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油田开发地质学第4章油气运移

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地质 储层 沉积 地化 层序地层
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第四章 油气运移第一节 油气初次运移 ★★★★第二节 油气二次运移 ★★★★石油或天然气在自然动力作用下,在地壳内的任何流动。油气运移第三节 圈闭和油气藏的概念及度量 ★★★★★第四节 油气藏形成的基本地质条件 ★★★★★二次运移 指油气进入储集层 (或运载层、输导层) 后发生的一切运移。初次运移 油气从生油层向储集层 (或运载层、输导层) 中的运移。对整个油气运移来说 ,则是一个几乎同时存在的连续过程油气聚集初次运移生油岩二次运移生油岩输导岩二次运移输导岩初次运移海平面(a)(b)(a) 初次和二次运移早期(b) 初次和二次运移晚期及油气藏的形成油气)( 气泡或串珠状游离相油溶相水溶相天然气第一节 初次运移一、初次运移中油气的相态 ★★石油 游离相为主 分散状连续状水溶相、气溶相有机质向油气转化的不同时期:低成熟阶段 ——— 水溶相运移生油高峰阶段 —— 游离油相 (油溶气相)生凝析气阶段 —— 气溶油相过成熟干气阶段 — 游离气相二、油气初次运移的动力 ★★★★★剩余压力 :指岩层的实际压力超过对应的静水柱压力的部分。油气要从烃源岩中运移出来,必须存在 驱动力 。烃类从烃源岩层中排出的原因是由于烃源岩存在 剩余压力 。孔隙流体 (包括油、气、水) 沿 剩余压力变小的方向运移。二、油气初次运移的动力 ★★★★★正常压实产生的剩余流体压力生成油气的沉积物质,在上覆沉积负荷作用下,导致孔隙缩小,流体不断被排出的作用。正常压实 —— 瞬间剩余压力上覆沉积物的负荷与孔隙水的静水压力之差。正常压实欠压实随上覆地层不断增加,孔隙流体压力持续出现瞬间剩余压力与正常压力的交替变化,不断把孔隙中流体派出,孔隙不断减小。•新沉积物横向厚度不变时,压实流体垂直向上流动;•新沉积物横向厚度有变化时,压实流体在垂向上由深部向浅部流动,在横向上由较厚处向较薄处运移。泥岩与砂岩压实特征比较(据 970)砂泥岩剖面中压实流体的运移碎屑岩沉积盆地:压实流体由泥岩向砂岩运移;由深部向浅部,由盆地中心向盆地边缘运移。泥质岩类压实正常压实带( 欠压实带( 覆沉积物负荷压力( S)孔隙流体压力( p)及颗粒支撑的有效应力( σ )欠压实 中心向上下或周围 排出→ 驱动油气;•孔隙压力超过泥岩的承受强度→ 产生微裂缝 → 排烃 → 释放超压,压力水运移载体自由水伊利石失去结合水热力蒙脱石V)(蒙脱石向伊利石转化的数量随深度增加的曲线图 (据真炳钦次, 1974)盆地边缘盆地中心浅深低地温区高地温区H, T,泥岩中的流体体积膨胀, P,促使烃类初次运移。4. 流体热增压作用在二种地温梯度下,正常压力带水的比容 据真炳钦次, 1974)有机质的生烃作用)运移出生油层促烃类增溶,与水一起载体:产生微裂缝;异常高压动力:• 干酪根 形成的大量油气和水: 体积 ↑→ 甲烷等气体的形成 : 孔隙流体 V↑↑→→微裂缝 →排烃地层中 流体异常高压 将使 烃源岩和储层之间、烃源层中心和边部之间 形成明显的 流体剩余压力梯度 ,从而驱使油气排出,实现初次运移。地层中 流体异常高压 能够导致异常高压,产生 微裂缝 。 