石油與天然氣的運移改

1、第四章 石油和天然氣的運移（Petroleum migration),油氣運移一一地殼中石油和天然氣在各種自然因素作用下發(fā)生的位置移動。,第四章 石油和天然氣的運移,第一節(jié)：與油氣運移有關(guān)的幾個基本概念,一、基本概念,二、油氣運移的基本方式,滲濾和擴散,第四章 石油和天然氣的運移,１、滲濾是油氣以不同的物理相態(tài)在浮力或其它動力作用下，由高勢區(qū)向低勢區(qū)流動的一種機械運動方式，可用達西滲濾定律來描述。 Q

2、=[K·S· (p2-p1)]/(L·µ) Q-流量, K-滲透率, S-截面積, p2-p1 壓差　L-巖石長度　µ-粘度 2、擴散是分子布朗運動的傳遞過程，擴散速度與濃度梯度有關(guān)，服從費克（Fick）第一定律：　　　　　　J＝－DgradC J——擴散速率；D——擴散系數(shù)；C——物質(zhì)濃度　　擴散方向是從高濃度向低濃度擴散。一般分子越

3、小，越易擴散。所以天然氣的擴散損失要比石油大的多。,三.油氣運移期次 初次運移和二次運移,１. 初次運移(Primary migration）,是指烴源巖中生成的分散狀態(tài)的油氣向烴源巖外排出的過程。這一過程也稱排烴。,第四章 石油和天然氣的運移,２、二次運移(secondary migration),油氣脫離烴源巖后，在孔滲條件較好的多孔或者多裂縫系統(tǒng)內(nèi)的運移。包括：油氣在儲集層中運移，及沿斷裂、裂隙、不整合面等通道的運移。,,第四章

4、 石油和天然氣的運移,油氣初次運移和二次運移示意圖,,第四章 石油和天然氣的運移,四、油氣運移結(jié)果： a.油氣聚集：導(dǎo)致石油和天然氣在儲集層的適當(dāng)部位（圈閉〕的富集，形成油氣藏。 b.油氣藏破壞或改造：導(dǎo)致油氣的分散，使油氣藏破壞油氣重分配或消失。,油氣運移示意圖（據(jù)Tissot等,1978）,1.初次運移2.二次運移3.油氣苗,第四章 石油和天然氣的運移,五、主要研究內(nèi)容,動力條件和運動過程是油氣運移的主要研究

5、內(nèi)容，其目的在于了解油氣運移機制和途徑，直接為油氣勘探服務(wù)。 具體研究內(nèi)容包括：介質(zhì)條件、相態(tài)、動力、阻力、通道、距離、時期、以及在運移過程中的物理化學(xué)變化等。,文本,第二節(jié)　石油和天然氣的初次運移,,,,,,,第四章 石油和天然氣的運移,第四章 石油和天然氣的運移,一、烴源巖的物性特征,油氣初次運移是發(fā)生在烴源巖內(nèi)部的，烴源巖是初次運移的介質(zhì)。因此，烴源巖的性質(zhì)及其物理化學(xué)條件，是影響初次運移的重要外因。,烴源巖特別是泥質(zhì)烴源巖可

6、塑性受壓實作用影響，巖石比較致密、孔隙度比較低，孔隙中的水和新生成的烴類流體要在上覆負荷作用下通過孔隙系統(tǒng)排出來，通常是比較困難的。,1.壓實作用下物性變化,成熟烴源巖的孔隙度一般都在15%-20%以下，可見烴源巖的孔隙直徑是極細小的。,頁巖孔隙度與孔隙直徑的關(guān)系(據(jù)Welte, 1972修改),沉積物比表面是指單位質(zhì)量的沉積物中顆粒所具有的表面積總和，通常以m2/kg表示。 在相同質(zhì)量或同等體積的巖石中，組成的顆粒越細小則比表面

7、越大，對孔隙流體的吸附作用越強。 Hinch（1978）曾對美國灣岸地區(qū)第三系的同體積砂巖與頁巖進和地內(nèi)表面的近似計算表明：頁巖顆粒的內(nèi)表面約為砂巖的8000倍。說明泥質(zhì)巖較砂質(zhì)巖有大得多的比表面。 成熟烴源巖孔隙度小，孔隙極細微，比表面又大，使得孔隙流體的排出非常困難，甚至不可能。這也是人們認為油氣初次運移十分困難的根本原因之一。,2、沉積物比表面,第四章 石油和天然氣的運移,3、巖石的潤濕性　　 潤濕性是指流體附

8、著在固體上的性質(zhì)，是一種吸附作用。 易附著在巖石上的流體稱為潤濕流體（相），反之為非潤濕流體（相）。 如在油水兩相共存的孔隙中，如果水易附著在巖石上，則水為潤濕相，油為非潤濕相，巖石具親水性；反之，則油為潤濕相，水為非潤濕相，巖石具親油性。巖石的潤濕性影響著油氣在其中的運移難易程度，不同的潤濕性造成油水兩相在孔隙中的流動方式、殘留形式和數(shù)量的不同。,第四章 石油和天然氣的運移,在親水巖石中，水會在顆粒表面形成一層薄膜，油

9、被擠到孔隙中心部位形成孤立的油珠。這種油珠可以堵塞孔隙喉道，阻礙流體運移，這種現(xiàn)象稱“賈敏效應(yīng)”。而在親油巖石中，油以薄膜形式附著在孔壁上，成為不能移動的殘余油。親水介質(zhì)中殘留油的數(shù)量要比親油介質(zhì)中少，但油相在親水介質(zhì)中的流動卻比在親油介質(zhì)中難。,,孔隙介質(zhì)中油水的分布形式,巖石的潤濕性取決于礦物組成及流體性質(zhì)。一般認為沉積巖的大多數(shù)為親水的。但對于烴源巖而言，由于本身含有許多親油的有機質(zhì)顆粒，又能在一定條件下生成烴類，因此認為是部分親

