• / 88
  • 下载费用:10 下载币  

输导层与油气运移

关 键 词:
地质 储层 沉积 地化 层序地层
资源描述:
石油与天然气地质学主讲人:欧成华“石油与天然气工程”专业硕士课程西南石油大学石油工程学院油气藏地质及开发工程国家重点实验室3551030708,油与天然气地质学概第二部分 油气生成理论与烃源岩第三部分 输导层与油气运移第四部分 油气储集层与盖层第五部分 油气藏形成与破坏第六部分 含油气系统与油气藏类第七部分 油气藏建模主讲人:欧成华、胡雪涛(西南石油大学石油工程学院 )西南石油大学“石油与天然气工程”专业硕士课程石油与天然气地质学第三部分 输导层与油气运移第一节 概述第二节 地下流体势分析第三节 油气的输导层第四节 油气初次运移第五节 油气二次运移油气运移是指油气在地下因自然因素所引起的位置迁移。油气必须经过运移才能聚集成为油气藏,如今看来好象是一个勿需证明的简单道理。但油气在地下是否存在运移也曾经有过争论。比如,二十世纪四十年代,卡里茨基就积极主张石油原地生成说,即发现石油的地方就是石油生成的地方。他认为砂岩中的石油是其所含的藻类所生成的;甚至认为正是因为砂岩中生成的石油起润滑作用,才导致背斜的形成。油气运移是不能回避和否认的客观存在。首先,油气是流体,可以流动是其自然属性;这是油气运移的客观基础和先决条件。再说,有限的油(气)田范围内拥有巨大的油气储量,如科威特的布尔干油田的石油储量为107×108t;012此大量的油气聚集显然是分散的油气经过运移的结果。其次,油气藏中油气水按比重分异,反映了地下油气运移的客观存在;地表渗出的油气苗则是地下油气经过运移的直观表现;还有,象墨西哥黄金巷油田的最高产油井初产日产量达37,140t;第一节 概述美国和加拿大的超巨型气井日喷气数千万立方米,最高纪录达77×108必是井筒周围产层中的油气向井中运移汇集的结果。这是快速、急剧的油气运移,也是最现实的油气运移。总之,油气运移的客观存在是不容置疑的。油气运移是与油气成因紧密联系的。无论是有机学派还是无机学派,都存在油气运移问题。只是不同的油气成因理论对油气运移的方式、动力、途径等主张各异。无机成因学派一般认为深大断裂是油气运移的主渠道;而有机学派则将连通的孔隙、裂缝、断层、不整合面视为油气运移的路径。油气运移是形成油气藏的必经过程。按发生运移的时间顺序,把油气从细粒的生油岩向外排出的过程叫做初次运移。 这种排出通常是指向相邻的粗粒储集岩排出,但有时也可能直接向其它传输通道排出,如断层或不整合。油气脱离母岩后在储集岩孔隙系统或其它通道内传输的过程叫做二次运移。 另外,油气形成聚集之后,若聚集条件变化而发生再次运移,有时称之为三次运移。按油气运移的方向又可分为侧向运移和垂向运移,或者顺层运移和穿层运移。第一节 概述与油气成因现代概念相联系的油气运移中,在初次运移的解释上仍存在一些困难,因此有人又从砂岩生油寻求出路,因为砂岩中的运移解释上容易被人接受,所以并不否认油气在砂岩中的运移。如韦贝尔在对现代沉积研究后指出,只要条件适合,砂岩和粉砂岩也可含有丰富的有机物质,因此生油岩石与储油岩石可以复合一体。还有安德列耶夫认为,从沉积物的沥青含量和成分看,砂质沉积较泥质沉积更可能是生油的。马丁(969)研究了海湾地区渐新统弗里欧组后认为,该组中的石油母岩就是有时成为油层的砂岩。帕拉卡斯(1972)等对弗罗里达州科塔瓦切湾159个沉积物样品分析后认为,砂层平均含沥青20层含沥青170然前者含量不多,但只要一小部分转化成石油,就可为油藏提供足够的油源。按他们的推算,泥岩占沉积岩总体积的一半,泥岩平均含烃约200总量相当于储层中石油的60倍;一节 概述所以他们认为,砂岩不仅是潜在的储集岩,在适当的条件下也是重要的母岩;从砂岩中烷烃奇偶碳分子分布比泥岩中的相应成分更接近于石油,可能就是石油中高分子烃的来源。