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1、2018/9/19,第四章 石油和天然气的运移,油气是在富含有机质的细粒烃原岩层中生成的，但却主要储藏在多孔的渗透性储集层中。油气要想从烃原岩中跑到储集层中必须要经过运移，这种运移是怎样进行的？靠什么方式完成的呢？,实际上，油气从生油层到储集层的运移是一个漫长的地质过程。处于油气藏的形成、调整和破坏的整个过程。并且，它的运移要受到地层岩性及组构，特别是孔隙结构等种种因素的限制。,石油与天然气是流体，它们具有流动的趋势，只要没有约束条件，它们就会无休止地运动下去，直至到达地表面逸散。那么油气在地下的运动规律是什么？受哪些因素影响？运动的相态、时间、距离和方向是什么？,2018/9/19,油 气
2、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、油气在生油层中发生初次运移的机理、尤其在储集层中所进行的二次运移过程，以及运移的时间、方向、规模等。,2018/9/19,第一节 油气运移概述,第二节 石油和天然气的初次运移,第三节 石油和天然气的二次运移,第四节 地下流体势分析,2018/9/19,第一节 油气运移概述,一、油气运移概念及证据,2018/9/19,2018/9/19,2018/9/19,油气运移的证据：,2018/9/19,与油气运移有关的几个基本概念,运移油气在地下的一切移动。,为了表征油气生成后在不同环境、不同阶段的运移特点又分为初次
3、运移和二次运移,初次运移油气从烃原岩向储集层的运移。,二次运移油气进入储集层以后的一切运移。,二次运移包括：油气在输导层及储集层的运移，也包括油气聚集成藏后由于地质条件的改变所导致的油气再运移过程。,2018/9/19,二、油气运移的阶段划分,初次运移 : 油气自烃源岩层向储集层 或运载层(输导层)的运移,二次运移: 油气进入储集层或运 载层以后的一切运移,若对整个油气运移来说 ,则是一个几乎同时存在的连续过程,根据时间顺序和介质条件的变化，可将油气运移分成两个阶段：,2018/9/19,油气初次运移和二次运移,2018/9/19,油气的运移和聚集,2018/9/19,三、油气运移的基本方式,
4、渗滤、扩散,2018/9/19,单位时间内流体通过岩石的流量与通过岩石的截面积、岩石的渗透率及液体压力差成正比，而与液体的粘度和液体通过岩石的长度成反比,Q = K . S . (p2 p1) / ( L . ),1 渗滤,2018/9/19,2扩散是分子布朗运动的传递过程。,是一种分子运动，流体的扩散速度与浓度梯度有关，服从费克（Fick）第一定律,JDgradC,J扩散速率；D扩散系数；C物质浓度,物质的扩散速度与扩散系数、浓度梯度成正比，扩散方向是从高浓度向低浓度扩散。一般分子越小，运动能力越强，扩散系数越大，越易扩散。所以天然气的扩散损失要比石油大的多。,2018/9/19,四 岩石的
5、润湿性,2018/9/19,润湿性是指流体附着在固体上的性质，是一种吸附作用。,不同流体与不同岩石会表现出不同的润湿性。易附着在岩石上的流体称为润湿流体，反之为非润湿流体。,在多相流体共存且不相溶的流体中，润湿体又称之为润湿相，非润湿体称为非润湿相。,如：在油水两相共存的孔隙中，如果水易附着在岩石上，则水为润湿相，油为非润湿相，岩石具亲水性；反之，则油为润湿相，水为非润湿相，岩石具亲油性。,2018/9/19,岩石的润湿性影响着油气在其中的运移难易程度，不同的润湿性造成油水两相在孔隙中的流动方式、残留形式和数量的不同。,在亲水岩石中，孔壁及颗粒表面为水所润湿，水会在颗粒表面形成一层薄膜构成液环