10、水，部分親油的中間潤濕。,第四章 石油和天然氣的運移,二、油氣初次運移的相態(tài),兩種主要觀點： ——水溶相 ——游離相（油相、氣相） 1、水溶相運移 ——指石油、天然氣溶解于水中，隨水一起排出烴源巖。,第四章 石油和天然氣的運移,——是初次運移機理中的又一核心內(nèi)容,分子溶液和膠體溶液,分子溶液——石油或天然氣分子完全溶解于孔隙水中成為溶液狀態(tài)進行初次運移。主要代表Admas(1903)、Lewis(1924

11、)、Baker(1960)、McAuliffe(1963～1978)、Price(1976～1989)等。,第四章 石油和天然氣的運移,關(guān)鍵問題：油氣在水中溶解度,石油——地表條件下除芳烴和環(huán)烷烴的簡單分子外，其余在水中溶解度很小。 ——壓力的變化對其溶解度幾乎沒有影響（Hobson,1985）,第四章 石油和天然氣的運移,據(jù)Price,1976,——在石油大量生成溫度范圍內(nèi)，升高溫度對其溶解度提高作用有限,,第四章 石油和天然氣的

12、運移,因此，水溶相不是石油初次運移的主要相態(tài)。天然氣—在地下的溫度和壓力條件下，溶解度增加較大。如果源巖水量多，可能以水溶相為主。,膠體溶液：有機質(zhì)在生成過程中會生成一些表面活性物質(zhì)，如有機酸(R-COOH)等，其分子一端有親油的烴鏈，另一端有親水的極性鍵，極性端因親水而向外，非極性端因親油而向內(nèi)，在膠束中心的親油部分就可以增溶一部分烴類。,第四章 石油和天然氣的運移,當(dāng)其在水中達到一定濃度時，會形成分子聚集體（即膠束），油被包裹在膠

13、束中呈膠束溶液運移。主要代表有Baker(1959)、Cordel(1973)。,第四章 石油和天然氣的運移,存在問題： ——膠束在生油層存在數(shù)量少 ——膠粒粒徑較大，很難通過泥巖的孔隙喉道 ——膠束增溶效果有限等問題。,不是石油初次運移的主要相態(tài)。,2、游離相運移,—油氣呈獨立的油相或氣相從烴源巖中排出。 油相運移——油氣呈游離的油相從烴源巖中滲流排出。,第四章 石油和天然氣的運移,Dickey認為在壓實時石油將呈一種極細

14、但連續(xù)的油絲運移。Magara(1981）認為壓實中期是最有利于油相運移的階段。,烴源巖進入壓實的晚期 — 烴類↑，飽和度↑，相對滲透率↑,第四章 石油和天然氣的運移,潤濕相——油氣大量生成時以油潤濕或混相潤濕為主，毛細管阻力較對較小。 臨界含油飽和度——大量油氣生成會其降低。Dickey認為可低到10%，甚至1%以下。再者，生油期間產(chǎn)生的CO2溶解于油中還可以降低石油的粘度，增強其流動性（Momper，197

15、8）。,關(guān)鍵問題：毛細管阻力和臨界飽和度,連續(xù)烴相運移，還包括氣溶于油和油溶于氣的情況。 大量天然氣溶于石油可使石油密度減小，粘度降低，極大地增加石油的流動性和運移能力。在特定的溫度和壓力條件下，液態(tài)烴可溶于氣體之中，氣體溶液運移需要數(shù)十倍于液相的氣體，因此一般只能發(fā)生在深處。,第四章 石油和天然氣的運移,分子擴散是分子本身自由運動的結(jié)果，問題在于從數(shù)量上看擴散作用到底有多大實際意義。Leythaeuser（1980）認

16、為，擴散作用是天然氣運移中的有效方式。而對于液態(tài)烴，擴散作用的實際意義要小得多。,第四章 石油和天然氣的運移,油氣初次運移以連續(xù)的游離烴相為主。目前大多數(shù)學(xué) 者原則上同意連續(xù)烴相運移的觀點并作了進一步的完善和發(fā)展。由原來的通過壓實作用實現(xiàn)排烴發(fā)展為——連續(xù)烴相通過微裂縫排烴。這種觀點又被稱為混相運移，即游離的油（氣）相與水相同時滲流。,3、相態(tài)演變方式,油氣初次運移的相態(tài)，決定于源巖的溫度、壓力、生烴量、孔隙度、溶解度以及巖石的組構(gòu)等

17、條件，也可以說是地下各種物理、化學(xué)因素綜合作用的結(jié)果。因此說油氣初次運移的相態(tài)并非唯一的和萬能的。它主要是隨源巖的埋深和有機質(zhì)類型的變化而變化。Barker和Tissot提出不同埋深以不同方式進行運移的相態(tài)演變方式。,第四章 石油和天然氣的運移,未成熟階段，石油還未大量生成而地層孔隙度又較大，源巖中含油飽和度很低只可能有水相運移；,成熟階段后，生油量大大增加，孔隙度又較小，源巖中的含油飽和度變大以致超過臨界運移飽和度而發(fā)生連續(xù)油相運移；

18、,在較高溫度下，演化進入高成熟的濕氣階段，此時石油可以呈氣溶相運移；,深處石油發(fā)生熱裂解產(chǎn)生大量甲烷氣體，可以產(chǎn)生游離氣相和擴散相運移。,油氣生成和初次運移的幾個連續(xù)的階段示意圖,初次運移相態(tài)隨埋深的演變規(guī)律主要是水溶相—油相—氣溶相。,第四章 石油和天然氣的運移,三、油氣初次運移的主要動力和運移方向,第四章 石油和天然氣的運移,,一般認為：油氣從烴源巖排出的原因是由于烴源巖中存在著——剩余流體壓力?！∈Ｓ嗔黧w壓力是指巖層實際壓力超出