有些野外观察似乎也支持砂岩可以生油。得克萨斯州米特列斯油田,以灰色砂岩产油,砂岩上下均为硬石膏和红色页岩。美国还有一些夹于厚层石膏中的砂岩油藏,石油似乎只能生于砂岩本身。由上可见,砂岩生油确实存在。但估计在形成油气藏中不会占有多大的份额。因为如上推测,尚若砂岩生油能对形成油气藏具有举足轻重的作用的话,地下就很少有空圈闭。那样找油找气就可简化为找圈闭了。客观现实并非如此。看来泥质生油岩的地位是无可替代的;必须面对源于泥质生油岩的初次运移问题。第一节 概述第二节地下流体势分析一、流体势的概念地层水被局限在隔水层之间,它遵循热力学第二定律,即自发地从机械能高的地方流向机械能低的地方。机械能包括压能、动能、位能三项,可用 伯诺里方程 表示:∫ + +940)将单位质量的流体所具有的机械能之和,定义为流体的势 (Φ) 。即:Φ = ∫ +由于地下流体的渗流速度极其缓慢( <1cm/s) ,故动能项可看作零。密度可视为定值,压能项中的积分号可取消。因此流体势( Φ )可简化为:Φ =, P =ρw·h·gΦ w=+ρw·h·g/ρw=g(Z+h)=g·测势面的距离( 深度) ,水头)同理, 油势、气势可写为=ΦΦ=+=Φ二、势梯度与流体运移方向E 表示 E= - w=g- p/ρg- p/ρg- p/ρEw=g- p/ρw= g- g ρw/ρw=0Eo=g- p/ρo= g- g ρw/ρo= -(ρg/ ρg- p/ρg = g- g ρw/ρg= -(ρg/ ρEw=g- p/ρw+g- p/ρo+(ρw/ρo) g- p/ρg +(ρw/ρg) 982,1995)在流体势的概念的基础上,提出了相对流体势概念,并用来分析油气运移和聚集的方向和部位。即法:由水势得:P=ρo(Φ入油势为: Φo=ρw(Φ ρo= Φ(ρ ρo]将气头与气势、油头与油势代入分别为: (ρw/ρo) (ρ ρo]ρo/ (ρ][ ρw/ (ρo= [ ρo/ (ρ][ ρw/ (ρ就是所谓的 三节油气的输导层根据生、储、盖组合类型,输导层型式和运移距离,可分为以下几种类型:①孔隙型输导层②裂缝型输导层③断层型输导层④不整合面型输导层根据生、储、盖组合类型,输导层型式和运移距离,可分为基本型式加复合型:续组合内的短气经过较短距离( 几 ~几十公里) 侧向运移,形成较大→特大规模的油气聚集,如大庆长垣。②不连续组合内的短中距离侧向和垂向运移,聚集于潜山高部位的储集体中,如冀中油田。续型组合内较长距离的侧向运移一般储层横向较稳定,侧向输导能力强,油气均可向上倾方向作较长运移( 数十→数百,在适当部位形成规模不等的油气聚集。②不连续型组合的较长距离的侧向运移以不整合面为输导层的不连续组合,烃源岩中形成的油气,先输导到不整合面,然后向上倾方向作侧向运移。油气既可聚集于比烃源岩层位较年青的储层内,也可聚集于比源岩老或老得多的沉积岩,甚至结晶、变质基岩内。层可直接与烃源岩接触,也可能相距较远。垂直运移距离一般比侧向运移的规模要小,只有几十~几百m 的垂距。但亦有较大的,可达数千m 。是综合二种以上基本形式才能完成的,如酒西盆地。地质背景随着上覆沉积负荷的不断增加下伏先期沉积物逐渐被压实的现象称为压实作用。 早先引起母岩中的流体(主要是沉积水)向储集层运移的主要因素就是压实作用。砂质沉积物由于质点坚硬,在压实过程中主要表现为颗粒的进一步密集排列,所以压缩性小,体积的压缩很快就趋于稳定。这可从孔隙率的变化上得到反映(图) 。贮存在砂岩孔隙中的流体通常只承受负荷压力的较少部分,一般接近于静水压力。泥质沉积物比较细、软,可塑性较强,在压实过程中,除颗粒再排列外,还伴有颗粒本身的变形,所以压缩性大,且压缩持续时间较长。砂岩和页岩孔隙度随深度的变化(据930)第四节 油气初次运移压实作用的早期,伴随上覆沉积物负荷的增加,泥质沉积物中孔隙水顺利出,处于均衡压实状态,排水效率较高。