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油气田开发基础第6章-油气运移

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油气田 开发 基础 油气
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1 第 1节 概述 第 2节 初次运移 第 3节 二次运移 第六章:油气运移 2 二次运移 (油气进入储集层以后的一切运移。 运移 (:油气在地层中的移动。 初次运移 (油气从烃源岩向储集层的运移。 一、概念 第 1节 概述 动力 相态 通道 方向 时期 距离 ? 3 第 1节 概述 二、油气运移基本方式 1、渗滤( 油气以不同的物理相态在 浮力 或 其它动力 作用下,由高势区向低势区流动的一种机械运动方式,可用 达西定律 来描述。 2、扩散( 分子布朗运动的传递过程 (分子运动 )。当物质存在浓度差时,扩散总是从高浓度向低浓度进行,扩散的结果是使浓度梯度达到均衡。流体的扩散速度与浓度梯度有关,可用 费克第一定律 来描述。 J-扩散速率, D-扩散系数, 度梯度。 4 三、岩石润湿性与毛细管力 1、润湿性 ( 第 1节 概述 润湿相(流体):易附着在固体上的流体。 非润湿相(流体):不易附着在固体上的流体。 亲水岩石 孔壁及颗粒表面形成一层水薄膜,油则被挤到孔隙中心部位形成孤立的油珠。 亲油岩石 油以薄膜形式附着在孔壁上,成残余油。 中间润湿 :部分亲油,部分亲水的岩石。 5 2、毛细管力 第 1节 概述 - 岩石润湿性与毛细管力 ① 定义:在两种互不混溶流体弯曲界面处,两边流体承受的压力不同,凹面一侧流体(非润湿相)承受的压力要比对面一侧流体(润湿相)承受的压力大。在毛细管中的这一压力差,称为毛细管力。 ② 方向: 毛细管力总指向非润湿相。  c o 6 3、油气运移临界饱和度 油气水共存时,油气运移所需的最小饱和度。 第 1节 概述 -岩石润湿性与毛细管力 7 1、相态 ① 游离相 游离相也称油(气)相,是油气初次运移 最重要 的相态。 ② 气溶相(油溶相) 石油可溶于天然气中以 气溶 相方式运移。 天然气可溶于石油中以 油溶 相方式运移。 ③ 水溶相 水作为油气运移的载体。天然气在水中具有较高溶解度,水溶相是天然气初次运移的 重要 相态。 ④ 扩散相 扩散相是天然气初次运移的 重要 相态,尤其对于深部过成熟阶段。 第 2节 初次运移 一、初次运移相态 8 2、相态转变 第 2节 初次运移 -相态 烃源岩特征 埋藏浅 孔渗性好 含水多 埋藏较深 孔渗性差 含水少 埋藏深 孔渗性很差 含水极少 孔渗性极差 不含水 9 第 2节 初次运移 二、初次运移动力 1、剩余压力概念 指岩层 实际地层压力 与对应的 静水压力 的之差。 剩余压力 = 地层压力 = 层压力埋藏深度静水压力地层压力剩余压力 =0剩余压力 >010 第 2节 初次运移 -动力 2、剩余压力产生原因 •1)压实作用 •2)欠压实作用 •3)蒙脱石脱水 •4)有机质生烃 •5)流体热增压 •6)渗析作用 •7)其它作用 生油层 静水压力 海平面 11 ( 1)压实流体排出机理 ① 压实平衡状态 岩石骨架颗粒紧密接触 孔隙压力为静水压力 无孔隙流体排出 ③ 沉积物恢复压实平衡状态 ② 欠压实平衡状态 新沉积物增加了上覆压力 岩石骨架颗粒重新排列 孔隙压力超过静水压力,产生 瞬时剩余压力 孔隙流体排出 第 2节 初次运移 -动力 1)压实作用 12 ( 2)压实流体排出方向 从泥岩向砂岩 从深部向浅部 从盆地中心向盆地边缘 L 0P 0H 0节 初次运移 -动力 1)压实作用 13 第 2节 初次运移 -动力 2)欠压实作用 ( 新地层: 快速沉积; 老地层: 压实排液 0♂ ♂ ♂ ♂♂♂♂♂新地层老地层顶部排液受阻底部排液受阻快速沉积压实不平衡状态剩余♂ ♂ ♂ ♂♂♂♂♂新地层老地层快速沉积压实不平衡状态剩余♂ ♂ ♂ ♂♂♂♂♂新地层老地层顶部排液受阻底部排液受阻泥岩层产生顶底板 。 