《石油與天然氣地質(zhì)學(xué)》第五章 石油和天然氣的運(yùn)移

1、第五章 石油和天然氣的運(yùn)移(Chapter5 hydrocarbon migration)學(xué)時(shí)：6 學(xué)時(shí)基本內(nèi)容：油氣初次運(yùn)移的主要?jiǎng)恿?、運(yùn)移機(jī)制、方向和距離。油氣二次運(yùn)移的動(dòng)力、運(yùn)移機(jī)理及方向。教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)：油氣初次運(yùn)移的主要?jiǎng)恿σ蛩睾陀蜌舛芜\(yùn)移的機(jī)理及方向。教學(xué)內(nèi)容提要：第一節(jié) 油氣運(yùn)移概述油氣運(yùn)移：當(dāng)石油、天然氣受到某種自然動(dòng)力的驅(qū)使在地殼中發(fā)生位置移動(dòng)時(shí)，稱為油氣運(yùn)移。初次運(yùn)移：是指生油層中生成的石油和天然氣，從生油層向儲(chǔ)集層（或輸導(dǎo)層）中的運(yùn)移。是油氣脫離烴源巖的過程，又稱為排烴。油氣二次運(yùn)移：是指油氣脫離生油巖后，在孔隙度、滲透率較大的儲(chǔ)集層中或大的斷裂、不整合面中的傳導(dǎo)過程。

2、它包括聚集起來的油氣由于外界條件的變化而引起的再次運(yùn)移。第二節(jié) 油氣初次運(yùn)移一、油氣初次運(yùn)移的動(dòng)力（本節(jié)重點(diǎn)、難點(diǎn)）1壓實(shí)作用壓實(shí)作用：是沉積物在上覆沉積負(fù)荷作用下，沉積物致密程度增大的地質(zhì)現(xiàn)象，在壓實(shí)作用過程中，沉積物通過不斷排出孔隙流體，孔隙度不斷減少，孔隙流體壓力基本保持靜水壓力，稱為正常壓實(shí)或壓實(shí)平衡狀態(tài)。在正常壓實(shí)過程中，當(dāng)烴源巖生成的油、氣溶解在孔隙水中，就能夠隨著孔隙水一起被壓實(shí)排出，實(shí)現(xiàn)油氣的初次運(yùn)移。欠壓實(shí)：如果由于某種原因孔隙流體的排出受到阻礙，孔隙度不能隨上覆負(fù)荷的增加而相應(yīng)減少，孔隙流體壓力常具有高于靜水壓力的異常值，這種壓實(shí)狀態(tài)就稱為欠壓實(shí)或壓實(shí)不平衡。如果排水不暢，

3、造成欠壓實(shí)，可以延緩孔隙流體的排出，如果流體的排出正好被推遲到主要生油時(shí)期，則將對(duì)油氣初次運(yùn)移起到積極作用。還有利于有機(jī)質(zhì)的熱成熟，也是驅(qū)使油氣進(jìn)行初次運(yùn)移的潛在動(dòng)力。2熱力作用由于埋藏深度的增加，孔隙體積膨脹遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于孔隙流體的膨脹，造成異常高壓，為油氣運(yùn)移提供了一個(gè)動(dòng)力。3烴類及非烴氣體生成的作用干酪根在熱降解生成石油和甲烷氣體等烴類的同時(shí)，也產(chǎn)生大量的水和非烴氣體（主要是CO2），而這些流體的體積大大超過原來干酪根的體積，引起頁巖孔隙流體壓力大幅度的提高，使異常高壓進(jìn)一步增強(qiáng)，這種壓力的增加將導(dǎo)致微裂縫的產(chǎn)生（Hedberg，1980），使石油進(jìn)入滲透性的載巖和儲(chǔ)集層。4粘土礦物的脫水作用

