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1、油气运聚研究的现状与进展,油气运聚研究的现状与进展,油气运聚研究的概要 初次运移的研究与应用 二次运移的研究与应用 油气聚集的研究与应用,在一次沉降的生烃盆地中，油气的运聚作用是一个带幕式特征的、连续的分异过程，该过程可以在2030Ma中完成，在地质上可视为瞬时。,油气运聚研究的现状和进展,油气运聚研究的概要,幕式特征,幕式生烃:生烃物质千万种，门限温度不同； 幕式运移:幕式排烃、幕 式上浮和地震泵作用； 幕式聚集:幕式充注和突破散失。,连续性,从地质时间尺度上看：例如天然地震。,分异性,密度、烃分子大小、吸附性、溶解度、扩散和生物作用等。,油气运聚研究的概要,实际上就是含油气系统中的关键时刻
2、，在地质上可视为瞬时。,生、运、聚作用可在2030Ma中完成：,可用熟化率指标评价该过程：,熟化速率（Ro/ma ）， 生气速率（ 108m3/km2ma）， 主生气期持续时间（ma）， 主生气期生气比例（%），,（ Ro 0.05%/ma）； （ 0.6 108m3/km2ma）； （40ma,以20ma为最佳）； 主生气期生气量占总生气量的60%以上。,油气运聚研究的概要,油气运移的时空范围是从源岩到地表，贯穿在整个油气的生成、排出、运移、聚集、散失的过程中。 初次运移和二次运移是人为划分的两个阶段，它们发生的空间虽不同，但几乎是同时发生的地质事件。 油气运移研究要解决的主要问题是：油气怎
3、么从源岩中排出、什么时候排出、排出多少、运移的优势方向和通道、可能聚集的地方、能聚集和保存多少。,油气运聚研究的概要,油气运移研究的主要思路和方法是，动态分析、综合研究，并要考虑地层的非均质性、三维空间、定量和定时的问题。,动态分析：例如含油气系统就是一个运聚系 统、恢复系统、评价系统。 非均质性：运移和聚集的要求有所不同。 三维空间：例如断层封闭的问题。 定性、定量和定时的关系。,（据Hindle,1997）,油气运移是指导油气勘探和进行油气资源评价的理论基础，全世界约有70以上的油气田位于优势运移通道上。,油气运聚研究的概要,初次运移的研究与应用,岩石的组构与油气的排出,1.泥（页）岩孔径
4、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）,初次运移的研究与应用,2.砂、泥岩中连通孔隙的5种组构,孔径,1nm-10nm （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,我国陆相泥岩粘土质含量一般50% ( 以济阳坳陷为例),多属 大微孔和中微孔（2）+（3），烃类可通过,埋深 2000-3000m 孔径
5、 660nm 喉径 34nm 3000-5000m 440nm 12nm,我国陆相泥岩的渗透率约在10-2106mD（10-1710-21m2） 一般泥岩的渗透率约在10-2 10-8 mD（10-1710 -23 m2 ）,初次运移的研究与应用,初次运移的相态与动力,1.初次运移的相态,石油：油相、气溶相 天然气：水溶相、油溶相、气相、扩散相,2.初次运移的动力、决定于运移相态和岩石组构,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，若砂岩孔径取10m，砂岩中的毛细管阻力约为0.012MPa，只 需