6、，油则不能以薄膜形式残留在孔壁上，被挤到孔隙中心部位形成孤立的油珠。,2018/9/19,2018/9/19,岩石的润湿性取决于矿物组成及流体性质。一般认为沉积岩的大多数为亲水的，因为沉积岩是沉积在水介质中的，水又是极性分子。但对于烃源岩而言，由于本身含有许多亲油的有机质颗粒，又能在一定条件下生成烃类，因此可以认为是部分亲水，部分亲油的中间润湿。,2018/9/19,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，不同流体会出现不同的相对渗透率。,相对渗透率除与岩石绝对渗透率有关外，还与流体的性质和含量有关。,五、油气运移临界饱和度,2018/9/19,对于一定的岩石，存
7、在最低的含水饱和度、含油饱和度或含气饱和度，各种流体低于此值时，它们的有效渗透率为零，即不发生流动。,油气水共存时，油（气）运移所需的最小饱和度称为油（气）运移的临界饱和度。,2018/9/19,六、地静压力、地层压力、折算压力、测压面,地静压力： 由上覆沉积物的基质和孔隙空间流体的总重量所引起的压力，又称静岩压力：s=rgh （s-静岩压力；h-上覆沉积物的厚度；r-上覆沉积物的平均总体密度；g-重力加速度） 静岩压力实际为由颗粒产生的有效压力()和孔隙流体产生的流体压力(p)之和 s=+p,地静压力梯度：指每增加1米沉积物所增加的压力,pa/m， 约为0. 2 3105Pa/m,2018/
8、9/19,地层压力地下储层（或油层）内流体所承受的压力。亦可称为地层流体压力或孔隙流体压力（Pa）。,为直观反映地层压力的大小，工程上常使用水压头的概念，水压头相当于地层压力所能促使地层水上升的高度，,2018/9/19,测压面同一层位各点水压头顶面的连线。,测压面是一个用来反映横向上水压头的变化。,2018/9/19,折算压力是指测点相对于某基准面的压力，在数值上等于由测压点到折算基准面的水柱高度所产生的压力 。,折算压力与水流方向示意图,例如，测点相对于某基准面的高程为Z（注：基准面位于测点之上，Z取负号，之下为正号）其地层压力为P，则该点的折算压力P为,P=Zg+P=(Z+h)Pwg,任
9、一点的水压头都应等于该点与该层供水区高点之间的海拔高差。,2018/9/19,第二节 石油和天然气的初次运移,烃源岩生成的油气只有经初次运移，有效地排到储层中，才能使分散状态的油气经二次运移，发生聚集成藏。所以油气的初次运移是油气远景评价的一个重要方面。,2018/9/19,一、油气初次运移的相态,理由是油在水中的溶解度过低，水不能大量溶解原油。还有人认为油可呈胶束状运移，主要是表面活性剂起作用，但多数人认为表面活性剂数量少，且胶束直径过大，很难通过泥岩细小孔隙。,游离相为主，水溶相为辅,石油初次运移最重要的相态 游离相,2018/9/19,对于天然气而言，运移相态以水溶相和游离相运移。因为天
10、然气在地下的温度和压力条件下，溶解度增加较大。如果源岩水量多，可能以水溶相为主，若水量较少，则可能以游离相态为主。,此外，石油与烃类气体的互溶性，天然气可溶于石油内运移，轻质油亦可溶于天然气内运移，但这两种相态是次要的。,）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,证据：,2018/9/19,游离相运移中烃源岩对油气初次运移的色层效应,2018/9/19,油气究竟以何种相态运移，取决于温度、压力、孔隙大小及油、气、水的相对含量等。,油 气 初 次 运 移 相 态 演 化,在有机质演化的不同阶段，油气运移的相态可能不同。,在低熟阶段，由于源岩含水量大，生成的烃类少
11、，胶质、沥青质含量高，油气运移的相态应以水溶相为主；,成熟期，油气大量生成，而孔隙水含量较少，油气主要呈游离相运移，水为载体，生成的气部分或大部分溶于石油中运移；,2018/9/19,2018/9/19,二、油气初次运移的动力,油气要从烃源岩中排出，必须要有驱动力。目前认为这种驱动力的就是剩余压力。,1.压实作用 2.流体热增压作用 3.粘土矿物脱水作用 4.有机质的生烃作用 5.渗析作用,剩余压力就是超过静水柱压力的那部分压力。,孔隙中的流体在静水柱压力下，处于一种压力平衡状况，流体是静止的，一旦压力超过其静水柱压力，就有剩余压力存在，若剩余压力超过毛管压力就会使流体流动。,2018/9/1
