簡(jiǎn)單地說油氣自細(xì)粒生油巖層中向外排出的過程即為初次運(yùn)移對(duì)于課件

1、 第四章 石油和天然氣的運(yùn)移 第一節(jié) 油氣運(yùn)移概述 一、油氣運(yùn)移概念 簡(jiǎn)單講，油氣運(yùn)移就是指油氣在地殼中的移動(dòng)。準(zhǔn)確而言：油氣運(yùn)移是指石油、天然氣在地下因自然因素所引起的位置移動(dòng)。 油氣的運(yùn)移與油氣藏的形成、破壞、再形成、再破壞等緊密相聯(lián)，密不可分。 從油氣運(yùn)移的特征看，進(jìn)入儲(chǔ)層以前的運(yùn)移是一種高分散態(tài)的聚集，而進(jìn)入儲(chǔ)層以后的運(yùn)移是相對(duì)整體的運(yùn)移，二者運(yùn)移的動(dòng)力特征是有差異的。 一般將生油層中由固體有機(jī)顆粒（干酪根）衍生出的油氣混合物，在細(xì)粒生油層的毛細(xì)管孔隙中的運(yùn)移，稱為初次運(yùn)移。簡(jiǎn)單地說：油氣自細(xì)粒生油巖層中向外排出的過程即為初次運(yùn)移。 對(duì)于油氣運(yùn)出母巖后在儲(chǔ)集層內(nèi)部的全部傳導(dǎo)過程則稱之為

2、二次運(yùn)移 二、 油氣運(yùn)移的基本方式 油氣運(yùn)移有滲濾和擴(kuò)散兩種基本方式。 滲濾是一種機(jī)械運(yùn)動(dòng)方式，遵守能量守恒定律，總是由機(jī)械能高的地方向機(jī)械能低的方向流動(dòng)。流動(dòng)特征可以用達(dá)西定律描述：Q=K S (p2-p1) /(L ) 擴(kuò)散是分子布朗運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的傳遞過程。擴(kuò)散方向總是從高濃度向低濃度進(jìn)行，擴(kuò)散傳遞速率與濃度梯度有關(guān)，服從費(fèi)克（Fick）第一定律:J= - D gradC 第二節(jié) 油氣的初次運(yùn)移 一、油氣初次運(yùn)移的動(dòng)力 在細(xì)粒母巖中，未壓實(shí)前，水的含量是非常多的，有機(jī)物生成烴的數(shù)量，與母巖中水的含量相比是非常小的，所以普遍認(rèn)為，水是油氣運(yùn)移的載體。一切引起水體運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力因素，都是油氣運(yùn)移的動(dòng)力

3、。 在油氣初次運(yùn)移中，主要?jiǎng)恿σ蛩赜兴膫€(gè)方面： 機(jī)理類似于擠壓含水的海綿一樣，生油層在上覆沉積物的壓力（地靜壓力）作用下，其孔隙中的水以及油氣即要向外運(yùn)移。 當(dāng)巖層中的流體壓力為靜水壓力時(shí)，稱之為壓實(shí)平衡。 當(dāng)其上發(fā)育了新地層后，新地層的負(fù)荷作用將使下伏地層壓實(shí)，顆粒重新緊縮，產(chǎn)生粒間流體承壓。（一）壓實(shí)作用 粒間流體壓力與靜水壓力的之差為剩余壓力。在剩余壓力的作用下，孔隙流體得以運(yùn)移排除。壓實(shí)流體的運(yùn)移方向以縱向?yàn)橹鳌?當(dāng)上覆地層沉積在盆地中心厚而邊緣薄時(shí)，從而產(chǎn)生橫向剩余壓力差，使流體從盆地中心向邊緣運(yùn)移。 在砂泥巖交互的地層中，泥巖易于壓縮，且壓縮率大，而砂巖不易壓縮，壓縮率小。從而造成

