11 第11章 油气运移.pptx

第1页：第十一章 石油和天然气的运移

第十一章石油和天然气的运移

第2页：第一节基本概念

第三节油气二次运移第二节油气初次运移

第3页：初次运移：指油气从烃源岩层进入储集层的

运移。二次运移：油气进入储集层之后的一切运移。第一节基本概念油气运移：地壳中的石油和天然气在各种自然因素作用下发生的位臵移动。

根据时间顺序和介质条件的变化，可将油气运移分成初次运移和二次运移两个阶段，但对整个油气运移来说，则是一个几乎同时存在的连续过程。

第4页：油气初次运移和二次运移示意图

（据B.P.Tissot1987)

第5页：第二节油气的初次运移

第二节油气的初次运移

• 三、油气初次运移的途径和距离
• 二、油气初次运移的动力及方向
• 一、油气初次运移的物理状态

第6页：一、油气初次运移的物理状态存

在水溶相与游离相运移之争

★游离相运移占主导地位(被越来越多的人承认);★水溶相居次要地位；

★某些条件下，油可溶于气体中进行初次运移。

石油的初次运移天然气的初次运移★一般认为，它可以呈水溶相和游离相运移；

★在某些条件下，气可溶于油中进行初次运移。

第7页：水溶相指油气被水溶解成分子溶液

水溶相指油气被水溶解成分子溶液

• 水作为油气运移的载体进行运移。从运动力学角度，水溶相是最理想的运移状态，水溶液沿细小的孔隙喉道运移，基本不存在毛细管力的阻力。水溶相运移存在的问题首先是由于液态烃类(石油)大量溶解于水中是比较困难的。
• 1、水溶相运移但是，对于天然气而言，情况则大不一样。天然气在水中有较大的溶解度，例如，Bonham
• (1978)测定，在7MPa压力下，温度
• 37.8℃时，天然气在地下水的溶解度可达
• 1.55m3/m3。天然气在水中的溶解度是随压力的增加而增加的。因此，天然气可呈水溶相运移。当然，能否以水溶相运移，还要看有无相应的水量。

第8页：2、游离相

运移游离相

游离油相和游离气相，包括分散状和连续状油(气)相。

现在越来越多的人认为，游离相是石油初次运移最重要的相态。

其证据有：⑴对生油岩进行显微观察时，发现有游离相石油存在于烃源岩孔隙或裂隙中，这种现象是油气以游离相运移的最直接证据；

⑵在较厚的烃源岩剖面中，还可测定出烃源岩对初次运移的色层效应，即随离烃源层－储层接触界面距离的减少，烃源岩中氯仿抽提物含量有减少的趋势，这种现象也支持游离相运移的观点。

天然气也可呈游离相运移，特别是当烃源岩大量生气而地层水很少的情况下，天然气则主要呈游离相形式进行运移。

第9页：阿尔及利亚储集层上覆页岩

生油层中烃类、胶质、沥青质含量分布（据B.P.Tissot,1978)

第10页：3、油溶气相

气溶油相运移石油与烃类气体有互溶性，即天然气可以溶解于石油中，石油也可溶于天然气中。因此天然气可溶解于石油中，以油相形式运移，石油也可溶于天然气中以气相方式运移。它们都是游离相形式。

许多油田所含的伴生气多是天然气溶于石油中，后来地质条件变化而脱气的结果，同样，许多气田含凝析油也是油反溶于气中的很好例证。

第11页：油气初次运移的主要相态是连续的油相或气相

但并不排斥油气呈其它相态运移的可能性。在有机质向油气转化的不同时期，初次运移相态有所不同：低成熟阶段：油气少，水溶液相运移最有可能生油高峰阶段：主要以游离油相运移生凝析气阶段：以气溶油相运移过成熟干气阶段：以游离气相运移。

第12页：二、油气初次运移

的主要动力及运移方向在楔状沉积物负荷下压实流体的排出方向(据Magara,1977)1、压实作用地层剖面中，随着上覆重力负荷（S）增大，下伏沉积物孔隙度逐渐下降，沉积物密度增大，流体相应排出，孔隙流体保持地层孔隙流体压力=静水压力，此种压实状态为正常压实。

第13页：在砂泥岩互层剖面中

由于压实使泥岩孔隙度减小得比砂岩快，即在相同负荷下泥岩比砂岩排出流体多，泥岩孔隙流体所产生的瞬间剩余压力比砂岩的大。因此，流体的运移方向是由泥岩到砂岩。对于一个碎屑岩沉积盆地，压实流体总是由泥岩向砂岩运移，由深部向浅部、由盆地中心向盆地边缘运移。

