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1、第一节第一节 油气运移概述油气运移概述第二节第二节 油气初次运移油气初次运移第三节油气二次运移第三节油气二次运移第四节第四节 油气运移研究方法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石油天然气地质44二次运移相态动力和通道课件二次运移二次运移: : 油气油气进入储层之后的一切运移。包括进入储层之后的一切运移。包括 在储集层内部、沿断层或不整合面、在储集层内部、沿断层或不整合面、 油气藏调整和破坏的再运移。油气藏调整和破坏的再运移。2石油天然气地质44二次运移相态动力和通道课件与初次运移相比，二次运移环境：与初次运移相比，二次运移环境：运移通道运移通道粗，毛细管阻力小
2、，流体压力较低，含盐度粗，毛细管阻力小，流体压力较低，含盐度较高，油气以游离相为主，气可呈水溶相较高，油气以游离相为主，气可呈水溶相, ,浮浮力为主要运移动力。力为主要运移动力。主要内容：相态、动力和阻力、通道、时期、方向和距离第三节第三节 油气二次运移油气二次运移3石油天然气地质44二次运移相态动力和通道课件一、油气二次运移的相态和流动类型一、油气二次运移的相态和流动类型1 、二次运移的相态、二次运移的相态主要：连续油相，连续气相。主要：连续油相，连续气相。石油主要呈游离相，少量气溶相和水溶相石油主要呈游离相，少量气溶相和水溶相天然气主要呈游离相，少量水溶相和扩散相天然气主要呈游离相，少量水
3、溶相和扩散相运移过程中因温压条件改变，会发生相态变化运移过程中因温压条件改变，会发生相态变化5石油天然气地质44二次运移相态动力和通道课件2、二次运移的流动类型、二次运移的流动类型渗渗 流流地层孔隙中流体在压差或势差作用所发生的流动，浮力流浮力流指油气在密度差作用下，在地层孔隙水中的上浮扩散流扩散流流体在浓度差作用下所产生的分子扩散6石油天然气地质44二次运移相态动力和通道课件 渗 流：单相渗流和多相渗流，呈连续状流动，要求烃饱和度和相渗透率，可用流体势和达西公式来研究和定量计算。典型储集岩油水两相的相对渗透率曲线7石油天然气地质44二次运移相态动力和通道课件 浮力流：自由上浮与限制性上浮自由
4、上浮与限制性上浮，呈断续状流动，不 要求含烃饱和度和相渗透率，不能用达西公式表述和计算。8石油天然气地质44二次运移相态动力和通道课件扩散散失扩散成藏9石油天然气地质44二次运移相态动力和通道课件 动力：动力：浮力、构造应力、水动力、扩散力浮力、构造应力、水动力、扩散力 阻力：阻力：毛细管力、吸附力、水动力毛细管力、吸附力、水动力二、油气二次运移的动力和阻力二、油气二次运移的动力和阻力10石油天然气地质44二次运移相态动力和通道课件1 1、浮力、浮力 油、气的密度比水小，在水中存在浮力油、气的密度比水小，在水中存在浮力 浮力的大小与油气密度和体积有关：浮力的大小与油气密度和体积有关： F浮力浮
5、力 V（wo)g V：油相体积；：油相体积； w、o：水、油的密度；：水、油的密度； g：重力加速度：重力加速度（一）（一） 二次运移的动力二次运移的动力11石油天然气地质44二次运移相态动力和通道课件浮力大于毛细管阻力，油气才能运移：浮力大于毛细管阻力，油气才能运移： V（wo)g 2(1/rt1/rp) 为油水界面张力；为油水界面张力；r rt t为孔隙的喉道半径；为孔隙的喉道半径；r rp p为孔隙的半径为孔隙的半径把石油体积把石油体积V V换成单位面积的高度，则石油运移的临换成单位面积的高度，则石油运移的临界高度：界高度： Zo = 2(1/rt1/rp) / (wo)g 石油在储层中