一般在1,000度为500,至1,500m(已排出95%的水)排水速率明显缓,至2,0002,500m,98%的水已排出)。随着埋藏深度的增加,泥岩排水效率逐渐降低,导致其孔隙流体排出滞后,因而其流体压力高于静水压力。在流体压力差的作用下,将迫使流体压力梯度降落方向从泥岩流入相邻的砂岩,以取得压力均衡。按晚期成油说,石油大量生成的门限温度至少要50这在通常地温梯度下即门限深度约为1,500m。在地温梯度较低的地区,该深度更大。显然,主要生油期超越了主要排水时期。因此,靠均衡压实只能排出少许早期生成的烃,前面曾提到的未成熟油气。总之,油气大量生成时,经历压实作用的泥质生油岩,泥质矿物质点的列已经非常紧密,孔径很小(渗透性极差。这就是油气初次运所处的环境。面对大量油气生成时生油岩所处的地质环境,油气初次运移要解决的主要是两个问题, 一是相态问题,二是通道问题。地质背景第四节 油气初次运移大量油气生成时,在上述初次运移的环境中,烃类特别是石油是以什么方式,或者说是以什么相态实现初次运移的呢?石油在初次运移过程中呈现什么相态,一直是含混不清的。曾经提出过的运移方式大致可归为水溶运移说和连续油(气)相运移说 。石油初次运移的相态第四节 油气初次运移水溶运移说1、分子溶液或真溶液2、胶体溶液3、乳浊液石油初次运移的相态第四节 油气初次运移分子溶液或真溶液石油能否以水溶液状态运移,由于油水基本上是不混溶的而一直评价很低。后经研究表明,不仅石油中的轻组分有不同程度的溶解性,在高温下重组分也有一定的可溶性。促使人们要重新评价石油的溶解运移。下 表列出了在标准状况下主要石油烃的溶解度。总体上不同族烃的溶解度是烃<环烷烃<芳香烃,同族烃中分子越小越易溶。烃类混合物的溶解度比单个烃的溶解度总的约低50%。烃在水中的溶解度(转引自975)名称 溶解度(g/106g) 名称 溶解度(g/106g) 名称 溶解度(g/106g)甲烷 基环戊烷 ,2基环巳烷 庚烷 1780正丁烷 ,4苯 538异丁烷 辛烷 二甲苯 175正戊烷 ,2,4苯 159异戊烷 戊烷 150 异丙苯 53正巳烷 巳烷 气初次运移外界因素中以 温度 对液烃溶解的影响最大,而压力 几乎无影响。如果水中饱含以气体,将不同程度地降低液烃的溶解性。据普赖斯(1976)的研究,烃的水溶性随温度的上升起初是平缓增长,当达到100℃后急剧增长。据他推测,这是分子聚合体在高温下被解体而成为真正分子溶液所致。此外也可能与水的集束结构有关,水的集束结构在低温下很普遍,在高温下将被破坏而解脱,从而可以更多地溶解一些烃。右图是几种石油在温度增加时的溶解度曲线。其中1、5是全油,2、3、4、6是拔顶原油,中显示,当温度从25℃升高至180℃时,石油的溶解度将增大20此增温范围内拔顶原油的溶解度增加25见温度特别是高温的影响是最为明显的。两种全石油(1,5)和四种拔顶石油3,2,4)在水中溶解度随温度的变化(据976)石油初次运移的相态第四节 油气初次运移由上图还可见,在100℃时石油在水中的溶解度不足5035℃时不足100度再高将超出生成石油的"液烃窗口"。由于地下水含盐、含气,以及多种烃的共溶,实际溶解度可能还要低些。 分子溶解中,随烃类的分子量的增大溶解度显著减小, 例如,在25℃的温度下,烃分子增加一个碳原子,对于正烷烃溶解度降低75%,对于芳香烃也降低70%(麦考里夫,1979)。在423K(150℃)的高温下也呈现几乎同样的倾向。起码在浅处的低温下按此机理是难于进行烃类运移的。令人感兴趣之点在于石油主要生成时期的温度正是石油溶解度显著增高之温度。 应该说石油以真溶液运移不失为一种可以肯定的方式,但不是主要方式。 因为把溶解于水中的石油成分及主要的三种烃类(烷烃、环烷烃、芳烃)与形成聚集的石油比较,可见到显著的不同。