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1、长江大学工程技术学院石油资源系,胡 芳,石油地质学,第五章 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,盖层： 阻止逸散,烃源岩： 生烃,储集岩： 储存和渗透,圈闭： 容留场所,聚集成藏,初,初次运移：是指生油层中生成的石油和天然气，从生油层向储集层（或输导层）中的运移。,初次运移的动力因素：,1、压实作用的动力因素 2、热力作用的动力因素 3、烃类及非烃气体生成的作用 4、粘土矿物的脱水作用 5、扩散作用,二次运移相态？,教学目的 掌握油气二次运移的动力 教学重点与难点 油气二次运移的机理及方向,第五章 石油和天然气的运移,第三节 油气二次运移 一、油气二次
2、运移的机理 二、油气二次运移的通道 三、油气二次运移的指向及意义 四、二次运移中油气性质的变化,第三节 油气二次运移,第五章 石油和天然气的运移,油气二次运移：是指油气脱离生油岩后，在孔隙度、渗透率较大的储集层中或大的断裂、不整合面中的传导过程，它包括聚集起来的油气由于外界条件的变化而引起的再次运移。 相态：油气从烃源岩经过初次运移进入渗透岩石之后，就开始了二次运移。由于二次运移的介质环境的改变，主要为孔隙空间、渗透率都较大的渗透性多孔介质，毛细管压力变小，渗透率变大，便于孔隙流体（包括水、油、气）的活动。因此，二次运移中油气一般以连续游离相进行运移，应视为多孔介质中的渗流作用。,油气以具有一
3、定体积的游离相态进入储层： 在表面张力作用下，油气会立即形成油滴/ 气泡。 随着进入储层的油气不断增多, 油滴/气泡将连接合并, 直至其连续高度达到一定值后, 即可在浮力作用下进行运移.,二次运移的不同时期游离相石油的相态有所差异。如果烃类以一定长度的游离油相(线状)离开母岩，进入储层后，空间变大，会立即形成油滴。只有当油气不断进入，小油滴才能汇集成较长的油链。溶解于水或油中的天然气，从深层向浅层运移，或地层抬升后由于温压的降低会从石油中或水中释放，成为独立的气相；深层气溶相运移的石油，到浅层会发生凝析而转变成为油相。,一、油气二次运移的机理,第五章 石油和天然气的运移,二次运移油气质点受 力
4、分析示意图,从物理角度讲，油气二次运移实际上是油气在含水介质中的机械渗流过程。对于单位质量的油气质点受到以下4个力的作用：垂直向下的重力；垂直向上的浮力；水动力和油气在孔隙介质中运移所受的毛细管阻力。,、二次运移的阻力,第五章 石油和天然气的运移,油滴在亲水碎屑岩孔喉中运移示意图,二次运移的阻力即孔隙介质对油气的毛细管力。毛细管力取决于储集层孔隙半径、烃和水界面张力、润湿角。据Schowalter（1979）的资料，温度升高，界面张力降低，二次运移中的岩石，被认为自沉积到成岩都是充满水的，颗粒表面有一,层水的薄膜，因而湿润角可看作为零度，cos=1。当石油经过孔隙系统时，油滴要发生变形，在油滴
5、两端的毛细管压力差即为真正的毛细管阻力。 Pc= 2( 1/t-1/p),油滴上下两端的毛管压力分别为： Pp=2cos/rp（孔隙中的毛细管压力，方向向上） Pt=2cos/rt（喉道中的毛细管压力，方向向下） rp为孔隙半径，rt为喉道半径，为油水界面张力。,只有得到能克服这一差值的外力油珠才能通过喉道。这种外力可以是浮力，也可以是各种原因造成的水压力。,、二次运移的浮力,第五章 石油和天然气的运移,浮力是阿基米德浮力。石油地质学中常将浮力与重力同时考虑，并将浮力与重力的代数和称为净浮力。故石油质点的净浮力可用下式表示。 Fr= -w/og + g = -(w-o)/og 对于单位面积（S