6、开始石油在储层中开始运移的条件：运移的条件：油柱高度大于临界高度油柱高度大于临界高度临界气柱高度：临界气柱高度： Zg = 2(1/rt1/rp) / (wg)g 12石油天然气地质44二次运移相态动力和通道课件图图: 一滴油珠在水润湿的地下环境中通过孔隙喉道运移一滴油珠在水润湿的地下环境中通过孔隙喉道运移14石油天然气地质44二次运移相态动力和通道课件图图: 奇尔曼奇尔曼.A.希尔的一个试验的三个连希尔的一个试验的三个连续阶段，说明浮力的作用与油滴数量的关系续阶段，说明浮力的作用与油滴数量的关系16石油天然气地质44二次运移相态动力和通道课件图图: 在相同球形颗粒呈菱形堆积的储集层中，油在相
7、同球形颗粒呈菱形堆积的储集层中，油柱的临界高度与储集层参数之间的关系柱的临界高度与储集层参数之间的关系18石油天然气地质44二次运移相态动力和通道课件运载层中油气在静水条件下的二次运移运载层中油气在静水条件下的二次运移 静水条件下，砂岩上浮的临界高度为静水条件下，砂岩上浮的临界高度为0.3-3m0.3-3m石油从生油层排出进入储集层时，由于岩石的非均质石油从生油层排出进入储集层时，由于岩石的非均质性在储层底部形成高低不平的油水界面。当最高油体性在储层底部形成高低不平的油水界面。当最高油体超过临界高度超过临界高度Z Z0 0时，会脱离界面而上浮时，会脱离界面而上浮。20石油天然气地质44二次运移
8、相态动力和通道课件 静水条件下，油气到达水平运载层顶部后，静水条件下，油气到达水平运载层顶部后，在盖层的封闭下油体沿顶界面分散，将不再运移；在盖层的封闭下油体沿顶界面分散，将不再运移； 如果岩层是倾斜的，油气在聚集到临界高度时，如果岩层是倾斜的，油气在聚集到临界高度时，将在浮力作用下继续向上倾方向运移，直至到达将在浮力作用下继续向上倾方向运移，直至到达圈闭聚集起来。圈闭聚集起来。沿上倾方向浮力（沿上倾方向浮力（F1F1）的大小与地层倾角有关。）的大小与地层倾角有关。倾角越大，浮力也越大：倾角越大，浮力也越大： F1 F1Fsin Fsin = Zo(wo)gsin sin 21石油天然气地质4
9、4二次运移相态动力和通道课件运载层中油气在静水条件下的二次运移运载层中油气在静水条件下的二次运移 22石油天然气地质44二次运移相态动力和通道课件2 2、水动力、水动力压实水动力：水流从盆地中心向边缘压实水动力：水流从盆地中心向边缘重力水动力：水流从盆地边缘露头区向盆地内部重力水动力：水流从盆地边缘露头区向盆地内部水流动方向与油气浮力方向一致：水动力为动力，水流动方向与油气浮力方向一致：水动力为动力，反之为阻力。反之为阻力。 23石油天然气地质44二次运移相态动力和通道课件压实水动力：压实水动力： 沉积物的压实排水，盆地发育早期。沉积物的压实排水，盆地发育早期。 流动方向流动方向：由盆地中心向
10、盆地边缘呈由盆地中心向盆地边缘呈“离心流离心流”、由深处向浅处。由深处向浅处。 压实流盆地压实流盆地25石油天然气地质44二次运移相态动力和通道课件重力水动力：重力水动力： 盆地演化的成熟阶段盆地演化的成熟阶段。 地地层层在在盆盆地地边边缘缘出出露露并并与与大大气气水水相相通通，形形成成由由盆盆地地边边缘缘向向盆盆地地中中心心重重力力流流，并并在在盆盆地地中中心心穿穿层层排排泄泄，向心流向心流。重力流盆地重力流盆地。滞流盆地：滞流盆地： 盆地演化的晚期，盆地地下水基本上处于盆地演化的晚期，盆地地下水基本上处于静水状态，无流体能量交换。静水状态，无流体能量交换。27石油天然气地质44二次运移相态