6、23m的油气柱高度，可见在砂岩中依靠浮力就可以运移 可见初次运移的动力主要是异常高压力，可由压实、欠压实、生烃、 构造挤压等作用产生 此外，还有由烃浓度差产生的扩散力和盐度差产生的渗透力,初次运移的研究与应用,初次运移的流动类型,典型储集岩油水两相的相对渗透率曲线,泥质烃源岩油水两相的相对渗透率曲线,1. 渗流地层孔隙中流体（包括油气）在压差作用下所 发生的连续状流动。 一般是多相渗流，要求含烃饱和度和相渗透率可 用达西公式来研究和定量计算,初次运移的研究与应用,2. 扩散流-在烃浓度差作用下产生的烃分子流动,式中，,Npe佩克莱特数，（无量纲）； V 达西流速， （m/s）； L 距离（厚度
7、）， m； D 扩散系数， （m2/s）。,当：,Npe 1 时， 以达西流为主； 1Npe0.1 时， 为过度范围。,Npe =,V L D,判别：,生烃泥岩中的扩散流与渗流,10m厚的源岩Npe在10-4-103之间，说明这两种流动在源岩中 同时存在并可相互转换。,初次运移的研究与应用,3. 渗透流在盐度差作用下水分子由低盐度向高盐度 方向的流动。,4. 势平衡流（Potential equilibration flow） 在强压差下产生，国内称为破裂流、喷射流、涌流。,煤层气解吸-扩散-渗流的运移过程（据骆祖江，1997）,初次运移的研究与应用,初次运移的速率,1.达西流在泥岩中的速率：
8、3m/Ma-15m/Ma (压力梯度103Pa/m、粘度10-3 Pa-s、 渗透率10-6 mD、孔隙度1%) 2.扩散流在泥岩中的速率：4m/Ma-18m/Ma (条件同上，扩散系数10-12 m2/s) 3.说明在泥岩中也可以用达西公式进行计算和定量模拟,渗透流,势平衡流,有效烃源岩与排烃厚度（距离）和排烃率,初次运移的研究与应用,1.有效烃源岩：能生烃、排烃、提供工业聚集,泥质源岩 0.5%（低一些），现在看1%以上 才能形成大中型油气藏； 碳酸岩源岩 0.08% 0.1%（太低），现在看也应在0.5%以上，据 法国石油研究所（1987），对18个盆地中碳酸盐源岩有机碳含量 的统计，平
9、均值为0.67%，而19个碳酸盐岩大油气田平均为3.1%。,烃源岩按有机碳含量的划分标准(Peter等，1994) 0-0.5%，不好；0.5-1%，一般；1-2%较好；2-4%，好； 4% 很好。,有机碳丰度的下限值：,我国高-过成熟碳酸盐岩气源岩的有机质含量下限值为0.2% （根据热模拟法、地质类比法 、理论计算法）。,初次运移的研究与应用,用潜能指数（SPI）来评价源岩把源岩的丰度 和厚度结合起来 SPI=,式中 SPI源岩潜能指数，（tHc/m2）； H具生烃能力的源岩厚度，（m）； S1+S2-平均生油气的潜能，(KgHC/t岩石)； -烃源岩密度，(t/m3)。,Demaison(
10、1994)认为：在以垂向排烃为主的系 统中，源岩的SPI15、为高等；在以侧向排烃为主的系统中, 源岩的SPI7 为高等。,烃源岩潜能指数（SPI）的初步分类 （据Demaison等，1994）,初次运移的研究与应用,关于Tissot（1971）认为源岩上下排烃各14m的问题； 据模拟实验1MPa情况下，上/下排烃厚度之比31； 向下排烃最大距离为300500m。,2.排烃厚度（距离）,烃类、胶质和沥青质含量与有机碳的比值向 储集层方向的变化（据Tissot和Pelet,1971）,初次运移的研究与应用,3.排烃的效率,北海Brae油田生油岩的相对排烃率 （据Leythaeuser等，1987
11、）,北海Brae油田生油岩的绝对排烃率 （据Leythaeuser等，1987）,总排烃率和阶段排烃率； 绝对排烃率（27%-83%、平均 55%）； 相对排烃率（0%-76%、平均 38%）； 我国目前大多用相对排烃率，比绝对排烃率为低。,初次运移的研究与应用,排烃模式,1.水相运移模式： 深盆热水垂向运移模式；烃类溶解出 溶运移模式；水中甲烷、CO2气体增溶运移模式。,2.油相运移模式： 连续油相排烃模式；孔隙中心网络运移模式；干酪根网络运移模式；碳酸盐烃源岩压溶排烃模式；扩散渗流排烃模式。,3.气相运移模式： 气相扩散运移模式；气相溶液运移模式。,4.混相微裂隙排烃模式。,碳酸盐烃源岩压