19、對應(yīng)靜水壓力的部分。 流體的流動沿剩余流體壓力減少方向運動?！∫鹗Ｓ嗔黧w壓力因素： 壓實作用、欠壓實作用 、蒙脫石脫水、流體熱增壓、滲析作用和其它作用 。,１、正常壓實,在上覆沉積負荷作用下，沉積物通過不斷排出孔隙流體，如果流體能夠暢通地排出，孔隙度能隨上覆負荷增加而作相應(yīng)減小，孔隙流體壓力基本保持靜水壓力，則稱為正常壓實或壓實平衡狀態(tài)(流體壓力==靜水壓力)。,第四章 石油和天然氣的運移,（一）壓實作用,泥巖與砂巖壓實特征,不

20、同巖性壓實特征不同： 碳酸鹽巖易發(fā)生固結(jié)作用,壓實作用影響少. 泥砂巖變化大，泥巖在2000米內(nèi)孔隙度變化快。砂巖較穩(wěn)定。,第四章 石油和天然氣的運移,正常壓實作用,正常壓實導(dǎo)致孔隙水排出，孔隙度減少，密度增加。,正常壓實作用流體排液過程 　處于壓實平衡沉積物在其層序之上又沉積了新沉積物時，原地層壓力重分配，致使原套地層顆粒重新緊縮排列，孔隙體積進一步縮小，孔隙中流體就要承受部分由顆粒產(chǎn)生的有效壓應(yīng)力，使流體產(chǎn)生

21、了超過靜水壓力的剩余壓力。　　在剩余壓力作用下孔隙流體才得以排出，排出后孔隙流體又恢復(fù)了靜水壓力，沉積物又達到新的壓實平衡?！　　∈Ｓ鄩毫χ话l(fā)生在壓實平衡與達到新的壓實平衡之間的瞬時，所以應(yīng)當(dāng)叫做瞬時剩余壓力。,第四章 石油和天然氣的運移,在一個不斷沉降、不斷沉積、不斷壓實的連續(xù)過程中。正常壓實過程就是：由壓實平衡到瞬時不平衡再到平衡的過程，而孔隙流體壓力則是由靜水壓力到瞬時剩余壓力再到靜水壓力的連續(xù)過程。在這過程中流體不斷排出、孔

22、隙體積不斷減小，如果流體的排出時烴源巖已經(jīng)成熟成烴，即可實現(xiàn)初次運移。,第四章 石油和天然氣的運移,正常壓實作用過程中流體排液示意圖,a 、上覆沉積物厚度相等　剩余壓力的大小: dpl=（ρbo-ρw）g×H只存在垂向壓力梯度： dpl/dH=（ρbo－ρw）g×H/H = （ρbo－ρw）g    一般來講，深部沉積物的

23、剩余流體壓力大于淺處的剩余流體壓力，流體一般是向上運移排出的。,正常壓實作用排液方向,第四章 石油和天然氣的運移,b、如果新沉積物的厚度在橫向上有變化.　　除垂向上存在壓力梯度外，橫向上也存在著壓力梯度：　 　　　dp/dx=（ρbo-ρw）g×(Lo-Ho)/x 壓實流體不僅存在由深向淺運移，同時橫向上也發(fā)生較厚點向較薄點運移。在盆地范圍內(nèi)由盆地中心向盆地邊緣運移。 　通

24、常水平剩余流體壓力梯度遠遠小于垂向上的剩余流體壓力梯度，因此，大部分流體沿垂直方向向上運移，流體沿水平方向運移只有很少一部分。,第四章 石油和天然氣的運移,,第四章 石油和天然氣的運移,c、 砂泥巖互層的層序    由于泥質(zhì)沉積物和砂質(zhì)沉積物的原始結(jié)構(gòu)不同，其抗壓性能也不同，在壓實過程中泥巖孔隙度喪失得快，說明在相同負荷下泥巖比砂巖排出流體多，所產(chǎn)生的瞬時剩余流體壓力比砂巖大， 因此

25、流體運移的方向是由頁巖到砂巖。在砂、泥巖互層的情況下， 泥巖中流體的運移方向既有向上的也有向下的，總是指向砂巖， 砂巖中的壓實流體只能與所排入的壓實流體一起沿砂層做側(cè)向運移。,２、欠壓實作用,欠壓實現(xiàn)象：泥質(zhì)巖在壓實過程中由于壓實流體排出受阻或來不及排出，導(dǎo)致了孔隙流體承受了部分上覆沉積負荷，出現(xiàn)孔隙流體壓力高于其相應(yīng)的靜水壓力的現(xiàn)象。,,欠壓實帶中存著異常高壓，其中流體排出方向是由欠壓實中心向周圍排出。,第四章 石油和

26、天然氣的運移,欠壓實異常高壓，在油氣生成、運移過程中起到重要作用： （1）欠壓實使孔隙流體的排出受到不同程度的延緩，如果流體的排出正好被推遲到主要生油時期，則將對油氣初次運移起到積極作用。 （2）欠壓實還使更多的水較長時期處于高壓下，這有利于促進（？）有機質(zhì)的熱成熟，也有利于油氣在水中的溶解。 （3）欠壓實地層中流體的異常高壓是驅(qū)使油氣進行初次運移的潛在動力，這種異常高壓遠遠超過一般正常壓實地層的