促使油气进行初次运移的主要动力因素有: 压实作用、水(流体)热增压作用、粘土矿物脱水作用、甲烷气(有机质生烃)作用。渗析作用 ( 盐度差 )、胶结和重结晶作用、扩散作用 (浓度差 )、 毛细管压力 (孔吼半径差 ) 作用 、 构造应力作用三 、 初次运移的通道 ★★ ★>100微层理面 :有机质未熟 力,水动力为动力;水动力 生二次运移。3.毛细管力储集层孔隙直径大多介于 500~ 毛细管孔隙。吸附力始终是油气二次运移的阻力。4.吸附力流体与固体分子之间作用的一种界面现象,它由界面上的分子具有不饱和力场和不稳定电场而产生。与岩石的岩性、矿物组成、结构、粒度、烃类性质有关油气二次运移的动力 : 毛细管力、浮力、水动力 、构造应力、分子扩散力5.构造应力6.分子扩散力油气二次运移的阻力 : 毛细管力、浮力、水动力 、吸附力油气二次运移是多种力综合作用的结果三、二次运移的通道和方向 ★★缝) :油气二维侧向运移的运载层,是油气二次运移的重要通道。二次运移的通道三、二次运移的通道和方向 ★★向运载层倾斜斜率最大的方向运移,垂直等势线的方向是油气二次运移的主要方向。二次运移的方向:控制二次运移方向的因素:封闭性断层油气横向运移重要的阻挡条件;开启性断层是油气二次运移的连通条件。油气沿着渗透性最好、阻力最小、从高势区向低势区运移坳陷 → 斜坡带、长期继承性隆起带松辽盆地下白垩统生油中心与油气富集关系图1— 生烃强度等值线, 2— 地温梯度等值线, 3— 油田, 4— 凹陷边界济阳凹陷下第三系生油中心与油气富集关系(东营凹陷部分 )1— 地层剥蚀线, 2— 生烃强度等值线, 3— 油田酒泉盆地老君庙背斜带油气运移方向从鸭儿峡向老君庙、石油沟方向,原油正烷烃主峰值逐渐降低, 23以下的比值逐渐增加,原油比重、粘度、含蜡量逐渐变低如何追索油气二次运移的方向?不同形状的盆地油气二次运移方向模式四、二次运移的主要时期、距离 ★★期: 初次运移之后主运移时期:主生油期后的第一次构造运动时期或后期强烈的构造运动(多期成藏) 上百公里 —— 几公里盆地名称 运移距离(公里)一般 最大松辽盆地 小于40鄂尔多斯盆地 小于40 60渤海湾盆地 小于20 30江汉盆地 小于10 15南襄盆地 小于10 20酒泉盆地 5~20 30准噶尔盆地 30~50 80我国部分含油气盆地油气运移距离影响油气二次运移距离的主要因素 —— 地质条件储层岩性、岩相变化小,横向分布稳定,储集物性好,均质性强;具不整合面、断裂带等运移通道时,运移距离远。第三节 圈闭和油气藏的概念及度量1、油气藏的概念二、油气藏2、圈闭的度量3、圈闭的类型2、油气藏的度量三、油气聚集原理一、圈闭1、圈闭的概念1、圈闭的概念圈闭 : 指 阻止油气运移, 适合于油气聚集、形成油气藏的地质场所。圈闭 : 储集层中油、气物质自身势最小而其动能为零的地方。圈闭的组成 —包括三部分:▲ 储集层 :适合于储存油气的储集层;▲ 盖层 :紧盖着储集层,阻止油气逸散的非渗透性岩层;▲ 遮挡物 :从各个方向阻止油气继续运移。一、圈闭透镜体透镜体向上倾方向物性变差向上倾方向物性变差封闭条件水动力岩性 (物性) 变化非渗透的不整合面封闭的断层盖层本身弯曲变形遮挡物阻止油气向上逸散盖 层储集油气储集层圈闭的组成度量圈闭的大小规模 ← 最大有效容积 → 决定油气藏的储量大小2、圈闭的度量⑴ 溢出点⑵ 闭合高度⑶ 闭合面积圈闭能容纳油气的最大体积 ┄ 评价圈闭的重要参数之一溢出点: 油气充满圈闭后,最先从圈闭中溢出的点。