第四章.石油和天然气的运移

1第四章石油和天然气的运移第一节概述第二节油气初次运移第三节油气二次运移第四节油气运移的研究方法2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。第一节概述初次运移:油气从源岩层向储集层的运移二次运移:油气进入储集层以后的一切运移4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。5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。6油气运移主要研究内容1.油气在地下是以怎样的形式在什么动力作用下运移的？2.在什么时期进行大规模运移的？3.运移的途径是什么？4.运移的主要方向是怎样的，可能在哪聚集？5.运移的数量是多少，至今还能保存多少。7油气运移的基本方式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。★—渗滤、扩散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。8孔隙介质中油水的分布形式：b-亲油孔隙介质a-亲水孔隙介质亲水介质中残留油的数量比亲油介质中少；油相在亲水介质中的流动却比在亲油介质中难。9一、油气初次运移的相态二、油气初次运移的动力和方向三、油气初次运移的通道四、初次运移的模式五、烃源岩有效排烃厚度第二节油气初次运移10第二节油气初次运移1.水溶相运移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。水溶相运移存在的问题首先是由于液态烃类(石油)大量溶解于水中是比较困难的。而天然气的溶解度较高，可成水溶相运移。一、油气初次运移的相态原油在水中的溶解度随温度的变化112.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。3.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。124、扩散相——轻质油和天然气烃分子扩散的驱动力是浓度梯度，烃分子由高浓度处向低浓度处扩散。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5、初次运移相态演化141.压实作用压实导致孔隙水排出，孔隙度减少，岩石体密度增加。二、油气初次运移的动力和方向砂泥岩互层剖面:流体的运移方向是由页岩到砂岩。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.（1）正常压实流体总体运移特征：☆16欠压实：泥质沉积物在压实过程中因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有效减小，导致孔隙流体承受了部分上覆沉积负荷，流体压力高于静水压力。特征：高孔隙度、超压出现的条件：快速沉积、细粒沉积比率高（2）欠压实•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：18蒙脱石：膨胀性粘土，结构水多，水份体积可占整个矿物的５０％，按重量可占２２％。随埋深增加，结构水脱出，成为孔隙水，由蒙脱石转变为伊利石；蒙脱石脱出的水排挤孔隙原有的流体，产生异常高压，有利于排烃。2.蒙脱石脱水作用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20温度增加时，油气水的体积膨胀，即具有热增容效应。随埋深增加，地温增大，水的密度降低，比容增大，这种膨胀作用促使流体运移，有助于排烃。若处在封闭或半封闭系统，可形成异常高压。3.流体热增压作用21在砂泥岩剖面中，砂岩渗透性好，少异常高压。泥岩流体往往排泄不畅，易产生异常高压。•水热增压作用促使流体运动的方向：从深处向浅处，从盆地中心向边缘22干酪根所形成的油气(包括水)的体积大大增加，新生的流体排挤孔隙中已存在的流体，驱替原有流体向外排出。当流体不能及时排出时，导致孔隙流体压力增大，出现异常压力排烃作用。烃源岩生烃过程孕育了排烃的动力，石油的生成与运移是一个必然的连续过程。4.有机质的生烃作用23图：渗析作用示意图•在渗透压差作用下流体通过半透膜从低盐度区向高盐度区运移，直到浓度差消失为止。•含盐量差别越大，渗透压差也越大。5.渗析作用24含盐量与渗透压力呈反比关系：含盐量高，渗透压力低。渗透流体运动的方向：从含盐量低的部分流向含盐量高的部分。流体从泥岩到砂岩运移。页(泥)岩中从泥岩中部到边部运移。25构造应力作用产生微裂缝，吸附烃解吸，构造挤压应力传递到孔隙流体，流体运移毛细管压力源岩层与储集层界面处，源岩孔喉较小，储集层孔喉较大，两者间存在毛细管压力差，合力方向指向储集层方向。6.其它作用26扩散作用岩性致密和高压地层中对天然气运移有重要作用碳酸盐岩胶结和重结晶作用碳酸盐岩孔隙变小，促使已存在于孔隙中的油气压力增加，导致岩石破裂，油气被排出。6.其它作用7、烃源岩排烃动力演变•中－浅层深度，压实作用为主；•中－深层以异常压力为主。28较大孔隙、微层理面微裂缝构造裂缝与断层缝合线干酪根网络三、油气初次运移的通道29有机质未成熟～低成熟阶段的主要运移途径。•较大孔隙：孔径100nm—最重要的排烃通道。•微层理面：层内沉积物垂向变化的界面，渗透性较好——烃类横向运移的重要途径。1.较大的孔隙与微层理面30微裂缝：指宽度小于100μm的裂隙，大多为10～25μm，是成熟—过成熟阶段的主要运移通道。烃类的生成及其他作用---异常高压---微裂隙---排烃---微裂隙闭合---蓄压—再破裂－再排烃2.微裂缝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。