孔隙体积不能随上覆负荷增加而减小 ,导致 P> 称为欠压实; 14 第 2节 初次运移 -动力 2)欠压实作用 ( 15 蒙脱石是一种膨胀性粘土,结构水占 50%。 (g)2[随着 H↑→ T、 P ↑ 第 2节 初次运移 -动力 3)蒙脱石脱水 蒙脱石 →伊利石; 结构水 →孔隙水 ; P> 16 第 2节 初次运移 -动力 4)有机质的生烃作用 干酪根演化生成烃比干酪根多 2~ 3倍 泥岩 H↑→T↑→孔隙流体膨胀 , 体积膨胀 →P↑→P> 5)流体热增压 三种地温梯度下,正常压力带 水的比容 (据真柄钦次, 1974) 17 第 2节 初次运移 -动力 6) 渗析作用 在含盐浓度差作用下流体会通过半透膜从低盐度向高盐度方向运移 , 直到浓度差消失 。 页岩中水的含盐量与孔隙度成反比 , 因此页岩中部盐度低 , 两侧盐度高 渗透流体运动方向与压实流体流动方向相同 。 18 第 2节 初次运移 -动力 7)其它作用 ① 构造应力: 产生微裂缝系统 , 促使流体运移; 侧向构造挤压应力可传递到孔隙流体上 , 造成流体运移 。 ② 毛细管力: 在烃源岩层与储层界面上表现为动力 。 ③ 碳酸盐岩的固结和重结晶作用: 是碳酸盐岩源岩排烃的重要动力 。 使孔隙变小 , 油气压力增大 , 导致岩石破裂 , 油气排出 。 ④ 扩散作用: 在浓度差作用下 , 天然气会以扩散方式运移 。 19 第 2节 初次运移 -动力 3、小结 促使油气初次运移的动力多种多样 , 但在源岩有机质热演化生烃不同阶段 , 主要排烃动力有差异 。 埋深, m 温度, ℃ 有机质演化阶段 油气初次运移动力 4000 150~ 250 高成熟 — 过成熟 欠压实、 有机质生气、气体热增压、扩散 在 中 — 浅层 : 压实作用 为主要动力 。 在 中 — 深层 : 异常高压 为主要动力 。 20 1、 途径 第 2节 初次运移 三、初次运移途径、时间、距离 2、 时间 一般认为 , 油气初次运移主要时期是油气大量生成同时或稍后 。 3、 距离 生油层到储集层 短 距离 。 烃源岩单层厚度是否越厚越好 ? ① 概念 烃源岩生成的油气 , 因受 各种因素 控制并不能全部排出源岩层 。 只有与储层接触一定距离内的生油层中的烃类才能有效地排出来 。 能有效排出烃类的生油层厚度 , 称为有效排烃厚度 。 一般在上下 14m± 。 烃源岩有效排烃厚度 源岩未成熟-低成熟阶段 :主要是 孔隙 源岩成熟-过成熟阶段 : 主要是 微裂缝 21 第 2节 初次运移 -途径、时间、距离 阿尔及利亚泥盆系 母岩抽提物含量 、 成分 与 相邻储集层距离 关系 距储集层距离( m) 有机碳 /抽提物 ( mg/g) 烃类 /抽提物 ( %) 沥青类 /抽提物 ( %) 2 72 54 86 61 90 63 12 63 4 118 64 意义 最优越的生油层是与储集层呈 互层式 , 过厚块状泥岩生油层并不是最有利 , 其中会有相当一部分厚度对初次运移排油是无效的 , 即它们所生成的烃类是排不出来的 ( 死生油层 ) 。 22 1、 正常压实排烃模式 阶段: 未熟-低熟阶段 , 特点: 埋深浅 、 孔渗高 、 孔隙水多 、 油气少 , 相态: 水溶相 , 动力: 压实作用 , 途径: 孔隙 。 第 2节 初次运移 四、初次运移模式 23 2、 异常压力微裂缝排烃模式 阶段: 成熟-过成熟 , 特点: 埋深大 、 孔渗低 、 孔隙水少 、 油气多 , 相态: 游离态为主 , 部分呈水溶相或互溶相 , 动力: 欠压实作用 , 途径: 微裂缝 。 