天然气的运移和聚集

第三讲 天然气的运移和聚集•油气运移和聚集是油气成藏机 理研究的核心内容•天然气的运移和聚集在遵守石 油运移和聚集的一般原理的同 时，还具有其特殊性课前回顾：油气运移和聚集的一般原理• 油气从源岩到圈闭的运移阶段 • 油气运移的基本相态 • 油气二次运移的条件 • 油气二次运移方向的影响因素 • 有效圈闭 • 油气藏的成因分类 • 油气藏破坏与次生油气藏第三讲 天然气的运移和聚集一、天然气和石油物性比较 二、天然气的扩散在天然气运聚中的作用 三、天然气在地下水中的溶解及析出与天然气的运聚 四、水动力在天然气运聚中的作用 五、天然气成藏要素有效性评价 六、天然运聚时期的确定一、天然气和石油物性比较聚集效率： 10-15（25）%； 〈1%二、天然气的扩散作用•天然气扩散机理 •扩散系数影响因素 •扩散量计算模型 •天然气从源岩到储层的扩散运移 •扩散对天然气藏的破坏1、天然气扩散机理扩散作用是物质在浓度梯度的作用下， 自发地发生的从高浓度区向低浓度区转移， 以达到浓度平衡的物质传递过程动力：浓度差；由气体分子热运动引起运动的方向：从高浓度区向低浓度区：烃源岩 储集层气藏内 气藏外形式：分子状态——很小的孔隙就可以通过扩散的特点实测扩散剖面•从源岩向上浓度变小 •与分子大小有关2、扩散系数扩散系数与分子大小有关温度对扩散系数的影响扩散系数与介质性质、环境温压有关介质对扩散系数的影响甲烷在岩盐和膏盐中的扩散系数要比在泥岩中小100倍孔隙对扩散有影响• 孔隙结构 –Deff=Dfluid/孔隙度例如，准噶尔腹部彩25井盖层实 测数据拟合关系：D=4x10-8（z）-7x10-10• 理论基础 –Fick第一和第二定律 • 扩散模型 –半无限空间介质模型 –单层模型 –多层生储盖组合模型3、浓度分布（场）和扩散量计算1）半无限空间介质模型 • 边界条件： –扩散介质无限厚，初始浓度一定 – 源的初始浓度不变（扩散损失瞬间得到补偿 ） –充分远处，浓度为0数学表达：u/t=D•2u/2xu|t=0=C0u|x=0=Clu|x=0 扩散量：Q(t)=2(Cl - C0 )(D • t/ ) 2）单层模型C0LCl3）多重生储盖组合模型 物质连续性方程边界条件和初始条件四川盆地磨14井天然气 扩散数值模拟结果4、天然气从源岩到储层的扩散运移基于单层扩散模式储层浓度 浓度变化初期储层中甲 烷在烃类的相 对含量高，随 着时间推移， 甲烷的相对含 量逐渐减低。

通过扩散运移，储层 天然气组分相对含量 变化示意图1）7种不同烃源 岩：有机质类型 、丰度、演化程 度不同；2）气源岩厚度 100m，面积 1000km2，没有继 续生烃；3）模型假设： 甲烷进入储层后 立即离开（源岩 顶部浓度为0）{不同的烃源岩初次运移扩散量浓度平衡时，D 与F源岩扩散量 达到中型气田的 储量规模扩散在初次运移中的作用模式5、扩散对气藏的破坏• 气藏中的气会因扩散作用而导致破坏 • 扩散破坏作用是永恒的 –问题： • 破坏需要多长时间 • 气藏形成条件——物质平衡模拟实例：采用模型：单层扩散储量 20亿立方米的气田( D. Leythaeuser,1982)盖层 储量减少一半所需要的时间400m 4.5Ma300m 2.7200m 1.3100m 0.4扩散致使大气田成为小气田－鄂尔多斯盆地刘家庄气田刘家庄气田在鄂尔多斯盆地西缘断折带上，是个储量仅 有1.9×108m3的小气田，但在近50Ma前是个储量454.9×108m3 的大气田。

