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1、石油与天然气的运移油气储集层盖 层 圈闭油气藏烃源岩油气生成油气运移油气聚集与成藏油气分布规律与主控因素石油地质学在 油 气 运 移 方 向 上 油 气 田 的 分 布p油气在地层条件下的移动成为油气运移p研究油气运移的意义l 认识油气成藏过程：运移是绝对的，静止是相对的。油气运移的过程贯穿于油气藏形成、调整、破坏、再形成的全过程l 油气运移研究具有重要的实际意义：方向、路径、距离、时期l 石油地质研究的前沿课题生油岩生油岩油气聚集油气聚集二次运移二次运移初次运移初次运移油油油油气气气气第一节 有关基本概念 油气运移（migration）：油气在地层条件下的移动一、初次运移和二次运移油气从烃源
2、层向储集层的运移称为初次运移油气进入储集层或运载层之后的一切运移二次运移（secondary migration）：初次运移（primary migration）：二、岩石的润湿性与毛细管力 润湿作用是指固体表面的一种流体被另一种液体取 代的一种作用。（1）润湿性： （流体附着固体的性质）0：称完全润湿90：称不润湿接触角：润湿流体：易附着在固体上的流体，又称为润湿相非润湿流体：不易附着在固体的流体，又称非润湿相水润湿的（water-wet）：油水两相共存的孔隙系统中，如果水附着在岩 石孔隙表面，称水为润湿相，油为非润湿相， 这时称岩石为水润湿的或亲水的（2）岩石的润湿性油润湿的（oil-we
3、t）：油水两相共存孔隙系统中，如果油附着在岩石的孔隙表面，则油为润湿相，水为非润湿相，这时称岩石为油润湿的或亲油的中间润湿的（mixed-wet）： 部分亲油，部分亲水的岩石 （3）毛细管压力（capillary pressure） 定义：在两种互不混溶的流体的弯曲界面处，两边流体承受的压力不同，凹面一侧流体（非润湿相）承受的压力要比对面一侧流体（润湿相）承受的压力大。在毛细管中的这一压力差称为毛细管压力方向：毛细管力的方向总是指向非润湿相（4）岩石的润湿性对油气运移的影响孔隙中的油水分布、流动方式、残留形式和数量亲水岩石中：水附着在孔隙壁上，油在孔 隙中心，油的运动必须克服毛细管力；亲油岩石
4、中：油附着在孔隙壁上，水在孔 隙中心，油的运动不受毛细管力的阻碍；四、地层压力与异常地层压力 （1）地层压力（formation pressure) ：地下多孔介质中流 体所承受的压力，亦称孔隙压力 或流体压力单位：帕斯卡(Pa)或常用兆帕(MPa) （2）静水压力： 静止水柱产生的压力（重量）称为静水压力 （3）静岩压力： 地下岩石的重量产生的压力，又称为地静压力 四、地下压力的相关概念（4）正常地层压力：如果地下某一深度的地层压力 等于(或接近）该深度的静水压 力，则称该地层具有正常地层 压力如果某一深度地层的压力明显高于或低于静水压力 ，则称该地层具有异常地层压力。 （5）异常地层压力：
5、（6）压力系数：某一深度的地层 压力与该深度静水压力的比值。压力系数1：异常高压压力系数1：异常低压（7）压力梯度：地层压力随深度的变化率四、地层压力与异常地层压力 实际盆地的地层压力状态（塔里木盆地为例）胶束第二节 石油和天然气的初次运移 油气初次运移（primary migration)也称烃源岩的排烃（expulsion）初次运移的环境：烃源岩环境，低孔隙度、低渗透率初次运移的问题：石油是如何从低孔低渗的 烃源岩中运移出来的，动力？通道？烃源岩中含水很少，初次运移的相态是什么？初次运移与干酪根生油理论一、油气初次运移的相态1. 石油初次运移相态(1)游离相(油相）石油在水中的溶解度很低
