石油地质学第七章石油与天然气的运移.ppt

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1、层层区区盖盖域域储层储层烃源岩烃源岩圈闭圈闭通道通道 油气是在富有机质的细粒烃源岩层生成的，油气是在富有机质的细粒烃源岩层生成的，却大都富集在高孔渗的储集岩层中。却大都富集在高孔渗的储集岩层中。油气是如何从烃源层油气是如何从烃源层“跑跑”到到储集层中聚集起来的呢？储集层中聚集起来的呢？第一节 有关基本概念 第二节 石油和天然气的初次运移第三节 石油和天然气的二次运移 第七章第七章 石油与天然气的运移石油与天然气的运移第一节第一节 有关基本概念有关基本概念一、油气运移（一、油气运移（hydrocarbon migrationhydrocarbon migration）：油气在地层条件下的移动油气

2、在地层条件下的移动生油岩生油岩生油岩生油岩油气聚集油气聚集油气聚集油气聚集二次运移二次运移二次运移二次运移初次运移初次运移初次运移初次运移油油油油油油油油气气气气气气气气油气从烃源层向储集层的运移称为初次运移油气从烃源层向储集层的运移称为初次运移油气初次运移（油气初次运移（hydrocarbon primary migration）：）：油气二次运移（油气二次运移（hydrocarbon secondary migration）：）：油气进入储集层或运载层之后的一切运移油气进入储集层或运载层之后的一切运移35003000290028002700310028002800运移通道运移通道?油气藏油

3、气藏圈圈 闭闭烃烃烃烃源源源源岩岩岩岩二、岩石的润湿性与毛细管力二、岩石的润湿性与毛细管力 润湿作用是指固体表面的一种流体被另一种液体取润湿作用是指固体表面的一种流体被另一种液体取代的一种作用。代的一种作用。（1 1）润湿性：）润湿性：（流体附着固体的性质流体附着固体的性质）0 0：称完全润湿称完全润湿909090：称不润湿称不润湿接触角：润湿流体：润湿流体：易附着在固体上的流体，又称为润湿相易附着在固体上的流体，又称为润湿相非润湿流体：非润湿流体：不易附着在固体的流体，又称非润湿相不易附着在固体的流体，又称非润湿相水润湿的（水润湿的（water-wetwater-wet）：）：油水两相共存的

4、孔隙系统中，如果水附着在岩油水两相共存的孔隙系统中，如果水附着在岩石孔隙表面，称水为润湿相，油为非润湿相，石孔隙表面，称水为润湿相，油为非润湿相，这时称岩石为这时称岩石为水润湿的或亲水的水润湿的或亲水的（2 2）岩石的润湿性）岩石的润湿性油润湿的（油润湿的（oil-wetoil-wet）：）：油水两相共存孔隙系统中，如果油附着在岩石油水两相共存孔隙系统中，如果油附着在岩石的孔隙表面，则油为润湿相，水为非润湿相，的孔隙表面，则油为润湿相，水为非润湿相，这时称岩石为这时称岩石为油润湿的或亲油的油润湿的或亲油的中间润湿的（中间润湿的（mixed-wetmixed-wet）：）：部分亲油，部分亲水的岩

5、石部分亲油，部分亲水的岩石 （4 4）岩石的润湿性对油气运移的影响）岩石的润湿性对油气运移的影响孔隙中的油水分布、流动方式、残留形式和数量孔隙中的油水分布、流动方式、残留形式和数量亲水岩石中：亲水岩石中：水附着在孔隙壁上，油在孔水附着在孔隙壁上，油在孔隙中心，油的运动必须克服毛细管力；隙中心，油的运动必须克服毛细管力；亲油岩石中：亲油岩石中：油附着在孔隙壁上，水在孔油附着在孔隙壁上，水在孔隙中心，油的运动不受毛细管力的阻碍；隙中心，油的运动不受毛细管力的阻碍；四、地层压力与异常地层压力四、地层压力与异常地层压力（1 1）地层压力（）地层压力（formation pressure)formati