由于近50Ma中扩散散失天然气量相当于该气田目 前储量的266倍而成为小气田松辽盆地昌德气藏天然气扩散散失时间及扩散量昌德气藏目前地质储量117.08×108m3气藏从泉头组沉积末期气藏形 成至今125.1Ma扩散损失气量共205.47×108m3，是目前储量的175.5%，也 就是说该气田在泉头组末期形成是个储量为322.55×108m3的大气田，由于 扩散而目前只是个中型气田启示：1、天然气成藏是一个运聚动平衡过程 2、天然气要聚集成藏前提：供应量〉扩散量模拟的地质储量 （未包括其它破坏方式）v 崖13—1气田天然气散失率为 282.0×108m3/Ma, v天然气补充速率为535.7×108 m3/Ma,v补充量大于散失量，因此崖13- 1气田仍处于储量递增期 推论：– 形成年代古老的气藏如果没有持续的天然 气供应将会散尽而被破坏 • 长期有效的天然气供应 – 天然气藏形成晚 • 扩散数量少，还没有被完全破坏中国主要大中 型气田成藏晚• 成藏时期较 晚，绝大部 分在晚第三 纪和第四纪 ，散失时间 短，散失量 小，大量天 然气得以保 存下来扩散与天然气藏的形成、保存与破坏——小结• 天然气可以通过扩散发生初次运移，但并不是高效 率的方式，需要改变成其它运移方式才有助于成藏 • 气的聚集是动态的，供给量需大于散失量 • 扩散对气藏的破坏是永恒的。

早期的气藏，因扩散 而多被破坏，聚集时间较晚的气藏才可得以保存， 即天然气具有晚期成藏特点 • 盖层对气藏保存具有特别重要地位烃源岩作为气 藏上覆盖层时，可以阻止气藏的扩散破坏；岩性细 （孔隙小，少）、地层厚度大对气藏保存有重要意 义 • 天然气扩散对气藏破坏是必然的，但其破坏的效率 远远低于渗流破坏；盖层的渗漏和通过断层的渗漏 是最需要重视的推荐文献阅读1、Molecular diffusion of light hydrocarbons in sedimentary rocks and its role in migration and dissipation of natural gas.Kross,B.M.,and D. leythaeuser,1996AAPG Memoir 66, p.173-1832、扩散在石油初次运移中的作用英文：AAPG,1982, Vol.66, No.4 P408-429.中文：油气运移译文（2），1987. 石 油工业出版社，p56-663、四川盆地油气保存与破坏的地质研究，国家“八五”攻关 成果，四川石油管理局，1995三、天然气在地下水中的溶解 及析出与天然气的运聚• 水溶相是天然气运移的重要相态之一； • 气体呈水溶相存在是一种天然气资源； • 从水溶相到游离相是纯气藏的形成模式 之一。

1、天然气在水中有较高的溶解度• 亨利公式及溶解系数压力是影响溶解度关键的因素温度对天然气溶 解度的影响因素• 以80度为界水型和矿化度的影响随矿化度增 加而变小与水型有关天然气溶解度与温度、矿化度、压力 的定量统计关系对资源评价意义：1）计算溶解气量2）计算脱气量 高溶解度的地质意义 1）成为重要的水溶相运移方式 2）成为一种资源——水溶气2、天然气从水溶状态析出的条件–地下水向上流动，使压力降低 –地壳运动使含水层抬升，使含水层压力降 低 –地下水区域泻水面下降 –温度下降 –水的矿化度增大3、从溶解相到游离相是天然气成藏的一种模式• 在中浅层，孔隙水较多，生成的气被溶解， 以溶解状态储存在地层水中，随后经过各种 地质因素的改变，导致水层压力降低，气体 从水中释出，运移到合适的圈闭中聚集成藏 •水溶释放成藏实例 •阿拉新和二站两个气田获得 的水溶释放气量约为 11.35×108ｍ3,去掉途中吸附 损失量(2.75×108ｍ3),有效水 溶释放气量约为8.6×108ｍ3, 约占其储量的18.64%,深度1200m， 压力13.2MPa、 温度55oC、 矿化度150000ppm 溶解度2.105m3/m3深度1000m， 压力11.0MPa、 温度45oC、 矿化度80000ppm。

