第5章油气运移与聚集.ppt

石油和天然气的运移与聚集 最好的沉淀,第五章,层,区,盖,域,输导层 （储层）,圈闭油气藏,烃源岩 （灶）,烃源岩 （灶）,第一节 石油和天然气的初次运移,油气从烃源层向储集层的运移,初次运移（primary migration）：,1. 石油初次运移相态,一、油气初次运移的相态,石油与天然气初次运移的相态有相同之处也有不同之处不同,整体看，水溶相不重要！,在烃源岩埋藏早期，生成少量低成熟油阶段，可能起到一定作用。,水溶相运移存在的问题：,2.天然气初次运移相态,天然气在水中具有较高的溶解度，水溶相是天然气运移的重要要相态,2.油气初次运移相态影响因素,油气初次运移相态随烃源岩埋深的演变,二、油气初次运移的主要动力,1.上覆地层负荷重量增加而导致的压实作用力,（2）压实流体排出方向,沉积物等厚，垂向运移(向上),新沉积物为楔状，从厚处向薄处运移， 从盆地中心向盆地边缘运移,砂泥互层：从泥岩砂岩,碎屑岩盆地压实流体运移规律： 从泥岩向砂岩， 从深部向浅部， 从盆地中心向盆地边缘。,2.烃源岩内部的异常高压,二、油气初次运移的主要动力,当烃源岩埋藏到一定深度时， 由于孔隙度变小，渗透率变低，烃源岩内部流体不能畅通排出，就出现了地层异常高压。烃源岩产生的异常高压是烃源岩排烃的最重要动力。,1）烃源岩（泥岩）异常高压产生的原因,欠压实作用（不均衡压实作用）,蒙脱石脱水作用,泥岩在埋藏过程，会发生蒙脱石向伊利石的转化,1）烃源岩（泥岩）异常高压的成因,蒙脱石向伊利石转化发生脱水作用,蒙脱石脱水作用产生异常压力,有机质的生烃作用 (烃类生成形成异常高压),1）烃源岩（泥岩）异常高压的成因,流体热增压作用,热增压是异常高压形成的重要因素,1）烃源岩（泥岩）异常高压的成因,1）烃源岩（泥岩）异常高压的成因,构造应力 地应力引起地层压缩和变形，造成地层孔隙空间的减小，从而引起地层压力增加。,2）异常高压的排烃特点,异常压力排烃存在两个相互联系和转化的过程（幕式排烃）,B.烃源岩破裂泄压阶段： 该阶段异常压力不断增加导致岩石破裂。油气水伴随泄压过程通过微裂缝混相排出。,A.压力积累阶段： 该阶段,异常压力尚处于积累阶段，未导致微裂缝形成。油气在异常压力作用下，通过孔隙被连续缓慢排烃。,异常高压排烃的方向,二、油气初次运移的主要动力,4、其它作用力,扩散力 浮力：F=（ W CH）.g V 毛细管力：P=2cos/r 渗析力,三、油气初次运移的通道,微裂缝幕式开启排烃,Snarsky(1962):,孔隙压力达到静水压力的1.42-2.4倍，岩石就会产生微裂缝,Momper(1978)：,孔隙压力达到上覆静岩压力的80%，就能形成垂直裂缝。,四、油气初次运移模式,压实排烃模式；异常高压微裂缝幕式排烃模式；扩散排烃模式,五、烃源岩的有效排烃厚度,受排烃动力、运移通道的渗透能力等地质条件的限制，厚层烃源岩只有一定厚度范围内才能发生完全有效的排烃。 一般认为，有效排烃厚度为20-30m。,第二节 石油和天然气的二次运移,二次运移（secondary migration)：,石油和天然气进入储集层以后的一切运移,二次运移环境：储集层环境,一、二次运移的相态,二、油气二次运移过程中的力,1. 毛细管力,油气运移过程中的阻力,2. 