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石油天然气地质-4-4二次运移相态、动力和通道

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地质 储层 沉积 地化 层序地层
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第一节 油气运移概述第二节 油气初次运移第三节 油气二次运移第四节 油气运移研究方法第四章 石油和天然气的运移二次运移 :油气 进入储层之后的一切运移。包括在储集层内部、沿断层或不整合面、油气藏调整和破坏的再运移。与初次运移相比,二次运移环境: 运移通道粗,毛细管阻力小,流体压力较低,含盐度较高,油气以游离相为主,气可呈水溶相 ,浮力为主要运移动力。主要内容: 相态、动力和阻力、通道、时期、方向和距离第三节 油气二次运移一、油气二次运移的相态和流动类型1 、二次运移的相态主要:连续油相,连续气相。石油主要呈游离相,少量气溶相和水溶相天然气主要呈游离相,少量水溶相和扩散相运移过程中因温压条件改变,会发生相态变化2、二次运移的流动类型渗 流 —— 地层孔隙中流体在压差或势差作用所发生的流动,浮力流 —— 指油气在密度差作用下,在地层孔隙水中的上浮扩散流 —— 流体在浓度差作用下所产生的分子扩散渗 流: 单相渗流和多相渗流 , 呈连续状流动,要求烃饱和度和相渗透率,可用流体势和达西公式来研究和定量计算。典型储集岩油 — 水两相的相对渗透率曲线浮力流: 自由上浮与限制性上浮 ,呈断续状流动,不 要求含烃饱和度和相渗透率,不能用达西公式表述和计算。扩散散失扩散成藏动力: 浮力、构造应力、水动力、扩散力阻力: 毛细管力、吸附力、水动力二、油气二次运移的动力和阻力1、浮力油、气的密度比水小,在水中存在浮力• 浮力的大小与油气密度和体积有关:• V( ρw- ρo)g• V:油相体积;• ρw、 ρo:水、油的密度;• g:重力加速度(一) 二次运移的动力• 浮力大于毛细管阻力,油气才能运移:• V( ρw- ρo)g > 2σ(1/1/ 为油水界面张力; 把石油体积 石油运移的临界高度:• [2σ(1/1/ / [(ρw- ρo)g ]• 石油在储层中开始 运移的条件: 油柱高度大于临界高度• 临界气柱高度: [2σ(1/1/ / [(ρw- ρg)g ]图 : 一滴油珠在水润湿的地下环境中通过孔隙喉道运移图 : 奇尔曼 尔的一个试验的三个连续阶段,说明浮力的作用与油滴数量的关系图 : 在相同球形颗粒呈菱形堆积的储集层中,油柱的临界高度与储集层参数之间的关系运载层中油气在静水条件下的二次运移静水条件下,砂岩上浮的临界高度为 于岩石的非均质性在储层底部形成高低不平的油水界面。当最高油体超过临界高度 脱离界面而上浮 。静水条件下,油气到达水平运载层顶部后,在盖层的封闭下油体沿顶界面分散,将不再运移;如果岩层是倾斜的,油气在聚集到临界高度时,将在浮力作用下继续向上倾方向运移,直至到达圈闭聚集起来。沿上倾方向浮力( 大小与地层倾角有关。倾角越大,浮力也越大: w- ρo)载层中油气在静水条件下的二次运移2、水动力•压实水动力:水流从盆地中心向边缘•重力水动力:水流从盆地边缘露头区向盆地内部•水流动方向与油气浮力方向一致:水动力为动力,反之为阻力。•压实水动力:沉积物的压实排水,盆地发育早期。流动方向 : 由盆地中心向盆地边缘呈 “ 离心流 ” 、由深处向浅处。--压实流盆地•重力水动力:盆地演化的成熟阶段 。