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《石油地质基础》-10-油气运移7252516

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地质 储层 沉积 地化 层序地层
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第十章 油气运移第一节 概述第二节 油气初次运移第三节 油气二次运移第一节 油气运移概述油气运移:地下的石油和天然气在自然条件下发生的位置转移。油气运移的两个阶段:——初次运移: 油气从生油层向储集层(疏导层)的运移。——二次运移: 油气进入储集层后至聚集起来的一切运移。一、油气运移在油气藏形成中的作用油气运移与油气生成及油气藏的形成、破坏、再形成过程紧密相联系油气藏油气运移储集层(原生油)沉积物有机质干酪根烃源岩埋藏次生油气藏油气运移油气运移油气聚集初次运移 二次运移疏导层 烃源岩 油 气1、没有油气运移就没有生油层中生成的 分散 油气进入储集层。分散 →集中2、没有油气运移就没有油气在圈闭中的聚集。3、没有油气运移就没有次生油气藏形成。结论:没有油气运移,就不可能形成油气藏。二 、 引起油气运移的因素1、 内在原因:油气是流体 , 具有流动性 。2、 外界条件:地下具有促使油气运移的动力 。三 、 油气运移的证据1、 地面出露的油气苗 、 沥青;2、 背斜圈闭中油气水的分布;3、开采油气,井间干扰现象;四、油气运移研究的主要内容油气运移的机理- 促使油气运移的动力- 油气在运移中所处的相态- 油气运移的通道- 油气运移的方向- 油气运移的时期- 油气运移的距离油气运移路径的追踪 (油气地球化学领域内容 )油气生 的盆地模拟 (综合研究 )第二节 油气初次运移—— 烃源岩中生成的油气排出烃源岩的过程问题的提出70年代中期 , 石油成因理论在原来 “ 早成说 ” 基础上 ,提出了 “ 晚成说 ” , 即沉积有机质大量向油气转化不是在成岩作用早期 , 而是沉积有机质经历了向 这个过程必须在达到一定的埋藏深度 ( 生油门限深度 ) 和一定的温度 ( 生油门限温度 ) 才能大量进行 , 只有在成岩作用的晚期才能达到 。 这样 , 就必须回答以下问题:1、 成岩晚期 , 生油岩已经固结成岩 , 油气从生油层运移出来靠什么动力 ?2、 油气从细粒生油岩 ( 泥岩 、 页岩 、 生物灰岩 、 泥灰岩 )运移出来 , 如何克服巨大的毛细管阻力 ?3、油气从生油岩向储集层运移过程中, 以何种相态,通过什么运载体将油气输送出来?研究意义1、 确定生油岩的排烃有效厚度生油岩排烃效率是和生储油层的接触面积和压差有关 , 而不是生油岩厚度越厚越好 , 与排烃有效厚度关系密切 。2、 根据初次运移的时期 , 确定油气藏形成的主要时期一般情况下,油气初次运移时期是油气藏形成的最早时期,在主生油期、主运移期以前形成的圈闭可能是有效圈闭。一、油气初次运移的相态两种主要观点:——水溶相态运移——游离相态 (油相、气相 )运移1、水溶相态运移-油气溶解在烃源岩的孔隙水中,呈水溶液运移。关键问题 : 油气在水中的溶解度石油 - 地表条件下除芳烃和环烷烃的简单分子 (苯、甲苯、环戊烷等)外 , 其余在水中的溶解度很小。- 压力的变化对其溶解度几乎没有什么影响两种全石油( 1, 5)和四种拔顶石油( 6, 3, 2, 4)在水中溶解度随温度的变化 (拔顶温度为 200℃)(据 1976)• 温度 100℃ 后 ,溶解度开始有较明显增大 ,但一般也仅为几至数十 即使在 180℃ 的高温下 ,溶解度也只有数十至数百 在更高温度下可望石油的溶解度会有较快的增加 ,但这样的高温已超过了石油能稳定存在的临界温度值- 在石油大量生成的温度范围内,升高温度对其溶解度的提高只有十分有限的作用物质平衡计算:油田的烃源岩的累计压实排水量和石油聚集量算出,假如这些石油是以水溶相态运移并聚集起来的话,溶相态不是石油初次运移的主要相态。* 胶束溶液运移有机质在生油的过程中会生成一些表面活性物质 , 如有机酸等,其分子的一端为亲油的烃链 ,另一端为亲水的极性基。当其在水中达到一定浓度时,会形成分子聚集体 (即 胶束 ), 油被包裹在胶束中呈胶束溶液运移。