石油地質(zhì)學(xué)8.油氣的運(yùn)移課件

1、第五章 油氣的運(yùn)移 第一節(jié) 概述 要點(diǎn)：油氣運(yùn)移的含義、階段劃分、基本方式第二節(jié) 油氣初次運(yùn)移 要點(diǎn)：油氣初次運(yùn)移的溫壓條件、相態(tài)、通道、主要?jiǎng)恿Φ谌?jié)油氣二次運(yùn)移 要點(diǎn)： 油氣二次運(yùn)移的阻力和主要?jiǎng)恿?、方向、通道、主要時(shí)期；折算壓力、流體勢(shì)的定義；水流方向的確定。第五章 油氣的運(yùn)移 第一節(jié) 概 述 油氣運(yùn)移可以導(dǎo)致石油和天然氣在儲(chǔ)集層的適當(dāng)部位（圈閉）的富集，形成油氣藏，這叫做油氣聚集。也可以導(dǎo)致油氣的分散，使油氣藏消失，此即油氣藏被破壞。油氣運(yùn)移: 地殼中石油和天然氣在各種天然因素作用下發(fā)生的流動(dòng)。油氣運(yùn)移的證據(jù)油氣運(yùn)移的結(jié)果 根據(jù)時(shí)間順序和介質(zhì)條件的變化，可將油氣運(yùn)移分成兩個(gè)階段： 初次

2、運(yùn)移 : 油氣自烴源巖層向儲(chǔ)集層或運(yùn)載層(輸導(dǎo)層)的運(yùn)移 二次運(yùn)移 : 油氣進(jìn)入儲(chǔ)集層或運(yùn)載層以后的一切運(yùn)移油氣運(yùn)移的基本方式：1、擴(kuò)散：分子運(yùn)動(dòng)，使?jié)舛忍荻冗_(dá)到均衡。 擴(kuò)散方向從高濃度向低濃度。2、滲濾：機(jī)械運(yùn)動(dòng)，整體流動(dòng)，遵守能量守恒定律， 流體由機(jī)械能高的地方向機(jī)械能低的地方流動(dòng)。第二節(jié) 油氣的初次運(yùn)移 本 節(jié) 要 點(diǎn)1、了解油氣初次運(yùn)移的溫壓條件、介質(zhì)孔滲性；2、掌握油氣初次運(yùn)移的主要相態(tài)、通道特征；3、掌握油氣初次運(yùn)移的主要?jiǎng)恿μ卣?，注意促?產(chǎn)生異常高壓的動(dòng)力因素。 一、油氣初次運(yùn)移的溫壓條件和巖石介質(zhì)孔滲性 油氣初次運(yùn)移的溫度： 應(yīng)與生成油氣時(shí)溫度相近，可能在50250。對(duì)應(yīng)的深

3、度取決于地溫梯度。 油氣初次運(yùn)移的動(dòng)力：壓力，主要受控于深度。 油氣初次運(yùn)移時(shí)巖石介質(zhì)的孔滲性： 烴源巖，孔滲條件很差；需克服巨大的Pc。二、油氣初次運(yùn)移的相態(tài)（物理狀態(tài)） 主要相態(tài)：連續(xù)的油相或氣相。 有機(jī)質(zhì)向油氣轉(zhuǎn)化不同時(shí)期有所不同： 低成熟階段，水溶相運(yùn)移最有可能。 生油高峰階段，主要以游離油相運(yùn)移。 生凝析氣階段，以氣溶油相運(yùn)移。 過(guò)成熟干氣階段，以游離氣相運(yùn)移。三、油氣初次運(yùn)移的通道主相態(tài)連續(xù)烴相。進(jìn)入主生油期，含烴飽和度大； 主通道微裂隙。成巖早期：主要相態(tài)分子溶液。 孔隙度大，油氣少；主要通道連通孔隙。成巖后期：孔隙度小 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