6、=1）的高度为Z的油柱（丝），净浮力( Fr) 为： Fr= -Z（w-o)g 式中水、油的密度（w和o）与g都是相对固定的，因而连续油柱高度（Z）大到一定的程度，净浮力才能克服毛细管阻力而使石油运移。伯格（1975）提出下式来确定石油上浮的临界高度(Zo): Zo=2( 1/t-1/p)/（w-o)g,质点的体积为1/o,Fr Pc= 2( 1/t-1/p),第五章 石油和天然气的运移,当储层底部的油在浮力以外的力（如油气从生油层初次运移排出时的压力）的作用下积累到油柱高度Z大于Zo时，石油就能上浮，否则不能上浮。当地层倾斜时，浮力将分解成垂直层面和平行层面两个分力，后者将推动石油沿地层上倾
7、方向运移。,由储集层底部进入的石油，有些因受毛管压力所阻停留在底界面上 。当石油积累到一定厚度足以克服毛管压力时即上升到储层顶面，这个积累过程需要浮力之外的外力（如油气从生油层初次运移排出时的压力）。,倘若储层发生倾斜，则当石油积累到临界长度时，便可依靠沿储层上倾方向的浮力之分力克服阻力（毛管压力）朝储层上倾方向移动 。,、水动力,第五章 石油和天然气的运移,在背斜中浮力与水动力合力,二次运移是在含水的渗透层中进行的，当含水储层的供水区与泄水区之间存在高差时，水将沿位能下降方向发生移动，油气将受到水动力的作用。推动单位质量石油质点运移的水动力值等于： Fo=w/oEw,净浮力和水动力的矢量和(
8、Eo)是油气动移的动力。即合力： Eo = -(w-o)/og + w/oEw 其大小决定了油气二次运移的可能性、速率和方向。,当水动力（倾斜岩层中水动力的垂直分力）与浮力方向一致时，水动力起到增加浮力的动力作用；当它与浮力方向相反时，水动力减少油体浮力，起到阻力作用。在水平储层中，水动力方向与浮力方向垂直，当油体上浮至顶面为盖层封闭时，浮力的作用消失，此时油体主要靠水平方向的水动力驱动，当水动力大于毛细管阻力时，油气则沿水动力方向在储集层中运移。,第五章 石油和天然气的运移,第五章 石油和天然气的运移,油气的二次运移首先必须具有一定的油气饱和度，只有当油气饱和度大于临界油气饱和度时，才有相对
9、渗透率和有效渗透率。其次，油柱必须大于临界油柱高度，具有足够的浮力和水动力来克服毛细管阻力。 静水条件，油体上浮的条件是: Fr Pc 动水条件，油体运移的条件是： Fr+Fo Pc 当Fr+Fo = Pc时，油气产生聚集。 因此，当水由高势区向低势区流动时，油气也在其力场强度的作用下自发地从油气的高势区向低势区渗流，油气存在势差是二次运移的动力源。,Fr：净浮力 Pc：毛细管阻力 Fo：水动力,二、油气二次运移的通道,第五章 石油和天然气的运移,1、孔隙系统,2、断层和裂缝面,断层既可作为油气的遮挡条件而造成断层圈闭，也可成为油气二次运移的通道，特别在穿层和垂向运移中具有独特的作用。,渗透性
10、岩石的孔隙系统是最广泛、最基本的二次运移通道。在静水条件下，油气微滴可能从渗透性岩层底部向顶部累积，当累积到一定数量后，便可在层内发生侧向的顺层运移。,第五章 石油和天然气的运移,3、裂缝系统,4、不整合面,不整合面分布具有区域性，故它对于油气作远距离运移具有特别重要的意义。它能把不同时代、不同岩性的地层勾通起来。 因此，是垂向穿层运移的重要通道。,裂缝系统对于改善孔隙间的连通性和渗透性，尤其对于改善 致密岩石的渗透性具有重要意义。构造裂缝边缘平直，具有一定 的方向和组系，往往不受层面限制，延伸较远，是穿层运移的主 要通道；成岩裂缝的特点是受层理限制，多平行层面，形状不规 划，缝面有弯曲，是储
11、集层内运移的重要通道。碳酸盐岩中裂缝 是重要的二次运移通道。,不整合面作为二次运移通道,石油主要来自玛湖凹陷的P1-2源岩，侧向运移距离可达6070km。,三、油气二次运移的指向及意义,第五章 石油和天然气的运移,机理：油、气、水的力场分布对油气二次运移的方向起着直接控制作用。油气势差是二次运移的动力源。油气二次运移的方向取决于这三个力的合力。 大方向：油气质点所受到的主要动力是浮力或浮力和水动力的合力。在含油气盆地中，如果在静水条件下，油气主要沿着浮力方向运移，在动水条件下，则沿着浮力和水动力的合力方向，所以油气二次运移总的来说是垂直向上的，当受到遮挡时，则沿着上倾方向。在沉积盆地中，生油区
