1、4.油氣運移4.油氣運移petroleum migration概述油氣初次運移油氣二次運移內(nèi)容提要一、油氣運移概念概念：地殼中的石油和天然氣在各種天然因素作用下發(fā)生的移動。4.1 概述 油氣運移的結(jié)果（1）使分散的油氣在儲集層的適當(dāng)部位富集起來形成油氣藏；（2）直接運移出地表，成為油氣苗；（3）導(dǎo)致油氣的分散，使油氣藏遭破壞。4.1 概述 油氣運移的證據(jù)4.1 概述 研究油氣運移的理論意義和實用價值 意義： 一般情況下，大油氣田分布在油氣運移主要方向上。為了研究油氣在地殼中的分布規(guī)律，在含油氣盆地內(nèi)，需要追索油氣二次運移的方向。它是尋找油氣田的理論根據(jù) 價值： 預(yù)測油氣田的分布，指導(dǎo)油氣勘探的

2、實踐。 4.1 概述二、油氣運移的階段劃分初次運移 : 油氣自烴源巖層向儲集層 或運載層(輸導(dǎo)層)的運移二次運移: 油氣進入儲集層或運 載層以后的一切運移若對整個油氣運移來說 ,則是一個幾乎同時存在的連續(xù)過程 根據(jù)時間順序和介質(zhì)條件的變化，可將油氣運移分成兩個階段：油氣的運移和聚集油氣運移聚集過程示意圖三、油氣運移的基本方式滲濾、擴散四、油氣運移臨界飽和度 地靜壓力： 由上覆沉積物的基質(zhì)和孔隙空間流體的總重量所引起的壓力，又稱靜巖壓力：s=rgh （s-靜巖壓力；h-上覆沉積物的厚度；r-上覆沉積物的平均總體密度；g-重力加速度） 靜巖壓力實際為由顆粒產(chǎn)生的有效壓力()和孔隙流體產(chǎn)生的流體壓力

3、(p)之和 s=+p地靜壓力梯度：指每增加1米沉積物所增加的壓力,pa/m， 約為0. 2 3105Pa/m 五、地靜壓力、地層壓力、靜水壓力、測壓面地層壓力：地下巖層孔隙流體的壓力，又稱地層流體壓力或孔隙流體壓力。P wgh單位：大氣壓(atm)或帕斯卡(Pa)。1atm101kPa。水壓頭：地層壓力所能促使地層水上升的高度（上覆水柱的高度）：hP/(wg)式中, P為地層壓力，h為水壓頭，w為水的密度，g為重力加速度。由于，水的密度為1，1個大氣壓的地層壓力約相當(dāng)于10m高的水柱重量。一、油氣初次運移的物理狀態(tài)4.2 油氣初次運移 石油初次運移的相態(tài)一直是爭論的焦點，主要集中在水溶相與游離

4、相之爭，近年又出現(xiàn)了擴散相運移的新觀點。 石油的初次運移游離相占據(jù)主導(dǎo)地位（被越來越多的人認(rèn)可）水溶相居次要地位某些條件下，油可溶于氣體中進行初次運移天然氣的初次運移一般認(rèn)為，可以呈游離相和水溶相運移某些條件下，氣可以溶于油中進行初次運移一、油氣初次運移的物理狀態(tài)4.2 油氣初次運移 1、水溶相運移 油氣被水溶解成分子溶液，水作為油氣運移的載體進行運移。從運動力學(xué)角度，水溶液沿細(xì)小的孔隙喉道運移，基本不存在毛細(xì)管阻力，只有水分子之間的內(nèi)摩擦阻力 優(yōu)點：從物理學(xué)角度看它是最理想的運移相態(tài) 局限性：水源問題；溶解度問題；化學(xué)成分問題2、游離相（烴相）運移 以游離的油相或氣相進行運移主要論點：當(dāng)生油

5、層中生成的烴類能飽和孔隙水和有機物的吸附時，烴類在孔隙中可以形成不連續(xù)的油滴和氣泡，當(dāng)生油層中含油飽和度足夠大時，烴類可以呈不同程度的連續(xù)烴相運移。烴相運移方式：連續(xù)油相運移，間隙性運移證據(jù)：1）對生油巖進行顯微觀察時，發(fā)現(xiàn)游離相的石油存在于烴源巖孔隙和裂隙中最直接的證據(jù)2）在較厚的烴源巖剖面中，可測定出烴源巖對初次運移的色層效應(yīng)，即隨著距離烴源巖-儲層接觸面距離的減少，烴源巖中的氯仿抽提物含量有減小的趨勢支持游離相運移的觀點3、油氣初次運移的綜合模式 Tissot（1980）和Burker（1981）綜合應(yīng)用Kerogen熱演化生油各階段的埋深、溫度、作用因素及產(chǎn)物提出綜合模式： 1.當(dāng)生油