4、泥巖在埋藏過程中，隨著深度的增加，粘土礦物要發(fā)生成巖作用，放出大量的層間水，在沒有增大的孔隙體積中造成異常高壓，也是油氣運(yùn)移的一個(gè)動(dòng)力。二、油氣初次運(yùn)移的相態(tài) （一）水溶相運(yùn)移1分子溶液2膠體溶液（二）游離相運(yùn)移1油相運(yùn)移2分子擴(kuò)散（三）相態(tài)演變方式Barker和Tissot提出不同埋深以不同方式進(jìn)行運(yùn)移的相態(tài)演變方式。未成熟階段：由于石油還未大量生成而地層孔隙度又較大，此時(shí)源巖中含油飽和度很低只可能有水相運(yùn)移；成熟階段：一方面生油量大大增加，另一方面孔隙度又較小，源巖中的含油飽和度變大以致超過臨界運(yùn)移飽和度而發(fā)生連續(xù)油相運(yùn)移，隨著源巖進(jìn)一步埋深，在較高溫度下，演化進(jìn)入高成熟的濕氣階段，此時(shí)石

5、油可以呈氣溶相運(yùn)移；過成熟階段：石油發(fā)生熱裂解產(chǎn)生大量甲烷氣體，可以產(chǎn)生游離氣相和擴(kuò)散相運(yùn)移。所以初次運(yùn)移相態(tài)隨埋深的演變規(guī)律主要是水溶相油相氣溶相。對(duì)于富含型干酪根的腐殖型源巖來說，因?yàn)樵磶r以產(chǎn)氣為主，多以氣溶相進(jìn)行初次運(yùn)移。三、油氣初次運(yùn)移的方式油氣初次運(yùn)移的通道不外乎烴源巖中的孔隙系統(tǒng)、裂縫系統(tǒng)、孔隙裂縫網(wǎng)絡(luò)。初次運(yùn)移的主要?jiǎng)恿κ菈毫Σ詈蜐舛炔?，壓力差包括正常壓?shí)和欠壓實(shí)的異常高壓。對(duì)應(yīng)于上述的動(dòng)力因素，油氣初次運(yùn)移有三種方式：（1）“壓實(shí)水流”模式，在正常壓實(shí)作用下，油氣溶解于水中，通過孔隙系統(tǒng)被壓實(shí)出來；（2）“微裂縫排烴”模式，在異常高壓作用下巖石產(chǎn)生微裂縫，通過微裂縫排出游離石油

6、或天然氣；（3）擴(kuò)散作用，由濃度差驅(qū)動(dòng)，通過孔隙和裂縫系統(tǒng)排出烴。四、初次運(yùn)移條件的研究（選講）1初次運(yùn)移出現(xiàn)的深度和時(shí)期2油氣初次運(yùn)移的方向、距離和有效排烴厚度烴源巖有效排烴厚度：生油層中只有與儲(chǔ)集層相接觸的一定距離內(nèi)的烴類才能排出來，這段厚度就是生油層排烴的有效厚度。排烴效率：是指烴源巖排出烴的質(zhì)量與生烴的質(zhì)量百分比。第三節(jié) 油氣的二次運(yùn)移一、油氣二次運(yùn)移的機(jī)理（本節(jié)重點(diǎn)）（一）二次運(yùn)移的阻力在油滴兩端的毛細(xì)管壓力差即為真正的毛細(xì)管阻力：Pc = 2( 1/rt-1/rp ) 式中，rt、rp分別為油滴兩端的巖石孔喉半徑，為界面張力。（二）二次運(yùn)移的動(dòng)力1凈浮力石油地質(zhì)學(xué)中常將浮力與重力同

7、時(shí)考慮，并將浮力與重力的代數(shù)和稱為凈浮力。故石油質(zhì)點(diǎn)的凈浮力可用下式表示。 Fr = -w/og + g = -(w - o)/ o g 式中負(fù)號(hào)（-）表示凈浮力方向與矢量g相反。2水動(dòng)力推動(dòng)單位質(zhì)量石油質(zhì)點(diǎn)運(yùn)移的水動(dòng)力值等于： Fo = w/oEw 凈浮力和水動(dòng)力的矢量和(Eo)是油氣動(dòng)移的動(dòng)力。即合力： Eo = -(w - o)/ o g + w/oEw （三）油氣二次運(yùn)移的機(jī)制油氣二次運(yùn)移的條件，首先必須具有一定的油氣飽和度，只有當(dāng)油氣飽和度大于臨界油氣飽和度時(shí)，才有相對(duì)滲透率和有效滲透率。其次，油柱必須大于臨界油柱高度，具有足夠的浮力和水動(dòng)力來克服毛細(xì)管阻力。油氣經(jīng)過初次運(yùn)移進(jìn)入儲(chǔ)層