原油中饱和烃溶解度低却含量高,而芳烃溶解度高反而含量低。石油初次运移的相态第四节 油气初次运移石油呈真溶液运移还必须解决如何脱溶的问题。 据认为,溶解于水中的烃运移到储层后,可因温度、压力的降低和含盐度的增加等环境因素的变化而溶液中解脱出来。但烃呈溶解态的生油岩与所谓脱溶的储层间温差、压差以含盐度差别有多大,是正差还是负差等都是不确定因素。胶体溶液化学上把分散粒子直径在1010把 介于其间的叫胶体溶液 。胶体溶液的分散粒子不是分子,而是分子聚合体,有别于真溶液。石油在水中呈胶粒(亦称胶束)状态运移最早是由贝克(959)提出来的。贝克认为,皂胶粒对烃的溶解有增溶作用。皂是有机盐。当皂分子达到一定浓度后就可以在水中形成胶体聚合体,即胶粒。单个皂分子一端为较长的烃链或其它烃构型,另一端为官能团构成的表面活性极基。由于前者憎水,后者亲水,所以在水中以其极性端朝外而呈定向排列 (下图) 。胶粒的结构(据959石油初次运移的相态第四节 油气初次运移由于胶粒内部是亲油 的,因而可以将中、低分子的烃吸附并裹携在胶粒之内随水一起运移(下图)。因此,胶粒可以提高烃的视溶度,而胶粒化合物就被视为烃的增溶剂。据贝克的实验,,可在温下运移5此类推,浓度为5%时就可运移50000斯宾斯基(Успенекий)也曾指出,水中只要有少量的皂,就可增溶溶解10验证明,增溶的烃量与皂胶粒的浓度成正比。据信,生油岩中的一些极性化合物,如环烷酸、脂肪酸、脂醇和胺等,都可形成胶粒。卡尔采夫在地层中分析出的皂浓度最高可达5g/l,相当于5,000测的皂运移中的两种皂胶束结构石油初次运移的相态第四节 油气初次运移温度和 压力 对胶粒形成和对溶解增溶作用的影响研究得还不够。概括地说,温度超过某一临界值时可使胶体溶液变为真溶液,如欲维持原状就需高胶体浓度。尽管某些胶粒在一定温度范围内(相对低温)会出现温度升临界浓度反而下降的现象,但另一方面温度升高也可能会降低胶粒对烃吸附,从而降低增溶效果。压力增大可提高增溶溶解能力,但又不利于胶粒身的形成。科德尔认为无论如何温度和压力不会对皂胶粒运移造成严重影泥岩中常有还原条件和碱性低钙镁含量的重碳酸钠型水以及适当含盐度,都有利于皂胶粒的形成。关于脱溶问题,载有烃类的胶体溶液进入储层或圈闭后,由于皂的稀释、高盐度或高含钙水的接触等环境因素的变化可能引起胶粒破裂,进而使烃解脱出来。此外,吉尔金松等指出,胶粒本身只要能将烃解脱出来就可成为石油中高、中分子烃的来源,胶粒也可成为石油非烃组的先体。但胶束如达不到临界胶束浓度(形不成。而在自然界常见的环烷酸皂,为了达到5℃时就需要500赖斯,1978)。而且随温度上升90℃时就需要8,300则粘土矿物一般具有吸收界面活性剂的性质。因此实际需要的量更大。而油田水中的界面活性量全都在所需层水中一般只含2考里(1979)认为,具有1%的有机质、25%的孔隙度、含烃660油初次运移的相态第四节 油气初次运移其烃类形成胶束所需的界面活性剂量,经计算必须要有18%的有机质全为胶束。这在自然界无论如何是不可能的。此外,中性胶束的平均直径为5000962;1967)。与此相对,据欣奇(1978)的资料,通常页岩孔隙的直径平均为1据亨特(1979)的资料为500很明显,中性胶束要通过生油岩的孔隙是困难的。离子胶束的通过也不是完全没有问题。因此, 呈胶体溶液运移即使有也只是在很局限的范围 。乳浊液采油时的油田水常呈乳浊液,人们由此联想而将乳浊液列为石油初次运移的相态。卡特米尔(1978)推测,在高温下,随着油水表面张力的接近,可能会出现各种油水混合的分散相。并且此时油水两相间表面张力之低,足以使流体通过细小的毛管。前已提及,主要生油阶段泥质岩的孔隙大多小于5天然乳浊液中的油珠直径,据吉尔金松等人的资料这1小的孔隙乳浊液通过也是有困难的。况且在地层条件下什么因素可以导致乳浊液的形成也不是很清楚。