问题:表面活性物质数量太少;胶束直径过大;如何“破胶”将油释放出来?气态烃 - 地表条件下在水中的溶解度相对较大,一般为几十 增大压力可使其溶解度显著提高( 据 979资料)温压条件 标准状况 900米深处 2500米深处6100米深处甲烷溶解度约 25大 50倍 约增大 100倍约增大 300倍尽管整个天然气的溶解度随压力的增长没有这样大,但呈水溶相态运移无疑是天然气初次运移的一种重要方式。烃类在水中溶解度随碳数增加而减少(气态烃溶解度明显大于液态烃)2、游离相态运移油相运移 :泥质烃源岩随压实的进行 ,孔隙水不断排出 ,含水量逐渐减少 ,且残留的孔隙水中 ,很大一部分是以氢键固着在粘土颗粒表面的结构水 孔隙内的含油饱和度逐渐增高 ,而含水饱和度则相应降低 . 当含油饱和度达到某个临界值后 ,石油即可呈连续油相进行运移 在早期压实阶段油的相对渗透率低 ,不利于油相运移 ; 而晚期压实阶段烃源岩的绝对渗透率低 ,也不利于油相运移 而天然气在油中的溶解度又较大 ,因此有相当一部分天然气可以溶解在油中被带出烃源岩。* 孔隙中心烃网络说同样建立在随压实作用进行泥质烃源岩的孔隙水大部分成为不动的结构水的基础上 . • 在成熟阶段的早期 ,干酪根生成的少量油吸附在干酪根颗粒表面 . • 随着生成油的数量不断增多 , 在烃源岩的孔隙中心形成连续的油相网络 (孔隙中心烃网络 ). • 后续生成的油沿着这一烃网络以油相排出烃源岩 . 孔隙中心烃网络的形成 (据 1979)气相运移 :油溶于气 ,以 “ 气溶 ” 方式运移要求的条件 : 游离气烃的数量远大于液烃的数量 ; 一定的温压条件。故只可望出现在成熟阶段的晚期 (高成熟期 )或以生气为主的烃源岩中在过成熟阶段 , 存在的烃类几乎全为甲烷 , 加之烃源岩中的可动水已极少 , 因此气相运移可能是唯一的运移方式3、油气初次运移的相态演化二、油气初次运移的动力压实作用欠压实作用新生流体增压作用流体热增压作用渗析作用其他作用宏观上,压实流体运移方向为 : 深部 → 浅部,盆地中心 → 盆地边缘在砂 砂岩和泥岩都会经历压实排水的过程 . 但由于泥质沉积抗压性差 , 其压实效应相对较强 . 因此在压实作用下 , 泥质烃源岩中的流体将排向相邻的砂岩层中 泥质岩类在压实的过程中 , 由于其渗透率难以满足排液速度的要求,孔隙流体不能正常排出,导致其 孔隙流体压力高于相应深度的静水压力 ,形成异常高压。这种现象称为 欠压实现象 。与欠压实伴生的异常高压可驱使烃源岩中的油气排向相邻的储集层 、 孔隙度异常高2、 流体压力异常高压实作用欠压实作用新生流体增压作用流体热增压作用渗析作用其他作用正常压实欠压实巨厚的细粒沉积物随着埋深增加,与储层接触带排水容易,孔隙度急剧降低,中部的水则很难排出,形成滞留水分布带。因此,生油层中部流体压力 > > 上下界面的压力压力梯度由中心向上下界面降低。1.有机质 生烃 作用干酪根在热演化过程中生成的产物的增压作用2.蒙脱石 脱水 作用蒙脱石 : 膨润性粘土矿物 , 含大量孔隙水和结构水 . 在压实和热力作用下 , 将排出其孔隙水和部分结构水 . 当排水不畅时,促进 异常高压 的形成压实作用欠压实作用新生流体增压作用流体热增压作用渗析作用其他作用粘土矿物层粘土矿物层水分子吸水 膨胀干的膨润性粘土蒙脱石在吸水后体积有时可增大数倍 , 伴随体积膨胀产生的压力可高达 50,000kg/• 石油开采 : 注水 水敏• 建筑工程 : 建筑物安全性• 水坝工程 : 基岩裂缝填堵方向 :地温高处 → 地温低处随埋深加大、地温增高, 流体受热膨胀 → 体积增大 → 层内压力增高 → 流体运动欠压实段烃源岩层 :水热增压现象较正常压实段更明显 (含有更多的水 ) 石英的热膨胀率为水的1/15, 水的膨胀 超过 因颗粒膨胀造成的孔隙体积膨胀在三种地温梯度下,正常压力带水的比容 真柄钦次, 1974)压实作用欠压实作用新生流体增压作用流体热增压作用渗析作用其他作用在 渗析压力 作用下流体会通过半透膜从 盐度低向盐度高的方向运移 ,直到浓度差消失为止。