12、一般位于凹陷的最深处，与之相邻的斜坡和隆起是二次运移的主要指向。,第五章 石油和天然气的运移,小方向：具体的运移路线是沿着各种通道的最小阻力方向，它受储层的岩性变化、地层不整合以及断层分布等因素的控制和影响。因此，位于凹陷附近的隆起带及斜坡带，特别是长期继承性隆起带中良好储层常常控制着油气的初始分布。 有利含油远景区：隆起带的高点、断层两侧、不整合面上下、大型储集体系分布区。 注意：构造运动常可使地层发生褶皱断裂，改变其原有产状，引起油气的再分布。掌握盆地构造现有格局和历史发展，可以预测油气的区域分布。当然油气在地下的运移过程是一个相当复杂的过程，特别是对于经历多期构造运动，油气产生多次再分布
13、的盆地，油气的分布也是相当复杂的，要具体情况具体分析。,第三节 二次运移,地下流体势及油气二次运移的方向,基准面,ZA,Z2,ZB,ZC,ZD,.,.,.,.,测势面,Hubbert (1950, 1953): 势 单位质量流体所具有的 机械能的总和:, = gZ +,即 势 = 位能+压能+动能,对于不可压缩流体(如水), 有: = gZ + P/ + q2/2,地下储集层中的流体一般流速很小, 其动能可忽略不计, 于是有:, = gZ + P/,Z 该点流体相对于基准面(任意选定)的高程; P 该点的流体压力: P =gh,故 = gZ + P/ = gZ + gh/ = g (Z+h),
14、地下某点流体所具有的势就等于将单位质量的该流体从基准面移动到测势面所作的功.,第三节 二次运移,基准面,ZA,Z2,ZB,ZC,ZD,.,.,.,.,测势面,在本例中: A = g (ZA + hA) B = g (ZB + hB) C = g (ZC + hC) D = g (ZD + hD),因为 (ZA + hA) (ZB + hB) (ZC + hC) (ZD + hD) 所以 A B C D,故,水从 A 点流向 D点.,即,水从高势区向低势区流动,第三节 二次运移,w = gZ + P/w o = gZ + P/o g = gZ + P/g,一般认为油是不可压缩的(密度不随压力变化
15、), 在压力变化不大的情况下, 气的密度也可以视为常数. 从而可将水势、油势、气势分别写为：,令: w /g = hw(水头) o /g = ho(油头) g /g = hg(气头),w = ghw o = gho g = ghg,则：,地下油气运移的总规律：从低油（气）势区向高油（气）势区运移。,静水条件下储集层中油气的高、低势区究竟在哪里？,第三节 二次运移,.,.,A,B,测势面,基准面,ZA,ZB,hB,hA,oA = gZA + PA/o = gZA + wghA/ o = g(ZA + whA/ o ),如图, 考察静水条件下储集层中A、B两点油势的相对大小：,oB = gZB + PB/o = gZB + wghB/ o = g(ZB + whB/ o ),oA- oB =g(ZA + whA/ o )- g(ZB + whB/ o ),由图可知 ZA+hA = ZB+hB, 带入上式:,oA- oB = g(ZA-ZB) (o - w)/ o 0,即 oB oA,结论:,静水条件下, 油气的高势区位于储集层的低部位, 油气的低势区位于储集层的高部位: 油气由低处向高处运移.,第三节 二次运移,二次运移的方向，遵循沿着阻力最小的途径，由高势区向低势区运移这一基本规律。位于生油凹陷内部的隆起区及生油凹陷四周的隆起区和斜坡区, 特别是其