6、巖埋深4500米熱裂解生凝析氣階段、深部高溫生氣階段 液態(tài)烴發(fā)生高溫裂解，形成大量CH4，液體溶解在CH4中， 以CH4作為運載體發(fā)生初次運移。 4、烴類運移相態(tài)小結(jié)沒有一種模式能讓大多數(shù)人普遍接受和充分信任。每種模式都有一定的依據(jù)，但同時存在一些難于解釋的問題。大多數(shù)人贊同以連續(xù)油相運移為主。在油相運移中，雖普遍接受連續(xù)油相運移模式，但有越來越多的人支持微裂隙運移模式，氣相運移和水溶相運移是石油初次運移的非主流模式。天然氣運移相態(tài)包括水溶相、油溶相、游離相或擴散相中的一種或多種。在不同演化階段油氣運移相態(tài)可以發(fā)生變化?？筛鶕?jù)烴源巖油氣生成、演化的模擬資料，在綜合考慮水溶作用、巖石吸附等影響后

7、，根據(jù)狀態(tài)方程和PVT計算模擬地下烴類的相態(tài)特征。沒有一種模式能適用于各種地質(zhì)情況。 最主要的因素是生油巖的成巖變化和有機質(zhì)的熱成熟演化過程，這是一個連續(xù)的過程。不同階段，由于作用因素不同，產(chǎn)物也不同因此，油氣初次運移的相態(tài)應(yīng)是多種相態(tài)并存的過程，只是不同演化階段以某種相態(tài)為主，其它相態(tài)為次的過程綜上所述，油氣初次運移的相態(tài)與多種因素有關(guān)：1.壓實作用 2.粘土礦物脫水作用3.流體熱增壓作用 4.有機質(zhì)的生烴作用 5.滲析作用二、油氣初次運移的主要動力4.2 油氣初次運移1.壓實作用4.2 油氣初次運移二、油氣初次運移的主要動力在成巖早期，泥質(zhì)巖孔隙度、滲透率都較大，以此種壓實狀態(tài)為主。S1）

8、 正常壓實 砂泥巖互層剖面中壓實流體的運移方向砂泥巖互層剖面:流體的運移方向是由頁巖到砂巖。 砂巖壓實流體不能進入泥巖，只能在砂巖層中做側(cè)向運移。 碎屑巖沉積盆地:壓實流體總是由泥巖向砂巖運移，由深部向淺部、由盆地中心向盆地邊緣運移.正常壓實流體總體運移特征： 泥質(zhì)巖類在壓實過程中，由于壓實流體排出受阻或來不及排出，孔隙體積不能隨上覆負(fù)荷增加而減小，導(dǎo)致孔隙流體承受了部分上覆沉積負(fù)荷，出現(xiàn)孔隙流體壓力高于其相應(yīng)的靜水壓力的現(xiàn)象稱欠壓實現(xiàn)象。 2）欠壓實正常壓實帶（NC）和欠壓實帶（UC）上伏沉積物負(fù)荷壓力（S）流體壓力（p）及 顆粒支撐的有效應(yīng)力（）關(guān)系圖欠壓實帶中流體的排出方向剩余壓力差驅(qū)動

9、孔隙流體向低剩余壓力的方向運移； 孔隙壓力超過泥巖的承受強度產(chǎn)生微裂縫微裂縫排烴釋放超壓，恢復(fù)正常壓力。欠壓實泥巖流體總體運移特征：2. 蒙脫石脫水增壓作用 蒙脫石脫水與流體異常壓力的關(guān)系（陰影區(qū)：蒙脫石大量轉(zhuǎn)化帶）地層壓力突變帶位于蒙脫石轉(zhuǎn)化帶內(nèi)3.流體熱增壓作用 熱液流體的增壓作用（水熱增壓作用）： 流體受熱膨脹體積增大內(nèi)壓力增大 流體（油氣水）比巖石顆粒的膨脹率大的多，例如：石英是油氣水的1/15 烴源巖干酪根生烴過程孕育了排烴的動力，干酪根形成的大量油氣和水體積大于原干酪根體積。這些流體不能及時排出時Pf增大異常壓力排烴作用。 甲烷等氣體的形成對Pf和排烴影響最大。 使烴源層Pf，以致

