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1、第一节 油气运移(Petroleum Migration),第三章 油气藏,一、油气运移在油气藏形成中的作用,油气运移与油气生成及油气藏的形成、破坏、再形成过程紧密相联系,油气运移：地下的石油和天然气在自然条件下发生的位置转移,油气运移,油气运移,初次运移（primary migration）：油气从烃源岩向储集层(输导层)的运移。,二次运移（secondary migration）：油气进入储集层后的一切运移。,二、基本概念,油气运移概述,油气聚集,初次运移,二次运移,疏导层,烃源岩,油,气,已形成的油气藏因聚集条件改变而引起油气的再运移（包括在新的位置再聚集或逸出地表散失）。,* 三次运移
2、(dysmigration):,油气运移概述,三、油气运移研究的主要内容,油气运移的机理 油气在运移中所处的相态 促使油气运移的动力 油气运移所循的通道 油气运移的方向 油气运移的时期 油气运移的距离,油气运移路径的追踪 （油气地球化学领域内容） 油气生-运聚的盆地模拟 （综合研究）,初次运移,烃源岩中生成的油气排出烃源岩的过程 发生背景：油气不断生成、烃源岩不断埋藏成岩,一、油气初次运移的相态,两种主要观点： 水溶相态运移 游离相态(油相、气相)运移,1、水溶相态运移,-油气溶解在烃源岩的孔隙水中, 呈水溶液运移.,关键问题: 油气在水中的溶解度,石油 - 地表条件下除芳烃和环烷烃的简单分子
3、(苯、甲苯、环戊烷 等）外, 其余在水中的溶解度很小 - 压力的变化对其溶解度几乎没有什么影响 (Hobson,1985),两种全石油（1，5）和四种拔顶石油（6，3，2，4） 在水中溶解度随温度的变化(拔顶温度为200) （据Price，1976）,温度100后,溶解度开始有较明显增大,但一般也仅为几至数十ppm 即使在180的高温下,溶解度也只有数十至数百ppm 在更高温度下可望石油的溶解度会有较快的增加,但这样的高温已超过了石油能稳定存在的临界温度值, 在石油大量生成的温度范围内，升高温度 对其溶解度的提高只有十分有限的作用,初次运移,物质平衡计算: 根据已知油田的烃源岩的累计压实排水量
4、和石油聚集量算出, 假如这些石油是以水溶相态运移并聚集起来的话, 则要求石油 的溶解度至少应该达到 1000-10000ppm.,因此, (分子)水溶相态不是石油初次运移的主要相态.,* 胶束溶液运移,有机质在生油的过程中会生成一些表面活性物质, 如有机酸等, 其分子的一端为亲油的烃链,另一端为亲水的极性基. 当其在水中达到一定浓度时, 会形成分子聚集体(即胶束), 油被包裹在胶束中呈胶束溶液运移.,问题: 表面活性物质数量太少; 胶束直径过大; 如何“破胶”将油释放出来?,气态烃 - 地表条件下在水中的溶解度相对较大，一般为几十ppm。 - 增大压力可使其溶解度显著提高,初次运移,（ 据 H
5、unt 1979资料）,尽管整个天然气的溶解度随压力的增长没有这样大, 但呈水溶相态运移无疑是天然气初次运移的一种重要方式,由于在石油大量生成的同时天然气也在大量生成,而天然气在油中的溶解度又较大,因此有相当一部分天然气可以溶解在油中被带出烃源岩.,烃类在水中溶解度随碳数增加而减少 （气态烃溶解度明显大于液态烃） （据McAuliffe等,1963-1978）,2、游离相态运移,初次运移,油相运移:,泥质烃源岩随压实的进行,孔隙水不断排出,含水量逐渐减少,且残留的孔隙水中,很大一部分是以氢键固着在粘土颗粒表面的结构水.,随着压实的继续进行和液态烃的不断生成,孔隙内的含油饱和度逐渐增高,而含水饱