12、9,1、压实作用：,油气初次运移的主要动力,2018/9/19,压实早期对泥岩的影响较对砂岩的更明显。,泥岩与砂岩压实特征比较,2018/9/19,2018/9/19,砂泥岩互层剖面中压实流体的运移方向,2018/9/19,正常压实流体总体运移特征：,砂泥岩互层剖面:流体的运移方向是由页岩到砂岩。 砂岩压实流体不能进入泥岩，只能在砂岩层中做侧向运移。 碎屑岩沉积盆地:压实流体总是由泥岩向砂岩运移，由深部向浅部、由盆地中心向盆地边缘运移.,2018/9/19,2、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未及时排出，泥岩得不到正常压实，导致孔隙流体承受了部分上覆地层的静压力（或沉积
13、负荷），出现孔隙压力高于其相应的静水柱压力的现象称为欠压实现象。,2018/9/19,欠压实产生的原因是沉积物厚度大，沉积速率快产生顶底板（正常砂泥薄互层）。,当欠压实程度进一步强化，孔隙的剩余压力超过泥岩顶底板的抗张强度，则会出现泥岩裂缝，流体排出，压力释放，恢复到正常压实状态，裂缝闭合；然后随上覆压力的加大又会形成超压，再释放。,2018/9/19,欠压实泥岩流体总体运移特征：,剩余压力差驱动孔隙流体向低剩余压力的方向运移； 孔隙压力超过泥岩的承受强度产生微裂缝微裂缝排烃释放超压，恢复正常压力。,2018/9/19,3、蒙脱石脱水作用,2018/9/19,蒙脱石在脱水过程中转变为伊利石再向
14、绿泥石转化，这一过程跟温度压力有关，其含量随深度加大而不断减少，其转化率增加较快的深度大约是3200m。,脱水过程中矿物性质的变化,2018/9/19,在泥岩排液困难的情况下，蒙脱石的脱水作用可加大异常孔隙流体超压。,蒙脱石脱水有利于流体异常压力的形成。且异常压力突变带都位于蒙脱石转化带内。,2018/9/19,4、有机质的生烃作用,烃源岩干酪根生烃过程孕育了排烃的动力， 干酪根形成的大量油气和水体积大于原干 酪根体积。这些流体不能及时排出时 Pf增大异常压力排烃作用。 甲烷等气体的形成对Pf和排烃影响最大。 使烃源层Pf，以致产生微裂缝排烃。,2018/9/19,由固态高分子量的Keroge
15、n气态小分子量的：CH4、CO2等，孔隙流体V。 随D、T，气体膨胀系数是油的4倍，是水的20倍，是岩孔的800倍。 埋藏较浅时：大部分气体以分子扩散或者溶于水形成逸散到地表。小部分于储层适当部位聚集起来，排替水，形成气藏。这对Pf影响不大。随Z、T，Kerogen成熟过成熟阶段，此时，产生的CH4及其它气体量大，而孔隙水已被气体饱和，大部分呈游离气。这不但占据孔隙空间，还会阻塞水流通道，使水排不出去。,关于甲烷等气体的生成,因此，烃源岩生烃过程也孕育了排烃的动力。由此也可推断，石油的生成与运移是一个必然的连续过程。,2018/9/19,5、流体热增压作用,当泥岩埋藏比较深，其压实的比例逐渐减
16、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，导致泥岩层内压力增加，从而促使流体运动。同时，水随温度增加，体积也会发生膨胀，产生水热增压作用。,2018/9/19,图上显示了随地温梯度的加大，水的比容加大，膨胀力加大。如在2000ft深度（6069m），地温梯度为18/km时，水膨胀约3%，在25/km时，可胀约7%，36/km，胀约15%，这是一个很大的数量。,水的压力温度密度的关系曲线,2018/9/19,正常压力带的三个地温梯度情况下，水的比容与深度关系,2018/9/19,在砂泥岩中，砂、泥岩孔隙中的流体都会发生热增容（压）效应，但是由于砂岩渗透性好，自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，而泥岩则相反，因此，泥岩中的流体总是向砂岩运移。,一般说随埋藏深度加大，地温梯度增大，水的比容增大。水的这种膨胀作用促使地下流体的运移，当然也助于烃类的运移。,