11、动力和通道课件盆地演化过程中的水动力（据Coustau，1977） 28石油天然气地质44二次运移相态动力和通道课件 背斜地层中水动力与浮力的配合情况及油气运移方向背斜地层中水动力与浮力的配合情况及油气运移方向29石油天然气地质44二次运移相态动力和通道课件在在水水动动力力条条件件下下, ,油油珠珠于于水水湿湿润润的的环环境境中中通通过过孔孔隙隙喉喉道道运运送送, ,向向上上流流动动的的水水流流帮帮助助浮浮力力克克服服相相反反的的毛毛细细管管力力30石油天然气地质44二次运移相态动力和通道课件图：水平地层中油气在水动力推动下的运移图：水平地层中油气在水动力推动下的运移水动力大于毛细管阻力时，油
12、气沿水动力方向运移 石油二次运移的条件：油体浮力 水动力 毛细管阻力（1）水平地层）水平地层31石油天然气地质44二次运移相态动力和通道课件在水平地中水动力的驱动能力：在水平地中水动力的驱动能力： 假设颗粒半径中值一定（假设颗粒半径中值一定（0.5mm0.5mm）, , 油油（0.875g/cm0.875g/cm3 3）和水（）和水（1.07g/cm1.07g/cm3 3）的密度差）的密度差一定，界面张力一定（一定，界面张力一定（4040时时40dyn/cm40dyn/cm），），0.5dyncm0.5dyncm-2-2mm-1-1的压力梯度可使的压力梯度可使140m140m的油链的油链发生运
13、动。发生运动。 如果储集层的渗透率为如果储集层的渗透率为1D1D，孔隙度为，孔隙度为2525，则则0.5dyncm0.5dyncm-2-2mm-1-1的水压梯度可使粘度为的水压梯度可使粘度为1CP1CP的的水每年流动水每年流动60cm60cm。水动力驱动油气运移的速率较慢水动力驱动油气运移的速率较慢32石油天然气地质44二次运移相态动力和通道课件图：在倾斜储集层中水动力图：在倾斜储集层中水动力对油体运移的影响对油体运移的影响推动石油顺水流运移的水动力：推动石油顺水流运移的水动力：Pw = L dp/dlPw = L dp/dl水压梯度越大，油柱长度越水压梯度越大，油柱长度越大，水动力作用越大大
14、，水动力作用越大上倾水流，上倾水流， PwPw与浮力一致，与浮力一致，石油向上倾运移石油向上倾运移下倾水流，与浮力相反：浮下倾水流，与浮力相反：浮力大于力大于PwPw，石油向上倾运移；，石油向上倾运移；小于小于PwPw，石油向下倾运移。，石油向下倾运移。（2）倾斜储集层）倾斜储集层34石油天然气地质44二次运移相态动力和通道课件折算压力：测点相对于某一基准面的压力，相当于由测压面到折算基准面的水柱高度所产生的压力。 A点的折算压力 PPA h1wg(hA h1)wg 流动方向：从折算压力高向折算压力低的方向。流动方向：从折算压力高向折算压力低的方向。（3）用折算压力确定水流方向）用折算压力确定
15、水流方向35石油天然气地质44二次运移相态动力和通道课件图：两个储集层情况下的水流方向图：两个储集层情况下的水流方向37石油天然气地质44二次运移相态动力和通道课件 一口井中三个含流体的储集层，具有不一口井中三个含流体的储集层，具有不 同的测压水面高度时，流体流动的方向同的测压水面高度时，流体流动的方向B层水压面最高为hb，A层水压面次之为ha，C层水压面最低为hc，即hbhahc。在有通路的情况下，B层的流体将向A层、C层中流动 38石油天然气地质44二次运移相态动力和通道课件 构造应力：由地壳运动产生的地应力。是构造应力：由地壳运动产生的地应力。是作用在岩石骨架中的压力，而地层压力是岩石作
