油气田开发地质基础第四章

1、 第四章 石油和天然气的运移第一节 油气运移概述第二节 油气的初次运移第三节 油气的二次运移油气田开发地质基础第四章 石油和天然气的运移一、一、油气运移概念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？搞清这些问题不仅具有理 论意义，更重要的是对油气勘探具指导意义概念：地壳中的石油和天然气在各种天然因素作用下发生的移动油气在地下运移的证据？二、油气运移阶段初次运移: 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：油气 聚集初次运移二次运移疏导层 烃源岩油气三次运移： 已形成的油气藏因聚集条件改 变而引起油气的再运移（包括 在新的位置再聚集或逸出地表 散失）三、油气运移方式渗滤、扩散1、渗滤：机械运动，整体流动，遵守能量守恒定律，由机械能高的地方向机械能低的地方流动 2、扩散：分子运动，使浓度梯度达到均衡扩散方向：从高浓度向低浓度润湿性：是

2、指流体附着在固体上的性质，是一种吸附作用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 岩石油水水水水(A)亲水孔隙介质(B) 亲油孔隙介质四、岩石润湿性五、油气运移的临界饱和度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。对于一定的岩石，存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，即不发生流动例如：Levorson(1954)对亲水砂岩进行油水两相吸排水的实验，结果表明油相的饱和度低于10%时，油相不能运动Dickey认为，在烃源岩中由于大部分颗粒的内表面已为油所润湿，油相运移的临界饱和度可小于10%，甚至降到1%油气水共存时，油（气）运移所需的最小饱和度称为油（气）运移的临界饱和度幕式排烃六、地层压力、地静压力、

3、净水压力1、地层压力地下储层（或油层）内流体所承受的压力，称为地层压力，亦可称为地层流体压力或孔隙流体压力，Pa2、地静压力是岩石圈中某点上的垂向压力。等于上覆岩柱重量产生的压力3、净水压力作用于静止液体两部分的界面上或液体与固体的接触面上的法向面力4、异常地层压力作用于地层孔隙空间流体上的压力背离正常地层压 力趋势线称之为异常地层压力单一储集层内静水压面示意图第一节 油气运移概述第二节 油气的初次运移第三节 油气的二次运移油气田开发地质基础第四章 石油和天然气的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一、初次运移的相态一般认为油的运移相态以游离相为主，水溶相为辅。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对于天然气而言，运移相态以水溶相和游离相运移。因为天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

4、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。表现在有机质演化的不同阶段，油气运移的相态可能不同低熟阶段：由于源岩含水量大，生成的烃类少，胶质、沥青质含量高，油气运移的相态应以水溶相为主高/成熟阶段：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；生凝析气阶段，气溶油运移，气为油的载体过熟阶段：气以游离相运移二、油气初次运移的动力目前认为油气从烃源岩中排出的驱动力就是剩余压力。剩余压力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。其产生有几种情况：1、压实作用如果一套地层处于压实平衡状况，当其上又沉积了一层厚h的沉积物时，新沉积物的负荷就要传递给下伏地层的孔隙流体中，结果使孔隙流体产生了超过静水柱压力的剩余压力。在这种压力下，孔隙流体排出，孔隙体积缩小，沉积物得到压实

5、。当流体排出一部分，又恢复平衡。就这样，上覆沉积物不断沉积，下覆孔隙流体不断排出。这个过种可以是连续进行，亦可能是间断进行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，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。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。这种过程可进行多次，形成脉冲式的排烃机制，有人称之为“手风琴”式的排烃方式3、蒙脱石脱水蒙脱石是一种膨胀性粘土，结构水较多，一般含有四个或四个以上的水分子层，按体积计算，这些水可占整个矿物的50%，按重量计可占22%。这些结构水在压实作用和热力作用下会有部分甚至全部成为孔隙水，这些新增的流体必然要排挤孔隙原有的流体，起到排烃的作用 蒙脱石在脱水过程中转变为伊利石再向绿泥石转化，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320

6、0m。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4、流体热增压当泥岩埋藏比较深，地层温度增加，流体发生膨胀，增大剩余压力，促进流体流动当烃源岩层处于欠压实状态时，欠压实段有非常高的孔隙度及孔隙水含量。由于水的热导率低，水本身又不流动，这不利于地下深处的热流向上传导，造成异常高的地温。这种异常高的地温及异常大的水体积，必然表现出更大的热膨胀体积。显然欠压实段泥岩的热增压现象要比正常压实段更明显此外，烃源岩在演化过程中有新流体的生成，如H2O、油和烃类进入孔隙中必然会加大热增压现象5、渗析作用渗析作用是指在渗透压差作用下流体会通过半透膜从盐度低向盐度高方向运移，直到浓度差消失为止 沙泥岩互层层组中泥岩孔隙度流压含盐分布特征6、有机质的生烃作用干酪根成熟后可生成大量油气和水。这些油气水的体积大大超过原干酪根本身的体积，这些不断新生的流体进入孔隙后，必然不断排挤孔隙已存在的流体，驱替原有流体向外排出。流体排出不畅时，也会增加流体超压因此，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7、其它作用油气初次运移的动力还有构造应力、毛细管压力

