石油地质学第5章油气运移ppt课件.ppt

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1、石油与天然气的运移,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）,油气是如何从烃源层“跑”到圈闭中？,流体为什么会流动?向哪儿流动?,受力 各方向的作用力的合力不等于 受力不平衡物体沿着合力方向运动!,一般物体运动的条件?,第四章 石油与天然气的运移,第一节 与油气运移有关的基本概念第二节 地下流体势分析第三节 油气初次运移第四节 油气二次运移,第一节 与油气运移有关的基本概念,油气运移（migration）：油气在地层条件下的移动,一、初次运移和二次运移,油气从烃源岩层向储集层的运移,油气进入储集层或运载层之后的一切运移,二次运移（secondary mig

2、ration）：,初次运移（primary migration）：,层,区,盖,域,输导层（储层）,圈闭油气藏,烃源岩（灶）,烃源岩（灶）,油气生成后可能的运移？,润湿性是指液体在表面分子力作用下在固体表面的展开能力，是流体和固体之间表面能作用的结果。,1、润湿性的概念,二、岩石的润湿性,0：称完全润湿,90：称润湿,90：称不润湿,接触角：,润湿流体：易附着在固体上的流体，又称为润湿相,非润湿流体：不易附着在固体的流体，又称非润湿相,水润湿的（water-wet）：,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，这时称岩石为水润湿的或亲水的,2.岩石的润湿性

3、,油润湿的（oil-wet）：,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，这时称岩石为油润湿的或亲油的,中间润湿的（mixed-wet）：,部分亲油，部分亲水的岩石,岩石由多种矿物组成，不同矿物的表面性质极其复杂，润湿性复杂； 由于油的组分不同，其润湿性差别很大，可能亲水，也可能亲油。,石油在岩石中具有复杂的润湿性,3.岩石的润湿性对油气运移的影响,影响体现在：孔隙中的油水分布、流动难易程度、残留形式和数量,亲水岩石中：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；残余油数量少。,亲油岩石中：油附着在孔隙壁上，水在孔隙中心，油的运动不受毛细管力

4、的阻碍；残余油数量多。,湿润性影响运移的临界饱和度湿润性影响运移后的残留量湿润性影响可采储量的数量油气运移过程中会有大量损失留下蛛丝马迹可供追踪(油气包裹体荧光显示、储层氯仿可抽提物）,三、地层压力与异常地层压力,（1）地层压力（formation pressure) ：,单位：帕斯卡(Pa) 或常用兆帕(MPa),（2）静水压力：,静止水柱产生的压力（重量）称为静水压力,地下多孔介质中流体所承受的压力。 亦称孔隙压力或流体压力,（3）静岩压力：,上覆地层岩石的重量产生的压力，又称为地静压力,（4）正常地层压力：,如果地下某一深度的地层压力等于(或接近）该深度的静水压力，则称该地层具有正常地层

5、压力,如果某一深度地层的压力明显高于或低于对应深度处的静水压力，则称该地层具有异常地层压力。,（5）异常地层压力：,静水压力、地静压力、地层压力之间的大小关系，及其随深度的变化,（6）压力系数：,压力系数1：异常高压,压力系数1：异常低压,（7）压力梯度： 地层压力随深度的变化率,地层压力与该深度静水压力的比值。,（8）水压头、测压面和折算压力,折算压力：,水压头：,测压面：,地层压力能促使水从测点向上升的高度（水柱高度）。,连接各点水压头顶面的连线。 这是一个想象的面。静水条件则为水平的，动水条件下则为倾斜的。,测点的实际压力再加上测点到基准面的水柱压力，或者从测压面到基准面的水柱压力。,第

6、二节 地下流体势分析,一、流体势的概念,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,关于基准面,z测点相对于基准面的距离，m；,基准面以上为正值，基准面以上则为负值,实际中，多以海平面为基准面，这样地下各海拔高度（Z）则都为正值,第一项：重力势能反应重力的影响,第二项：弹性势能-反映压力的影响,第三项：动能反映流体流速影响,流体势的内涵,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,二、流体势与油气运移,1.静水压力条件下,A点的压力