故呈乳浊液运移的现实性令人怀疑。石油初次运移的相态第四节 油气初次运移以水为媒介的运移,首先要有使运移发生和所需运移量得以满足之水量的存在。如上所述,大量石油生成时压实水已无从利用;泥质生油岩中孔隙水非常有限,且在细小的孔隙中相当部分是不能自由流动的吸附水。以呈真溶液运移为例,琼斯首先在各类油田求出储集岩中实际的石油量与油岩中可能存在的水量,接着按溶解运移求出石油对水所需要的最小溶解度,认为威里斯顿盆地和洛杉矶盆地的石油量,石油需要对水的最小溶解度分别为15,0000000显然是不可能达到的。如以测量到的溶解度,油岩排出水量体积要大于整个压实作用排出的正常水量,才能满足一个盆地已知的原油储量。这当然是违背事实的。可以说, 以水为载体的运移是困难重重。石油初次运移的相态第四节 油气初次运移油相运移大量石油生成时生油岩的埋藏深度已处于压实作用的晚期,泥岩孔隙中所剩下的自由水已经不多了,而且相当部分以结构水形式存在。所谓结构水是指粘土矿物表面的水分子,其氢端与矿物相结合,在矿物表面1) 。其粘度之高显示为近乎固体的性状。在上述情况下,生油岩中很少有能流动的水可资利用。这是前面以水为载体的初次运移方式行不通的关键所在。然而,正因为自由水的量少反而可使生成的石油有可能达到其流动的临界饱和度,于是在压力作用下可呈连续油相排出母岩。生油的同时所生成的强其流动性(978)。在砂岩中油流动的临界饱和度是20%左右,据迪凯(975)估计,在泥岩中可因其部分地亲油而降低到10%以内。结构水的水分子分布石油初次运移的相态第四节 油气初次运移现已知道,在富含有机质的泥岩中,油和有机质可以占据相当部分孔隙间,并呈簿膜状蒙盖着大部分的矿物表面,顺层面方向的矿物表面尤其如此,因而使泥岩具有很大的亲油性。据经验估计,孔隙完全油湿所需的最有机质含量为30%(967)。在此条件下,油可以像水从水湿岩石中排出那样从页岩中被挤出。但要达到这样的条件对Ⅰ、Ⅱ型干酪根来几乎是不可能的。需要考虑的问题是,母岩中的石油要成为连续油相必须过由分散的油滴或油珠到集中的过程。当油珠通过细小的毛细孔道时将会到很大的阻力,即毛细管压力,其过程如(图) 所示。第四节 油气初次运移石油初次运移的相态图中表示在静水条件下有一油珠在被水充满的孔隙中上浮。珠上浮过程中假定湾液面为均匀曲率的球形的一部分,其曲率半径与孔隙或喉道半径近似相等,则油珠上下两端的毛管压力分别为:σ隙中的毛细管压力,方向向上)σ道中的毛细管压力,方向向下)孔喉毛细管压力差为:只有得到能克服这一差值的外力油珠才能通过喉道。这种外力可以是浮力,也可以是各种原因造成的水压力。显然,无论如何,喉道越细小阻力必然越大,因而逾越也就更加困难。这是必须考虑的问题之一。再则,成油深度上泥质岩石的孔隙直径大多小于5油珠的直径据韦尔特(计应在1小的孔隙很难允许油珠通过。此外油相的出现还有个解脱吸附的问题。菲利比(1974)认为,只有在成油晚期形成的石油达到了一定的数量(比如绝对含量700后,才能解脱有机质的吸附成为单独的油相。蒙培尔也认为,大规模的油相运移只有当有机质产生了850就是将其视为与砂岩等同的油水两相共存系统,要求石油在孔隙中要达到20临界饱和度油相才能流动,有机质并转化为石油(970)。在自然界这样的生油岩罕见。σ)石油初次运移的相态第四节 油气初次运移巴克(1979)提出,石油在结构水最弱的孔隙中心可以形成烃的网络(图) 。随着烃类不断生成,在满足页岩和有机质的吸附能力之后,烃类会形成游离的小油滴在孔隙中心聚集,最后至少部分可以相互连接起来,形成连续的所谓孔隙中心网络。然后在流体热膨胀和油气生成所造成的压力下被挤出孔隙。这种机制实际上是降低了对临界饱和度的要求,或者说要形成网络本身烃就已达到了相当的饱和度。