4、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。 四、油氣初次運(yùn)移的動(dòng)力1.壓實(shí)作用2.流體熱增壓作用3.毛細(xì)管力作用4.粘土脫水作用5.有機(jī)質(zhì)的生烴作用6.擴(kuò)散作用7.滲析作用8.膠結(jié)和重結(jié)晶作用四、油氣初次運(yùn)移的動(dòng)力 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。 在巖石學(xué)上，我們已知道，泥巖的壓縮率很大，而砂巖卻較小，從而造成了泥巖中流體所處的壓力較大，而砂巖中流體的壓力較小（理解時(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壓力差，從而

5、使得生油巖中流體向儲(chǔ)集層中運(yùn)移。 1、壓實(shí)作用 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1000m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1500m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。 對(duì)于較厚或巨厚的生油巖層，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)，使得負(fù)荷的一部分被流體所支撐，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。 自然界這種異常壓力分布較普遍，從新生界到古生界地層

6、都有，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對(duì)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。 異常高壓體系基本上是封閉的，流體的流動(dòng)受阻，流體的排出較為緩慢，延遲了流體排出的時(shí)間。 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4方面： 首先，由于異常高壓的出現(xiàn)，延遲了水體排出的時(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），則異常高壓作用釋放的水，將攜帶油氣一起排出生油巖層，進(jìn)入油氣易于運(yùn)移的儲(chǔ)集層，使油氣得以再次運(yùn)移而聚集。 同時(shí)，由于異常高壓作用，使得巖層孔隙度較大，載油的

7、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。 由于異常高壓的出現(xiàn)，使得巖層有較高的流體含量和孔隙度。造成了與正常壓實(shí)不相符的欠壓實(shí)狀態(tài)或非均衡狀態(tài)。 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。2、流體熱增壓作用 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、溫度增

8、加有利于有機(jī)質(zhì)降解出液態(tài)或氣態(tài)烴類物質(zhì)，引起流體積累和壓力增大。有利于油氣的排出。 2、溫度增加有助于解脫烴類粘土物質(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。 3、毛細(xì)管力 微小的毛細(xì)管中的液體在毛細(xì)管力的作用下上升，同樣，石油在毛細(xì)管力的作用下，也同樣發(fā)生運(yùn)移。 在油、氣、水的巖層中，由于石油的表面張力僅為水的，水比油更易潤(rùn)濕巖石，由理論知，毛細(xì)管力指

9、向潤(rùn)濕性小的流體，故在油水界面上，毛細(xì)管力指向石油，即在油水共存的孔隙中，在水與油接觸的界面處，水對(duì)油有一排擠推動(dòng)力。 因巖石中孔隙大小很不均勻，使得各地的毛細(xì)管力不同，在這種壓力差的作用下，使水將石油從細(xì)小的孔隙中排擠出去，進(jìn)入大孔隙即從粘土巖中擠出，進(jìn)入砂質(zhì)巖， 當(dāng)然這種作用是很有限的，只發(fā)生在粘土巖與砂質(zhì)巖的接觸帶，而且距離有限。 溫度、壓力對(duì)毛細(xì)管作用也有一定影響，據(jù)計(jì)算5000米深處的溫度下，毛細(xì)管作用至少要降低一半。 巖石的孔隙都可看成縱橫交錯(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

10、牢固吸附，液體無(wú)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(guò)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。 4、粘土礦物脫水作用5、有機(jī)質(zhì)生烴作用 干酪根成熟后所形成的油、氣、水體積大大超過(guò)原來(lái)干酪根本身的體積，這些不斷新生成的流體進(jìn)入孔隙中，必然不斷排擠孔隙的原有流體，驅(qū)替其向外排出。 烴源巖中含烴濃度高于周圍巖石，由于濃度差產(chǎn)生擴(kuò)散作用。 滲透作用下，流體由泥巖向鄰近的砂巖運(yùn)移、由泥巖內(nèi)部向邊部運(yùn)移。6、擴(kuò)散作用7、滲析作用 膠結(jié)和重結(jié)晶作用同