盐度差越大 , 渗析压力越大压实作用欠压实作用新生流体增压作用流体热增压作用渗析作用其他作用压实作用欠压实作用新生流体增压作用流体热增压作用渗析作用其他作用细管力作用烃源岩与储集层 界面 处,表现为 动力)11(c o  3 固结和重结晶作用4 扩散作用是 碳酸盐岩 烃源岩排烃的重要动力在岩性致密、高压地层中对 天然气运移 有重要作用1 构造应力作用构造应力导致岩石形成断裂 , 造成烃源岩层内泄压和流体排出岩石受力变形时 , 构造应力会传递给孔隙流体岩石发生断裂 , 造成地层泄压 , 地层内的流体沿断裂带向浅部运移轻正烷烃有效扩散系数与烃分子碳原子数的关系曲线图(据 982,实测数据来自 1980)泥质烃源岩不同阶段的排烃动力埋藏深度,m 温度, ℃ 有机质演化阶段 油气初次运移动力0~1500 10~50 未 熟 正常压实 渗析 扩散1500~4000 50~150 成 熟正常压实 — 欠压实蒙脱石脱水 有机质生烃流体热增压 渗析 扩散4000~7000 150~250 高成熟 — 过成熟 有机质生气气体热增压 扩散总结 : 中 压实作用 为主要动力;中 异常高压 为主要动力 。(七)烃源岩排烃动力的演变( 一 ) 通道 微层理面 、 微裂缝未熟 —低熟阶段 :通道主要为孔隙 、 微层理面;成熟 —过成熟阶段 :通道主要为微裂缝;1. 埋深增加 , 温度升高 , 流体热膨胀 , 内压力超过岩石机械强度 , 产生垂直微裂缝 。2. 使生油岩内压力不断增大 , 产生微裂缝 。三、油气初次运移的通道、时期、距离(二)时期一般认为 , 油气初次运移的 主要时期 与烃源岩的主生油期相对应 。• 大规模的初次运移只可能发生在油气大量生成的同时或稍后• 具备大量运移的环境条件 : - 烃源岩孔隙相对较大、可动水较少(正常压实时)- 含油饱和度很容易达到临界运移值- 存在多种引发超压的因素(欠压实、油气生成、粘土脱水、较高地温 …)( 三 ) 距离取决于烃源岩和储集层的接触关系 、 输导能力 。烃源岩的单层厚度并非越厚越好;排烃效率最佳的厚度 :烃源岩单层厚度为 10 4000米 ):液态烃发生高温裂解,形成大量气态烃,液体溶解在气态烃中以气溶油相运移,气态烃作为运载体。过成熟阶段 烃源岩中的可动水已很少 , 干酪根只能生成干气甲烷,天然气呈游离气相运移、扩散模式第三节 油气二次运移—— 初次运移的继续和延伸1、溶解在水中的方式许多学者如 1989)都提出过油气在地层水中以水溶方式运移的理论。主要观点: 油气在烃源岩附近被溶解之后,以水相的体积流方式进行二次运移,遇到圈闭后,油才从水中离散出来。遇到的问题: 水的问题、化学成分问题。一、油气二次运移的相态2、两相运移方式—— 人们普遍接受的二次运移机制主要观点: 原油从烃源岩排出后以不连续相逐渐聚集,逐渐增大的油滴或油流受到净浮力作用能克服局部毛细管阻力向上倾方向运移,并且运载层中毛细管力的非均质性可造成弯曲的运移途径。而对于均质的运载层而言,运移路径可能仅局限在与上覆盖层接触的上表面。运移后期,穿过运载层的烃类到达圈闭,便开始油气聚集过程。3、二次运移过程中的相态变化运移过程中由于温度、压力降低气体对重烃的溶解能力降低以及重烃在运移途径中的损失。从生油层初次运移出来的微小油气分子团在浮力 、水动力 、 毛细管阻力的共同作用下 , 形成油珠 、 油滴 、 油链 、 油块 , 它们互相碰撞 , 不断集中 , 逐渐聚集 。因此,油气是以自己的固有相态进行二次运移,储集层中的孔隙水是油气二次运移的运载体。油气在储集层中向上倾方向运移的一般模式图(据 975重绘 )二、油气二次运移的主要作用力浮力 : 动力水动力 : 动力 或 阻力毛细管力 : 阻力(一)浮力• 由于油、气、水的密度差异而产生。油气与水的密度差越大,所受的浮力越大。•地层条件下: 水的密度一般为 1.2 g/油的密度一般为 1.0 g/气的密度一般小于 g/因此 , 同等条件下,气所受到水的浮力远大于油所受到水的浮力。(二)毛细管力在充满水的储集层中 , 呈游离相态的油气在外力作用下由孔隙挤入喉道时 , 其前端必然发生变形 , 此时将产生 指向油(气 )体运移后端 的毛管压力差 , 力图阻止油 (气 )体通过 . 该毛管压力差可表示为 :  2 ( 1/ 1/只有当作用于油 (气 )体的动力能克服该毛管压力差时 , 油气才能通过喉道而进入与之相连的下一个孔隙。