7、，扩散作用、碳酸盐固结和重结晶作用等三、初次运移的途径油气初次运移的主要途径有孔隙、微层理面和微裂缝。在未熟低熟阶段，运移的途径主要是孔隙和微层理面；但在成熟过成熟阶段油气运移途径主要是微裂缝干酪根生成烃类过程中，微裂缝的形成与烃类的注入（Ungerer等,1983)亮晶方解石 有机质纹层亮晶方解石裂隙的发生在空间上与有机质纹层紧密相关四、油气初次运移模式 3种模式： 正常压实排烃模式 异常压力排烃模式 扩散模式 三者在运移相态、动力、通道等方面有差异1、未熟低熟阶段正常压实排烃模式 相态：水溶状态和游离相 动力：正常压实 通道：孔隙在压实作用下，油气随压实水流，通过源岩孔隙运移到运载层或储集层中 相态：游离状态 动力：异常高压 通道：较大孔隙、微层理面、微裂缝、构造裂缝与断层、缝合线、干酪根网络在欠压实作用、蒙脱石脱水作用、有机质生烃作用、热增压作用以及渗析作用等各种因素导致孔隙流体压力不断增加，形成异常高压，油气以游离状态在上述动力的作用下，沿此阶段的运移通道从生油气层中排出2、成熟过成熟阶段异常压力排烃模式 相态：分子态。轻烃，特别是气态烃，具有较强的扩散能力，与体积流相比，效率

8、较低，但在源岩中轻烃扩散具有普遍性 条件：烃浓度差 气体依靠扩散进行的初次运移，只发生在源岩层内比较短的距离3、轻烃扩散辅助运移模式烃源岩复式排烃模式三种排烃模式（方式）裂缝带排烃模式差异突破压力排烃模式断层排烃模式在异常高压区内，由于生油母质、烃源岩结构、异常高压分布以及断裂发育特征等的不同，排烃主要分为微裂缝排烃、差异突破压力和断层排烃三种类型 有效烃源岩复式排烃示意图断层排烃 微裂缝排烃差异突破压力排烃五、烃源岩有效排烃厚度烃源岩所生成的油气，因受各种因素的控制（如厚度大、渗透率小、动力不足、地层吸附）并不能全部排出，只有与储层相接触的一定距离内的生油层中的烃才能有效地排出来。能有效地排出烃类的生油层厚度，称为有效厚度。一般在30m。不同地区有效厚度是不完全相同的。在评价生油岩时，可利用岩心含沥青化学资料分析研究排烃效果，区分有效生油岩层与死生油岩层。前者指生油岩不仅产生油气，且排驱了有商业价值的油气；后者指尽管产生油气，但生成的油气没有排驱到储集层中，而是被圈死在烃源层中可见，最优越的生油层是与储集层呈互层关系的生油层，过厚的块状泥岩并不是最有利的生油层第一节 油气运移概述第二

9、节 油气的初次运移第三节 油气的二次运移油气田开发地质基础第四章 石油和天然气的运移二次运移:油气进入储层之后的一切运移包括储集层内部、沿断层或不整合面、油气藏调整和破坏的再运移主要内容：相态、动力和阻力、通道、时期、方向和距离二次运移特点：运移通道粗，毛细管阻力小，流体压力较低，含盐度较低，油气以游离相为主，气可呈水溶相，浮力为主要运移动力一、二次运移的相态 主要相态：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天然气主要呈游离相，少量水溶相和扩散相运移过程中因温压条件改变，会发生相态变化二、二次运移的流动类型渗 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指油气在密度差作用下，在地层孔隙水中的上浮扩散流流体在浓度差作用下所产生的分子扩散典型储集岩油水两相的相对渗透率曲线渗流：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油区油水区水区浮力流：自由上浮与限制性上浮，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扩散成藏扩散散失三、二次运移的主要动力和阻力1、动力 （1）浮力石油和天然气的相对密度小于水，游离相的油气会在水上漂浮运移，其浮力大小为： 动力：浮力、构造应力、水动力、扩散力阻力：毛细管力、吸附力、水动力 一滴油球在水润湿的地下环境中通过孔隙喉道运移油气在运移过程，必须要克服毛细管阻力毛细管阻力与浮力相对抗，直到变形的油珠的曲率半径在上端与下端相等，才能在浮力作用下向上运移F 2(1/rt1/rp) 运载层中油气在静水条件下的二次运移 静水条件下，石油在砂岩中上浮的临界高度为0.3-3m，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。当最高油体超过临界高度Z0时，会脱离界面而上浮（2）水动力 背斜地层中水动力与浮力配合压实水动力：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 盆地演化过程中的水 动力（Coustau，1977） 水平地层中油气在水动力推

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