毛细管力、吸附力、水动力二、油气二次运移的动力和阻力1、浮力F浮力＝V（ρw－ρo)g•静水条件下：水平地层，•石油运移临界高度：Zo=[2σ(1/rt－1/rp)]/[(ρw－ρo)g]临界气柱高度：Zg=[2σ(1/rt－1/rp)]/[(ρw－ρg)g]★粒度越细，孔喉越小，油柱上浮所需临界高度越大。★相同条件下，气柱上浮临界高度远小于油柱静水条件：倾斜地层，油柱可向上倾方向运移的临界长度Lo≥[2σ(1/rt－1/rp)]/[(ρw－ρg)g]sinα奇尔曼.A.希尔的一个试验的三个连续阶段，说明浮力的作用与油滴数量的关