7、：PA=,A点的水势：,B点的水势：,C点的水势：,静水压力条件下，水势处处相等，水不流动,B点的油势：,A点的油势：,=,C点的油势：,静水压力条件下，油势下大上小，油气从深部向浅部运移。,2.动水压力条件下,二、流体势与油气运移,A点的水势：,在动水压力条件下，地层水的流动方向只与水势的高低有关，而与地层压力的高低无关。,A点的油势：,B点的油势：,C点的油势：,油势差：,在动水压力条件下，石油的运移方向取决于水动力与石油上浮力的大小,三、流体势与流体运移方向:,垂直于等势线从高势区流向低势区,运移流线型式,第三节 石油和天然气的初次运移,油气初次运移（primary migration)

8、,烃源岩环境：,定义：油气从烃源岩层向储集层的运移,低孔隙度、低渗透率、孔隙水少,初次运移研究的主要内容,1. 石油的初次运移相态,一、油气初次运移的相态,石油初次运移相态包括： 游离相态 水溶相态 气溶相态,石油初次运移的主要相态,游离相(独立相态）,石油在水中的溶解度很低 ；,生油期烃源岩含水很少;,无法形成商业性石油聚集；,无法解释碳酸盐岩油气初次运移问题。,水溶相运移存在的问题：,水溶相,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。,气溶相,石油初次运移的其它相态,在烃源岩埋藏较深，烃源岩以生气为主，只生成少量的油时，油反溶于天然气中形成气溶相。,2.天然气的初次运移相态

9、,一、油气初次运移的相态,水溶相,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,轻烃扩散效应,模型计算的不同时期因轻烃扩散导致浓度的变化,2.油气初次运移相态影响因素及其随烃源岩埋深的演变,影响油气初次运移相态的主要因素,烃源岩的有机质类型,烃源岩的埋深：孔隙度、渗透率、孔隙喉道直径,地层中孔隙水的多少,地层的温度、压力状态,油气初次运移相态随烃源岩埋深的演变,油气初次运移的相态,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重要的，天然气还可以呈扩散状态运移,油气可以互溶，可以油溶气、气溶油相态运移,油气运移的相态随烃源岩的演化而演变,小结：,压实作用

10、异常高压构造挤压作用扩散作用浮力渗析作用,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,（1）压实流体排出机理,孔隙体积的不断减小，强迫孔隙中的流体向外运移,二、油气初次运移的主要动力,（2）压实流体排出方向,沉积物等厚，垂向运移(主要向上),新沉积物为楔状时，从厚处向薄处运移， 从盆地中心向盆地边缘运移,砂泥互层时：从泥岩砂岩,2.烃源岩内部的异常高压,二、油气初次运移的主要动力,烃源岩（泥岩）异常高压的成因,欠压实作用蒙脱石脱水作用有机质的生烃作用流体热增压作用,异常高压排烃的方向,异常高压下烃源岩的排烃作用特点,异常压力排烃存在两个相互联系和转化的过程（阶段）,

11、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。,烃源岩层的地层压力演化存在周期性变化。导致A、B两个阶段交替出现。,3.扩散作用,烃源岩与储集层之间存在烃浓度差而产生的扩散,扩散作用,运移方向：,扩散对轻烃（天然气）的运移具有重要意义，但对于液态烃意义不大。,二、油气初次运移的主要动力,三、油气初次运移的通道,孔隙和微裂缝,1.孔隙,烃源岩正常压实阶段，静水压力，孔隙暢通,2.微裂缝,Snarsky(1962):孔隙压力达到

12、静水压力的1.42-2.4倍岩石就会产生微裂缝,：岩石破裂的条件,Momper(1978)：孔隙压力达到上覆静岩压力的80%，就能形成垂直裂缝。,烃源岩成熟后大量生油气阶段，主要通过裂缝运移,四、油气初次运移的阶段性与运移模式,五、烃源岩的有效排烃厚度,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。,受排烃动力、运移通道的渗透能力等地质条件的限制，一般认为，有效排烃厚度为20-30m。,六、油气初次运移时间和临界运移饱和度,烃源岩生烃过程和排烃过程是个连续和同时的过程初次运移的时间取决于生烃的数量，大量生烃才能发生有意义的排烃生烃的数量超过烃源岩的吸附数量和残留的数量后才能发生排烃一般认