4、泥巖中流體剩余壓力較大，而砂巖中流體的剩余壓力較?。ɡ斫鈺r(shí)可先假設(shè)兩巖層的流體相互未流動(dòng)運(yùn)移），由此造成了二巖層之間的流體剩余壓力差，從而使得生油巖中流體向儲(chǔ)集層中運(yùn)移。 所以， 油氣運(yùn)移的總體規(guī)律是：從高壓的生油巖向低壓區(qū)，即向上或向下流向儲(chǔ)集層；從盆地中心移向邊緣。 對(duì)于較薄的生油巖層，在上覆沉積物的均衡壓實(shí)作用下，油氣運(yùn)移的載體水在米左右時(shí)即被很快排出。 此時(shí)，有機(jī)質(zhì)尚未大量生成油氣，待達(dá)到米左右的油氣生成的主要深度范圍時(shí)，生油巖中所含流體很少。要攜帶大量油氣運(yùn)移出去已不可能。不利于油氣的聚集。 （二） 欠壓實(shí)作用 對(duì)于較厚或巨厚的泥巖層，由于流體排出面積所限，相對(duì)排出速度較小，以致在上

5、覆負(fù)荷壓力下，只有泥巖邊部的水體能被及時(shí)排出而壓實(shí)，而泥巖層內(nèi)部流體受阻不能及時(shí)排除，使得負(fù)荷的一部分被孔隙流體所支撐，從而產(chǎn)生了與該巖層深度不相適應(yīng)的異常高壓。 所謂異常高壓也就是指高于正常流體壓力的壓力現(xiàn)象。此現(xiàn)象即被稱為欠壓實(shí)。然界這種異常壓力分布較普遍，但主要見于中新生界地層中。 造成異常高壓的根本原因是沉積物的壓實(shí)作用受阻，此外，后面主要講的蒙脫石脫水、水熱增壓、烴類聚集、構(gòu)造作用等因素都能增大孔隙的高壓異常。 異常高壓不僅對(duì)油氣運(yùn)移有利，而且對(duì)油氣聚集有利，對(duì)油氣的保存也有利，具體表現(xiàn)在四方面： 首先，欠壓實(shí)泥巖中的異常高壓是油氣初次運(yùn)移的重要?jiǎng)恿ΑＳ捎诋惓８邏旱某霈F(xiàn)，延遲了水體排

6、出的時(shí)間，當(dāng)水體排出時(shí)間延遲到油氣生成的深度以后時(shí)（約米），異常高壓作用釋放的水，將攜帶油氣一起排出生油巖層，使油氣得以再次運(yùn)移而聚集。 其次，由于異常高壓作用，使得巖層孔隙度較大，載油的水體較多；且處于較高溫度和較高壓力下的水，有利于油在水中的溶解，有利于水對(duì)油氣的載運(yùn)。 延遲了油氣運(yùn)出母巖的時(shí)間，從而為圈閉的形成提供了更多的機(jī)會(huì)。 油氣聚集以后，可以受到高壓的保護(hù)而形成壓力蓋。有利于油氣的保存。 異常高壓可以維持相當(dāng)長(zhǎng)的地質(zhì)時(shí)間，直到釋放至靜水壓力水平。 異常高壓隨深度變化實(shí)測(cè)圖（三）熱力作用 隨著生油巖埋深的增加，地層溫度升高，溫度的增加對(duì)油氣初次運(yùn)移的作用主要體現(xiàn)在以下五個(gè)方面： 1、

7、溫度增加有利于有機(jī)質(zhì)降解出液態(tài)或氣態(tài)烴類物質(zhì)，引起流體體積和壓力增大。有利于油氣的排出。 2、溫度增加有助于烴類解脫粘土物質(zhì)的吸附，促進(jìn)烴的流動(dòng)。 3、溫度增加降低流體粘度和油水界面的張力便于烴類液體流動(dòng)。 4、在主生油深度范圍內(nèi)，溫度增加，使烴在水中的溶解度增加。 5、熱水增壓作用，溫度升高，水體膨脹，促使流體運(yùn)移。 熱力作用造成的運(yùn)移方向是由高溫區(qū)向低溫區(qū)，從地層深處向地層淺處，從盆地中心到盆地邊緣。 （四）毛細(xì)管力 毛細(xì)管力的作用一般表現(xiàn)為阻力，僅在粘土巖與砂質(zhì)巖的接觸帶表現(xiàn)為動(dòng)力。 微小的毛細(xì)管中的石油液體在毛細(xì)管力的作用下上升，發(fā)生運(yùn)移。但這種作用是很有限的， 巖石的孔隙都可看成縱橫