8、時(shí)可能是分散的游離狀態(tài)，這時(shí)油氣數(shù)量少，體積小，所受驅(qū)動(dòng)力不大，不足于克服毛細(xì)管壓力差的阻礙，因此微小的油滴將處于停滯不動(dòng)的狀態(tài)。隨著初次運(yùn)移的持續(xù)進(jìn)行，油滴增大，逐漸成絲連片，總的驅(qū)動(dòng)力也越來越大。此外，烴類物質(zhì)從烴源巖進(jìn)入儲(chǔ)集層時(shí)壓力降低，溶有氣體的石油體積增大、密度降低、驅(qū)動(dòng)力增加，即所謂溶解氣效應(yīng)。這兩個(gè)原因，使烴類驅(qū)動(dòng)力逐漸增大，直到驅(qū)動(dòng)力大于毛細(xì)管壓力差時(shí)，便發(fā)生二次運(yùn)移。二、油氣二次運(yùn)移的通道油氣二次運(yùn)移的具體通道主要有連續(xù)的滲透性巖石的孔隙系統(tǒng)、斷層和裂縫面、不整合面等。三、油氣二次運(yùn)移的指向及意義（本節(jié)重點(diǎn)、難點(diǎn)）油、氣、水的力場(chǎng)分布對(duì)油氣二次運(yùn)移的方向起著直接控制作用。油氣

9、勢(shì)差是二次運(yùn)移的動(dòng)力源。油氣二次運(yùn)移受到三個(gè)力的作用，即浮力、水動(dòng)力和毛細(xì)管阻力差，油氣二次運(yùn)移的方向取決于這三個(gè)力的合力。在含油氣盆地中，如果在靜水條件下，油氣主要沿著浮力方向運(yùn)移，在動(dòng)水條件下，則沿著浮力和水動(dòng)力的合力方向，所以油氣二次運(yùn)移總的來說是垂直向上的，當(dāng)受到遮擋時(shí)，則沿著上傾方向，而具體的運(yùn)移路線又是沿著各種通道的最小阻力方向。在沉積盆地中，生油區(qū)一般位于凹陷的最深處，與之相鄰的斜坡和隆起是二次運(yùn)移的主要指向。而具體的運(yùn)移路線又是沿著各種通道的最小阻力方向，它受儲(chǔ)層的巖性變化、地層不整合以及斷層分布等因素的控制和影響。因此，位于凹陷附近的隆起帶及斜坡帶，特別是長(zhǎng)期繼承性隆起帶中良好儲(chǔ)層常?？刂浦蜌獾某跏挤植?。因此這些位置即為盆地中的有利含油遠(yuǎn)景區(qū)。構(gòu)造運(yùn)動(dòng)?？墒沟貙影l(fā)生褶皺斷裂，改變其原有產(chǎn)狀，引起油氣的再分布。掌握盆地構(gòu)造現(xiàn)有格局和歷史發(fā)展，可以預(yù)測(cè)油氣的區(qū)域分布。四、二次運(yùn)移的距離及油氣性質(zhì)的變化1色層效應(yīng)：結(jié)果往往是使石油的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)、卟啉及釩鎳等重金屬減少，輕組分相對(duì)增多，在烴類中烷烴增多，芳烴相對(duì)減少，烷烴中低分子烴相對(duì)增多，高分子烴相對(duì)減少。反映到物理性質(zhì)上，表現(xiàn)為密度變小、顏色變淡、粘度變稀。2氧化作用：可使石油的膠狀物質(zhì)增加，輕組分相對(duì)減少，環(huán)烷烴增加，烷烴和芳烴相對(duì)減少，密度、粘度也