6、on pressure)：地下多孔介地下多孔介质中流体所承受的压力质中流体所承受的压力，亦称亦称孔隙压力孔隙压力或或流体压力流体压力单位：单位：帕斯卡帕斯卡(Pa)(Pa)或常用或常用兆帕兆帕(MPaMPa)（2 2）静水压力：）静水压力：静止水柱产生静止水柱产生的压力（重量）称为静水压力的压力（重量）称为静水压力 （3 3）静岩压力：）静岩压力：地下岩石的重量地下岩石的重量产生的压力，又称为地静压力产生的压力，又称为地静压力 四、地层压力与异常地层压力四、地层压力与异常地层压力（4 4）正常地层压力：）正常地层压力：如果地下某一深度的地层压力如果地下某一深度的地层压力等于等于(或接近）该深度

7、的静水压或接近）该深度的静水压力，则称该地层具有正常地层力，则称该地层具有正常地层压力压力如果某一深度地层的压力明显高于或低于静水压力，如果某一深度地层的压力明显高于或低于静水压力，则称该地层具有异常地层压力。则称该地层具有异常地层压力。（5 5）异常地层压力：）异常地层压力：（6 6）压力系数：）压力系数：某一深度的地层某一深度的地层压力与该深度静水压力的比值。压力与该深度静水压力的比值。压力系数压力系数11：异常高压异常高压压力系数压力系数11：异常低压异常低压四、地层压力与异常地层压力四、地层压力与异常地层压力 第二节 石油和天然气的初次运移油气初次运移油气初次运移（primary mi

8、gration)primary migration)烃源岩的排烃烃源岩的排烃（expulsionexpulsion）初次运移的环境：烃源岩环境，低孔隙度、低渗透率初次运移的环境：烃源岩环境，低孔隙度、低渗透率晚期生油带来的初次运移问题：晚期生油带来的初次运移问题：石油是如何从低孔低渗的烃源岩中运移出来的，石油是如何从低孔低渗的烃源岩中运移出来的，动力？通道？动力？通道？烃源岩中含水很少，初次运移的相态是什么？烃源岩中含水很少，初次运移的相态是什么？石油主要是以游离相态运移的；石油主要是以游离相态运移的；水溶相态和游离相态对天然气的初次运移都是水溶相态和游离相态对天然气的初次运移都是重要的，天然

9、气还可以呈扩散状态运移重要的，天然气还可以呈扩散状态运移油气可以以互溶（油溶气、气溶油）相态运移油气可以以互溶（油溶气、气溶油）相态运移一、运移相态一、运移相态二、油气初次运移的主要动力二、油气初次运移的主要动力1.1.压实作用产生的瞬时剩余压力压实作用产生的瞬时剩余压力（1 1）压实流体排出机理）压实流体排出机理 有效应力定律：有效应力定律：压实平衡状态（正常压实状态）压实平衡状态（正常压实状态）岩石骨架颗粒达到紧密接触岩石骨架颗粒达到紧密接触孔隙压力为静水压力孔隙压力为静水压力无孔隙流体排出无孔隙流体排出颗粒流体颗粒流体S：上覆负荷压力：上覆负荷压力 ：有效：有效应应力力 P：地层压力：地

10、层压力压实欠平衡状态压实欠平衡状态岩石骨架颗粒进一步重新排列岩石骨架颗粒进一步重新排列孔隙压力超过静水压力，孔隙压力超过静水压力，形成瞬时剩余压力形成瞬时剩余压力孔隙流体排出孔隙流体排出颗粒流体颗粒流体新沉积物的沉积增加了上覆压力新沉积物的沉积增加了上覆压力沉积物恢复压实平衡状态沉积物恢复压实平衡状态二、油气初次运移的主要动力二、油气初次运移的主要动力2.2.烃源岩内部的异常高压烃源岩内部的异常高压常压带第一超压带第一压力过渡带第二超压带(1)第二压力过渡带第三超压带第二超压带第二超压带(2)（1 1）沉积盆地异常高压十分普遍）沉积盆地异常高压十分普遍辽东湾地区地层压力与埋深关系有机质的生烃作

11、用有机质的生烃作用(烃类生成形成异常高压烃类生成形成异常高压)v干酪根演化生成液态烃和气态烃干酪根演化生成液态烃和气态烃 v产物体积比干酪根体积多产物体积比干酪根体积多2 23 3倍倍流体热增压作用流体热增压作用 v任何流体都具有热胀冷缩的性质任何流体都具有热胀冷缩的性质 v在封闭的条件下，孔隙流体的热在封闭的条件下，孔隙流体的热膨胀，必然造成孔隙压力的增加膨胀，必然造成孔隙压力的增加L L点点(已封闭已封闭)：压力压力300bar300bar增加（增加（1000m1000m，2525）沿等容线增加压力沿等容线增加压力M M点点(已封闭已封闭)：压力压力720bar720barv热增压是异常高