6、；生油期烃源岩含水很少; 无法形成商业性石油聚集；无法解释碳酸盐岩油气初次运移问题 水溶相运移存在的问题显微观察的证据：石油以游离相存在于烃 源岩孔隙系统支持游离相运移的证据煤的孔隙和裂缝中的油滴(2)气溶油相(3)水溶相：十分不重要显微观察的证据：石油以游离相存在于烃源岩孔隙系统烃源岩中存在的色层效应支持游离相运移的证据否定水溶相运移的证据都是 支持游离相运移的证据2.天然气初次运移相态 （1）水溶相天然气在水中具有较高的 溶解度，水溶相是天然气 运移的重要要相态 （2）游离气相 （3）油溶气相 （4）分子运移（扩散相）2.油气初次运移相态的演变 （1）影响油气初次运移相态的主要因素烃源岩的
7、有机质类型烃源岩的埋深：孔隙度、渗透率、孔隙喉道直径地层中孔隙水的多少 地层的温度、压力状态（2）油气初次运移相态的演变未成熟阶段：烃源岩：埋藏浅、孔渗性好、含水多烃类型：生物气、少量未熟油相态：水溶相（气）成熟阶段烃源岩：埋藏较深、孔渗性差、含水少烃类型：型：油为主型：气为主相态：型：油溶气油相型：独立气气溶油高成熟阶段烃源岩：埋藏深、孔渗性很差、含水极少烃类型：湿气相态：独立气相 气溶油相过成熟阶段烃源岩：无孔渗性不含水烃类型：干气相态：分子扩散、气相油气运移的相态总结：石油主要是以游离相态运移的；水溶相态和游离相态对天然气的初次运移都是重要的，天然气还可以呈扩散状态运移油气可以以互溶（油
8、溶气、气溶油）相态运移烃源岩演化过程中相态是演变的二、油气初次运移的主要动力1.压实作用产生的瞬时剩余压力（1）压实流体排出机理 有效应力定律：颗粒流体初次运移的主要驱动力：烃源岩内部的剩余压力（梯度）、烃浓度梯度（扩散作用）剩余压力：地下某一深度的地层压力与该深度 对应的静水压力的差值压实欠平衡状态新沉积物的沉积，岩石骨架颗粒重新排列，形成瞬时剩余压力，孔隙流体排出沉积物恢复压实平衡状态压实平衡状态（正常压实）A岩石骨架颗粒达到紧密接触；B孔隙压 力为静水压力；C无孔隙流体排出压实平衡状态新沉积物的沉积欠平衡状态静水压力流体排出压实平衡状态瞬时剩余压力静水压力新沉积物的沉积压实平衡状态与欠平
9、衡状态的交替和循环（2）压实流体排出方向 沉积物等厚，垂向运移楔状沉积物，从厚处向薄处运移，从盆地中心向盆地边缘运移砂泥互层：从泥岩砂岩碎屑岩盆地压实流体运移规律：从泥岩向砂岩，从深部向浅部，从盆地中心向盆地边缘。2.烃源岩内部的异常高压常压带第一超压带第一压力过渡带第二超压带(1)第二压力过渡带第三超压带第二超压带(2)（1）沉积盆地异常高压十分普遍（2）烃源岩（泥岩）异常高压的成因压实与欠压实作用 压实作用使泥岩孔渗性降低，导致孔隙流体不能及时排出，泥岩孔隙体积不能随上覆负荷的增加而有效地减小，从而使泥岩孔隙流体承担了一部分上覆颗粒的重量，出现泥岩孔隙度高于正常压实泥岩的孔隙度、孔隙流体压
10、力高于正常静水压力的现象称为欠压实现象欠压实的表现形式：异常高孔隙度、异常高压蒙皂（脱）石脱水作用 蒙脱石的特点：q(Al,Mg)2Si4O10(OH2)nH2Oq蒙脱石含有层间水24个水分子层q层间水具有较高的密度v蒙皂（脱）石向伊利石的转化是地质过程的一种普遍现象q伊利石不含层间水 q层间水转化为自由水后体积发生膨胀形成异常高压 蒙脱石转化为伊利石后：蒙脱石脱水作用 v蒙脱石向伊利石发生转化是地质过程的一种普遍现象蒙脱石脱水作用 美国德克萨斯州两口井蒙脱石脱水带与异常高压带的关系（ Bruce,1984)有机质的生烃作用(烃类生成形成异常高压) v产物体积比干酪根体积多23倍v干酪根演化生
11、成液态烃和气态烃 1%TOC的烃源岩生烃体积相当于孔隙度10页岩孔隙体积的4.5%-5%(Harwood,1977)流体热增压作用 v任何流体都具有热胀冷缩的性质 v在封闭的条件下，孔隙流体的热膨胀，必然造成孔隙压力的增加L点(已封闭)： 压力300bar增加（1000m，25）沿等容线增加压力M点(已封闭)： 压力720barv热增压是异常高压形成的重要因素 构造挤压（应力）作用 构造变形发生时，构造应力作用在岩石上使岩石发生压缩，孔隙空间变小应力也可以通过岩石骨架传递到孔隙流体上（3）异常高压的排烃作用烃源岩封闭形成异常高压形成微裂缝微裂缝闭合孔隙流体排出超过破裂极限欠压实蒙脱石脱水生烃增