闭合面积: 通过溢出点的构造等高线所封闭面积。一般从目的层顶面构造图量取 。闭合高度: 从圈闭中储层最高点到溢出点的高差。某储层顶面构造图图5 - 1 背斜圈闭中度量最大有效容积的有关参数示意图平面图闭合高度剖面图溢出点闭合面积构造等高线1 0 02 0 03 0 01 0 02 00相同构造起伏,因区域倾斜不同,则闭合高度不同 。区域倾斜增强闭合高度减小构造闭合高度 与 构造起伏幅度 以 溢出点的海拔平面为基准 。构造幅度的测量,则是 以区域倾斜面为基准 。图5 - 3 断层圈闭的溢出点、闭合高度和闭合面积示意图2 0 03 0 04 0 05 0 06 0 07 0 07 0 08 00800700500600?3、圈闭的类型由于地壳运动使储集层发生变形或变位而形成的圈闭 。⑵ 地层圈闭由于储集层内水动力梯度变化而形成的圈闭。岩性圈 闭储集层在横向上发生岩性、物性变化沉积、成岩条件变化地层不整合圈闭储集层与不整合面接触⑶ 水动力圈闭⑴ 构造圈闭油气藏 : 指油气在单一圈闭中的聚集,具有统一的压力系统和油水界面 。它是地壳上 油气聚集的最基本单元 。二、油气藏1、油气藏的概念油藏 油气藏气藏圈 闭只聚集了石油,则称油藏;只聚集了天然气,称之气藏;油、气同时聚集,称之为油气藏。油气藏的重要特点 : 是在 “ 单一圈闭中 ” 的油气聚集。所谓 “ 单一 ” 的含意,主要包括四层含义:“单一 ” 含意受单一要素控制 ……在单一的储集层中具有统一的压力系统统一的油、气、水边界主要包括两套储层,两油气藏同一储层,两油气藏同一套储层,三个油气藏同一套储层,四个油气藏同一套储层,一个油气藏同一要素控制“ 单一圈闭 ” 单一储集层统一压力系统同一油气水界面重力分异的结果,油气藏中形成 气 2、油气藏的度量⑴ 含油(气)边界和含油(气)面积含油 (气 )边界 :指油水界面与储层 (油层 )顶、底面的交线。▲ 外含油 (气 )边界 叫 含油边缘 (有时又叫 含油外边缘 );▲ 内含油 (气 )边界 油层 )底面的交线,又叫 含水边界 。含油 ( 气 ) 面积 : 内 ( 外 ) 含油气边界圈定的面积 。含油边界(外含油边界) 含水边界(内含油边界)背斜油气藏中油、气、水分布示意图背斜油气藏中油、气、水分布示意图含油面积气顶面积图5 - 5 背斜油气藏中油气水分布示意图油气藏高度含油高度气顶高度油气柱高度油 (柱 )藏高度:油水界面到油藏最高点的高程差;气 (柱 )藏高度:气水界面到气藏最高点的高程差;油气 (柱 )藏高度:油水界面到油气藏最高点的高程差。油气藏高度背斜油气藏中油、气、水分布示意图含油高度气顶高度•动水条件下 :油 ( 气 ) 柱高度 :油气藏中含油 ( 气 ) 部分最高点与最低点的高差 。油气在运移过程中,遇到圈闭聚集起来形成油气藏的过程 —即油气在圈闭中积聚形成油气藏的过程。油气运移遵循基本规律 :油、气、水密度不同 以及粘度不同所导致的 流动性差异重力分异天然气 占据盆地中心周围 (靠外 )的最高位置构造;石油 占据下倾方向位置较低的构造,比较接近盆地的中心。三、 油气聚集原理图5 - 1 9 美国阿巴拉契亚盆地油藏与气藏分布图以油为主油气均有以气为主宾夕法尼亚安大略湖伊利湖俄亥俄休伦湖1、单一圈闭中的油气聚集 — 以背斜圈闭为例在静水压力条件下,油气源源不断从凹陷向上倾方向运移时,油气在单个圈闭中的聚集可 分成三个阶段 (如右图所示) 。在 静水压力 条件下,同一渗透层相连圈闭的溢出点海拔依次递增,而且 没有局部支流运移 和 溶解气体 的影响,则会出现如下所示的油气差异聚集情况。