32（1）构造裂缝：——地应力作用下烃源岩中产生的裂缝。张裂缝：宽度一般大于100μm，属毛细管孔径。（2）断过烃源岩的断层也是初次运移的重要通道地震泵效应增强了断层的通道作用。活动断层像插入烃源岩中的吸管。--幕式排烃3.构造裂缝和断层33碳酸盐岩、蒸发岩，特别是含泥质的石灰岩——成岩后生阶段压溶产物，初次运移重要通道。4.缝合线•往往顺层面分布，也有与层面呈斜交或正交。34孔隙、微裂缝、微层理面、构造裂缝、干酪根网络。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，复合通道。三、初次运移的通道四、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36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37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•源岩埋深小，生成油气的数量少，源岩孔隙水较多，部分油气可以溶解在水中呈水溶状态，部分可呈分散的游离油气滴。•在压实作用下，随压实水流，油气通过源岩孔隙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•在成熟－过成熟阶段，有机质大量生成油气，大量油气呈游离状态。•欠压实、蒙脱石脱水、有机质生烃以及热增压作用等各种因素导致孔隙流体异常高压。•高压导致源岩产生微裂缝，油气水通过微裂缝－孔隙系统向源岩外涌出。3、轻烃扩散辅助运移模式气体通过短距离的扩散进入最近的输导层后，即转变为其它方式进一步运移到储层中。轻烃的扩散可以作为一种辅助运移模式。但对于深层储层非常致密，或者处于流体异常高压状态的地层，流体的渗流几乎不可能进行，这时，天然气的扩散作用则显得更为重要。41第一节概述第二节油气初次运移第三节油气二次运移第四节油气运移的研究方法第四章石油和天然气的运移定义：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。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，气可呈溶解相油气二次运移：43一、油气二次运移的相态★主要：连续油相或者气相石油主要呈游离相天然气可呈游离相和水溶相44动力：浮力、构造作用力、水动力阻力：毛细管力、水动力油气二次运移的过程就是这些动力和阻力相互作用的结果。二、油气二次运移的阻力和动力45石油和天然气密度比水的小，因此游离相的油气在水中存在浮力，浮力的大小与油气密度和体积有关。1、浮力—运移动力gVFOW浮力式中：V--油相体积；g--重力加速度；ρw--水的密度；ρo--石油的密度。461、浮力—运移动力浮力的方向垂直向上。在水平地层条件下，油气垂直向上运移至储盖层界面；在地层倾斜情况下，油气则沿地层上倾方向运移。47由于ρw-ρg＞ρw-ρo；所以：★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•水平地层48沉积盆地的地下水动力条件对油气二次运移起着宏观控制作用。•沉积盆地的水动力压实作用——压实水动力（压实驱动）：由盆地中心向盆地边缘、由深处向浅处。重力作用——重力水动力（重力驱动）：由盆地边缘向盆地中心2、水动力•压实水动力：主要来自于盆地内沉积物的压实排水，出现在盆地早期的持续沉降和差异压实阶段和过程中。通常在同一个时期，盆地中心的地层厚、沉积物负荷大，边部地层较薄、沉积物负荷较小，由此产生差异压实水流，其流动方向是由盆地中心向盆地边缘呈“离心流”状、由深处向浅处。——压实流盆地•重力驱动：主要产生于盆地演化的成熟阶段。随着盆地沉降的停滞和进一步的成岩变化，压实作用变得越来越不明显，加上后期的地壳运动使得地层翘倾、褶皱，地层在盆地边缘往往出露并与大气水相通，形成由盆地边缘向盆地中心重力流，并在盆地中心穿层排泄，区域地下水表现为“向心流”的特征。——“重力流盆地”。•滞流盆地：到盆地演化的晚期，盆地地下水基本上处于静水状态，无流体能量交换。——滞流盆地图：背斜地层中水动力与浮力的配合情况及油气运移方向★水流动方向与油气浮力方向一致：水动力为动力；反之为阻力。523、毛细管力-阻力油气二次运移主要是油气在喉道中驱替水而向前运移，必须克服毛细管力。因此，通常情况下，毛细管力是油气二次运移的阻力。★构造作用力为油气二次运移创造了有利条件。4、构造作用力构造作用力：由地壳运动造成的各种地质构造应力。★构造应力促使岩层变形或变位，造成褶皱和断裂，地层发生倾斜，形成裂缝，并驱使地层中的流体发生运移。541.基本通道储集层的孔隙和裂缝：基本通道断层：垂向运移主通道不整合面：侧向运移重要通道三、油气二次运移的通道55（1）含义：是指油气从烃源岩到圈闭过程中所经历的所有路径网及其相关围岩，包括连通砂体、断层、不整合及其组合。油气沿着形态不规则的立体线状输导系统运移2、油气输导体系输导体系类型运载层类型运移主通道影响运移通道的地质因素连通碎屑岩型连通孔隙、微裂隙、层理面储集层输导体系碳酸盐岩型连通溶蚀孔洞、微裂隙储层分布与连通，孔洞缝发育，运载层配置关系张性断层型压扭性断层型断层和构造裂缝断裂输导体系裂缝型构造裂缝断裂性质、发育规模与组合、活动期、断裂带特征、断开地层的泥岩发育程度、与运载层产状关系角度不整合型不整合输导体系平行不整合型连通的溶蚀孔、洞不整合发育规模与分布、剥蚀淋滤程度，不整合面性质，与其它运载层配置关系储集层－断层型连通孔隙、微裂隙、层理面、断层和构造裂缝储集层－不整合型连通孔隙、微裂隙、层理面、连通的溶蚀孔、洞复式输导体系断层－不整合型断层和构造裂缝、连通的溶蚀孔、洞储集层连通孔隙的发育程度、断层与裂缝的性质和发育