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1、第一节 油气运移概述第二节 油气初次运移第三节 油气二次运移第四节 油气运移研究方法第四章第四章 石油和天然气的运移石油和天然气的运移1第二节 油气初次运移1.水溶相运移（1）油气溶解在水中呈分子溶液，水作为油气运移的载体进行运移。一、油气初次运移的相态原油在水中的溶解度随 温度的变化（2）胶束溶液22.游离相石油初次运移最重要的相态。游离油相和游离气相，呈分散状或连续状油相、气相 。油溶气相：气溶解于石油中，以油相形式运移；气溶油相：油溶于天然气中，以气相方式运移。证据：）游离相石油存在于烃源岩孔隙或裂隙中；）厚烃源岩剖面可测定出对初次运移的色层效应。3油气初次运移过程中的可能相态低成熟阶段
2、，水溶 相运移最有可能生油高峰阶段，主 要以游离油相运移生凝析气阶段，以 气溶油相运移过成熟干气阶段， 以游离气相运移3、初次运移相态演化41.压实作用 压实导致孔隙水排出，孔隙度减少，岩 石体密度增加。对于一套地层，当其中的流体压力为静水压力时，称之为压实平衡。 若在压实平衡的层序之上新沉积了一个密度为 b0、厚度为l0的沉积层，下伏地层进一步压 实，颗粒重新紧缩排列，孔隙体积缩小。 新沉积层作用于压实平衡地层的瞬间，孔隙流 体承受部分上覆负荷压力，产生剩余压力。二、油气初次运移的主要动力5 在剩余压力作用下，孔隙流体排出，流体压力又恢 复为静水压力。 上覆沉积层不断增加瞬间剩余压力与正常压
3、力交替变化，孔隙流体排出，孔隙体积减小。 剩余流体压力的大小等于上覆新沉积物的负荷与孔隙水的静水压力之差 ：dPL = (bo-w)gL0 式中： dPL剩余流体压力；bo新沉积的L0沉积层的密度；w地层水的密度； L0新沉积的沉积层的厚度；g重力加速度。6 新沉积物横向厚度不变时，横向剩余压力相等：dPl=(b0-w)gl0只存在垂向剩余压力梯度：dPldH=(b0-w)gl0l0=(b0-w)g 压实流体垂直向上流动。7当新沉积层横向厚度有变化时，两点间存在横向 压力梯度：dP/dX=dPl-dPh/x=(b0-w)gl0-(b0-w)gh0/x=（b0-w)g（l0-h0）/x 压实流体
4、垂向上由深部向浅部运移，横向上由厚层区向薄层区运移。8砂泥岩互层剖面中压实流体的运移方向 压实流体的运移方向：由泥岩向砂岩，由深部向浅部、由盆地中心向盆地边缘9 欠压实：泥质沉积物在压实过程中因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有效减小，导致孔隙流体承受了部分上覆沉积负荷，流体压力高于静水压力。 特征：高孔隙度、超压 出现的条件：快速沉积、细粒沉积比率高10欠压实带中流体的排出方向11 当欠压实及其它作用产生的孔隙压力超 过泥岩的承受强度时，泥岩产生微裂缝 ，超压流体通过泥岩微裂缝涌出，油气 发生初次运移；随着流体排出，超压被 释放，泥岩回到正常压实状态。欠压实泥岩存在剩余
5、压力，具有驱动流 体向剩余压力减小的方向运移的趋势。12 蒙脱石：膨胀性粘土，结构水多。 随埋深增加，结构水脱出，由蒙脱石转变为伊利石； 蒙脱石脱出的水排挤孔隙原有的流体，产生异常高压，有利于排烃。2. 蒙脱石脱水作用133.有机质的生烃作用 当流体不能及时排出时 ，导致孔隙流体压力增 大，出现异常压力排烃 作用。干酪根所形成的油气的 体积大大超过原干酪根本 身的体积。14 温度增加时，油气水的体积膨胀，即具有热增容 效应。 随埋深增加，地温增大，水的密度降低，比容增 大，这种膨胀作用促使流体运移，有助于排烃。 若处在封闭或半封闭系统，可形成异常高压。4. 流体热增压作用15水的压力温度密度（