地层在盆地边缘出露并与大气水相通 , 形成 由盆地边缘向盆地中心 重力流 , 并在盆地中心穿层排泄 ,向心流 。—— 重力流盆地 。•滞流盆地: 盆地演化的晚期,盆地地下水基本上处于静水状态,无流体能量交换。盆地演化过程中的水动力(据 977)背斜地层中水动力与浮力的配合情况及油气运移方向在水动力条件下,油珠于水湿润的环境中通过孔隙喉道运送,向上流动的水流帮助浮力克服相反的毛细管力图:水平地层中油气在水动力推动下的运移水动力大于毛细管阻力时,油气沿水动力方向运移石油二次运移的条件:油体浮力 ± 水动力 > 毛细管阻力( 1)水平地层在水平地中水动力的驱动能力:假设颗粒半径中值一定( , 油( 水( 密度差一定,界面张力一定( 40℃ 时 4040果储集层的渗透率为 1D,孔隙度为 25%,则 每年流动 60动力驱动油气运移的速率较慢图:在倾斜储集层中水动力对油体运移的影响推动石油顺水流运移的水动力: L dp/柱长度越大,水动力作用越大上倾水流, 油向上倾运移下倾水流,与浮力相反:浮力大于 油向上倾运移;小于 油向下倾运移。( 2)倾斜储集层折算压力: 测点相对于某一基准面的压力 ,相当于 由测压面到折算基准面的水柱高度所产生的压力 。’= ( 动方向:从折算压力高向折算压力低的方向。( 3)用折算压力确定水流方向图:两个储集层情况下的水流方向一口井中三个含流体的储集层,具有不同的测压水面高度时,流体流动的方向hb>ha>有通路的情况下, 层、地壳运动产生的地应力。是作用在岩石骨架中的压力,而地层压力是岩石孔隙中的流体压力,两者互相作用、互相传递,形成岩石统一的压力系统。构造应力直接或间接为油气二次运移提供动力、通道构造作用力为油气二次运移创造了有利条件。3、构造应力二次运移的直接驱动力:构造应力使岩石骨架压缩,岩石颗粒和孔隙变形,变形过程的作用力传递给孔隙中的流体,形成高势区,驱使油气向低势区运移;构造作用产生的异常压力可以造成地下流体势的改变,促使油气运移。构造侧向挤压、断裂作用和刺穿作用等都是形成异常压力的重要因素。构造应力形成运移通道。构造应力可以形成褶皱、断裂,使地层产生翘倾,形成供水区和泄水区,使得油气可以在浮力和水动力作用下有效运移。高浓度区向四周低浓度区扩散。在油气藏形成以后,天然气通过上覆盖层的扩散将导致气藏的破坏。分子扩散力的效率比油气渗滤来说小几个数量级,更多的情况势破坏作用。在致密地层中,分子扩散可能是二次运移的主要动力和方式。(二) 离相油气在其中运移必然要受到毛细管力的作用。由于岩石的孔隙和喉道半径不同,油气受到的毛细管压力大小不同。油气在岩石中会选择最小阻力方向通道运移,即沿最大孔隙和喉道所组成的路径运移。2.吸附力吸附是流体与固体分子之间作用的一种界面现象。岩石的岩性、矿物组成、结构、粒度及烃类性质都是影响吸附力的重要因素。油气与岩石颗粒接触的两相界面越大,吸附作用越强,吸附量也就越多。泥质颗粒比面积大,较碎屑储集岩有更大的吸附力。烃类的吸附性还与烃类性质和分子结构有关,一般来说随分子量的增大吸附能力也增加,正构体烃比异构体烃的吸附能力大。连通孔隙裂缝断层: 垂向运移 主通道不整合面: 侧向运移 重要通道三、油气二次运移的通道与输导体系基本通道1、油气二次运移的通道储集层的连通孔隙是油气二次运移的基本通道。连通孔隙的多少取决于岩层有效孔隙度的大小。流体通过连通孔隙的能力取决于岩石的孔隙喉道结构。喉道半径越大、孔隙半径与喉道半径的差值越小渗透率越大,越有利于油气运移。裂缝是一种特殊的孔隙,它对改善岩层特别是那些那些致密地层的渗透性极为重要。油气以断层作为通道的运移有两种方式:一是横穿断层的横向运移,一是沿断层面的垂向运移。