27、剩余壓力，使巖層產(chǎn)生微裂隙，給油氣運移創(chuàng)造更好的條件。 非生油層時，它只能成為最好的壓力封閉蓋層。,第四章 石油和天然氣的運移,油、氣、水受熱的膨脹系數(shù)比顆粒的膨脹系數(shù)大得多，在熱力作用下泥巖孔隙流體體積熱膨脹而增大。在適當(dāng)條件下可及時地排出，促使流體運移；不能及時排出就產(chǎn)生異常高壓，成為油氣初次運移的動力?！　崃ψ饔玫臏囟壬?，還是烴源巖有機質(zhì)降解出更多的烴類，促使初次運移的發(fā)生。溫度升高，有助于解脫被吸附的

28、烴；有助于降低流體粘度；有助于降低油水間界面張力；有助于油氣在水中的溶解等。,第四章 石油和天然氣的運移,各種流體膨脹的體積速率比,（二） 流體熱增壓作用,干酪根熱降解成烴一方面為初次運移提供了物源，另一方面成烴增壓作用也是初次運移內(nèi)部能量的一個重要來源。干酪根在熱降解生成石油和甲烷氣體等烴類的同時，也產(chǎn)生大量的水和非烴氣體（主要是CO2），而這些烴類和非烴類流體的體積大大超過原來干酪根的體積，因此引起頁巖孔隙流體壓力大幅度的提高，使異

29、常高壓進一步增強，這種壓力的增加將導(dǎo)致微裂縫的產(chǎn)生（Hedberg，1980），使石油進入滲透性的載巖和儲集層。  干酪根產(chǎn)生的CO2可以大量溶于石油，從而降低石油的粘度和表面張力，改善石油的流動性，提高排烴效率，有利于油氣運移。另外，飽和有CH4和CO2氣體的孔隙水，在一定的壓力和溫下可以容載更多的烴類以水相方式運移出生油層。 所以說在烴類生成的時候也孕育了排出烴類的動力，石油的生成與運移是一

30、個必然的連續(xù)過程。,第四章 石油和天然氣的運移,（三）成烴增壓作用,（四）粘土礦物的脫水作用,Powers(1959，1967)，Burst(1969)等提出，粘土礦物成巖作用過程中，在熱力作用下蒙脫石轉(zhuǎn)變?yōu)橐晾瘯r，可釋放出粘土礦物結(jié)晶格架水，作為油氣運移的載體。,第四章 石油和天然氣的運移,研究表明達到一定深度的溫度、壓力條件下，蒙脫石向伊利石大量轉(zhuǎn)化釋放出大量的結(jié)合水，同時也引起泥巖體積的突變。含量突變深度與泥巖壓實突變階段的深度

31、一致，約2100-2700米。,蒙脫石脫水與流體異常壓力的關(guān)系（Bruce,1984）,第四章 石油和天然氣的運移,Schmidt研究了墨西哥灣沿岸一口井中膨脹型粘土（大部分是蒙脫石）與非膨脹型粘土（伊利石）的比例。圖中粘土礦物轉(zhuǎn)化率增加的深度大約是3200米，溫度約為3.3℃。地溫梯度也在此處增加，而3200米處又是異常高壓的頂部。因此，脫水與成烴高峰期是能呼應(yīng)的。晚期脫水在關(guān)鍵時刻提供了初次運移的運載工具—孔隙水。水的排出仍主要靠壓

32、實。 當(dāng)然,粘土礦物脫水的意義也是局限的,有的盆地幾乎不含蒙脫石,如威利斯頓含油氣盆地（Dow，1974），碳酸鹽巖生油巖 粘土礦物也很少。,第四章 石油和天然氣的運移,（五）、擴散作用,只要有濃度差就有擴散作用。生油層中含烴濃度比周圍巖石大，烴的擴散方向由生油層指向圍巖，與油氣運移的方向一致，因此它是進行初次運移的一種動力。 擴散作用在物質(zhì)轉(zhuǎn)移方面的效率比較低，但是它受客觀條件諸如溫度、壓力、地層的物性以及有機質(zhì)的

33、成熟度等等的影響比較少。只要有濃度差存在，擴散作用就無時無刻不在發(fā)生，甚至在欠壓實和異常高壓狀態(tài)下也能毫無阻礙地進行。因此，在漫長的地質(zhì)時期中，它仍然是一種不可忽視的動力，尤其是氣態(tài)烴的擴散作用具有更重要的意義。 當(dāng)?shù)貙由盥褡兊卯惓Ｖ旅?、流體的滲流很微弱或停止時，擴散作用幾乎是流體運移的唯一方式，其重要性就更為突出。對初次運移來說擴散作用總是一個積極因素。,第四章 石油和天然氣的運移,輕正烷烴有效擴散系數(shù)與烴分子碳原子數(shù)的關(guān)系

34、,A—H組氣源巖通過標(biāo)準(zhǔn)體積累積的擴散總量與兩個氣田甲烷原始儲量對比圖,擴散系數(shù)與輕烴的碳原子數(shù)是指數(shù)關(guān)系（Leythaeuser，1980～1984)，圖為８組有機質(zhì)類型和成熟度有所差別的氣源巖，按累積擴散量與西加拿大的奇韋爾（Chigwell）氣田和荷蘭的哈令根（Harlingen）氣田的甲烷地質(zhì)儲量對比圖，因此認為輕烴的擴散方式進行初次運移是一種有效過程。,第四章 石油和天然氣的運移,（六）滲析作用,滲析作用是指在滲透壓差作用下流

35、體會通過半透膜從鹽度低向鹽度高方向運移，直到濃度差消失為止 。,,含鹽量差別越大，產(chǎn)生的滲透壓差也越大。Jones計算表明，頁巖與砂巖鹽度相差50000×10-6時，則可產(chǎn)生4.25Mpa的滲透壓差。如果兩者相差150000×10-6時，則可產(chǎn)生22.7Mpa的滲透壓差。,第四章 石油和天然氣的運移,在壓實沉積盆地中，地層水的含鹽量隨深度和壓實作用的增加而增加。由于鹽離子易被頁巖吸附過濾，頁巖孔隙水的鹽度常比砂巖孔隙