8、交錯(cuò)的毛細(xì)管，當(dāng)油、水與之接觸時(shí)，即發(fā)生運(yùn)移，但毛細(xì)管力起主要作用的孔隙大小是有一定范圍的。 當(dāng)毛細(xì)管半徑r0.0002時(shí)，因管壁對(duì)其中液體分子的牢固吸附，液體無法在管內(nèi)移動(dòng)；當(dāng)r0.5 mm時(shí)，液體在其中流動(dòng)主要受重力支配，毛細(xì)管力已不起大作用 。 某些粘土礦物在轉(zhuǎn)變過程中，如蒙脫石轉(zhuǎn)變成伊利石時(shí)，就會(huì)發(fā)生脫水作用，由于某些束縛水的密度較自由水大，故而脫水時(shí)體積膨脹，從而成為沖洗烴類的一種營(yíng)力。 （五）粘土脫水作用 除上之外，引起初次運(yùn)移的因素還有滲析作用（擴(kuò)散作用）、生烴作用等。限于時(shí)間就不一一介紹了。 二、油氣初次運(yùn)移的相態(tài) 油氣在運(yùn)移中的相態(tài)，看法不一，得到承認(rèn)的不外乎為水溶相和游離相

9、兩種基本形式。 水溶相是指油氣被溶解成分子溶液，水作為油氣運(yùn)移的載體進(jìn)行運(yùn)移。 但是大量的實(shí)驗(yàn)證明，在已知的石油生成溫度范圍內(nèi)（60150），石油的溶解度很低，液態(tài)烴要大量溶于水而運(yùn)移，是不大可能的。 但天然氣則不同，它在水中的溶解度較大，故呈溶解狀態(tài)進(jìn)行運(yùn)移可能是主要的。（一）水溶相（二）游離相 1975年，迪奎認(rèn)為，油氣的初次運(yùn)移或多或少是油的連續(xù)相。其地下條件為生油巖中具高濃度的瀝青和很少的可動(dòng)水。 這樣的條件，在地下是不難找到的，特別是當(dāng)生油巖埋藏超過3000米，處于生油階段的時(shí)候，生油層孔隙度不到10%，大量的孔隙空間被不可動(dòng)的固定孔隙水占據(jù)，游離孔隙水甚少，而瀝青濃度很高，這時(shí)，游

10、離相的液態(tài)烴即可與水一起發(fā)生運(yùn)移，運(yùn)移時(shí)兩相互不混流。 但是普遍認(rèn)為，石油呈單獨(dú)液相從生油巖中進(jìn)行初次運(yùn)移是不大可能的。石油的初次運(yùn)移應(yīng)以高分散烴相為主。只有在石油進(jìn)行二次運(yùn)移時(shí)方以分相單獨(dú)運(yùn)移為主。 關(guān)于石油以高分散游離相態(tài)從生油巖中向外運(yùn)移的理論已為實(shí)踐所證實(shí)，而且可能是初次運(yùn)移的主要形式。 除此之外，油氣運(yùn)移還可以油溶氣相、氣溶油相等互溶方式進(jìn)行運(yùn)移。 三、油氣初次運(yùn)移的時(shí)間、深度、方向、途徑和距離 早期初次運(yùn)移指的是沉降到1500米以前發(fā)生的運(yùn)移，此時(shí)由于壓實(shí)，大量水從泥質(zhì)沉積物中溢出，從而形成良好的運(yùn)移條件。但由于埋深較淺，未達(dá)到油氣生成溫度，油氣尚未大量形成，只有一些生物化學(xué)作用產(chǎn)

11、生的低分子烴甲烷參與運(yùn)移。 油氣初次運(yùn)移的時(shí)間、深度 晚期初次運(yùn)移指的是沉降到1500米以后的運(yùn)移，此時(shí)，壓實(shí)作用使泥巖孔隙度降至30%-10%，同時(shí)地溫達(dá)到60-100，有機(jī)質(zhì)開始大量轉(zhuǎn)化為石油，從而使得這一階段的運(yùn)移成為油氣初次運(yùn)移的主要階段。 關(guān)于油氣初次運(yùn)移的方向問題，現(xiàn)在研究還很不夠，一般認(rèn)為初次運(yùn)移早期，油氣運(yùn)移的方向以垂直向上為主，隨著上覆壓力的增大，側(cè)向運(yùn)移和垂直向下的運(yùn)移相對(duì)地越來越重要，但總體而言，石油初次運(yùn)移以垂直層面運(yùn)移為主。 油氣初次運(yùn)移的途徑主要有孔隙、微層理面和微裂縫。 在未熟低熟階段，運(yùn)移的途徑主要是孔隙和微層理面；但在成熟過成熟階段，運(yùn)移的途徑主要是微裂縫。