6、和度则相应降低. 当含油饱和度达到某个临界值后,石油即可呈连续油相进行运移.,临界含油饱和度,油相运移的高峰是在中等压实阶段. 在早期压实阶段油的相对渗透率低,不利于油相运移; 而晚期压实阶段烃源岩的绝对渗透率低,也不利于油相运移.,初次运移,* 孔隙中心烃网络说,同样建立在随压实作用进行泥质烃源岩的孔隙水大部分成为不动的结构水的基础上.,在成熟阶段的早期,干酪根生成的少量油吸附在干酪根颗粒表面. 随着生成油的数量不断增多, 在烃源岩的孔隙中心形成连续的油相网络(孔隙中心烃网络). 后续生成的油沿着这一烃网络以油相排出烃源岩.,孔隙中心烃网络的形成(据Barker，1979),初次运移,气相运
7、移:,油溶于气,以“气溶”方式运移 要求的条件: 游离气烃的数量远大于液烃的数量; 一定的温压条件 故只可望出现在成熟阶段的晚期(高成熟期)或以生气为主的烃源岩 中 (Waples, 1985),在过成熟阶段, 存在的烃类几乎全为甲烷, 加之烃源岩中的可动水已极少, 因此气相运移可能是唯一的运移方式,初次运移,3、油气初次运移的相态演化,二、油气初次运移的动力和运移方向,（一）压实作用,- 厚度均等的新沉积物层的加载,剩余压力：,横向剩余压力相等,只存在垂向剩余压力梯度：,压实流体的流动方向为垂直向上,初次运移,- 横向厚度变化的楔状新沉积物层的加载,剩余压力：,此外，还有横向剩余压力梯度：,
8、存在垂向剩余压力梯度：,初次运移,宏观上，压实流体运移方向为: 深部浅部，盆地中心盆地边缘,初次运移,在砂-泥岩剖面中, 砂岩和泥岩都会经历压实排水的过程. 但由于泥质沉积抗压性差, 其压实效应相对较强. 因此在压实作用下, 泥质烃源岩中的流体将排向相邻的砂岩层中.,欠压实现象：泥质岩类在压实的过程中, 由于其渗透率难以满足排液速度的要求，孔隙流体不能正常排出，导致其孔隙流体压力高于相应深度的静水压力，形成异常高压。这种现象称为欠压实现象。与欠压实伴生的异常高压可驱使烃源岩中的油气排向相邻的储集层.,（二）欠压实作用（Undercompaction）,欠压实特征：,1 孔隙度异常高,2 流体压
9、力异常高,初次运移,（三）新生流体的增压作用,1有机质生烃作用,干酪根在热演化过程中生成的产物(油/气/水)的增压作用。,Momper（1978）：生成流体的体积超过原始干酪根体积的25%。,2蒙脱石脱水作用,初次运移,蒙脱石: 膨润性粘土矿物, 含大量孔隙水和结构水. 在压实和热力作用下, 将排出其孔隙水和部分结构水.,在烃源岩排液顺畅时, 这种体积膨胀产生的压力将推动油气运移;当排液不畅或受阻时, 促进异常高压形成。,在烃源岩排液顺畅时, 由脱出水产生的压力将推动油气运移;当排液不畅或受阻时, 促进异常高压形成。,初次运移,粘土矿物层,粘土矿物层,水分子,吸水,膨胀,干的膨润性粘土蒙脱石在
10、吸水后体积有时可增大数倍, 伴随体积膨胀产生的压力可高达 50,000kg/m2 !,石油开采: 注水 水敏 建筑工程: 建筑物安全性 水霸工程: 基岩裂缝填堵,（四）流体热增压作用,方向：地温高处地温低处,随着埋深加大、地层温度增加高： 流体受热膨胀 体积增大 层内压力增高流体运动,欠压实段烃源岩层： 水热增压现象较正常压实段更明显。 (含有更多的水),石英的热膨胀率为水的1/15 水的膨胀超过因颗粒膨胀造成的孔隙体积膨胀,初次运移,在三种地温梯度下，正常压力带 水的比容-深度关系图 （据真柄钦次，1974）,（五） 渗析作用,在渗析压力作用下流体会通过半透膜从盐度低向盐度高的方向运移，直到
11、浓度差消失为止。,初次运移,盐度差越大, 渗析压力越大,初次运移,砂页岩互层中页岩的孔隙度、流体压力及孔隙水含盐度分布,泥质烃源岩不同阶段的排烃动力,总结: 中-浅层，压实作用为主要动力； 中-深层，异常高压为主要动力。,（六）烃源岩排烃动力的演变,初次运移,（一）通道-孔隙、微层理面、微裂缝 未熟低熟阶段，通道主要为孔隙、微层理面； 成熟过成熟阶段，通道主要为微裂缝； 1埋深增加，温度升高，流体热膨胀，内压力超过岩石机械强度，产生垂直微裂缝。 2Kerogen热演化生成大量液态烃、CH4等，使生油岩内压力不断增大，产生微裂缝。,初次运移,三、油气初次运移的通道、时期、距离,微裂缝具有周期性开