孔隙中心烃网络的形成(据979) 石油初次运移的相态第四节 油气初次运移莫帕尔(1978)认为生油岩中的有机质不是均匀分散在矿物基质间,而是沿层理面呈簿片状发育,有时有机质如簿毡状,有机质转化成一定量的石油的同时,石油形成连续的油相进行第一次运移。有些人则提出母岩中的残余有机质(干酪根)可以作为石油运移的介质。干酪根在水湿页岩中形成憎水的连续网络,而由有机质生成的石油就可以沿着这个有机网络运移出去,与水的运动不发生任何关系。这被形象地称之为 烛芯假说 。这一思路早于二十世纪五十年代末由希尔提出,七十年代受到希考克、菲利普等人的支持。更有积极支持者麦考里夫(1979)曾用扫描电镜观察去掉矿物质的干酪根,发现其呈现为立体的网络结构;并认为含有机质1页岩就能充分发育这种网络结构。麦氏估算,,就能解脱吸附而发生流动。导致 油流动的压力差可来自压实作用、油气生成作用以及流体热膨胀作用等。网络在顺层方向的发育一般是相当完整的,而在第三度空间上只有少数内部连接。在生油岩低限(的页岩中不足以形成三维连通网络。油的相对渗透率随含油饱和度的增高而增大。在压实作用达到大量水已经被排走时,油的渗透率及相对渗透率为油提供了特别有利的单相运移条件。至少要生油母岩中油足够丰富和充分集中时,油才呈连续单相被排泄出来,这是一种完全可能的设想。大多数研究者如962)、975)、977)、978a)、979)、983)等都接受这个设想。石油初次运移的相态第四节 油气初次运移气体溶液运移在特定的温度和压力条件下,液烃可以溶解于气体之中。凝析气田的存在就是证明。索柯洛夫等人(1963)的实 验也表明,在大约二、三千米深处的温压下,有相当数量的液烃,尤其是烷烃和环烷烃可溶于压力很大时,液烃混合物逆蒸发的临界温度要比其单个组分低得多。据索柯洛夫和儒次等人的研究和估算,在40较高温、高压条件下,天然气能溶解和携带105体溶液的形成不仅需要一定的温压条件,而且还需要数十倍于液相的气体。因此,这只能出现在深部。意大利的力105度153℃。据推测在这样的条件下,直到难在于气体通过含水孔隙时同样要到毛细管压力的阻碍;气体溶液所能运移的石油组分是很有限的;再说油藏中并非总有巨量的气体,除非是漏掉了。综观上述石油初次运移的各种相态,从各含油盆地已经聚集起来的石油考虑,只有连续油相运移才能与其成分和数量达成一致。因而似乎拥护连续油相运移者亦占据主流。然而,任何想把某一机制视为唯一和万能的,都将违背自然界的现实。随时间和条件的变化不同机制将有机而谐调地发挥其作用,有些细节研究难度较大,要完全弄清楚还有待时日。必须明确,石油是成分十分复杂的有机混合物,它的每一组分未必都要遵循统一的运移模式从母岩析出。石油初次运移的相态第四节 油气初次运移天然气能溶于水,在石油中的溶解度很大。因此地层中的孔隙水和石油都作为天然气运移的载体。天然气也可呈独立相态运移(包括分子扩散、气和连续气相)。1、水溶气2、油溶气3、独立气第四节 油气初次运移天然气初次运移的相态水溶气相天然气在水中的溶解性已在第一章讨论过,简略归纳如下:随碳数增加而减小(图) 。解度随压力增加而增大。温度较低(<75℃)时,溶解度随温度上升而减小;在较高温度(>75℃)时,溶解度随温度上升而增大。气态烃,特别是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)情况图第四节 油气初次运移天然气初次运移的相态天然气呈水溶相态运移的限度是生油层中孔隙水成为天然气的饱和溶液。鉴压力对天然气增溶作用显著,在埋深较大的地层水中,特别是异常高压带及下的地层水中,常有丰富的高压水溶气资源。天然气呈水溶液状态运移依据充分,广 为人们所接受。但这并非唯一相态。油溶气相天然气在石油中的溶解度极大,特别是高压油层中1此,天然气与石油一起形成时,常呈油溶气相进行运移。大量天然气加入可以使石油密度减小,粘度降低,大大增加石油的动性和运移能力。