尽管砂岩同样要被压实，但由于所产生的瞬间剩余压力比上下泥岩的小，其压实流体不能进入泥岩，只能在砂岩层中做侧向运移。

第14页：砂泥岩互层剖面中压实流体的运移方向

砂泥岩互层剖面中压实流体的运移方向

第15页：泥质岩类在压实过程

中由于压实流体排出受阻或来不及排出，导致孔隙流体承受部分上覆沉积负荷，出现孔隙流体压力＞其相应的静水压力的现象，称欠压实现象。欠压实泥岩孔隙中存在剩余压力，具有驱动孔隙流体向低剩余压力的方向运移的趋势，特别是当欠压实程度进一步强化，孔隙压力超过泥岩的承受强度时，则会出现泥岩破裂，从而使超压流体通过微裂缝涌出。随着流体排出，孔隙超压被释放，泥岩回到正常压实状态。

2、欠压实作用

第16页：页岩孔隙度压力S=σ+pNCUCPP深度

深度深度流体压力S（a）（b）（c）正常压实带（NC）和欠压实带（UC）上覆沉积物负荷压力（S）流体压力（P）和颗粒支撑的有效应力（σ）关系图（据Magara,1978）

第17页：蒙脱石是一种膨胀性粘土

结构水较多，这些水分按体积计算可占整个矿物的50%，按重量计可占22%。这些结构水在压实和热力作用下会有部分甚至全部成为孔隙水，这些新增的流体必然排挤孔隙内原有流体，从而起到排烃作用。而蒙脱石在脱水过程中，矿物性质随之改变，最终转变为伊利石。

3、蒙脱石脱水作用膨胀型粘土(蒙脱石)向非膨胀型粘土(伊利石)转化的数量随深度增加的曲线(据Schmidt,1978)脱去层间水和有机质分子(进入粒间孔隙）蒙脱石随DT104.4—110C,加入钾云母伊利石

第18页：蒙脱石脱水与流体异常压力的关系

(据Bruce,1984)

第19页：4、流体热增压作用

当泥岩埋藏比较深，可压实的比例逐渐减小，压实流体的运动随之减弱—压实作用对流体运移的贡献减小。但是，此时地层温度增加，流体发生膨胀，这种膨胀使泥岩层内压力增加，从而促进流体流动。正常压力带的三个地温梯度(36℃/km、25℃/km、18℃/km)情况下，水的比容与深度关系(据Magara,1978)

第20页：干酪根成熟后能形成大量油气(包括水)

。干酪根所形成的油气(包括水)的体积大大超过原干酪根本身的体积，这些不断新生的流体进入孔隙中，必然不断排挤孔隙已存在的流体，驱替原有流体向外排出。当流体不能及时排出时，则会导致孔隙流体压力增大，出现异常压力排烃作用。

5、有机质的生烃作用渗析作用是在渗透压差作用下流体会通过半渗透膜从盐度低方向向盐度高运移，直到浓度差消失为止。渗析作用示意图6、渗析作用

第21页：促使油气初次运移的动力多种多样

但需要强调的

在烃源岩有机质热演化生烃过程的不同阶段，其主要排烃动力有差异，即上述各作用力的作用时间及作用大小是不同的。

在中－浅层深度，压实作用为主要动力；

中－深层以异常压力为主要动力，由于油气大量生成主要发生在中－深层，因此，异常压力更显得重要。

泥质烃源岩不同阶段的排烃动力油气运移动力有机质热演化阶段温度℃埋藏深度m正常压实、渗析、扩散未熟10～500～1500正常压实－欠压实、蒙脱石脱水、有机质生烃、流体热增压、渗析、扩散成熟50～1501500～4000有机质生气、气体热增压、扩散高成熟－过成熟150～2504000～7000

第22页：三、油气初次运移的途径和距离油气

从源岩层向储集层中运移的途径主要有

孔隙、微层理面和微裂缝。

在低熟-未熟阶段，主要途径是孔隙和微层理面；

在成熟-过成熟阶段，运移途径主要是微裂缝。

1、初次运移的途径2、初次运移的距离烃源岩所生成的油气，由于受到各种因素制约，并非全能运出源岩层。

只有与储集层相接触的一定距离内生油层中的烃类才能排出来，这段厚度就是生油层排烃的有效厚度。

一般而言，最好的生油层是与储集层呈互层关系，粘土岩生油层单层厚30～40m时排烃效率高。

而厚层块状泥岩生油层并不是最有利的，其中会有相当一部分厚度对初次运移排油是无效的。

第23页：第三节油气的二次运移

第三节油气的二次运移

• 一、油气二次运移的相态
• 二、油气二次运移的主要动力和阻力
• 三、油气二次运移的通道
• 四、油气二次运移的方向和距离
• 五、油气二次运移的时期

第24页：石油和天然气进入储集层之后的一切运移

均称为二次运移，包括：★油气在储集层内部的运移；★油气沿断层或不整合面等通道所进行的运移；★已经形成的油气藏，由于圈闭条件的改变，导致油气藏的调整和破坏过程，而引起油气再运移等。目前，普遍认为在二次运移中石油主要呈游离相，天然气可呈游离相和水溶相。一、油气二次运移的相态