12、启与闭合的特点。,（二）时期 一般认为, 油气初次运移的主要时期与烃源岩的主生油期相对应。,初次运移,大规模的初次运移只可能发生在油气大量生成的同时或稍后 具备大量运移的环境条件: 烃源岩孔隙相对较大、可动水较少（正常压实时） 含油饱和度很容易达到临界运移值 存在多种引发超压的因素（欠压实、油气生成、粘土脱水、较 高地温),尼日利亚尼日尔三角洲某钻井剖面中孔隙率和 Ch/Co 随深度的变化 与初次运移的关系(据藤田,1977),C烃/C有机碳由下降到回升与孔隙率不随深度增加而降低的深度间段（大致为1,950-2,550m）基本一致。说明此深度间段发生了初次运移。,（三）距离 取决于烃源岩和储集
13、层的接触关系、输导能力。 烃源岩靠近储集层14米左右。 烃源岩的单层厚度并非越厚越好；存在排烃效率最佳的厚度。烃源岩单层厚度为10-20米（30m），砂泥岩互层条件下，排烃效率最好。,初次运移,Tissot（1978）和Barker（1981）提出综合模式： 1烃源岩埋深4000米: 高成熟、过成熟阶段 高成熟阶段，液态烃发生高温裂解，形成大量气态烃，液体溶解在气态烃中以气溶油相运移，气态烃作为运载体。 过成熟阶段烃源岩中的可动水已很少, 干酪根只能生成干气甲烷，天然气呈游离气相运移。扩散模式,碳酸盐岩缺少水来源，压实作用弱，以游离相排出。,油气初次运移的综合模式,二次运移,一、油气二次运移的
14、相态,油气以具有一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.,油气以溶解 状态进入储层: 随温度/压力的降低, 油气将从水中分离出来, 进 而以游离相态进行运移,综上, 油气以游离相态(或最终要转变成游离相态) 进行二次运移,油气在储集层中向上倾方向运移的一般模式图 (据Hobson,1975重绘),二、油气二次运移的主要作用力,二次运移,浮力: 动力 水动力: 动力 或 阻力 毛细管力: 阻力,（一）浮力,由于油、气、水的密度差异而产生。油气与水
15、的密度差越大，所 受的浮力越大。,地层条件下水的密度一般为 1.0 1.2 g/cm3, 油的密度一般为 0.7 1.0 g/cm3, 气的密度一般小于 0.001 g/cm3 。因此同等条件下，气所 受到的水的浮力远大于油所受到的水的浮力。,二次运移,L,S,Z,L,(a),(b),F,F1,F2,在充满水的储集层中, 长度为 L、横截面积为 S 的直立油链 （图a）所受到的阿基米德浮力为：, L S wg,油链受到的重力为：,G L S og,故油链受到的合力（净浮力）为：,FG L S ( w - o )g,作用在单位面积油链上的净浮力为：,F = L( w - o )g,当同一油链在倾
16、角为 的倾斜储集层中顺层展布时（图b）, 所受顺层向上的净浮力为:,F1 L S ( w - o )g sin,则沿顺层向上方向, 作用在单位面积油链上的净浮力为：,F1 = Z ( w - o )g,( F1 = F sin ),( Z = L sin ),二次运移,（二）毛细管力,* 在石英固体表面上测得的数据,在充满水的储集层中, 呈游离相态的油气在外力作用下由孔隙挤入喉道时, 其前端必然发生变形, 此时将产生指向油(气)体运移后端的毛管压力差, 力图阻止油(气)体通过. 该毛管压力差可表示为:,Pc = 2 ( 1/rt 1/rp ),(假定储集层为强水湿, = 0, cos = 1),只有当作用于油(气)体的动力能克服该毛管压力差时, 油气才能通过喉道而进入与之相连的下一个孔隙.,二次运移,（三）水动力,