12、压形成的重要因素热增压是异常高压形成的重要因素 （3 3）异常高压的排烃作用）异常高压的排烃作用烃源岩封闭烃源岩封闭形成异常高压形成异常高压形成微裂缝形成微裂缝微裂缝闭合微裂缝闭合孔隙流体排出孔隙流体排出超过破裂极限超过破裂极限欠压实欠压实蒙脱石脱水蒙脱石脱水生烃增压生烃增压流体热增压流体热增压 3.3.烃类浓度梯度烃类浓度梯度(扩散作用）扩散作用）烃源岩与储集层之间存在浓度差：烃源岩与储集层之间存在浓度差：扩散作用扩散作用运移方向：运移方向：运移动力：运移动力：浓度梯度浓度梯度烃源岩烃源岩储集层储集层高浓度高浓度低浓度低浓度低浓度低浓度三、油气初次运移的通道三、油气初次运移的通道孔隙和微裂缝

13、孔隙和微裂缝1.1.孔隙孔隙 烃源岩正常压实阶段，静水压力，孔隙暢通烃源岩正常压实阶段，静水压力，孔隙暢通 2.2.微裂缝微裂缝qSnarsky(1962):Snarsky(1962):孔隙压力达到静水压力的孔隙压力达到静水压力的1.42-2.41.42-2.4倍倍岩石就会产生微裂缝岩石就会产生微裂缝qMomper(1978)Momper(1978)：孔隙压力达到上覆静岩压力的孔隙压力达到上覆静岩压力的80%80%，就能形成垂直裂缝。就能形成垂直裂缝。第三节 石油和天然气的二次运移二次运移（二次运移（secondary migration)secondary migration)：石油和天然气

14、进入储集层以后的一切运移石油和天然气进入储集层以后的一切运移二次运移环境：储集层环境二次运移环境：储集层环境运移空间：孔隙度、渗透率比烃源岩高得多运移空间：孔隙度、渗透率比烃源岩高得多水介质的存在：储集层中被水充满水介质的存在：储集层中被水充满一、二次运移的相态一、二次运移的相态 1.1.石油二次运移相态石油二次运移相态 2.2.天然气二次运移相态天然气二次运移相态 油珠、油条、连续油相油珠、油条、连续油相 q游离相态游离相态 ：气泡、气柱、连续气相气泡、气柱、连续气相 q游离相态游离相态 ：溶解气溶解气 q水溶相态水溶相态 ：二、油气二次运移过程中的力二、油气二次运移过程中的力 1.毛细管力

15、毛细管力油气运移过程中的阻力油气运移过程中的阻力q储集层的孔隙结构：储集层的孔隙结构：孔隙喉道孔隙喉道q油珠从孔隙进入喉道的阻力：油珠从孔隙进入喉道的阻力：（1）毛细管力的大小）毛细管力的大小（2）毛细管力的方向：毛细管力的方向：从喉道向孔隙，从喉道向孔隙，从小孔隙向大孔隙从小孔隙向大孔隙2.2.浮力和重力浮力和重力q浮力浮力:物体（油）排开水的重量物体（油）排开水的重量 q重力重力:物体物体(油）本身的重量油）本身的重量 q油的上浮力油的上浮力:浮力和重力的合力浮力和重力的合力（1）浮力的大小浮力的大小(2)在浮力作用下油的运移方向在浮力作用下油的运移方向q在在水平地层中，油垂直向上运移至储

16、层平面水平地层中，油垂直向上运移至储层平面q在在倾斜地层中，油沿储层顶面向上倾方向运移倾斜地层中，油沿储层顶面向上倾方向运移3.3.水动力水动力v静水压力状态：静水压力状态：地层水不流动，没有水动力。地层水不流动，没有水动力。ABCDH1H2静水压面q水动力：水动力：连通储层两点之间剩余压力的差值连通储层两点之间剩余压力的差值 （压力梯度）（压力梯度）各点的剩余压力不相等，地层水将发生流各点的剩余压力不相等，地层水将发生流动动v动水压力状态：动水压力状态：三、油气二次运移通道和输导体系三、油气二次运移通道和输导体系1 1油气二次运移通道的类型油气二次运移通道的类型q微观上：微观上：孔隙和裂缝孔