10、產(chǎn)生微裂縫排烴。4、有機質(zhì)的生烴作用 滲析作用是在滲透壓差作用下，流體會通過半透膜從鹽度低方向向鹽度高方向運移，直到濃度差消失為止的過程。含鹽量差別越大，產(chǎn)生的滲透壓差也越大。5、滲析作用6. 其它作用 構(gòu)造應(yīng)力作用：導(dǎo)致巖石產(chǎn)生微裂縫系統(tǒng)，有利于流體的運移 毛細(xì)管力的作用：一般表現(xiàn)為阻力，僅在源巖和儲集層的界面 處才表現(xiàn)為動力。因為不同大小孔喉造成的毛細(xì)管壓差， 其合力的方向指向孔喉大的一側(cè) 擴散作用：在巖石致密和高壓地層中對天然氣可在濃度梯度下 進行分子擴散膠結(jié)和重結(jié)晶作用：是碳酸鹽巖源巖排烴的主要動力，膠結(jié)和 重結(jié)晶作用使得碳酸鹽巖孔隙度變小源巖低成熟-未成熟階段：孔隙和微層理面； 成熟

11、-過成熟階段：微裂縫為主。 異常高流體壓力導(dǎo)致源巖形成微裂縫。 較大孔隙、微層理面、構(gòu)造裂縫與斷層、微裂縫、縫合線、有機質(zhì)或干酪根網(wǎng)絡(luò)。 三、油氣初次運移的通道4.2 油氣初次運移干酪根生成烴類過程中，微裂縫的形成與烴類的注入 （據(jù)Ungerer等,1983) 異常高流體壓力能導(dǎo)致烴源巖形成微裂縫。當(dāng)流體壓力超過靜水壓力的1.422.4倍時，巖石就會產(chǎn)生裂隙。這種微裂縫具有周期性開啟與閉合特點。四、初次運移的主要時期和距離 石油：有機質(zhì)熱演化成熟階段 天然氣：多期，大量生氣之后 排烴門限：達到排烴所需的飽和度1、初次運移的主要時期4.2 油氣初次運移取決于生油層和儲集層的接觸關(guān)系、輸導(dǎo)能力：

12、一般情況下，油氣初次運移的范圍在生油層靠近儲集層15米左右。 由此可見，生油層的單層厚度不是越厚越好， 而是達到排烴效率最佳的厚度。生油巖單層厚度為1020米，砂泥巖互層條件下，排烴效率最好。2、初次運移的距離 正常壓實排烴模式 異常壓力排烴模式 擴散模式五、油氣初次運移模式 油氣初次運移可以歸納為三個模式：4.2 油氣初次運移1、未熟低熟階段：正常壓實排烴模式源巖層：孔滲性相對較高，孔隙水較多，油氣少，油氣可呈水溶狀態(tài)、分散的游離油氣滴運移。壓實作用下，油氣隨壓實水流通過連通孔隙和微層理面運移到運載層或儲集層中。2、成熟過成熟階段異常壓力排烴模式源巖層：孔隙水較少，孔滲性較差，排液不暢，大量

13、油氣游離狀態(tài)。多因素異常高壓排烴主要動力：未產(chǎn)生微裂縫時縫時，油氣沿孔隙喉道被被慢慢慢慢驅(qū)出驅(qū)出；若導(dǎo)致微裂縫、形成微裂縫孔隙系統(tǒng)，縫孔隙系統(tǒng)，油氣水以脈沖式、混相涌流脈沖式、混相涌流方式排出。3、輕烴擴散輔助運移模式n氣體：短距離的擴散最近輸導(dǎo)層其它方式到儲層n致密的深層儲層和流體高壓地層：天然氣擴散作用更重要 控制排烴的因素分析4.2 油氣初次運移4.3 油氣二次運移一、油氣二次運移的相態(tài)和流動類型4.3 油氣二次運移1）溶解在水中的方式 許多學(xué)者如Toth（1989）提出過油氣在地層水中以水溶方式運移的理論。 主要觀點：油氣在烴源巖附近被溶解之后，以水相的體積流方式進行二次運移，遇到圈閉

14、后，油才從水中離散出來。2）兩相運移方式普遍接受的二次運移機制 主要觀點：原油從烴源巖排出后以不連續(xù)相逐漸聚集，逐漸增大的油滴或油流受到凈浮力作用克服局部毛細(xì)管阻力向上傾方向運移，且運載層中毛細(xì)管力的非均質(zhì)性可造成彎曲的運移途徑。而對于均質(zhì)的運載層而言，運移路徑可能僅局限在與上覆蓋層接觸的上表面。運移后期，穿過運載層的烴類到達圈閉，便開始油氣聚集過程。4.3 油氣二次運移3、二次運移過程中的相態(tài)變化 運移過程中由于溫度、壓力降低氣體對重?zé)N的溶解能力降低以及重?zé)N在運移途徑中的損失。 從生油層初次運移出來的微小油氣分子團在浮力、水動力、毛細(xì)管阻力的共同作用下，形成油珠、油滴、油鏈、油塊，它們互相碰