36、水高?！　　　　　　　　　№摚啵r中水的含鹽量與孔隙度成反比關(guān)系，即：含鹽量增加，則孔隙度減少?！『}量與滲透壓力之間也成反比關(guān)系。鹽量高則滲透壓力低，反之則高?！　∫虼?，滲透流體運動的方向，是從低含鹽量區(qū)向高含鹽量區(qū)運移。所以滲析作用也能促進烴類從頁（泥）巖向砂巖運移，是烴類初次運移的動力之一。,第四章 石油和天然氣的運移,（七）其它作用,油氣初次運移動力還有構(gòu)造應(yīng)力、毛細管壓力、碳酸鹽巖固結(jié)和重結(jié)晶作用等?！?gòu)造應(yīng)力作用導(dǎo)

37、致巖石產(chǎn)生微裂隙系統(tǒng)，利于解吸作用 、特別對巖性致密的烴源巖和煤系烴源巖的排烴有重要作用。另一方面，側(cè)向構(gòu)造應(yīng)力在導(dǎo)致地層變形過程中，也會有應(yīng)力傳遞到孔隙流體上，從而促使流體運移。,第四章 石油和天然氣的運移,毛細管力的作用一般表現(xiàn)為阻力。僅在烴源巖層與儲層的界面上才表現(xiàn)為動力。由于兩者的毛管壓力差的（合力）指向儲層，從而推動油氣向儲層排出?！√妓猁}巖的固結(jié)和重結(jié)晶作用 使其孔隙變小，可促使已存于孔隙中的油氣壓力增大，最終導(dǎo)致巖

38、石破裂，油氣排出。,第四章 石油和天然氣的運移,促使油氣運移動力多種多樣，烴源巖有機質(zhì)熱演化生烴過程的不同階段，其主要排烴動力有差異?？傮w動力演變特征為：　在中—淺層，壓實作用為主要動力?！≡谥小顚?，異常孔隙流體超壓為主。,第四章 石油和天然氣的運移,（八）烴源巖排烴動力演變,泥質(zhì)烴源巖不同演化階段的排烴動力,未成熟階段：烴源巖成巖作用階段，孔隙度高，原生孔隙水較多，成巖作用以壓實作用為主，生成的生物甲烷氣及少量的未熟、低熟石油在

39、壓實作用下隨水排出?！〕墒熳饔贸跗冢阂虼罅吭紫端慌懦觯鄮r的孔隙和滲透率變小，流體滲流受阻，而此時，有機質(zhì)開始大量生烴，蒙脫石大量脫水，加上高溫流體增壓，迫使油氣水排出烴源巖。　至成熟中期：有機質(zhì)進入生油高峰，粘土大量脫水，新生流體（油氣水）不斷進入孔隙，造成了孔隙壓力不斷增加，形成異常高的孔隙壓力，而這種壓力超過烴源巖的強度時，就會產(chǎn)生微裂縫，在內(nèi)部異常高壓的推動下油氣水不斷涌出烴源巖。所以，此階段的排烴主要動力為異?？紫读?/p>

40、體超壓。它是欠壓實、生烴作用、流體增壓、蒙脫脫水的綜合效應(yīng)。 　高成熟期：生氣高峰，油氣排出主要是氣體生成以及熱膨脹作用導(dǎo)到異常壓力結(jié)果。,第四章 石油和天然氣的運移,四、初次運移的途徑,1、孔隙系統(tǒng)、微層面,油氣初次運移的通道有烴源巖中的孔隙系統(tǒng)、微層面、微裂縫系統(tǒng)。運移方式取決于動力因素。,孔隙系統(tǒng)是油氣初次運移最基本的通道。但由于前述烴源巖孔隙結(jié)構(gòu)特征，以孔隙系統(tǒng)作為通道進行初次運移，也是有條件的。一般在沉積后大量壓實以前，泥質(zhì)

41、烴源巖的孔隙度還較高，滲透性良好，流體排出的動力是剩余流體壓力，油氣以“壓實水流”模式通過孔隙系統(tǒng)排出來。壓實到一定程度后，隨著烴源巖孔、滲性的變差，以孔隙系統(tǒng)作為排烴通道的運移越來越困難。,第四章 石油和天然氣的運移,2、微裂縫排烴,微裂縫系統(tǒng)作為油氣初次運移主要通道的觀點Snarskiy （1961）最先提出，目前日益得到人們的承認。他認為，由于生油巖壓實、巖石彈性變形，再加上溫度和構(gòu)造力的增大，巖層內(nèi)部孔隙壓力可升高到比巖石的壓力

42、大得多，引起巖石破裂和裂隙的擴大。 Pp≥ S3 + K，巖石產(chǎn)生微裂縫； Pf≥ S3 + K，微裂縫延伸和擴展； Pf≥Pp時，油氣運移進儲集層。 因此，微裂縫排烴過程可概括為壓力增長產(chǎn)生微裂縫—微裂縫排出流體使壓力釋放—微裂縫閉合再積累壓力，如此周而復(fù)始，間歇性進行，是一個斷斷續(xù)續(xù)的動

43、平衡、間歇排液過程。,第四章 石油和天然氣的運移,,第四章 石油和天然氣的運移,３、初次運移通道演變　在未熟—低熟階段，運移的途徑主要是孔隙和微層理面；　但在成熟—過成熟階段油氣運移途徑主要是微裂縫。,五、油氣初次運移模式,油氣運移的模式主要有正常壓實排烴模式、異常壓力排烴模式、擴散模式。三者在相態(tài)、動力、途徑均有差異。（一）未熟—低熟階段正常壓實排烴模式 正常壓實的作用下，油氣溶解于水中，呈水溶液隨水一起被壓實出來。