第25页：二、油气二次运移

的主要动力和阻力石油和天然气密度比水的小，因此游离相的油气在水中存在浮力，浮力的大小与油气密度和体积有关。1、浮力例如，油相的浮力为：F浮力VWOg式中：V--油相体积；ρw--水的密度；g--重力加速度；ρo--石油的密度。浮力的方向垂直向上。

在水平地层条件下，油气垂直向上运移至储盖层界面；在地层倾斜情况下，油气则沿地层上倾方向运移。

第26页：因此，水动力

在油气运移过程中的作用(阻力或动力)要看水流动方向与油气浮力方向是否一致而定。水流的方向性:▲压实水流的流动方向：是从盆地中心向盆地边缘；▲地表渗水的方向：是从盆地边缘露头区向盆地内部流动。▲局部地区或局部构造：水的流动可以沿水平地层作水平运动，也可以沿倾斜地层向下倾或沿上倾方向运动。

2、水动力

第27页：在地壳运动过程中

无论

挤压运动或升降运动，当应力超过岩石的一定强度时，将会促使岩层变形或变位，造成各种褶皱和断裂，打破原来流体的平衡状态，驱使沉积物中所含流体发生运移。

构造运动力也能直接促使油气运移。

构造运动力使岩石发生应变（涉及岩石颗粒变形和孔隙变形），这一变形过程，必然会把作用力传递到其中所含的流体，驱使油气向受力减弱的方向运移。

3、构造运动力4、毛细管力油气二次运移主要是非润湿相的油气排替储集层中润湿相水的过程—即油气在喉道中要驱替其中的水而向前运移，就必须克服毛细管力。

因此，通常情况下，毛细管力是油气二次运移的阻力。

第28页：浮力增大设有一均匀球形颗粒组成的储集层

孔隙中充满水，颗粒表面为水润湿，在静水条件下，油滴移动过程：随浮力增大，油滴变形，直到变形油珠的曲率半径在上、下两端相等，才能通过喉道，向上运移。

第29页：三、油气二次运移的通道石油和天然气

在二次运移中的主要通道有

储集层的孔隙、裂缝、断层和不整合面。

储集层的孔隙和裂缝：是油气二次运移的基本通道；

断裂：可作为油气二次运移的良好通道。

许多垂向上远离深部源岩层的浅层油气藏的形成，断层起到重要通道作用。

地层不整合面：也是油气运移的重要通道，对油气长距离运移或形成大油气田非常有利。

第30页：四、油气二次运移的方向和距离

1、二次运移的方向盆地整体上，油气运移的方向，总是由盆地中心向盆地边缘运移（从凹陷中心向凹陷边缘和凸起方向运移）。石油和天然气，总是沿着阻力最小的方向运移。酒泉盆地老君庙背斜带油气运移的方向(据石油工业部石油勘探开发研究院，1977)

第31页：2、二次运移的距离油气二次运移的距离受

多种条件的制约或影响，如区域构造背景、储集层的岩性、岩相变化、水动力条件等。因此，分析油气二次运移距离，必须从具体地质条件出发，例如，在岩性岩相变化较大的地区、断层切割作用较强的地区等，油气一般不可能进行远距离的运移。我国部分含油气盆地油气运移距离从我国目前所发现的油气田情况看，油气多呈现近沉积中心(油源区或生油凹陷)分布的特点（即所谓“源控论”）。

油气二次运移距离不是很大。运移距离，km盆地名称最大一般小于40松辽盆地60小于40鄂尔多斯盆地30小于20渤海湾盆地15小于10江汉盆地20小于10南襄盆地305～20酒泉盆地8030～50准噶尔盆地

第32页：东营凹陷油气

分布与生油区关系图（据胜利石油管理局）

第33页：油气二次运移的时期

二次运移

初次运移的继续，初次运移和二次运移常常是连续的过程，也就是说，油气生排烃时期与二次运移时期几乎是同时发生的。

五、油气二次运移的时期但是在一般情况下，大规模的二次运移时期，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。