独立气相•气泡以气泡运移仅限于表层沉积物中,湖泊、海洋沉积物和气泉中都可以看到种现象。当沉积物孔隙水中聚集的天然气压力达到或超过上覆水柱的压力即可呈气泡向上运移。显然,气泡运移主要是早期生物成因气。•分子扩散天然气分子扩散是建立在天然气浓度差基础上的,当母岩中生成的天然气到一定数量,使母岩系统内外达到一定的浓度差时,分子扩散就会发生。分扩散的强度除浓度差这一基本因素外,还与扩散介质的性质有关。由气源岩砂岩储集层(即砂、页岩)簿互层组成的岩性组合扩散作用最为明显。第四节 980格陵兰西部两口岩心井的轻烃地球化学研表明,气态烃以扩散方式进行的初次运移是一个很有效的过程。值)约为10s。扩散系数与轻烃的碳原子数呈指数关系(图) 。00过1,000200×104过扩散运移出的气体成分与源岩中气体成分有明显的差异。泥岩中的气体成分而运移到相邻砂岩中的气体977;978)。轻正烷烃有效扩散系数与烃分子碳原子数的关系曲线图(982,实测数据来自1980)第四节 油气初次运移天然气初次运移的相态连续气相成岩早期形成的生物成因气,由于埋藏较浅,以气泡方式运移到达沉积物表层后,大多向水体中或大气中逸散,难于 形成连续的气相。随着埋藏深度的增加,继续生成的生物成因气及其后的热解成因气,在数量超过孔隙水的溶解限度时,即可出现连续的游离气相。但连续气相运移主要出现在成油期后的成气阶段。此时一方面除干酪根热解生气外,成油阶段先期生成的液态烃亦将热裂解形成天然气,故该阶段形成的天然气量大;另一方面,由于压实作用孔隙水尤其是自由水减少,同时热裂解作用又使液态石油减少,亦即天然气运移可资利用的载体减少,促成连续气相运移成为天然气运移的主要相态。综上所述,天然气运移的相态是多种多样的,各种相态的天然气运移都可以有一定的效果。这与石油须在主成油阶段后才开始运移,且以连续油相运移为主要运移相态有着明显的差别。这种差别是造成天然气在分布上与石油既有联系又有明显差异的重要原因之一。但就形成聚集的天然气来说,还是应以连续气相运移起主导作用。综观前述,油气初次运移的相态不是一个孤立的问题,必须结合成烃演化阶段、相应的压实程度、水的丰度、增溶因素,以及温度压力等物理化学条件的变化通盘考虑。以作为概括,可供参考。第四节 油气初次运移天然气初次运移的相态引起初次运移的因素关于促使石油初次运移的因素,早在二 十世纪三、四十代麦克考依和罗斯凯特( 曾提出过毛细交替作用, 所谓毛细交替作用是指砂岩中的水通过毛细管作用替换出泥岩中的石油。 他们做了一系列实验,用饱含油的粘土与饱含水的砂子相接触,不论粘土在砂层的上面或是下面,石油都能被水所交代而进入原来含水的砂层中,以此证明交替作用的存在。但正如索柯洛夫所指出,实验用的饱含石 油的泥岩在自然界很难出现,因为油珠既难通过毛管喉道,更难达到饱和程度 ;再则交替现象可能不只是毛细管作用,还可因粘土对水比对油的吸附力强而将油驱出。其它还有胶结作用、扩散作用等也曾作为促使石油初次运移的因素。胶结和沉淀可使孔隙减小,从而迫使石油排出。 但泥岩渗透率很低,难以得到外界溶液的补充,所以胶结作用很有限。至于扩 散作用,虽然说只要有浓度差就能发生,但对石油来说是完全可以忽略不计的。前面基于油气成因的现代概念讨论了油气初次 运移的相态,曾多处提到压实作用晚期生油岩孔隙直径太小的障碍。实际上无论以什么相态、什么方式运移,客观上都存在大量油气要从母岩运移 出来与运移通道狭小的矛盾。目前对解决这一矛盾较为流行的思路是 异常高压导致生油岩产生微裂缝,为油气初次运移提供通道。第四节 油气初次运移非均衡压实与异常高压的形成查普曼(972)首先提出,石油大量生成与流体大量排出在时间上的矛盾可以通过泥岩的非均衡压实作用得到调节。众所周知,均衡压实作用一方面需要负荷压力,另一方面还需要相应的流体排出 (图) ;这样才能使流体压力与静水压力取得平衡。