2、油气差异聚集原理 — 系列背斜圈闭中油气水的分布图5 - 2 1 在连通的一系列圈闭中的油气差异聚集天然气 石油 水(a )(d )(e )(c )(b )12345油气差异聚集得出认识 在距离供油气 由近 → 远 ,溢出点由 低 → 高 的一系列圈闭中,呈现出: 气藏 → 油气藏 → 油藏 → 空圈闭(水);⑵ 一个充满了石油的圈闭,仍然可以作为有效的聚集天然气的圈闭。⑶ 若油气 按比重分异比较完善 ,距离供油区越远、溢出点越高,则圈闭中的油或气的比重越大。⑷ 所形成的纯气藏、油气藏、纯油藏的数目,取决于 油气来源 供应的 充分程度 , 及 圈闭的大小和数目 。图5 俄 罗斯地台斯大林格勒区下石炭统斯大林山层3个相连 构造圈闭中油气差异聚集情况李涅夫日尔诺夫巴赫麦其也夫1 10- 1 0 0 0主要运移方向次要运移方向油藏气藏本节要求:1、掌握圈闭和油气藏的定义;2、理解溢出点、闭合高度、闭合范围的含义,学会在构造图件中度量圈闭;3、掌握描述油气藏的各种术语,学会描述油气藏。第四节 油气藏形成的基本地质条件四、必要的保存条件三、有效的圈闭二、有利的生储盖组合一、充足的油气来源 (烃源条件)1、生油岩的体积 (生油凹陷的面积、凹陷持续时间的长短 ) 旋回性的生油层系及 多生油期 。一、 充足的油气来源 (烃源条件)2、有机质的数量和类型3、生油岩有机质的成熟度4、生油岩的排烃效率 — 初次运移盆地盆地面积× 104m)生 油 岩 油 气可采储量× 108t或 性及厚度波斯湾 24050000001为主碳酸盐岩为主,最厚4000m,主要生油层厚 100041 28个西西伯利亚 230最厚 4000600三角洲),500 60 8个美国墨西哥湾 110最厚 12000平均 40001为主泥岩为主,部分为碳酸盐岩, 1000 个利比亚锡尔特 35000,平均 2500灰岩为主,部分为泥岩,10000气 7790 4个渤海湾 0000± 岩大于 500米,最厚 1000个松辽 厚 6000平均 3000 K 泥岩 500个特例 :有些盆地面积虽然较小,但沉积岩厚度大,圈闭的有效容积大,生油层总厚度大,油源丰富,也可形成丰富的油气聚集。例: 美国西部 洛杉矶盆地 面积仅 3900沉积凹陷中心部位, 2000万年内 000m, 泥质生油岩系厚达 2000~3000m。油源极为丰富, 已发现石油可采储量近 20× 104m3/居世界各含油气盆地之首。充足的油气来源(烃源条件)生油岩体积大(面积大、层数多、厚度大),有机质丰度高、类型好、成熟度适中、转化率高,排烃效率高。二、有利的生储盖组合生储盖组合 : 指在地层剖面中,生油层、储集层、盖层在时间上、空间上的组合形式。1、生储盖组合的概念2、生储盖组合的类型⑴ 根据生、储、盖三者在时间空间上的相互配置关系分类;⑵ 根据生储盖组合之间的连续性分类 —教材分类⑴ 根据生、储、盖三者在时间上的相互配置关系 ,可将生储盖组合划分为 四种类型 :生储盖组合类型示意图正常式 侧变式 顶生式 自生自储自盖式自生、自储、自盖式生储盖组合:石灰岩中局部裂缝发育段 储油;泥岩中的砂岩透镜体 储油;一些 泥岩中的裂缝发育段 储油。自生、自储、自盖式生储盖组合的 最大特点 : 生油层、储集层和盖层都属同一层 。⑵ 根据生储盖组合之间的连续性分类 —教材分类生油层和储集层在时间上连续沉积,两者直接接触。生油层和储集层不连续沉积。