12、溶排烃的概念模式 （据Leythaeuser,1995）,二次运移的研究与应用,二次运移空间的动力学环境,1. 在时间上与初次运移几乎同时并存 2. 空间介质的动力学环境有很大不同，由此引起烃类运移 相态和动力的变化,油气排入运载层底部后的可能分布与相态,二次运移的研究与应用,二次运移的动力与阻力,1.动力主要是：浮力，水动力，异常压力，构造应力， 分子扩散力和渗透压力；其中以浮力最为重要。 2.阻力主要是：毛细管压力差和吸着力 （包括吸收和吸附） 有机质以吸收为主，无机矿物以吸咐为主。 3.流体势：包括水势和油、气势，它体现了油、气在含水介 质中运移的主要动力（浮力和水动力）以及毛细 管阻力
13、，因此它是研究油气二次运移的重要方法。,二次运移的研究与应用,4水势与油、气势：,式中右端第一项为位能，表示单位质量流体从基准面移至高程Z处克服重力所做的功；第二项为压能，相当于单位质量流体从基准面压力为零处移至压力为P处克服压力所做的功；第三项为动能，是单位质量流体在流速为q时所具有的动能。,最早Hubbert（1940，1953）把地层中某一点的流体势定义为：相对于基准面（一般取海平面）单位质量流体所具有的位能、压能（弹性能）与动能之和，即单位质量流体所具有的总机械能，并用下式表示：,=gZ+(dp/)+q2/2,式中 高程Z处流体势，J/kg或m2/s2； Z高程（基准面之上取正值，之下
14、取负值）m； g重力加速度，9.8m/s2； p高程Z处流体压力，Pa； 流体密度（天然气密度随压力变化）103kg/m3； q流速，m/s。,二次运移的研究与应用,由于地层中流体流动极其缓慢，在一般情况下，这一项可不考虑。因此流体势公式可简化成：,实际上用Hubbert势概念，对研究地下水的渗流是合适的，但在研究油气运移时并不适宜，因为对油气来说它忽略了一个重要的毛细管作用力。,=gZ+(dp/),但流体势是泛指地下各种流体所具有的势能，在概念上并不等于地下某种流体的势能。因此，地层中的水、油、气的势公式分别为：,w=gZ+p/w o= gZ+p/o g= gZ+dp/g(p) (积分号是由
15、于天然气的密度值（g）随压力而变),二次运移的研究与应用,England等1987对流体势定义做了两点修改：第一把研究单位质量改为单位体积；第二是考虑了油（气）与水两相的界面势能及毛细管力。并以地表为基准面（向地下为负）将流体势方程改写为：, =-gZ+dp/ (P)+2/r （乘以密度是为了保持Hubbert单位质量的势概念）,式中 储集层中Z处的流体势，J/m3或 Pa； 储集层中Z处的流体密度，103kg/m3； P储集层中Z处的孔隙流体压力，MPa； g重力加速度，9.8m/s2。 油（气）水界面张力，N/m； r储集层最小孔喉半径，m。,此时，水、油、气的势方式可分别写为：,w=-w
16、gZ+p o=-ogZ+p+2(o-w)/r g=-ggZ+ gdp/g(p)+2(g-w)/r,二次运移的研究与应用,对某一深度上，当密度值g一定时，气势方程可写成：,g=-ggZ+P+2(g-w)/r,将P=w+wgZ代入上述气势方程，可得：,g=w+（w-g）gZ+2(g-w)/r,上式右端第一项表示水动力的作用；第二项是气的浮力；第三项是毛细管力。可见，地层水中某点的气势本身就包括了作用在单位体积天然气上的三种主要的作用力。,天然气总是从高势向低势方向流动，即沿负势梯度（g）方向运移，也就是沿气势减少方向运移。根据自然界最小功原理，该方向必是沿路径最短、做功最小的方向，也就是沿垂直等势线递减方向流动 。,流体沿垂直等势线递减的负势梯度（