溶解度1.676/m3深度500m， 压力5.5MPa、 温度25oC、 矿化度50000ppm 溶解度0.774m3/m3深度1500m， 压力16.5MPa、 温度65oC、 矿化度8000ppm 溶解度2.285m3/m3深度2500m， 压力27.5MPa、 温度102oC、 矿化度15000ppm 溶解度2.887m3/m3四川盆地威远气田、西西伯利亚盆地的大气田 都有可能是水溶气析出成藏的实例四、地下水动力与天然气运移 和聚集• 水动力是油气运移的重要动力 • 对天然气藏的保存破坏也有影响1）盆地水动力演 化阶段与类型划分区域重力流与局部重力流构造运动导 致盆地水流 类型的转变2）水动力大小 对油气聚集位 置的改变3）根据水文地质条件和水地 球化学研究油气藏的保存条件–水交流停滞带，封闭性好 –工业气藏多分布于沉积水承压系统控制的 区域（异常高压区） –渗入水承压系统内，矿化度低，水溶解度 高，淋滤交替作用剧烈（气藏易被破坏） –矿化度高，Cl-、Na+、K+、Ca2+、Ba2+富集 ，HCO3-、SO42-低，封闭性好；油田水的类型• 以离子含量及其组合关系进行划分： – 大陆水：Cl-0.05%/Ma尤以>0.07%/Ma中国主要含气盆地气源灶熟化速率盆地层位ΔRo 0.5－2.5ΔRo 0.8－2.5琼东南崖城组（崖南）0.085 0.075琼东南崖城组（宝岛）0.078 0.071琼东南文昌组0.042 0.068 莺歌海崖城组0.096 0.083 库车侏罗系0.028 0.236 库车三叠系0.028 0.065 塔西南石炭系0.010 0.074 准南侏罗系0.010 0.052 川西中上三叠统0.032 0.062 松辽盆地侏罗－早白垩0.016 0.050 柴北缘侏罗系0.010 0.043 吐哈盆地侏罗系0.005 0.004 鄂尔多斯石炭二叠系0.008 0.018 黄骅坳陷石炭二叠系0.004 0.010 冀中凹陷石炭二叠系0.004 0.010熟化速率的确定：①通过地质实际数据统计 ；②生烃动力学计算；熟化速率(MRI)中国部分含气盆地气源灶生气速率盆地凹陷生气速率鄂尔多斯苏里格0.2 鄂尔多斯榆林0.3 琼 东 南崖北0.3 松东0.1 松西0.6 陵水低凸1.3 崖南2.1 松南3.6 乐东、陵水、宝 岛5.6 莺歌海4.5 库车2.0高效气源灶GRI>0.6×108/km2 .Ma生气速率的确定:①通过地质实际数据统计 ；②生烃动力学计算；生气速率(GRI)高效气源灶主生气 期小于40Ma，尤以 小于20～30Ma最佳高效气源灶生气距 今时间小于35Ma， 尤以小于20Ma最佳 。

生气期的持续时间和距今时间生气期持续时 间（GMT)生气期距今时 间（GBT)v主生气期生气量比例(MGR): ＞70％v熟化速率（MRI)＞0.05（％Ro/Ma）v生气速率(GRI) ＞0.6（×108m3/km2·Ma）v主生气期持续时间(GMT)＜40Ma (＜20～30Ma最佳)；v主生气期距今时间（GBT)＜35Ma(＜20Ma最佳)高效气源灶的评价标准457920～248～27主生气 期持续 时间Ma0.10.2~0.30.6~5.62.0生气速 率0.010.0180.068~0.0830.065T 0.236J熟化速率30~40>3040～126>80~100生气强度48冀中、黄骅等④早期停滞后期持续 埋藏型52鄂尔多斯盆地③早期快速埋藏晚期 停滞型75莺琼盆地等②高地温梯度晚期快 速埋藏型T：72； J：68；库车坳陷等①低地温梯度晚期快 速埋藏型煤 系 气 源 灶主生气期生 气量（％）代表性盆地。