断层能否作为运移通道取决于自身的封闭性,横穿断层运移与沿断层面垂向运移示意图(据 1983修改)不整合面代表着地层曾经历过区域性的的地壳运动或沉积间断,往往使下伏地层遭受风化剥蚀和溶解淋滤,形成区域性稳定分布的高孔高渗古风化壳或古岩溶带,有利于油气长距离运移。不整合的分布具有区域性,在时空上具有稳定性,不仅能大面积汇集油气并形成长距离的运移通道,还能把不同时代、不同岩性的生、储岩层连通起来形成多种类型的不连续的生储盖组合。准噶尔盆地西北缘以不整合为运移通道的油气运移示意图 运载层的组合关系 1)含义: 是指油气从烃源岩到圈闭过程中所经历的所有路径网及其相关围岩,包括 连通砂体、断层、不整合及其组合 。油气沿着形态不规则的 立体线状输导系统 运移2、油气输导体系1)按运移通道的时空组合特征:网毯式、 “ T”型、阶梯型、裂隙型( 2)输导体系类型输导体系类型 运载层类型 运移主通道 影响运移通道的地质因素 连通碎屑岩型 连通孔隙、微裂隙、层理面 储集层输导体系 碳酸盐岩型 连通溶蚀孔洞、微裂隙 储层分布与连通 ,孔洞缝发育,运载层配置关系 张性断层型 压扭性断层型 断层和构造裂缝 断裂输导体系 裂缝型 构造裂缝 断裂性质、发育规模与组合、活动期、断裂带特征、断开地层的泥岩发育程度、与运载层产状关系 角度不整合型 不整合输导体系 平行不整合型 连通的溶蚀孔、洞 不整合发育规模与分布、剥蚀淋滤程度,不整合面性质,与其它运载层配置关系 储集层-断层型 连通孔隙、微裂隙、层理面、断层和构造裂缝 储集层-不整合型 连通孔隙、微裂隙、层理面、连通的溶蚀孔、洞 复式输导体系 断层-不整合型 断层和构造裂缝、连通的溶蚀孔、洞 储集层连通孔隙的发育程度、断层与裂缝的性质和发 育特征、不整合的发育与分布,运载层之间的配置关系 2)按主要运载层类型分类:储集层输导体系、断裂输导体系、不整合输导体系、复式输导体系•优势运移通道:是指油气自然优先流经的二次运移通道。—— 控制着运移油气总量的绝大部分。•有效运移通道:真正发生了运移作用的运载层。—— 优势通道是有效通道的一部分( 3)优势运移通道 与 有效运移通道油气运移优势通道地质概念模型封闭性断层对运移通道及远景圈闭风险评价的影响上图:断层不封闭,对运移无影响;下图:断层封闭,运移通道偏转到另一构造级差优势通道控油气作用地质概念模型① 级差优势通道: 输导层内 孔渗性结构分布差异 形成的优势通道 。 油气在这类介质中总是 沿着级差优势最大的通道 向前运移 。四种油气运移 优势通道 通道:区域盖层分隔槽控制油气运移方向和优势通道地质概念模型a-分隔槽向供烃中心左侧运移,油气趋向右侧运移;b-分隔槽向供烃中心右侧运移,油气趋向左侧运移。② 分隔优势通道: 指有效烃源岩之上的输导层沉降中心的有序偏移所形成的油气运移通道 。 特别要注意断裂和区域性盖层的作用及其二者之间的匹配关系 。 区域性盖层底部形成的分隔槽 是最终决定油气流向的地质要素 。流向优势通道控油气作用地质模型③ 流向优势通道: 指油气受 浮力作用 而形成的优势通道。 油气运移方向和通道 受浮力和断面(或储集层)倾角的 控制。流压优势通道控油气作用地质概念模型a-极强的水动力条件下油气顺水流方向运移;b-强的水动力条件下油气大部分顺水流方向运移;c-较强水动力条件下部分油气顺水流方向运移;d-较弱水动力条件下只有极少数油气顺水流方向运移。④ 流压优势通道: 指油气在运移过程中流压作用形成的优势通道。 油气运移的方向和通道受 浮力和水流动力 的双重作用控制。
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