44、介質(zhì)條件：孔隙水較多，滲透率高 驅(qū)動因素：正常壓實作用。 相態(tài)：水溶相和部分游離相態(tài) 通道：孔隙、微層面,第四章 石油和天然氣的運移,（二）成熟—過成熟階段異常壓力排烴模式　介質(zhì)條件：孔隙小，含水少，滲透率低。 動力條件：異常高壓——油氣大量生成、蒙脫石脫水、熱增壓作用等因素。相態(tài)：以游離相為主 排烴過程： a.連續(xù)的過程: 當(dāng)生油巖孔隙網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部壓力還不足以引起巖石產(chǎn)生微裂縫時，如果孔隙喉道不

45、太窄，或因為存在著連續(xù)的有機質(zhì)相和有干酪根三維網(wǎng)絡(luò)而使得毛細管壓力并不太大，那么，油就可以從生油巖中被慢慢驅(qū)出，不需要裂縫存在。在這種情況下，油氣在異常壓力作用下被驅(qū)動應(yīng)是一個連續(xù)的過程。 通道：孔隙、微層面,第四章 石油和天然氣的運移,b.脈沖式: 當(dāng)孔隙流體壓力很高而導(dǎo)致烴源巖產(chǎn)生微裂縫，這些微裂縫與孔隙連接，則形成微裂縫—孔隙系統(tǒng)。在異常高壓驅(qū)動下，油氣水通過微裂縫—孔隙系統(tǒng)向烴源巖外涌出。當(dāng)排出部分流體后，壓力下降，

46、微裂縫閉合。待壓力恢復(fù)升高和微裂縫重新開啟后，又發(fā)生新的涌流。這一階段，油氣水就是以一種間歇式、脈沖式不連續(xù)的方式進行混相涌流。 這兩種連續(xù)油氣運移過程和脈沖式不連續(xù)相運移過程是異常壓力增高過程中的兩個階段，兩者可以相互轉(zhuǎn)化，周期性發(fā)生，且以后者為主。,第四章 石油和天然氣的運移,（三）輕烴擴散輔助運移模式　　輕烴特別是氣態(tài)烴，具較強的擴散能力。盡管這是一種分子運動，效率較低，但在烴源巖中具有普遍性，因些不容忽視?！≡S多學(xué)者（

47、Hunt,1979;Barker,1980;Leythaeuser,1982）認為初次運移的擴散作用發(fā)生在比較短的距離中。但擴散到最近的輸導(dǎo)層、裂隙系統(tǒng)、斷層和所夾儲集透鏡體中后，即可轉(zhuǎn)變成其它方式（水溶相或游離相）進一運移到儲集層內(nèi)?！∫虼?，輕烴擴散作為一種輔助運移模式?！Ψ浅Ｖ旅軆?，或處于異常高壓狀態(tài)的地層，滲流作用幾乎不可能進行，擴散作用尤顯重要。,第四章 石油和天然氣的運移,六、烴源巖有效排烴厚度,一個有含油遠景的地區(qū)

48、必須具備良好的生油條件和有利的初次運移條件，而且必須是油氣生成深度與該層高壓釋放的深度恰當(dāng)配合時，油氣初次運移才能真正實現(xiàn)，才是有效生油巖，否則，就只能生成含瀝青的頁巖，而無法產(chǎn)生真正的生油巖。另外，初次運移方向和排烴的有效厚度是定量評價含油氣盆地的資源遠景必不可少的參數(shù)。因此，研究油氣初次運移出現(xiàn)的深度和時期、油氣初次運移的方向、距離和有效排烴厚度尤為重要。,第四章 石油和天然氣的運移,1、初次運移出現(xiàn)的深度和時期,油

49、氣主生成期是初次運移發(fā)生的最早時間。,第四章 石油和天然氣的運移,具體的時間必須研究初次運移的條件和結(jié)果。,（1）根據(jù)壓實階段確定,早期壓實階段石油尚未生成，重結(jié)晶階段石油難以排出，故最重要的初次運移發(fā)生在晚期壓實階段（青柳宏一和淺川忠(1979)),考慮有利的壓實期（作為排烴期）與主生油期的匹配關(guān)系。因而是建立在“壓實水流模式”的基礎(chǔ)之上的，有其局限性 。,地區(qū)地溫梯度對運移的影響,(2)異常高壓確定： 異常高壓是油氣初次

50、運移的潛在動力。 根據(jù)泥巖壓實歷史，結(jié)合油氣生成史等地球化學(xué)分析可確定油氣初次運移的時間和深度。把孔隙度剖面與地球化學(xué)資料結(jié)合起來，認為含烴量異常即為初次運移。 圖中Ch/Co比值負偏離正常趨勢線的異常段，表示烴含量突然減少，是運移深度段。此法要求沉積剖面有相同的沉積環(huán)境和有機質(zhì)成分。,第四章 石油和天然氣的運移,孔隙度剖面與異常壓力剖面結(jié)合起來判斷，認為在有機質(zhì)成熟后的強壓差帶是初次運移階段。

51、渤海盆地中的幾個凹陷運移期的分析：老第三系大量生油的溫度一般是95～110℃即埋深2700～3200m，此深度又出現(xiàn)了強壓差帶，認為這個深度是初次運移段。有機包裹體是運移期油氣的原始樣品，通過成巖序次的研究，測定有機包裹體形成的溫度，也可確定油氣運移的時間及深度。,第四章 石油和天然氣的運移,第四章 石油和天然氣的運移,（3）根據(jù)有機包裹體確定  有機包裹體是運移期油氣的原始樣品。通過成巖序次的研究，測定有機包裹體形成的溫度，