15、撞，不斷集中，逐漸聚集。 因此，油氣是以自身的固有相態(tài)進行二次運移，儲集層中的孔隙水是油氣二次運移的運載體。4.3 油氣二次運移2、二次運移的流動類型4.3 油氣二次運移滲流：地層孔隙中流體在壓差或勢差作用所發(fā)生的流動浮力流：指油氣在密度差作用下，在地層孔隙水中的上浮擴散流：流體在濃度差作用下所產(chǎn)生的分子擴散 動力：浮力、構(gòu)造應(yīng)力、水動力、擴散力 阻力：毛細(xì)管力、吸附力、水動力二、油氣二次運移的動力和阻力4.3 油氣二次運移1、毛細(xì)管力（阻力）： 毛細(xì)管阻力 的大小與： （1）油-水界面張力呈正比 （2）與儲集層的喉道半徑呈反比 （3）與潤濕角的余弦呈正比 因為油氣經(jīng)過孔隙系統(tǒng)時，油滴要發(fā)生變

16、形，在油滴兩端形成的毛細(xì)管壓差是真正的毛細(xì)管力。對于油、水而言，很小，接觸角cos1，所以運移時受到的毛細(xì)管力為：rt：孔隙的喉道半徑；rp：孔隙半徑油滴在親水巖樣中的運移示意圖2、浮力： 運移時，只有浮力毛細(xì)管力，油氣才能移動即：如果把石油體積換算成單位面積的高度，則：靜水條件：傾斜地層，油柱可向上傾方向運移的臨界長度Lo2(1/rt1/rp) / (wg)g sinF浮奇爾曼.A.希爾的一個試驗的三個連續(xù)階段，說明浮力的作用與油滴數(shù)量的關(guān)系盒子長1.83m，厚約10cm，寬約30cm，內(nèi)裝滿浸水的砂子： a：將三堆油注入水浸砂中，每堆油大小約10cm，互不連結(jié)，浮力不足，油滴停滯不動； b

17、：加入一些油，使三堆油互相連接匯合，其上部有指狀油流開始向上浮起，油堆體積增大，浮力隨之增大，足以克服阻力，而上浮運移； c：幾小時后，整個油堆都上浮運移到盒子的頂部聚集，在下部只殘留了很少很小的油滴。 3、水動力圖： 水平地層中油氣在水動力推動下的運移石油二次運移的條件： 水動力 毛細(xì)管阻力水平地層（水動力垂直于浮力）傾斜儲集層 儲集層內(nèi)的地下水由供水區(qū)向泄水區(qū)運動時，則測勢面（水壓面）呈傾斜狀態(tài)。由流動的水體對油氣產(chǎn)生的動力稱動水壓力。影響動水壓力大小的因素 （1）水動力的大小 主要反映在水壓梯度上 水壓梯度：供泄水區(qū)單位距離內(nèi)壓力的變化。 Q/F t = K（P1-P2）/L （達西定律

18、） （2）油柱長度 （3）儲集層的孔隙結(jié)構(gòu)構(gòu)造作用力為油氣二次運移創(chuàng)造了有利條件。4、構(gòu)造作用力構(gòu)造作用力： 由地殼運動造成的各種地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力。構(gòu)造應(yīng)力促使巖層變形或變位，造成褶皺和斷裂，地層發(fā)生傾斜，形成裂縫，并驅(qū)使地層中的流體發(fā)生運移。三、油氣二次運移的通道4.3 油氣二次運移橫穿斷層運移與沿斷層面垂向運移示意圖 （據(jù)R.E.Chapman，1983修改） 運載層的組合關(guān)系 a儲集層間的組合；b儲集層與斷層的組合；c斷層間的組合； d不整合與儲集層的遮擋組合；e儲集層與不整合的超覆組合；f不整合間的組合 油氣沿著滲透性最好、阻力最小的路徑運移（運移高速公路）。 總方向：盆地中心邊緣或中央隆起帶， 深層淺層主要指向：生油凹陷中或鄰近地區(qū)長期繼承性 發(fā)育的正向構(gòu)造帶。四、油氣二次運移的主要方向和距離1.運移主要方向4.3 油氣二次運移 濟陽凹陷下第三系生油中心與油氣富集關(guān)系（東營凹陷部分） 1地層剝蝕線，2生烴強度等值線，3油田源控論：生油中心控制著油氣分布 不同的