(三)水动力当储集层的供水区和泄水区之间存在高差时 ,测势面发生倾斜 ,水将沿测势面降落的方向流动 如图 , 作用在油链 L 上的水动力可表示为 :P=wghw – 地层水的密度h – 油链两端的水头差( 即 油链两端测势面的高程差 ). .……..……..……..…….…….. …….. ……..……..…….. ……..……..……..……..……..…….. ……… … ………… ………………………………… 面水流方向与浮力方向相反 , 则水动力是油链上浮运移的阻力 . 水流方向与浮力方向相同 , 水动力就成为油链上浮运移的动力 取决于浮力与毛管阻力的相对大小 , 以及水动力的存在与否及其大小和方向 w - o ) 2 ( 1/ 1/水动力 = h. .……..……..……..…….…….. …….. ……..……..…….. ……..……..……..……..……..……..……… … ………… …………………………………下流体势力和油气二次运移的方向1950, 1953):势 – 单位质量 流体所具有的机械能的总和。 基准面2C .基准面2C .A = g ( B = g ( C = g ( D = g ( 为 ( ( ( > ( 以 A > B > C >  点流向 即水从高势区向低势区流动。测势面 测势面是水平的同一储集层内各点处的水势相等 (因此水不流动 )。在有多层储集层存在 且各层的测势面具不同高程 时 , 若有通道 (如开启性断层或井 )将这些储集层彼此沟通 , 则 测势面较高的储集层中的水 , 将向测势面较低的储集层中流动(即从高势区向低势区流动 )。基准面静水条件下 储集层中油气的高、低势区究竟在哪里?油气的高势区位于储集层的低部位 , 油气的低势区位于储集层的高部位 : 地下油气运移的总规律:从高油(气)势区向低油(气)势区运移。油气二次运移的方向,遵循沿着阻力最小的途径,由高势区向低势区运移这一基本规律 。位于生油凹陷内部的隆起区及生油凹陷四周的隆起区和斜坡区 , 特别是其中的长期继承性隆起区 , 往往是油气二次运移的主要指向区。石油二次运移过程中的 地质色层作用(  石油二次运移方向的追踪 。由于岩石的 选择性吸附 作用 , 使得 沿着油气运移方向上石油的 成分 发生有规律的变化:• 极性 、 重质成分 ( 芳香烃 、 卟啉 、 胶质 、 沥青质 、重金属等 ) 含量沿运移方向逐渐降低 。• 相应地 , 石油的密度 、 粘度 、 含蜡量 、 凝固点逐渐变小降低 。四、油气二次运移的通道和距离1、通道• 储集层(疏导层)的孔隙、裂缝• 断层 – 可将地层剖面上相隔甚远的烃源岩与储集层沟通;常成为次生油气藏成藏中油气运移的主要通道;油气散失的主要通道类型。• 不整合面 -可将平面上相隔很远的烃源岩与储集层沟通,常作为油气大规模横向运移的主要通道。2、距离孔隙 、 裂缝 、 断层 、 不整合面等通道的变化受 控 于: 区域构造条件:隆起、坳陷、斜坡的分布储集层岩性、岩相、物性等横向变化水流方向 供泄水区的变化我国中新生代陆相含油气盆地以短距离运移为主,一般为 30公里, < 80公里。胡朝元:“源控论”(据胡朝元, 2005)一个盆地 ( 或地区 ) 最早的大规模二次运移时期 , 一般是与初次运移主要时期相当的时期 。 最早的大规模二次运移时期 , 决定了该盆地 ( 地区 ) 油气聚集原始格局形成的时期 。 由于初次运移主要时期对应着烃源岩的主生油期 , 故根据 烃源岩的年代 、达到主生油期所对应的埋深 及 埋藏速度 , 即可推算出最早的大规模二次运移时期 。五、油气二次运移的主要时期构造运动可以改变原有的油气聚集格局、造成油气再次大规模运移并在新的有利位置重新聚集 (或逸散 ),含油气盆地常常经历过多期区域性构造运动 ,从而对应有多期较大规模的二次运移。盆地内最晚的大规模二次运移时期控制了盆地内现今油气分布格局形成的时期。?油藏 气藏 沥青封堵带 油气运移方向断层资阳威远(据王廷栋等, 2003,未发表的科研报告)本章小结油气初次运移和二次运移的相态 、 动力 、 主要时期 、 通道 、 方向 、 距离等 ?
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