浮力和重力,（1） 大小,（2）油在浮力作用下开始运移的条件,上浮力毛细管阻力,石油运移的临界高度（按单位面积计）,不同密度的原油和在不同岩性条件下，其运移的临界高度不同,(3) 在浮力作用下油的运移方向,3.水动力,剩余压力的概念,地层某一点的地层压力与该深度静水压力的差值,连通地层条件下，两点的地层剩余压力不同，就会导致地层水流动。,(1) 水流动的动因,静水压力条件下： 地层各点的剩余压力为0，地层水不流动，没有水动力。 油气运移靠浮力作用。地层压力对油气运移不起作用,地层各点剩余压力差不相等，水流动 流动方向是从剩余压力高的点流向剩余压力低的点,动水压力状态,(2)在水动力作用下地层水的流动方向,从剩余压力高的地方流向剩余压力低的地方 不同成因的水动力，流体流向不同,三、地下流体势,流体所具有的机械能被称之为流体的势,1Hubbert势（单位质量势）,单位质量的流体相对于基准面所具有的总机械能,第一项：重力引起的位能，表示将单位质量的流体从基准面移动到高程为Z所做的功；,第二项：压力产生的弹性，表示由基准面到高程为Z，克服压力变化所做的功,第三项：动能，,测点在基准面之上，Z为正 测点在基准面之下Z为负 通常基准面取海平面,2England势（单位体积势）,把单位体积的流体从基准面的点运送到某点所需要做的功,第一项：克服重力所做的功 第二项：克服膨胀力(压力)所做的功 第三项：克服毛细管力所做的功,3.根据流体势变化分析运移方向,从高势区流向低势区，低势区是油气运移的指向区,运移流线型式,四、油气二次运移通道和输导体系,1油气二次运移通道的类型,微观上：各种孔隙:孔、洞、缝,宏观上：渗透地层、断层和不整合面,（1） 渗透层 具有渗透能力的地层，均可起到运移油气的作用； 油气横向运移的重要通道类型。 例如砂层、 碳酸盐岩内溶蚀层,（2）断层通道,断层是油气运移的重要通道类型,运移方式 沿断层垂向运移 横穿断层运移,断层封闭与否决定断层是起输导层作用还是起遮挡层作用,（3）不整合输导层,不整合面通道：由不整合面上下高渗透性岩层形成的油气油气运移的通道。,不整合面的三层结构： 底砾岩、风化壳、风化淋滤带,2输导体系与运移方式,（1）输导体系：从烃源岩到圈闭的油气运移通道的空间组合,高邮凹陷输导体系框架,砂层、断层、不整合面及辉绿岩层组成三维网状输导体系。 断层与砂层是主导组成；不整合面和辉绿岩层仅在局部地区起输导作用。,单一型的输导体系：,复合型的输导体系：,砂体断层输导体系、不整合断层输导体系,（2）输导体系的构成,由渗透地层、断层、不整合等通道单独构成,（3）输导体系类型和与油气运移方式,侧向输导体系与侧向运移,由渗透地层或不整合面单独构成，或由两者共同构成,输导特点：横向输导,可以将盆地中心生成的油气输送到盆地边缘的圈闭中,垂向输导体系与垂向运移,主要由断层构成，可以沟通不同时代的烃源岩和储集层，使深部烃源岩生成的油气运移到浅层成藏,垂向运移的特点,输导效率较高,垂向运移一般具有周期性， 呈“幕式运移”或“幕式成藏”。