52、就可確定油氣運移的時間及深度。,2、油氣初次運移的方向、距離和有效排烴厚度,方向：初次運移的方向取決于油氣初次運移的 驅(qū)使因素和通道特征。 烴源巖內(nèi)的孔隙壓差是最重要的驅(qū)使因素，這個壓力差的方向主要是垂向的，側(cè)向變化居次要地位；受最小應(yīng)力S3（一般為水平的）控制的微裂縫方 向也是近垂直的，所以，初次運移的方向主要是垂向的。但實際運移方向常與生、儲組合型式有關(guān)。,第四章 石油和天然氣的運移,排烴距離：取決于上下層段儲層與生油層壓力差

53、的大小及排液通道的暢通情況。當(dāng)生油層較厚時，中間流體不能及時排出，油氣滯留于生油層中。蒂索和威爾特（1971）對阿爾及利亞泥盆系生油巖研究，發(fā)現(xiàn)只有距儲層上下各14m的距離內(nèi)能運移出去。也就是說烴源巖排烴的有效厚度為20～30m，如果在厚的生油層中有許多砂巖夾層，將大大增加排烴的有效厚度。,排烴效率：是指烴源巖排出烴的質(zhì)量與生烴的質(zhì)量百分比。烴源巖中排出油氣的效率是很低的。,一個獨立生油層段的壓力—深度曲線示意圖,第四章 石油和天然氣的

54、運移,第三節(jié)  石油和天然氣的二次運移,油氣二次運移：是指油氣脫離生油巖后，在孔隙度、滲透率較大的儲集層中或大的斷裂、不整合面中的傳導(dǎo)過程，它包括聚集起來的油氣由于外界條件的變化而引起的再次運移。,第四章 石油和天然氣的運移,一、二次運移的相態(tài)     二次運移的介質(zhì)環(huán)境：主要為孔隙空間、滲透率都較大的滲透性多孔介質(zhì)，毛細管壓力變小。,第四章 石油和天然氣的運移,綜上：連續(xù)游離相

55、運移 儲層滲透率高—視為多孔介質(zhì)中的滲流作用。,——油氣以游離相態(tài)進入儲層： 油氣 表面張力 油滴、氣泡 油柱(鏈) 運移,,,,—以溶解狀態(tài)進入儲層 溫度、壓力降低，油分離成游離相態(tài)運移,第四章 石油和天然氣的運移,油氣在儲集層中向上傾方向運移的一般模式,A→B→C→D,第四章 石油和天然氣的運移,二、油氣二次運移的主要動力,,浮力：動力,水動力：動力或阻力,毛細管力：阻力,運移的方向

56、：取決于三者合成方向,二次運移油氣質(zhì)點受力分析示意圖,1、二次運移的浮力,,石油地質(zhì)學(xué)中常將浮力與重力同時考慮，并將浮力與重力的代數(shù)和稱為凈浮力。單位體積凈浮力可表示為：　　Fr= -ρog +ρw g =(ρw-ρo)g    對于面積為S 高度為L的油鏈（絲），凈浮力( Fr)為： 　 Fr= = L-S（ρw-ρo)g當(dāng)?shù)貙觾A斜時，浮力將分解成垂直層面和平行層面兩個分力。所受順層向上

57、凈浮力為： 　 　Fr＝LS(ρw-ρo)gsinα(油鏈在傾角為α的傾斜儲集層展布),第四章 石油和天然氣的運移,2、二次運移的毛細管力,,油滴在親水碎屑巖孔喉中運移示意圖,二次運移的阻力即孔隙介質(zhì)對油氣的毛細管力。毛細管力取決于儲集層孔隙半徑、烴和水界面張力、潤濕角。據(jù)Schowalter（1979）的資料，溫度升高，界面張力降低，二次運移中的巖石，被認為自沉積到成巖都是充滿水的，顆粒表面有一,層水的薄膜，因而濕潤角可看作為

58、零度，cosθ=1。當(dāng)石油經(jīng)過孔隙系統(tǒng)時，油滴要發(fā)生變形，在油滴兩端的毛細管壓力差即為真正的毛細管阻力。    　　　　　　　 △Pc= 2σ( 1/γt-1/γp),第四章 石油和天然氣的運移,,當(dāng)儲層底部的油在浮力以外的力的作用下積累到油柱高度Z大于Zo時，石油就能上浮，否則不能上浮。當(dāng)?shù)貙觾A斜時，浮力將分解成垂直層面和平行層面兩個分力，后者將推動石油沿地層上傾方向運移。,第四章 石油和天然氣的運移,

59、第四章 石油和天然氣的運移,當(dāng)儲集層的供水區(qū)和泄水區(qū)之間存在高差時，測勢面發(fā)生傾斜，水將沿測勢面降落方向流動。由水的流動產(chǎn)生的壓力即水動力。,圖中，作用在油鏈上水動力可表示為：Fc＝ρwg△h,式中：ρw－地層水密度△h－油鏈兩端的水頭差,３、水動力,,在背斜中浮力與水動力配合的情況,第四章 石油和天然氣的運移,水動力方向與浮力方向相反，為油鏈運移阻力水動力方向與浮力方向相同，為油鏈運移動力,二次運移能否進行，取決于浮力與毛細管阻

60、力的相對大小，以及水動力的存在與否及其大小與方向,,第四章 石油和天然氣的運移,靜水條件，油鏈運移的條件是: Fr ＞ Pc 動力條件，油鏈運移的條件是： Fr ± Fc ＞ Pc當(dāng)Fr ± Fc= Pc時，油氣產(chǎn)生聚集。,,第四章 石油和天然氣的運移,要達到油氣運移這些條件１、油氣必須具有一定的飽和度，只有當(dāng)油氣飽和度大于臨