沉积物中流体受挤压略图1普曼认为应大于60m)的泥岩而言,由于泥岩层顶底附近排水在先,先行压实,致使泥岩层中部的水排出不畅,以致在负荷压力下内部的流体不能及时排出;因而保持了偏高的孔隙率,呈现为欠压实状态;对整个泥岩层来说则处于非均衡压实状态。贮存在泥岩层中部孔隙中的流体要承担较大的负荷压力,即除静水压力外还要分担部分静岩压力,于是泥岩层中部流体压力就出现异常高压。第四节 油气初次运移引起初次运移的因素增压机理与异常高压的强化•热力作用随着温度的升高,特别是进入生油门限以后,泥岩中的有机质将受热降解产出大量液态和气态产物。这一过程本身就是导致流体体积和压力增加的因素,从而产生排出的潜势。按照蒙培尔(978)的估计,有机质转化产出的液态物质占原始有机质体积的25%,产出气态物质的体积则远远大于此数。这些产物尤其是气体,具有很大的热膨胀系数,在温度继续增加时将进一步发生体积和压力的增长。随着深度的增加,泥岩将遇到逐渐升高的温度。泥岩中的流体受热膨胀,体积增大;同时矿物颗粒亦受热膨胀,产生更大的孔隙空间。但它们的膨胀系数是不同的。据布瑞德莱(资料,在增温时纯水和盐水的体积增长分别为岩石孔隙容积增长的40倍和80倍;油和气更高,分别为200倍和800倍。这样水的膨胀就可超过岩石颗粒的膨胀。纯水在地表的比容为1,当其埋深到5,00025℃/是说体积要增加5%。实际上,由于地下水常是含盐的,生油岩中并伴有油气,且地温梯度常大于该值,所以体积的增长远不止此数。由热膨胀而多出的这部分孔隙流体,在流体传输条件好时必将及时向外排出;在流体传导条件不畅时,则将转化为异常高压,推迟排出。第四节 油气初次运移引起初次运移的因素粘土脱水作用随着埋藏的加深,泥岩不仅发生机械压实,而且其粘土矿物还要发生成岩变化。泥岩中常见的粘土矿物主要是蒙脱石、伊利石和高岭石。海相条件大多以蒙脱石和伊利石占优势。泥岩中的粘土矿物颗粒由若干粘土单层组(结晶)所组成。对于非膨润性粘土,如伊利石和高岭石,吸附水可以存在于各层组或颗粒之间;而作为膨润性粘土的蒙脱石,吸附水不仅可以存在于各层组或颗粒之间,而且还可存在于单层之间,单层的数目比颗粒和层组的数目大得多,所以蒙脱石所吸附的水量也大得多,其中主要是层间水。蒙脱石脱水与烃类生成和排出的关系如(图) 所示。压实过程中蒙脱石的变化与烃类在黏土岩中生成和排出之间的关系1气初次运移引起初次运移的因素总之,在埋藏的晚期由于粘土矿物的 成岩转化,将有占被压实沉积物体积约10水从粘土矿物层间释放到孔隙空间中成为自由水。它们在负荷压力下势必要向外排出。因此 ,就有可能助长异常高压,并直接促进运移。综上所述,油气生成、粘土脱水、水热膨胀,都与温度有关。其共同点是:都有增加孔隙流体体积和压力的潜势。斯塔尔斯基(1970)认为,这种压力一旦超过岩石的机械阻抗便可形成微裂缝。 这时,流体将循之逸出;直到压力减小到使微裂缝重新闭合。通过微裂缝这样 反复张合,烃类就不断从其母岩中析出。蒂索曾用实验证实了微裂缝发生的可 能性。这种机制对碳酸盐生油岩可能更有意义。温度的升高从许多方面促进油气初次运移。 除上所述之外,温度还有助于解脱被吸附的烃类;有助
展开阅读全文
  石油文库所有资源均是用户自行上传分享,仅供网友学习交流,未经上传用户书面授权,请勿作他用。
0条评论

还可以输入200字符

暂无评论,赶快抢占沙发吧。

关于本文
本文标题:输导层与油气运移
链接地址:http://www.oilwenku.com/p-58683.html
关于我们 - 网站声明 - 网站地图 - 资源地图 - 友情链接 - 网站客服客服 - 联系我们
copyright@ 2016-2020 石油文库网站版权所有
经营许可证编号:川B2-20120048,ICP备案号:蜀ICP备11026253号-10号
收起
展开