能源地质学教学课件PPT石油和天然气运移

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1、能源地质学主讲人：杜振川第二篇 石油和天然气地质学能源地质学课件第四章、石油和天然气的运移第二篇 石油和天然气地质学油气的运移：石油和天然气在地壳内的任何游动。石油和天然气的运移，是它们在生油层中生成之后就开始的，所以，油气运移是油气生成过程的继续。在生油岩中生成的、呈分散状态的油气，经过初次运移进入储集层中，在储集层中又经过二次运移，进入具有封闭条件的地方聚集起来而形成油气藏。已经形成的油气藏，可以由于圈闭条件的改变或其他原因而遭到破坏，使得油气重新运移；并可能在新的圈闭中再聚集，造成一个新油气藏的再形成；或者是流失地表，遭到完全破坏。总之，油气运移是和油气藏的形成、破坏、再形成连系在起的。

2、能源地质学课件第四章、石油和天然气的运移第二篇 石油和天然气地质学油气的运移：石油和天然气在地壳内的任何游动。油气运移聚集过程示意图能源地质学课件第四章、石油和天然气的运移第二篇 石油和天然气地质学油气运移研究的内容：油气在运移当中的物理状态、运移方式、促使油气运移的动力因素、油气在生油层中进行初次运移的机理；油气在储集层中所进行的二次运移过程，以及运移的时期、方向、规模等等。能源地质学课件第四章、石油和天然气的运移初次远移：将油气从烃源层向储集层的运移，即在烃源层中生成的石油和天然气，自生油层向储集层中的运移。第一节 与油气运移有关的几个基本概念一、初次运移和二次运移 油气的初次运移 能源地

3、质学课件第四章、石油和天然气的运移二次运移：将油气进入储集层以后的一切运移。第一节 与油气运移有关的几个基本概念一、初次运移和二次运移 油气的二次运移 能源地质学课件第四章、石油和天然气的运移第一节 与油气运移有关的几个基本概念二、油气运移的基本方式 渗滤 渗滤是一种机械运动方式，液体在渗滤过程中遵守能量守恒定律，它总是由机械能高的地方向机械能低的地方流动；渗滤是一种整体流动方式，在流动中表现出一定的相态，在达到吸附平衡以后各种组分的浓度基本不改变。渗滤可以用达西定律来描述 ：Q=KS(p2p1)/(Lu)即：单位时间内液体通过岩石的流量(Q)与通过岩石的截面积(S)、岩石的渗透率(K)及液体

4、压力差(p2p1)成正比，而与液体的粘度(u)和液体通过岩石的长度（L）成反比。 渗滤与扩散 能源地质学课件第四章、石油和天然气的运移第一节 与油气运移有关的几个基本概念二、油气运移的基本方式 渗滤与扩散 扩散：是分子布朗运动产生的传递过程：这种运动可引起流体(气体、液体)的分子不断进行再分配，扩散的结果是使浓度梯度达到均衡。 能源地质学课件第四章、石油和天然气的运移第一节 与油气运移有关的几个基本概念三、岩石的润湿性 润湿性：是指流体附着固体的性质，是一种吸附作用。润湿流体：易附着在岩石上的流体称；非润湿流体：不易附着在岩石上的流体。在多种互不混溶的流体共存于岩石孔隙中时，润湿流体又称润湿相

5、，非润湿流体又称非润湿相。能源地质学课件第四章、石油和天然气的运移第一节 与油气运移有关的几个基本概念三、岩石的润湿性 例如，在油水两相共存的孔隙中，如果水易附着在岩石上，这时我们称水为润湿相，油为非润湿相，岩石具亲水性；反之，如果油易附着在岩石上，这时我们称油为润湿相，水为非湿润相，岩石具亲油性。孔隙亲水介质 孔隙亲油介质 能源地质学课件第四章、石油和天然气的运移第一节 与油气运移有关的几个基本概念四、油气运移临界饱和度 油(气)运移的临界饱和度：把油(气)水同时存在时，油(气)相运移所需的最小饱和度。对于一定的岩石，当岩石中存在多相流体时，由于不同流体之间以及流体与岩石之间的相互作用，存在

6、最低的含水饱和度、含油饱和度或含气饱和度，各种流体饱和度低于此值时，它们的有效渗透率为0，即不发生流动。 能源地质学课件第四章、石油和天然气的运移第一节 与油气运移有关的几个基本概念五、地层压力、折算压力和测压面地层压力：地下多孔介质中流体的压力，亦可称为地层流体压力或孔隙流体压力。为直观反映地层压力的大小，工程上常使用水压头的概念 式中 h水压头，mp地层压力，Papw水的密度，kgm3g重力加速度。mS2能源地质学课件第四章、石油和天然气的运移第一节 与油气运移有关的几个基本概念五、地层压力、折算压力和测压面测压面：同一层位各点水压头顶面的连线。测压面是一个想像的面，用来反映横向上水压头的