16、用在岩石骨架中的压力，而地层压力是岩石孔隙中的流体压力，两者互相作用、互相传递，孔隙中的流体压力，两者互相作用、互相传递，形成岩石统一的压力系统。形成岩石统一的压力系统。 构造应力直接或间接为油气二次运移提供构造应力直接或间接为油气二次运移提供动力、通道动力、通道 构造作用力为油气二次运移创造了有利条件。构造作用力为油气二次运移创造了有利条件。3 3、构造应力、构造应力40石油天然气地质44二次运移相态动力和通道课件 二次运移的直接驱动力：构造应力使二次运移的直接驱动力：构造应力使岩石骨架压缩，岩石颗粒和孔隙变形，变岩石骨架压缩，岩石颗粒和孔隙变形，变形过程的作用力传递给孔隙中的流体，形形过程
17、的作用力传递给孔隙中的流体，形成高势区，驱使油气向低势区运移；成高势区，驱使油气向低势区运移；41石油天然气地质44二次运移相态动力和通道课件 构造作用产生的异常压力可以造成地下构造作用产生的异常压力可以造成地下流体势的改变，促使油气运移。构造侧向挤流体势的改变，促使油气运移。构造侧向挤压、断裂作用和刺穿作用等都是形成异常压压、断裂作用和刺穿作用等都是形成异常压力的重要因素。力的重要因素。42石油天然气地质44二次运移相态动力和通道课件 构造应力形成运移通道。构造应力可以形成褶皱、构造应力形成运移通道。构造应力可以形成褶皱、断裂，使地层产生翘倾，形成供水区和泄水区，使得断裂，使地层产生翘倾，形
18、成供水区和泄水区，使得油气可以在浮力和水动力作用下有效运移。油气可以在浮力和水动力作用下有效运移。 43石油天然气地质44二次运移相态动力和通道课件4.4.分子扩散力分子扩散力 分子扩散主要受浓度梯度控制，从高浓度区向分子扩散主要受浓度梯度控制，从高浓度区向四周低浓度区扩散。在油气藏形成以后，天然气通四周低浓度区扩散。在油气藏形成以后，天然气通过上覆盖层的扩散将导致气藏的破坏。过上覆盖层的扩散将导致气藏的破坏。 分子扩散力的效率比油气渗滤来说小几个数量分子扩散力的效率比油气渗滤来说小几个数量级，更多的情况势破坏作用。在致密地层中，分子级，更多的情况势破坏作用。在致密地层中，分子扩散可能是二次运
19、移的主要动力和方式。扩散可能是二次运移的主要动力和方式。 44石油天然气地质44二次运移相态动力和通道课件（二）（二） 二次运移的阻力二次运移的阻力1.1.毛细管压力毛细管压力地下岩石孔隙系统多为水润湿的，游离相地下岩石孔隙系统多为水润湿的，游离相油气在其中运移必然要受到毛细管力的作用。油气在其中运移必然要受到毛细管力的作用。 由于岩石的孔隙和喉道半径不同，油气受到由于岩石的孔隙和喉道半径不同，油气受到的毛细管压力大小不同。的毛细管压力大小不同。 油气在岩石中会选择最小阻力方向通道运移，油气在岩石中会选择最小阻力方向通道运移，即沿最大孔隙和喉道所组成的路径运移。即沿最大孔隙和喉道所组成的路径运
20、移。 45石油天然气地质44二次运移相态动力和通道课件2 2吸附力吸附力吸附是流体与固体分子之间作用的一种吸附是流体与固体分子之间作用的一种界面现象。岩石的岩性、矿物组成、结构、界面现象。岩石的岩性、矿物组成、结构、粒度及烃类性质都是影响吸附力的重要因素。粒度及烃类性质都是影响吸附力的重要因素。 油气与岩石颗粒接触的两相界面越大，吸油气与岩石颗粒接触的两相界面越大，吸附作用越强，吸附量也就越多。泥质颗粒比附作用越强，吸附量也就越多。泥质颗粒比面积大，较碎屑储集岩有更大的吸附力。面积大，较碎屑储集岩有更大的吸附力。 烃类的吸附性还与烃类性质和分子结构有烃类的吸附性还与烃类性质和分子结构有关，一般