17、隙和裂缝q宏观上：宏观上：输导层、断层和不整合面输导层、断层和不整合面（1 1）输导层）输导层输导层是具有发育的孔隙、裂缝或孔洞等运移基本空间输导层是具有发育的孔隙、裂缝或孔洞等运移基本空间的渗透性地层的渗透性地层q碎屑岩输导层：碎屑岩输导层：砂岩层、砾岩层等；砂岩层、砾岩层等；q碳酸盐岩输导层：碳酸盐岩输导层：受孔缝发育的控制。高孔渗相带、受孔缝发育的控制。高孔渗相带、裂缝发育带和溶蚀孔缝发育裂缝发育带和溶蚀孔缝发育各种沉积环境形成的砂体是油气运移的重要通道各种沉积环境形成的砂体是油气运移的重要通道砂体输导体系的输导效率：砂体输导体系的输导效率：与砂体的孔渗性有关与砂体的孔渗性有关高孔渗性砂

18、体是优势运移通道高孔渗性砂体是优势运移通道溯源运移溯源运移（2 2）断层）断层断层通道：沿断层面分布的破碎带，发生断层通道：沿断层面分布的破碎带，发生沿断层面的运移沿断层面的运移克拉2烃 源 岩 层 系膏泥岩盖层超压喀东深1N（2 2）断层）断层断层通道：沿断层面分布的破碎带，发生断层通道：沿断层面分布的破碎带，发生沿断层面的运移沿断层面的运移断层的输导效率与断层的规模、断层的活动性和活动历史有关断层的输导效率与断层的规模、断层的活动性和活动历史有关 库车坳陷：地震发生频率最高库车坳陷：地震发生频率最高库车坳陷：地震发生频率最高库车坳陷：地震发生频率最高2323次次次次/年，平均年，平均年，平

19、均年，平均3.53.5次次次次/年，年，年，年，照此推算库车期至今照此推算库车期至今照此推算库车期至今照此推算库车期至今(5.3-0Ma)(5.3-0Ma)发生发生发生发生4 4级以上地震级以上地震级以上地震级以上地震18001800万次之多。活动与静止期的频繁交替足以形成大万次之多。活动与静止期的频繁交替足以形成大万次之多。活动与静止期的频繁交替足以形成大万次之多。活动与静止期的频繁交替足以形成大型气田型气田型气田型气田（3 3）不整合面）不整合面不整合面通道：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。气运移的通道。q不整合面的三

20、层结构：不整合面的三层结构：底砾岩底砾岩、风化壳、风化壳、风化淋滤带风化淋滤带四、油气二次运移的方向四、油气二次运移的方向q油气运移主要受三种力的作用：油气运移主要受三种力的作用：v浮力：向上（上倾方向）运移浮力：向上（上倾方向）运移v水动力（压力）：水动力（压力）：从剩余压力高值区向剩余压力低值区运移从剩余压力高值区向剩余压力低值区运移v毛细管力（阻力）：毛细管力（阻力）：沿阻力最小的方向运移沿阻力最小的方向运移优势输导体系优势输导体系五、油气二次运移的距离五、油气二次运移的距离 q二次运移的距离与区域构造条件、岩性岩相变二次运移的距离与区域构造条件、岩性岩相变化、运移动力条件有关。化、运移动力条件有关。q我国陆相盆地油气运移的距离一般较短。我国陆相盆地油气运移的距离一般较短。六、油气二次运移的时期六、油气二次运移的时期 q微观上：油气二次运移与初次运移是连续的，微观上：油气二次运移与初次运移是连续的，同时发生。同时发生。q宏观上：大规模的油气二次运移发生在主要生油宏观上：大规模的油气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。期之后的第一次区域性构造运动时期。q以后历次构造运动的影响大小，取决于构造以后历次构造运动的影响大小，取决于构造运动对原有圈闭的改造程度。运动对原有圈闭的改造程度。q构造发展历史的研究具有重要意义构造发展历史的研究具有重要意义