12、微裂縫主要是由于異常高的流體壓力形成的，當(dāng)裂隙周圍介質(zhì)的孔隙流體壓力等于裂隙中的孔隙壓力時(shí)，裂縫即可開啟；當(dāng)裂隙周圍介質(zhì)的孔隙流體壓力小于裂隙中的孔隙壓力時(shí)，裂縫將迅速閉合；油氣初次運(yùn)移的方向、途徑 至于油氣初次運(yùn)移的距離。一般認(rèn)為較短，僅幾米或幾十米，近似的最大極限不超過生油泥巖厚度。 有效排烴厚度：烴源巖所生成的油氣由于受到各種因素的制約，并不能全部運(yùn)出烴源巖，只有與儲(chǔ)集層相接觸的一定距離內(nèi)所生成的烴能夠排出，這段厚度就是生油層排烴的有效厚度。 不同地區(qū)，烴源巖的排烴有效厚度不同。有些研究者認(rèn)為，巨厚生油巖只有頂?shù)锥?、三十米才是有效的?油氣初次運(yùn)移的距離第三節(jié) 油氣的二次運(yùn)移 二次運(yùn)移是

13、初次運(yùn)移的連續(xù)，油氣經(jīng)二次運(yùn)移而聚集成油氣藏，因此了解石油的二次運(yùn)移對(duì)于找油有重要的指導(dǎo)作用。 一、二次運(yùn)移的相態(tài) 石油在二次運(yùn)移中主要呈游離相，而天然氣既可呈游離相，也可呈水溶相。 在石油運(yùn)移的初期，油粒較小，最終形成連續(xù)的油珠。二、二次運(yùn)移的阻力 石油二次運(yùn)移中最普遍的阻力就是毛細(xì)管壓力： Pc=2cos/rc 當(dāng)石油穿過巖石孔道時(shí)，其與巖石接觸界面處，毛細(xì)管壓力指向石油，對(duì)石油的運(yùn)移起阻礙作用。孔徑越小，阻力越大。三、二次運(yùn)移的動(dòng)力， 二次運(yùn)移實(shí)際就是指油氣進(jìn)入儲(chǔ)集層后的運(yùn)移。其運(yùn)移的動(dòng)力主要有三方面： （一）浮力 由于油、氣、水的密度差，當(dāng)它們共存于滲透性巖層時(shí)，就會(huì)按密度大小不同而進(jìn)

14、行分異，天然氣最輕位于最上部，水最重位于最下部，油居中間。 造成這種分異的就是浮力作用，浮力總是向上的，當(dāng)巖層傾斜時(shí)，平行于層面的浮力分力推動(dòng)油氣向上運(yùn)移。 浮力作用與油塊大小有關(guān)，油塊體積大，上浮力強(qiáng)，而孤立的微粒石油，其與水分界面的表面張力對(duì)烴粒的上浮有很大阻力，單靠浮力使之運(yùn)移是困難的。 除此之外，石油的上浮還與孔隙形狀、大小、連通情況等因素有關(guān)，應(yīng)具體情況具體分析。（二）水動(dòng)力 當(dāng)沉積物經(jīng)壓實(shí)成巖以后，地靜壓力為顆粒的支架結(jié)構(gòu)承擔(dān)。儲(chǔ)層內(nèi)油、氣所承受的壓力，不再是地靜壓力，而是由流體重量引起的水壓力。 在儲(chǔ)集層內(nèi)，隨深度而增加的水柱靜止重量稱為靜水壓力。其大小可用水柱高度（即水壓）來表

15、示。 P=Hd / 10 或 H=10P / d P靜水壓力 d水的比重 H測(cè)壓點(diǎn)的水柱高度（水壓頭） 在自然界中，絕大多數(shù)儲(chǔ)集層的供水區(qū)是不等高的，從而出現(xiàn)水壓頭。在水壓頭的作用下，水從供水區(qū)流向?yàn)a水區(qū)，從而給油氣在地殼中的流動(dòng)和分布帶來重要影響。 但不同區(qū)域地質(zhì)條件下，由于巖性變化及水壓梯度大小不等，水動(dòng)力因素的作用效率有很大差異。 地殼運(yùn)動(dòng)的擠壓、拉張或剪切，都會(huì)促使巖層變形或變位，并把作用力傳遞到巖層中所含流體，驅(qū)使沉積物中的流體發(fā)生運(yùn)移。 流體運(yùn)移方向?yàn)槠涫芰p弱方向。 此外，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)造成地層傾斜，產(chǎn)生裂縫，溝通巖石中各種孔隙，形成不整合風(fēng)化帶，為油氣二次運(yùn)移創(chuàng)造了有利條件。（三）構(gòu)