61、界油氣飽和度時，才有相對滲透率和有效滲透率。能以滲濾方式運移。２、油氣須有一定的高度。具有足夠的浮力和水動力來克服毛細管阻力。,綜合各種動力情況，油氣柱高度可用下式來表達——這一高度也稱為臨界油氣高度。,三、油氣二次運移的通道,1、孔隙系統(tǒng),2、斷層和裂縫面,斷層既可作為油氣的遮擋條件而造成斷層圈閉，也可成為油氣二次運移的通道，特別在穿層和垂向運移中具有獨特的作用。,滲透性巖石的孔隙系統(tǒng)是最廣泛、最基本的二次運移通道。在靜水條件下，油

62、氣微滴可能從滲透性巖層底部向頂部累積，當(dāng)累積到一定數(shù)量后，便可在層內(nèi)發(fā)生側(cè)向的順層運移。,第四章 石油和天然氣的運移,3、裂縫系統(tǒng),4、不整面合,不整合面分布具有區(qū)域性，故它對于油氣作遠距離運移具有特別重要的意義。它能把不同時代、不同巖性的地層勾通起來。 因此，是垂向穿層運移的重要通道。,裂縫系統(tǒng)對于改善孔隙間的連通性和滲透性，尤其對于改善致密巖石的滲透性具有重要意義。構(gòu)造裂縫邊緣平直，具有一定的方向和組系，往往不受層面限制，延伸較

63、遠，是穿層運移的主要通道；成巖裂縫的特點是受層理限制，多平行層面，形狀不規(guī)劃，縫面有彎曲，是儲集層內(nèi)運移的重要通道。碳酸鹽巖中裂縫是重要的二次運移通道。,第四章 石油和天然氣的運移,四、油氣二次運移的主要方向和距離,機理：油、氣、水的力場分布對油氣二次運移的方向起著直接控制作用。油氣二次運移的方向取決于這三個力的合力。 大方向：油氣質(zhì)點所受到的主要動力是浮力或浮力和水動力的合力。在含油氣盆地中，如果在靜水條件下，油氣主要

64、沿著浮力方向運移，在動水條件下，則沿著浮力和水動力的合力方向，所以油氣二次運移總的來說是垂直向上的，當(dāng)受到遮擋時，則沿著上傾方向。在沉積盆地中，生油區(qū)一般位于凹陷的最深處，與之相鄰的斜坡和隆起是二次運移的主要指向。,第四章 石油和天然氣的運移,1、力場特征與油氣運移指向,小方向：具體的運移路線是沿著各種通道的最小阻力方向，它受儲層的巖性變化、地層不整合以及斷層分布等因素的控制和影響。因此，位于凹陷附近的隆起帶及斜坡帶，特別是長期繼承性隆

65、起帶中良好儲層常常控制著油氣的初始分布。 有利含油遠景區(qū)：隆起帶的高點、斷層兩側(cè)、不整合面上下、大型儲集體系分布區(qū)。 注意：構(gòu)造運動?？墒沟貙影l(fā)生褶皺斷裂，改變其原有產(chǎn)狀，引起油氣的再分布。掌握盆地構(gòu)造現(xiàn)有格局和歷史發(fā)展，可以預(yù)測油氣的區(qū)域分布。當(dāng)然油氣在地下的運移過程是一個相當(dāng)復(fù)雜的過程，特別是對于經(jīng)歷多期構(gòu)造運動，油氣產(chǎn)生多次再分布的盆地，油氣的分布也是相當(dāng)復(fù)雜的，要具體情況具體分析。,第四章 石油和

66、天然氣的運移,2、 流體勢與油氣二次運移方向,第四章 石油和天然氣的運移,Hubbert定義：　單位質(zhì)量的流體具有的機械能的總和為流體勢,,即 勢＝位能＋壓能＋動能,地下儲層中流體流速低，動能可忽略: Ф ＝gz+P/ρ,Z—測點相對于基準(zhǔn)面高程；P—測點流體壓力；P＝ ρgh；ρ—流體密度 　　　　　　故 Ф＝g(Z+h),第四章 石油和天然氣的運移,對A點： ФA＝g(ZA+hA)同理，可得其它各點為勢,可以得出：Ф

67、A> ФB >ФC> ФD　水從A點流向D點,結(jié)論：水從高勢區(qū)低勢區(qū)流動,第四章 石油和天然氣的運移,第四章 石油和天然氣的運移,一般認為油是不可壓縮的，在壓力變化不大的情況，氣的密度也可視為常數(shù)，從而可將水勢、油勢、氣勢分別寫為：,五、二次運移中油氣性質(zhì)的變化,,二次運移中，石油的高分子量成分以及極性成分易被礦物表面吸附，輕烴和無極性成分可自由通過。色層效應(yīng)的結(jié)果使石油的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)、卟啉及釩鎳等重金屬減少，輕組分

68、相對增多，在烴類中烷烴增多，芳烴相對減少，烷烴中低分子烴相對增多，高分子烴相對減少。表現(xiàn)為密度變小、顏色變淡、粘度變小。,1、色層效應(yīng),酒泉盆地老君廟背斜帶油氣運移的方向,第四章 石油和天然氣的運移,2、氧化作用,二次運移中依具體介質(zhì)環(huán)境的變化，還可發(fā)生脫氣、晶出等其他效應(yīng)。特別值得注意的是氧化作用，它可使石油的膠狀物質(zhì)增加，輕組分相對減少，環(huán)烷烴增加，烷烴和芳烴相對減少，密度、粘度也隨之加大，其效果大致與色層效應(yīng)相反。不過二次運移中