7、变化。在静水条件下，测压面是水平的；在动水条件下，测压面是倾斜的。折算压力：指测点相对于某一基准面的压力，在数值上等于由测压面到折算基准面的水柱高度所产生的压力。能源地质学课件第四章、石油和天然气的运移第二节 石油和天然气的初次运移一、油气初次运移的相态1、水溶相运移：油气被水溶解成分子溶液，水作为油气运移的载体进行运移。 2、游离相运移：即游离油相和游离气相，包括分散状和连续状油(气)相。 3、油溶气相、气溶油相运移 ：石油与烃类气体有互溶性，天然气可溶解于石油中，呈油相形式运移（油溶气相），石油也可溶于天然气中呈气相方式运移（气溶油相）。 能源地质学课件第四章、石油和天然气的运移第二节 石

8、油和天然气的初次运移一、油气初次运移的相态1）决定油气在地下进行初次运移相态的因素：油气在地下究竟呈什么相态进行初次运移，取决于烃源层的岩石类型和组构特点、地层温度和压力、埋藏深度、孔隙度大小及孔隙水多少、有机质类型及其生烃量和生烃性质等多种因素。因此，不同地区、不同岩性、不同深度情况下油气运移的相态是不同的。 油气初次运移相态演化能源地质学课件一、油气初次运移的相态2）油气在地下进行初次运移相态的相态演化：对于泥质烃源岩来讲，在低成熟阶段，埋深较浅，孔隙度较大，地层水较多，生烃量较少且胶质、沥青质含量高，这时油气的初次运移以水溶相运移最有可能，水作为载体。在某些适合大量形成生物化学气的环境中

9、，所生成的生物甲烷气除呈水溶相运移外，也可以游离相运移。随着埋深的增加，进入生油高峰阶段，由于油气的大量生成，孔隙水不足以溶解掉所生成的油气，这时油气主要呈游离相运移，其中所生成的气体多溶于油中，呈油溶气相运移；在生凝析气阶段则主要以气溶油相运移，气作为石油的载体；在过成熟阶段，烃源岩大量生气，这时，天然气则呈游离气相运移。油气初次运移相态演化能源地质学课件第四章、石油和天然气的运移第二节 石油和天然气的初次运移一、油气初次运移的相态2）油气在地下进行初次运移相态的相态演化：碳酸盐岩由于其易固结的成岩特点，岩石中缺少水来源，压实作用很弱，因此，其所生油气多是在具备排烃动力后以游离相排出。油气初

10、次运移相态演化能源地质学课件第二节 石油和天然气的初次运移一、油气初次运移的相态油气初次运移相态演化油气初次运移过程的可 能相态（Tissot，1978 ） 能源地质学课件第四章、石油和天然气的运移第二节 石油和天然气的初次运移二、油气初次运移的主要动力和运移方向油气要从烃源岩中运移出来，必须存在驱动力。目前一般认为：烃类从其烃源岩层中排出的原因是由于烃源岩存在剩余压力。剩余压力：是指岩层的实际压力超过对应的静水柱压力的部分。由于不同点的剩余压力不同，从而驱动孔隙流体(包括由、气、水)沿剩余压力变小的方向运移。能源地质学课件二、油气初次运移的主要动力和运移方向压实导致孔隙水排出，孔隙度减少，岩

11、石体密度增加。1、剩余压力的主要原因： 1、压实作用：对于一套地层，当其中的流体压力为静水压力时（压实平衡）。如果在之上又新沉积了一个体密度为 、厚度为Lo的薄沉积层，新沉积物的负荷会使下伏地层进一步压实，此时颗粒要重新紧缩排列，孔隙体积要缩小。就在这些变化的瞬间，孔隙流体就要承受部分上覆负荷压力，结果使孔隙流体产生了超过静水压力的剩余压力。正是在剩余压力作用下，孔隙流体得以排出，当排出一定量后，孔隙流体压力又恢复为静水压力。随着上覆地层的不断增加，孔隙流体压力持续出现瞬间剩余压力与正常压力的交替变化，从而不断把孔隙中的流体排出，孔隙体积不断减小。能源地质学课件二、油气初次运移的主要动力和运移