第 2节 初次运移 -模式 24 条件: 气态烃 , 具较强的扩散能力; 相态: 游离分子; 动力: 浓度差扩散; 途径: 源岩孔隙; 第 2节 初次运移 -模式 3、 轻烃扩散辅助运移模式 25 第 3节 二次运移 一、二次运移相态 1、 石油 游离相: 油珠 、 油条 、 连续油相 2、 天然气 游离相: 气泡 、 气柱 、 连续气相 水溶相: 溶解气 26 第 3节 二次运移 二、二次运移动力 1、 浮力 式中: V-油相体积; g-重力加速度; ρw-水的密度; ρo-油的密度; σ-油水界面张力; θ-润湿角; 道半径; 隙半径。 油气要在浮力作用下向上运移,浮力必须大于毛细管阻力: g> 2σ- 1/27 1、 浮力 浮力垂直向上;大小与油气密度和体积有关 。 美国学者奇尔曼 ·A·希尔用一个长方型盒子,里面装满浸水砂。 第 3节 二次运移 -动力 28 当储层供水区和泄水区存在高差时,水位面发生倾斜,水将沿水位面降落的方向流动。由水的流动产生的压力即 水动力 。 第 3节 二次运移 -动力 2、 水动力 29 直接作用: 使岩石颗粒和孔隙变形,变形过程把作用力传递到其中所含流体,驱使油气向受力减弱方向运移。 3、 构造运动力 第 3节 二次运移 -动力 间接作用: ① 地层倾斜,使油气在浮力作用下向上倾方向运移 ② 可形成供水区与泄水区,形成水动力作用 ③ 形成断层、裂缝、不整合面等油气运移通道 p fp sp ip 3节 二次运移 三、二次运移通道 1、输导层 是发育孔隙、裂缝、孔洞等渗透性地层。 2、 断层 3、不整合面 31 第 3节 二次运移 四、二次运移时期 ※ 油气二次运移与初次运移是连续同时发生。二次运移主要时期,应该是在主要生油期之后或同时所发生的 第一次 构造运动时期。 ※ 渤海湾盆地 东营组末期 是油气主要生成期,且发生了一次构造运动,产生大量断层,为油气二次运移创造条件。因此, 该时期就是油气二次运移的主要时期 。 ※ 之后 明化镇组末 又发生了一次强构造运动,使部分已形成油气藏遭受破坏,油气再次运移,导致次生油气藏的形成。 32 基本规律: 总是沿着阻力最小的方向运移。 油气勘探基本原则: 找凹陷、钻高点、探边缘。 油气主要富集在凹中之隆或盆地边缘 凹陷 隆起 盆地中心 盆地边缘 第 3节 二次运移 五、二次运移方向 33 第 3节 二次运移 -方向 34 第 3节 二次运移 -方向 35 第 3节 二次运移 -方向 36 第 3节 二次运移 -方向 运移方向影响因素 1)区域构造背景 最重要控制因素 ,凹陷区与隆起区相对位置及其发育历史。 2)储层岩性岩相变化。 3)不整合、断层分布及其性质。 4)水动力条件。 37 第 3节 二次运移 六、二次运移距离 长距离运移? 短距离运移? 38 第 3节 二次运移 六、二次运移距离 控制因素: 1)岩相古地理条件。 2)区域构造条件,如不整合面分布和断层切割。 3)各种动力条件。 盆地名称 运移距离( 一般 最大 松辽盆地 <40 鄂尔多斯盆地 <40 60 渤海湾盆地 <20 30 江汉盆地 <10 15 南襄盆地 <10 20 酒泉盆地 5~ 20 30 准噶尔盆地 30~ 50 80 海相盆地: 岩性岩相稳定,断裂简单,油气可长距离运移,达上百、至上千 陆相盆地: 岩性岩相变化大,断层切割复杂,油气以短距离运移为主,20~ 50 般 30 39 条件: 孔隙大、渗透率高、阻力小、水多、温度、压力、盐度低; 相态: 游离相、气可呈水溶相; 动力: 浮力、水动力、构造力等; 通道: 输导层、不整合面、断层; 方向: 沿阻力小的方向,由凹陷向隆起,中心向边缘; 距离: 可长可短; 时期: 主要生烃期或主要构造期。 第 3节 二次运移 七、二次运移模式 40 思考题 1、毛管力?初次运移?二次运移?运移临界饱和度?剩余压力?有效排烃厚度? 2、油气运移的基本方式有哪些? 3、石油和天然气初次运移的相态异同? 4、油气初次运移动力?途径?模式? 5、油气二次运移动力?途径?方向?时期?距离?模式? 6、据图指出油气成藏基本要素? 储集层
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