21、来说随分子量的增大吸附能力也增关，一般来说随分子量的增大吸附能力也增加，正构体烃比异构体烃的吸附能力大。加，正构体烃比异构体烃的吸附能力大。46石油天然气地质44二次运移相态动力和通道课件连通孔隙连通孔隙裂缝裂缝断层：断层：垂向运移垂向运移主通道主通道不整合面：不整合面：侧向运移侧向运移重要通道重要通道三、油气二次运移的通道与输导体系三、油气二次运移的通道与输导体系基本基本通道通道1 1、油气二次运移的通道、油气二次运移的通道47石油天然气地质44二次运移相态动力和通道课件 储集层的连通孔隙是油气二次运移的储集层的连通孔隙是油气二次运移的基本通道。基本通道。 连通孔隙的多少取决于岩层有效孔隙连
22、通孔隙的多少取决于岩层有效孔隙度的大小。流体通过连通孔隙的能力取度的大小。流体通过连通孔隙的能力取决于岩石的孔隙喉道结构。喉道半径越决于岩石的孔隙喉道结构。喉道半径越大、孔隙半径与喉道半径的差值越小渗大、孔隙半径与喉道半径的差值越小渗透率越大，越有利于油气运移。透率越大，越有利于油气运移。 48石油天然气地质44二次运移相态动力和通道课件 裂缝是一种特殊的孔隙，它对改善裂缝是一种特殊的孔隙，它对改善岩层特别是那些那些致密地层的渗透性岩层特别是那些那些致密地层的渗透性极为重要。极为重要。 油气以断层作为通道的运移有两种方油气以断层作为通道的运移有两种方式：一是横穿断层的横向运移，一是沿式：一是横
23、穿断层的横向运移，一是沿断层面的垂向运移。断层能否作为运移断层面的垂向运移。断层能否作为运移通道取决于自身的封闭性，通道取决于自身的封闭性， 49石油天然气地质44二次运移相态动力和通道课件横穿断层运移与沿断层面垂向运移示意图（据R.E.Chapman，1983修改） 50石油天然气地质44二次运移相态动力和通道课件 不整合面代表着地层曾经历过区域性的的地不整合面代表着地层曾经历过区域性的的地壳运动或沉积间断，往往使下伏地层遭受风化剥壳运动或沉积间断，往往使下伏地层遭受风化剥蚀和溶解淋滤，形成区域性稳定分布的高孔高渗蚀和溶解淋滤，形成区域性稳定分布的高孔高渗古风化壳或古岩溶带，有利于油气长距离
24、运移。古风化壳或古岩溶带，有利于油气长距离运移。 不整合的分布具有区域性，在时空上具有稳定不整合的分布具有区域性，在时空上具有稳定性，不仅能大面积汇集油气并形成长距离的运移性，不仅能大面积汇集油气并形成长距离的运移通道，还能把不同时代、不同岩性的生、储岩层通道，还能把不同时代、不同岩性的生、储岩层连通起来形成多种类型的不连续的生储盖组合。连通起来形成多种类型的不连续的生储盖组合。51石油天然气地质44二次运移相态动力和通道课件准噶尔盆地西北缘以不整合为运移通道的油气运移示意图 52石油天然气地质44二次运移相态动力和通道课件运载层的组合关系a储集层间的组合；b储集层与断层的组合；c断层间的组合
25、；d不整合与储集层的遮挡组合；e储集层与不整合的超覆组合；f不整合间的组合 53石油天然气地质44二次运移相态动力和通道课件（petroleum migration pathwayspetroleum migration pathways） （1 1）含义：）含义：是指油气从烃源岩到圈闭过是指油气从烃源岩到圈闭过程中所经历的所有路径网及其相关围岩，包程中所经历的所有路径网及其相关围岩，包括括连通砂体、断层、不整合及其组合连通砂体、断层、不整合及其组合。 油气沿着形态不规则的油气沿着形态不规则的立体线状输导系立体线状输导系统统运移运移2 2、油气输导体系、油气输导体系54石油天然气地质44二次运