不整合型 — 生油层和储集层为不整合面所分隔断层型 、盖组合不连续沉积的生、储、盖组合生储盖组合3、生储盖组合评价 好的输送通道、高质量的封盖条件如:砂岩储集层与泥岩生油层的组合 中油气运聚示意图图5 - 1 2 生油层与储集层为互层组合时,油气初次运移和聚集示意图箭头表示压实流体流动方向深度,岩 泥岩中压实流体最大压力的位置2 0 0 04 0 0 06 0 0 08 0 0 01 0 0 0 0生油层与储集层为互层组合时,油气初次运移和聚集示意图图5 - 1 3 生油层与储集层为指状交叉组合时油气初次运移和聚集示意图区域最佳烃类运移和聚集主要是砂岩层主要是泥岩层表示无构造时流体运移的方向表示流体自泥岩向砂岩及在砂岩内运移的方向生油层与储集层成指状交叉组合型式时,油气初次运移和聚集的示意图 (据 1976, 1977)最 好 较 好 较 差组合形式互层式指状交叉式不整合式复合式上覆式 下伏式侧变式 断裂式储集体较大的透镜式储集体较小透镜式距离较远的侧变式生油层总厚度及单层的连续厚度总厚度大,单层连续厚度在30~ 50层连续厚度在 50~200单层厚度大但为连续的巨厚生油层砂岩含量为20%~ 60%的地带与油源区关系分布在油源区内或近靠油源区分布在油源区附近或不太远的地带分布在油源区以外较远的地带生储盖组合定性评价简表( 粘土岩 利的生储盖组合:畅通的排出条件、良好的输送通道、高质量的封盖条件。生油层和储集层接触面积大,对油气的输导能力强,生油层生成的油气能及时运移到储集层中,其上有高质量的盖层, 能阻止储集层中油气向上逸散 。◙圈闭有效性的概念◙影响圈闭有效性的主要因素:▲ 圈闭形成时间与油气运移时间的相应关系▲ 圈闭所在位置与油源区的关系▲ 水动力对圈闭有效性的影响▲ 圈闭有效容积与保存条件对圈闭有效性的影响三、有效的圈闭1、 圈闭有效性的概念圈闭的有效性 :指在具有油气来源的前提下圈闭聚集油气的实际能力。大量油气勘探实践证明, 在具有油气来源的前提下 , 并非所有圈闭都聚集有油气 ,而是有的圈闭聚集油气,有的圈闭只含水,属于所谓 “ 空 ” 的,这表明它实际上对油气聚集而言是无效的。⑴ 圈闭形成时间与油气区域性运移时间的关系只有那些在油气区域性运移以前或同期形成的圈闭,对油气的聚集才是有效的。如果圈闭是在盆地内最后一次区域性油气运移以后形成的,这类圈闭 是否有效 ??如,油气发生初次运移时,在 生油层内部的岩性圈闭 中聚集油气形成的油气藏,圈闭形成时间早,对该生油层来讲,是形成最早的油气藏。2、 影响圈闭有效性的主要因素⑵ 圈闭位置与油源区的相应关系圈闭有效性主要取决于三个因素 :① 圈闭形成时间早晚 —与油气区域性运移时间关系 ;② 油气来源是否充足 —是否位于运移路线 ;③ 运移通道是否畅通 —储集层的岩性变化以及受断裂分割程度。 陆相与海相地层的差异一般情况下,圈闭所在位置距油源区愈近,愈有利于油气聚集,圈闭的有效性愈高。是否可以说:距离油源区远的圈闭无效 ? 为什么 ??青草湾静水压力条件下 , 测压面是水平的 ,同一储集层内海拔高度相同的各点,都具有同样大小的压力。此时, 圈闭内的油 水动力对圈闭有效性的影响水压头 相当于地层压力所能促使地层水上升的高度。同一层位各点水压头顶面的连线称 测压面 ,反映横向上的水压头变化。2静水压面在动水条件下 , 测压面是倾斜的 , 在水压梯度的作用下 ,储集层中所含的地层水,沿测压面倾斜的方向,从供水区流向泄水区, 圈闭内的油 其 倾角大小 决定于 水压梯度 和 流体的密度差 。