6、比容）的关系曲线 16图：正常压力带的三个地温梯度情况下，水的比容与深度关系17 水由盐度低的一侧通过半透膜向盐度高的一侧运移的 作用 在渗透压差作用下流体通过半透膜从低盐度区向高盐 度区运移，直到浓度差消失为止。 含盐量差别越大，渗透压差也越大。5. 渗析作用18美国湾岸地区某井砂岩和页岩孔隙水含盐量随深度变化曲线 （据Schmidt，1971）19 泥岩和砂岩的盐度均随埋深增加而增加. 渗透流体从含盐量低的部分流向含盐量高的部分。 流体从泥岩到砂岩运移。20 构造应力作用产生微裂缝，吸附烃解吸，构造挤压应力传递到孔隙流体，流体运移6. 其它作用最大主应力为水平应力时，主要 排烃方向沿最小主
7、应力方向21 毛细管压力源岩层与储集层界面处，源岩孔喉较小，储集层孔喉较大，两者间存在毛细管压力差，合力方向指向储集层方向。6. 其它作用22 扩散作用岩性致密和高压地层中对天然气运移有重要作用 胶结和重结晶作用使孔隙度降低，堵塞排液通道，形成成岩封闭，促使已存在于孔隙中的油气压力增加，导致岩石破裂而排烃。碳酸盐岩。23 初次运移的动力多种多样，在源岩有机 质热演化生烃过程的不同阶段，其主要 排烃动力有差异。 中浅层深度，压实作用为主； 中深层以异常压力为主。7.烃源岩排烃动力演变24埋藏深 度m温度 有机质热演化 阶段油气运移动力0150010 50未 熟 正常压实、渗析、 扩散1500 4
8、00050 150成 熟 正常压实欠压实 、蒙脱石脱水、有机 质生烃、流体热增压 、渗析、扩散4000 7000150 250高成熟过 成熟有机质生气、气体 热增压、扩散7.烃源岩排烃动力演变25 中浅层深度，压实作用为主； 中深层以异常压力为主。7.烃源岩排烃动力演变26较大孔隙、微层理面微裂缝构造裂缝与断层缝合线干酪根网络三、油气初次运移的通道27泥（页）岩孔径的大小与烃类分子的比较 甲烷和水能通过小微孔（1nmd0.3nm）正烷烃、芳香烃、沥青稀可通过中微孔（10nmd1nm）大分子集合体和游离相烃只能通过大微孔（d50nm）10m100m28岩石中连通孔隙的5种组构孔径 1nm-10n
9、m （1） 20% 10nm-100nm （2） 30% 100nm-1m （3） 45% 1m-10 m （4） 5% 10m-100 m （5）砂岩泥岩（1）90% （2）10%其中包含 （3）少许291.较大的孔隙与微层理面孔隙和微层理面是有机质未成熟低成熟阶段的主要运移途 径。较大的孔隙是指烃源岩中孔径大于100nm以上的孔隙，包 括微毛细管中的大微孔和少量的毛细管孔隙(d2m)，虽然后 者只占泥质烃源岩孔隙的极少数(平均不到5)，但它不仅能顺 利地让扩散流通过，而且还能发生体积流动(达西流)，因此是最重要的排烃通道。游离相油气运移的主要通过这类通道排出 烃源岩。微层理面是层内沉积物垂
10、向变化的界面，具有较好的 渗透性，是烃类在泥质烃源岩内横向运移、调整的重要途径， 在有机质成熟过成熟阶段它可以与微裂缝和干酪根网络构成良好的三维运移通道系统。30有机质未成熟低成熟阶段的主要运移途径。较大孔隙：孔径大于100nm最重要的排烃通道。微层理面：层内沉积物垂向变化的界面，渗透性较好烃类横向运移的重要途径。1. 较大的孔隙与微层理面31临界排烃饱和度值（1%-10%）和泥质盖层的突破压力值均与 几大微孔有关32若泥岩中视孔径30nm，油水界面张力取地面值 3102N/m，则泥岩中的毛细管阻力约为4MPa，至少需要 百米以上的油柱或几十米的气柱高度，可见游离相的排烃 动力主要是异常高压力