26、移相态动力和通道课件1 1）按运移通道的时空组合特征：）按运移通道的时空组合特征：网毯式、网毯式、网毯式、网毯式、“T”“T”“T”“T”型、阶梯型、裂隙型型、阶梯型、裂隙型型、阶梯型、裂隙型型、阶梯型、裂隙型（2 2）输导体系类型）输导体系类型56石油天然气地质44二次运移相态动力和通道课件2 2）按主要运载层类型分类：）按主要运载层类型分类：储集层输导体系、断裂输导体系、不整合输导体系、复式输导体系57石油天然气地质44二次运移相态动力和通道课件优势运移通道：优势运移通道： 是指油气自然优先流经的二次运移通道。 控制着运移油气总量的绝大部分。有效运移通道：有效运移通道： 真正发生了运移作用
27、的运载层。 优势通道是有效通道的一部分 （3 3）优势运移通道）优势运移通道与有效运移通道有效运移通道60石油天然气地质44二次运移相态动力和通道课件油气运移优势通道地质概念模型油气运移优势通道地质概念模型61石油天然气地质44二次运移相态动力和通道课件62石油天然气地质44二次运移相态动力和通道课件封闭性断层对运移通道及远景圈闭风险评价的影响上图：断层不封闭，对运移无影响；下图：断层封闭，运移通道偏转到另一构造63石油天然气地质44二次运移相态动力和通道课件级差优势通道控油气作用地质概念模型级差优势通道控油气作用地质概念模型 级级差差优优势势通通道道：输输导导层层内内孔孔渗渗性性结结构构分分
28、布布差差异异形形成成的的优优势势通通道道。油油气气在在这这类类介介质质中中总总是是沿沿着着级差优势最大的通道级差优势最大的通道向前运移。向前运移。v四种油气运移四种油气运移优势通道优势通道通道：通道：64石油天然气地质44二次运移相态动力和通道课件区域盖层分隔槽控制油气运移方向和优势通道地质概念模型a分隔槽向供烃中心左侧运移，油气趋向右侧运移；b分隔槽向供烃中心右侧运移，油气趋向左侧运移。 分分隔隔优优势势通通道道：指指有有效效烃烃源源岩岩之之上上的的输输导导层层沉沉降降中中心心的的有有序序偏偏移移所所形形成成的的油油气气运运移移通通道道。特特别别要要注注意意断断裂裂和和区区域域性性盖盖层层的
29、的作作用用及及其其二二者者之之间间的的匹匹配配关关系系。区区域域性性盖盖层层底底部部形形成成的的分分隔隔槽槽是是最最终终决决定定油油气流向的地质要素。气流向的地质要素。 65石油天然气地质44二次运移相态动力和通道课件流向优势通道控油气作用地质模型流向优势通道控油气作用地质模型 流向优势通道：流向优势通道：指油气受指油气受浮力作用浮力作用而形成的优势而形成的优势通道。通道。油气运移方向和通道油气运移方向和通道受浮力和断面（或储集层）倾角的受浮力和断面（或储集层）倾角的控制。控制。66石油天然气地质44二次运移相态动力和通道课件流压优势通道控油气作用地质概念模型a极强的水动力条件下油气顺水流方向运移；b强的水动力条件下油气大部分顺水流方向运移；c较强水动力条件下部分油气顺水流方向运移；d较弱水动力条件下只有极少数油气顺水流方向运移。流压优势通道：流压优势通道：指油气在运移过程中流压作用形成指油气在运移过程中流压作用形成的优势通道。的优势通道。油气运移的方向和通道受浮力和水流动力浮力和水流动力的双重作用控制。67石油天然气地质44二次运移相态动力和通道课件68石油天然气地质44二次运移相态动力和通道课件