折算平面测压面h 4h 2h 1h ah bh h xh 水压梯度与圈闭有效性的关系测压面油藏水水体密度差 导致油水界面倾角大于气水界面倾角。水压梯度增强时, 圈闭有效性变差。自然界水压梯度作用下,天然气聚集多有效,石油聚集要求高 。动力增强条件下,天然气的聚集有效,石油聚集无效 。保 动力条件弱等)。近 且在油气运移的路线上;早 效的圈闭(大容积的有效圈闭)四、必要的保存条件1、地壳运动对油气藏保存条件的影响;2、岩浆活动对油气藏保存条件的影响;3、水动力对油气藏保存条件的影响。1、 地壳运动对油气藏保存条件的影响① 导致地壳上升剥蚀,油气逸散;② 产生断层,提供油气运移通道或破坏油气藏;③ 导致溢出点抬高或地层倾斜方向变化,油气重新分布。图 断层破坏原有的油气藏同时新形成新的油气藏5 - 3 1 3 4 俄克拉荷马北部古生代油气藏剖面图(a)在 向西倾斜以前海面基准面密西西比系宾夕法尼亚系二叠系(b) 倾斜以后密西西比系宾 夕法尼 亚系德丘砂岩南东东大石 灰岩北西西 二叠系基底面① 破坏圈闭 成 以前;2、岩浆活动对油气藏保存条件的影响② 当高温岩浆侵入油气藏,会把油气烧掉,导致 油气藏的破坏 或 部分破坏 部分转化为低碳数烷烃 ; 特别是大规模岩浆活动对油气藏的保存是不利的 。③ 冷凝之后可成为良好的储集体或遮挡条件 。辽河断陷新生代火山岩分布图1— 馆陶期 2— 东营期 3— 沙一期 4— 沙二期 — 沙三期 6— 沙四期 7— 剖面位置3、水动力对油气藏保存条件的影响① 将油气冲走;② 携带氧气,使石油氧化变质;必要的保存条件地壳运动不剧烈水动力活动弱岩浆活动有利本节思考题:试述油气富集的条件?油气藏形成的基本地质条件?四、良好的保存条件三、大容积的有效圈闭二、有利的生储盖组合(畅通的运移条件)一、充足的油气来源第 四 节油气藏形成的基本条件( 结 束 )习题一 圈闭与油气藏分析1、预习习题册有关内容;2、上习题课时,需要带以下文具:习题册;厘米方格纸 (坐标纸、计算纸 )— 17× 25尺 铅笔 橡皮;3、上课地点: 课时间 : 班 10 11 12周五 (1周 五 (3周 四 (5班 13 14 15周三 (3周二 (3周 四 (3小 结本章主要讲解要点:运移方向、距离、时期等 。 圈闭、油气藏、油气(差异 )聚集; 基本条件、富集条件;一、基本概念初次运移、二次运移 圈闭 油气藏 生储盖组合二 、 问答题 ( 图示说明题 )1、 图示说明油气的初次运移及二次运移基本过程 。2、 试述油气初次运移的动力及运移方向 。3、简述油气初次运移的途径、时期及距离 (有效排烃厚度 )。4、试述油气二次运移的主要动力和阻力。第四章 复习思考题5、 简述油气二次运移的通道 、 运移方向及运移的主要时期 。6、 试述影响油气二次运移距离的主要因素 。7、 图示说明溢出点 、 闭合面积 、 闭合高度 。8、 图示说明油水界面 、 含油范围 、 油藏高度 。9、 图示说明闭合高度与构造幅度的差异 。10、 图示说明油气在单一圈闭及系列圈闭中的差异聚集 。11、何谓生储盖组合,图示说明其类型。12、如何定性评价生储盖组合对油气藏形成的作用?13、何谓圈闭的有效性,如何评价圈闭的有效性?
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本文标题:油田开发地质学第4章油气运移
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