16、造運(yùn)動(dòng)力 四、二次運(yùn)移的通道 二次運(yùn)移的通道主要是連續(xù)的滲透性巖層、斷層和不整合面。 滲透性巖層是最基本最廣泛的二次運(yùn)移通道。 斷層是穿層和垂向運(yùn)移中具有獨(dú)特作用的良好運(yùn)移通道，所謂三次運(yùn)移總是與斷層相伴隨的。 不整合面是旁側(cè)運(yùn)移的重要通道 當(dāng)油氣進(jìn)入儲(chǔ)集層后，即立刻開始聚合成較大的油珠，油體的增大給浮力增大提供了可能。當(dāng)儲(chǔ)集層中占優(yōu)勢(shì)的是靜水力條件時(shí)，油氣的運(yùn)移主要取決于浮力和毛細(xì)管壓力之間的關(guān)系，當(dāng)浮力增大到足以克服儲(chǔ)集層中的毛細(xì)管力時(shí)，浮力便促使油氣上浮，上升到儲(chǔ)集層頂時(shí)有蓋層），則油氣沿上傾方向移動(dòng)，直到在圈閉中聚集起來。五、二次運(yùn)移的機(jī)理 當(dāng)儲(chǔ)集層中的水不是靜止而是有水動(dòng)力（水壓頭）

17、梯度時(shí)，則控制油氣二次運(yùn)移的因素除浮力和毛細(xì)管外，還有水動(dòng)力，油氣運(yùn)移的中止或繼續(xù)，以及運(yùn)移的方向等問題取決于上面三因素的共同作用情況。 六、二次運(yùn)移的時(shí)期、方向和距離 二次運(yùn)移的主要時(shí)期一般為主要生油期之后所發(fā)生的第一次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)期。因?yàn)?，只有?gòu)造運(yùn)動(dòng)才能使原始地層發(fā)生傾斜、斷裂和褶皺，才能使那些從生油巖中釋放出的油氣，有效地在浮力、水動(dòng)力等因素作用下，沿著儲(chǔ)集層、斷裂、不整合面等通道，發(fā)生大規(guī)模的區(qū)域性運(yùn)移。 運(yùn)移方向總是沿阻力最小的方向，從高壓區(qū)移向低壓區(qū)，從凹陷移向斜坡、隆起。但總體方向以橫向水平運(yùn)移為主。不同形狀盆地油氣二次運(yùn)移方向模式圖 流體勢(shì)的概念流體勢(shì)是指地下單位質(zhì)量流體具有的機(jī)

18、械能總和. 在流體勢(shì)勢(shì)差的作用下，油氣沿一定的方向呈規(guī)律性運(yùn)移和聚集動(dòng)能：?jiǎn)挝毁|(zhì)量流體由靜止到加速狀態(tài)所做功。壓能：?jiǎn)挝毁|(zhì)量流體由基準(zhǔn)面到高程Z因壓力變化所做功。位能：?jiǎn)挝毁|(zhì)量流體由基準(zhǔn)面到高程Z克服重力所做功。 至于運(yùn)移距離，意見很不一致。均衡法計(jì)算表明，二次運(yùn)移涉及的的距離至少幾十公里，或者幾百平方公里。 當(dāng)然，不同油氣藏的油氣二次運(yùn)移情況不同，應(yīng)具體問題具體分析。但大多數(shù)人認(rèn)為，二次運(yùn)移是大規(guī)模的廣泛運(yùn)移。 第四節(jié) 油氣運(yùn)移中若干問題 油氣運(yùn)移是貫穿整個(gè)生、運(yùn)、聚過程的紐帶，但其所留下的痕跡很少，研究難度很大。因此，油氣運(yùn)移的許多問題還有待更細(xì)致深入的研究， 1、初次運(yùn)移出來的烴的數(shù)量和質(zhì)量 據(jù)亨特等人估算，儲(chǔ)層中的烴量占不到母巖中烴量的百分之一，即使考慮到其他地方的損失，也可以推算，經(jīng)初次運(yùn)移出來的烴量最多只占烴生成總量的百分之幾，不超過百分之