11、樣能使孔隙度降低，堵塞排液通道，形成成巖封閉。8、膠結(jié)與重結(jié)晶作用五、油氣運(yùn)移中的理化狀態(tài) 油氣在運(yùn)移中的狀態(tài)，看法不一，得到承認(rèn)的不外乎為分子溶液和烴相兩種基本形式。 石油可溶于水，從而使得石油與水溶液一起，呈分子溶液狀態(tài)發(fā)生運(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。1、分子溶液2、游離相態(tài) 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

12、別是當(dāng)生油巖埋藏超過(guò)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。 第三節(jié) 油氣的二次運(yùn)移 二次運(yùn)移是初次運(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)移的阻力

13、 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(guò)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?？讖皆叫?，阻力越大。二、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2個(gè)方面： 1、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)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)推動(dòng)石油平行層面向上傾方向運(yùn)移的力，只是向上浮力的平行層面的合力。 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

14、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。2、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(lái)表示。 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

15、流動(dòng)和分布帶來(lái)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。3、構(gòu)造作用力 由地殼運(yùn)動(dòng)造成的各種地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力背斜地層中水動(dòng)力與浮力的配合情況及油氣運(yùn)移方向壓實(shí)水動(dòng)力：水流從盆地中心向邊緣重力水動(dòng)力：水流從盆地邊緣露頭區(qū)向盆地內(nèi)部水流方向與油氣浮力方向一致：水動(dòng)力為動(dòng)力，反之為阻力3、構(gòu)造作用力

16、 三、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。 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。三、二次運(yùn)移的通道 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(lái)。四、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

17、（水壓頭）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(wèn)題取決于上面三因素的共同作用情況。 五、二次運(yùn)移的時(shí)期、方向和距離 多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)形成多期運(yùn)移成藏期五、二次運(yùn)移的時(shí)期、方向和距離 橫向：幾米至上百公里；垂向：幾米至幾千米五、二次運(yùn)移的時(shí)期、方向和距離 實(shí)際上，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(wèn)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。 不同形狀盆地油氣二次運(yùn)移方向模式圖六、流體勢(shì)的概念流體勢(shì)是指地下單位質(zhì)量流體

18、具有的機(jī)械能總和. 在流體勢(shì)勢(shì)差的作用下，油氣沿一定的方向成規(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。第四節(jié) 油氣運(yùn)移中若干問(wèn)題 油氣運(yùn)移是貫穿整個(gè)生、運(yùn)、聚過(guò)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(wèn)題還有待更細(xì)致深入的研究，下面就主要問(wèn)題作一介紹： 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，也可以推算測(cè)，經(jīng)初次運(yùn)移出來(lái)的烴量最多只占烴生成總量的百分之幾，不超過(guò)百分之十?？梢?，運(yùn)移效率是非非常低的。 石油在初次

19、運(yùn)移中，由于不同組分被礦物顆粒吸附程度不同，從而造成析出分異，使石油中的飽和烴含量（吸附最弱）芳香烴N、S、O化合物，而母巖中以N、S、O化合物為特征。1、初次運(yùn)移出來(lái)的烴的數(shù)量和質(zhì)量2、砂巖中的厚度和含量與初次運(yùn)移 生油巖與砂巖（儲(chǔ)層）的接觸面積也是油氣運(yùn)移聚集的重要影響因素。接觸面積越大生油巖向砂巖的排流效應(yīng)越好。 但就整個(gè)剖面而言，并不能認(rèn)為砂巖越多越厚越好，也不能認(rèn)為泥質(zhì)巖越多越厚越好。二者應(yīng)適當(dāng)配合，方可保證有充足的油源供給和良好的排流能力。 泥巖單層厚度過(guò)大，其中部分流體不易排出，未必是良好征兆。據(jù)統(tǒng)計(jì)，有利含油剖面中砂巖的含量百分?jǐn)?shù)大致在2060，中值為3040。 對(duì)于巨厚生油巖，其內(nèi)是欠壓實(shí)的，其內(nèi)所封存的烴可能一直保持高壓狀態(tài)而未經(jīng)任何釋放，也就是說(shuō)其中的部分流體可能很難被排出，從而引出了生油巖有效厚度問(wèn)題，有些研究者認(rèn)為，巨厚