11、332.微裂缝微裂缝一般是指宽度小于100m的裂隙，实际测量的宽度大多为1025m (EMCmexob，1974)，最小的宽度可为310m(Neglia，1979)，是成熟 过成熟阶段的主要运移途径。异常高流体压力能导致源岩形成微裂缝的 观点已被人们所普遍接受（Snarsky，1962；Hubbert和Willis，1973；Momper ，1978）。Snarsky（1962）认为当流体压力超过静水压力的1.422.4倍时， 岩石就会产生裂隙；李明诚（2004）认为当流体压力超过上覆静岩压力的0.7 0.9倍（相当于静水压力的1.62倍）时，烃源岩即可产生张性微裂缝。这 种微裂缝具有周期性开
12、启与闭合特点（Rouchet，1981；Ungerer等，1983） 。Rouchet（1981）指出，当裂隙周围介质的孔隙压力等于裂隙中的孔隙压力 时，裂隙可长时期保持开启，当周围介质孔隙流体压力低于裂隙中的初始压 力，这类裂隙会由于其流体渗流到周围的孔隙中而迅速闭合。Ungerer等（ 1983）的研究结果也表明，在微裂缝张开之后，原先封闭的流体就沿裂缝排 出，随后在上覆地层负荷作用下裂缝闭合。此后又可建立新的高压，又开始 上述过程（图4-19）。 如果说烃类的生成是产生异常高压和微裂隙的重要原因，而微裂隙又是初 次运移的重要通道，说明生烃和排烃这两种作用必然是一个连续的地质过程 ，看来这
13、种天然的内在联系也完全符合自然规律。研究表明，油气沿此类微 裂隙的运移是呈幕式涌流方式进行的，流体排出后压力释放，微裂隙闭合， 又进入新一轮的蓄压破裂排烃过程，如此周而复始。 34微裂缝：指宽度小于100m的裂隙，大多为1025m，是成熟过成熟阶段的主要运移通道。v烃类的生成及其他作用-异常高压-微裂隙-排烃-微裂隙闭合-蓄压再破裂再排烃2. 微裂缝35干酪根生成烃类过程中，微裂缝的形成与烃类的注入（据Ungerer等,1983)异常高流体压力能导致烃源岩形成微裂缝。当流 体压力超过静水压力的1.422.4倍时，岩石就会产生 裂隙。这种微裂缝具有周期性开启与闭合特点。36含有有机质粘土加压实验
14、，表示微裂缝对油气运移的影响37微 裂 隙 证 据 （据胜利油田）1.高电阻率层段的优质烃源岩；2.在空间上与有机质纹层紧密相关；3. 烃源岩大量生烃阶段相对应。38亮晶方解石 有机质纹层亮晶方解石微 裂 隙 证 据裂隙的发生在空间上与有机质纹层紧密相关 39测井曲线分析和岩芯观察均表明，发生裂隙的母岩均为高 电阻率的优质烃源岩段。微 裂 隙 证 据 40进入成熟阶段的富有机质源岩大量生烃，造成孔隙流体压力迅速上升达到或接近静岩压力，并导致了顺层裂隙的产生。 液态烃包裹体微 裂 隙 证 据 413.构造裂缝和断层这里所指的构造裂缝主要是在地应力差作用下烃源岩中产生 的裂缝。但对一个断陷盆地来说
15、，一般认为浅于2000m以水平 应力为主，而深于2000m则以垂直应力为主（李明诚，2004） ，此时可产生近于垂直层面的张裂缝或剪切裂缝；对于以水平 应力为主的挤压盆地来说，则可产生平行于层面的张裂缝或剪 切裂缝。张裂缝的宽度一般大于100m，属毛细管孔径，烃类 只要克服其毛细管阻力就能顺利通过它。断过烃源岩的断层也是初次运移的重要通道。断层可以由构 造裂缝连接发展而成，同时断层的活动又可以在其邻近形成宽 度不等的裂缝带。断层还可以造成烃源岩与其他地层在两盘并 置，使烃类流体发生横穿断层面的运移进入运载层。此外，地 震泵效应进一步增强了断层的通道作用。即在断层张开和闭合 的过程中，由于体积的扩张和压缩；流体压力的降低和升高； 致使断层两盘的流体流人和排出，断层的活动就像是插入烃源 岩中的吸管，将烃类和流体吸入和排出。显然，这种排烃是呈 幕式的。42（1）构造裂缝：地应力作用下烃源岩中产生的裂缝。张裂缝：宽度一般大于100m，属毛细管孔径。（2） 断过烃源岩的断层也是初次运移的重要通道地震泵效应增强了断层的通道作用。活动断层像插入烃源岩中的吸管。-幕式排烃3.构造裂缝和断层434.缝合线缝合线广泛发育在碳酸盐岩、