12、压流体热增压 3.烃类浓度梯度(扩散作用）C0C1C2C3深度浓度烃源岩烃源岩与储集层之 间存在浓度差：扩散作用运移方向：运移动力：浓度梯度烃源岩储集层6.08 10-9C103.75 10-7C44.31 10-8C75.77 10-7C38.20 10-8C61.11 10-6 C21.57 10-7C52.1210-6 C1D(cm2/s)烷烃D(cm2/s)烷烃烷烃在页岩中的扩散系数v 扩散对轻烃（天然气）的运移具有重要意义，但对于液态烃意义不大。三、油气初次运移的通道孔隙和微裂缝1.孔隙 烃源岩正常压实阶段，静水压力，孔隙暢通 2.微裂缝qSnarsky(1962):孔隙压力达到静水
13、压力的1.42-2.4倍 岩石就会产生微裂缝qMomper(1978)：孔隙压力达到上覆静岩压力的80%， 就能形成垂直裂缝。四、油气初次运移的阶段性与运移模式烃源岩 演化阶段未熟低熟动力压实作用瞬时剩余压力相态水溶相 游离相通道孔隙成熟-高 成熟阶段异常高压 游离相 混相微裂缝 微孔隙 过成熟阶段 扩散作用 异常高压 分子微裂缝 微孔隙 排烃 模式压实排 烃模式微裂缝 排烃模式扩散排 烃模式第三节 石油和天然气的二次运移 二次运移（secondary migration)：石油和天然气进入储集层以后的一切运移二次运移环境：储集层环境运移空间：孔隙度、渗透率比烃源岩高得多水介质的存在：储集层中
14、被水充满相态、动力、通道等与初次运移发生明显变化一、二次运移的相态 1.石油二次运移相态 2.天然气二次运移相态 油珠、油条、连续油相 q游离相态 ：气泡、气柱、连续气相 q游离相态 ：溶解气 q水溶相态 ：二、油气二次运移过程中的力 1. 毛细管力油气运移过程中的阻力q储集层的孔隙结构： 孔隙喉道q油珠从孔隙进入喉道的阻力：（1）毛细管力的大小（2）毛细管力的方向：从喉道向孔隙，从小孔隙向大孔隙2. 浮力和重力q浮力:物体（油）排开水的重量 q重力:物体(油）本身的重量 q油的上浮力:浮力和重力的合力（1） 浮力的大小(2) 在浮力作用下油的运移方向q在水平地层中，油垂直向上运移至储层平面q
15、在倾斜地层中，油沿储层顶面向上倾方向运移（3） 在浮力作用下石油运移的临界油柱高度临界油柱高度：盖层封油气高度3.水动力（1）水动力的概念ABCDH1H2静水压面水压头：地层压力能使水从测点向上升的高度测压面：连接同一层位各点水压头顶面的连线 。 这是一个想象的面。ABChAhBhC12供水区泄水区测压面v静水压力状态：各点剩余压力相等（0），地层水不流动，没有水动力。A BCDH1H2静水压面压力分析：各点的地层压力都等于相应 深度的静水压力，剩余压力为0q水动力：连通储层两点之间剩余压力的差值（剩余压力差） 各点的剩余压力不相等，地层水将发生流动v动水压力状态：ABChAhBhC12供水区
16、泄水区测压面剩余压力(2)在水动力作用下地层水的流动方向q从剩余压力高的地方流向剩余压力低的地方压实水流：q压实水流：由于沉积物压实作用引起的地层水的流动。q压实流盆地：以压实水流为主的盆地。q压实水流的流动方向：从泥岩向砂岩流动从深处向浅处流动从盆地的中心向盆地边缘流动q压实流盆地剩余压力分布：泥岩高于砂岩深层高于浅层中心高于边缘大气水流q大气水流：构造运动造成地层出露，大气水渗入形成的水流q大气水流的方向从盆地边缘（山区、供水区）向盆地中心流动三、油气二次运移中的流体势q M.K.Hubbert(1940，1953)最早把流体势概念引入石油地质学 qW.A.England(1987)对Hubbert流体势的概念进行了完善 q单位物质所具有的总机械能称为势。对于流体来讲，就是流体势 qHubbert势质量势qEngland势体积势 1