12、方向压实导致孔隙水排出，孔隙度减少，岩石体密度增加。1、剩余压力的主要原因： 1、压实作用：对于厚度均等新沉积物，其剩余压力为：新沉积物的密度；地层水的密度；g重力加速度；L0新沉积物的沉积层的厚度。垂向剩余压力梯度为：在这种情况下，压实流体的流动方向为垂直向上的。能源地质学课件二、油气初次运移的主要动力和运移方向压实导致孔隙水排出，孔隙度减少，岩石体密度增加。1、剩余压力的主要原因： 1、压实作用：当新沉积层横向厚度有变化时，则剩余压力横向上也有变化 ，例如楔状沉积物，压实流体不仅在垂向上由深部向浅部运移，同时在横向上也发生由比较厚点向比较薄的点运移。这种厚度变化现象常出现在由盆地中心向盆地

13、边缘的过渡带。因此，压实流体常常是从盆地中心向盆地边缘运移。在楔状沉积物负荷下压实流体的排出方向 能源地质学课件二、油气初次运移的主要动力和运移方向压实导致孔隙水排出，孔隙度减少，岩石体密度增加。1、剩余压力的主要原因： 1、压实作用：在砂、泥岩互层剖面中，由于压实使泥岩孔隙度减小得比砂岩快，即在相同负荷下泥岩比砂岩排出流体多，这样泥岩孔隙流体所产生的瞬间剩余压力比砂岩的大，因此，流体的运移方向是由页岩到砂岩。砂、泥岩互层剖面中压实流体运移的方向 能源地质学课件二、油气初次运移的主要动力和运移方向压实导致孔隙水排出，孔隙度减少，岩石体密度增加。1、剩余压力的主要原因： 1、压实作用：总之，对于

14、一个碎屑岩沉积盆地，从微观上看，压实流体总是由泥岩向砂岩运移。从宏观上看，压实流体总是由深部向浅部、由盆地中心向盆地边缘运移。能源地质学课件二、油气初次运移的主要动力和运移方向1、剩余压力的主要原因： 2、欠压实作用：欠压实作用：泥质岩类在压实过程中，由于压实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减小，导致孔隙流体承受了部分上覆沉积负荷，出现孔隙流体压力高于其相应的静水压力的现象。由于欠压实泥岩孔隙中存在剩余压力，特别是当欠压实程度进一步强化，孔隙压力超过泥岩的承受强度，则会出现泥岩破裂，结果超压流体会通过泥岩微裂缝涌出，达到排液目的。随着流体排出，孔隙超压被释放，泥岩回到正常

15、压实状态。能源地质学课件二、油气初次运移的主要动力和运移方向1、剩余压力的主要原因： 2、欠压实作用：正常压实带（NC）和欠压实带（UC）上覆沉积物负荷压力（S ） 流体压力（p）及颗粒支撑的有效应力（）关系图能源地质学课件二、油气初次运移的主要动力和运移方向1、剩余压力的主要原因： 3、蒙脱石脱水作用 在压实和热力作用下粘土岩中的蒙脱石向伊利石转化，在转化过程中释放结合水，并进入粒间孔隙成为自由水。结合水变成自由水其体积要膨胀，从而增加了泥岩孔隙流体压力，促进流体运动，成为烃类初次运移的动力。 蒙脱石随深度向伊利石转化增加能源地质学课件二、油气初次运移的主要动力和运移方向1、剩余压力的主要原

16、因： 4、有机质的生烃作用干酪根成熟后能生成大量油气(包括水)。这些油气(包括水)的体积大大超过原干酪根本身的体积，这些不断新生的流体进人孔隙中，必然不断排挤孔隙已存在的流体，驱替原有流体向外排出。当流体不能及时排出时，则会导致孔隙流体压力增大，出现异常压力排烃作用。能源地质学课件二、油气初次运移的主要动力和运移方向1、剩余压力的主要原因： 5、流体热增压作用 当泥岩埋藏比较深，其可压实的比例逐渐减小，压实流体的运动也随之减弱。但是，此时地层温度增加，流体发生膨胀，这种膨胀使泥岩层内压力增加，从而促进流体运动。在大多数沉积盆地中，地下温度随埋藏深度的增加而增高，导致流体热膨胀，促使热液流体的运动。能源地质学课件二、油气初次运移的主要动力和运移方向1、剩余压力的主要原因： 5、流体热增压作用 在砂泥岩剖面中，砂、泥岩孔隙中的流体都会发生热增压效应，但是由于砂岩渗透性好，本身是一个相对开放的子系统，因此砂岩内往往不会导致压力的异常升高，而泥岩不同，流体往往排泄不畅，容易