,阶梯状输导体系与阶梯状运移,阶梯状输导体系由断层与渗透地层或不整合面构成,五油气二次运移的方向和距离,油气运移方向和距离是受地层结构（构造背景）、通道类型和动力大小等因素影响,（一）影响因素,1、油气运移方向受地层的产状与区域构造格局控制,在浮力作用下，油气运移方向主要受地层产状和区域构造格局(坳陷和隆起的分布）的控制,盆地结构与油气优势运移方向,油气运移的大方向由盆地中心向盆地边缘运移，从凹陷区向隆起区运移,位于坳陷附近的隆起带及斜坡带是油气运移的主要指向,长期继承性发育的古隆起带对油气的聚集最为有利,地层的产状与区域构造格局影响的结果,2、油气运移方向受优势运移通道分布的影响,优势运移通道:孔渗性好，毛细管力小，油气运移阻力小，是油气运移的优势方向,油气沿骨架砂体运移汇聚,储层构造脊是油气运移的优势方向,储层构造脊是油气运移的优势方向,3、运移方向受盆地水动力条件的影响,水流方向与浮力一致时起动力作用； 若水流方向与浮力方向相反则起阻力作用。,（二）油气运移方向研究方法,1、地质分析方法 2、地下流体势分析方法 3、地球化学分析方法,1、地质分析方法 2、地下流体势分析方法,地球化学分析方法研究油气运移,1）依据石油组成和物理性质的变化,以层析作用为主时，沿油气运移方向，石油中的重组分含量相对减少，轻组分含量相对增加；石油的密度和粘度降低,C22以前/C23以后的正烷烃比值反映的油气运移,1）石油组成和物理性质的变化,以氧化作用为主时，沿油气运移方向，石油中的重组分含量相对增加，轻组分含量相对减少；石油的密度和粘度增加,氧化作用导致密度和黏度越来越大,六、油气二次运移的时期,微观上：油气二次运移与初次运移是连续的，同时发生。,宏观上：油气大规模的二次运移发生在主要生油期之后的第一次区域性构造运动时期。,以后历次构造运动都会导致油气的再运移。,构造发展历史的研究具有重要意义,第三节 聚集机理和聚集过程,一、聚集机理：,1、过滤作用,油气水进入圈闭后，水可以通过盖层而继续渗滤，而油气受毛细管力而被过滤出来。（Cordell,1977; Roberts,1980),阻力,2、排替作用,油气进入圈闭后由于浮力作用，而占据高部位，水被迫居其下。（Chapman,1982),水势：,油势：,油气产生一个向下的流体势梯度，把水向下排替。,二、圈闭中油气按密度的差异聚集过程,第阶段：油气进入圈闭，气在上，油在中间，水在下； 第阶段：当油水界面下降到溢出点时，油从圈闭中流出；圈闭中只含油和气； 第阶段：当油气界面降到溢出点时，石油全部被从圈闭排出，此时，圈闭只含气。,三、圈闭中油气的充注与混合作用,1、充注过程,充注导致油气的非均质性,一般后进入圈闭的油气成熟度高于先进入圈闭的油气； 沿着油气充注方向，油气组成或性质有变化；离圈闭充注点越近，油气成熟度越高,2、混合过程,1）密度差驱动的混合作用 晚期进入低部位的高成熟油气取代早期聚集在高部位的低成熟的油气 2）浓度差驱动的混合作用 浓度趋于平衡,四系列圈闭中的油气差异聚集,1油气差异聚集过程,油气差异聚集过程,2油气差异聚集的条件,1）具有区域性长距离运移的条件：区域性的倾斜，岩性岩相稳定连通性好。 2）连通的圈闭的溢出点依次抬高 3）油气源的供应区位于盆地中心，油气源充足 4）储集层中充满水并处于静水压力条件，石油和游离气一起运移,3油气差异聚集的结果,按圈闭的溢出点由低到高，依次形成纯气藏、油气藏、纯油藏、或只含水。 充满了石油的圈闭仍可以再聚集天然气；充满了天然气的圈闭则不能再聚集石油。,若油气按比重分异完善，溢出点低的圈闭中油气的密度小于溢出点较高的圈闭中油气的密度。 所形成的油藏、气藏、油气藏的数目，与油气供应的数量、圈闭闭的大小和数量有关,俄罗斯地台下石炭统,4影响差异聚集的因素,油气源支流的存在 天然气的溶解和析出 后期构造运动的影响 区域水动力条件,