13、为，生油岩中的含油饱和度达到10%后才能排烃（这个值称临界运移饱和度，多少取决于地质条件和烃源岩特征），有人把达到这个数值所对应的深度叫排烃门限,第四节 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,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,二次运移的内涵包括可能的阶段和结果 （1）在储层中运移： A、运移到圈闭中聚集起来形成藏； B、逸散到大气中。 （2）聚集在圈闭中（油气藏）的油气被 破坏而发生再运移： C、形成次生油气藏 ； D、逸散到大气中。,次生油气藏,油气藏

14、被调整,层,区,盖,域,输导层（储层）,圈闭油气藏,烃源岩（灶）,烃源岩（灶）,一、二次运移的相态,1.石油二次运移相态,2.天然气二次运移相态,游离相态,游离相态,水溶相态,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,油珠运移（从孔隙进入喉道）必须克服毛细管阻力：,（1）毛细管力的大小,（2）毛细管力的方向：,从喉道向孔隙，,从小孔隙向大孔隙,2. 浮力和重力,浮力:油排开水的重量,重力:油本身的重量,油的上浮力:浮力和重力的合力,（1） 浮力的大小,(2) 在浮力作用下油的运移方向,在水平地层中，油垂直向上运移至储层平面,在倾斜地层中，油沿储层顶面向上倾方向运移,在不

15、考虑其它作用里情况下，浮力必须大于毛细管阻力，油气才能向上运移。存在油气运移的最小油（气）高度临界值Zo。,油气运移临界高度,运移临界高度Zo与岩性有关，岩性越细，需要的Zo就越大,水动力分压实水流和大气水流，其水流方向和控制因素不同,3.水动力,压实水流：,压实水流：由于沉积物压实作用引起的地层水的流动。,以压实水流为主的盆地称为压实流盆地,压实水流的流动方向：,从泥岩向砂岩流动从深处向浅处流动从盆地的中心向盆地边缘流动,大气水流,大气水流：构造运动造成地层出露，大气水渗入形成的水流,大气水流的方向,从盆地边缘（山区、供水区）向盆地中心流动,水动力大小水动力梯度,单位距离折算水头之差,水动力

16、的作用与地层构造倾向有关。不同于浮力作用呈单一向上的特点。,4、构造挤压作用力,构造变动，特别是区域挤压作用，导致地层的变形，在这个过程，固体岩层的变形会把部分作用力传递到孔隙中的流体，从而导致孔隙流体流动。,油气运移的动力条件,推动力阻力,浮力水动力构造挤压力毛细管力,三、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：由各种空隙（孔、洞、缝）组成的连通空间,宏观上：渗透地层、断层和不整合面,（1）渗透性地层输导层,渗透性地层输导层是指发育孔隙、裂缝或孔洞等运移基本空间的渗透性地层，即相当于储层。,碎屑岩输导层：砂岩层、砾岩层等；,碳酸盐岩输导层：受孔缝发育的控制。高孔渗相带、

17、 裂缝发育带和溶蚀孔缝发育,（2）断层输导层,沿断层面分布的破碎带，发生沿断层面的运移,断层输导能力/封闭能力 与断层的产状、性质有关 与断层的规模、断层的活动性有关， 与断层两盘的岩性对接关系有关 与断层面的泥岩滑抹程度有关,断层能否成为输导层与断层的封闭性有关。,（3）不整合面输导层,由不整合面上下高渗透性岩层形成的油气运移的通道。,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,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

18、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单独构成，或由两者共同构成,输导特点：横向输导,渗透地层不整合输导体系,可以将盆地中心生成的油气输送到盆地边缘的圈闭中,渗透地层不整合输导体系,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,受断层幕式活动,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,断层渗透地层型输导体系,断层不整合型输导体系,断层渗透地层不整合型输导体系,四、油

19、气二次运移的方向,1影响油气二次运移方向的因素,油气从高势区向低势区运移,(1)油气运移方向受地层的产状与区域构造格局影响,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,(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,优势运移通道受渗透地层分布的控制,如砂体的分布 ：三角洲、水下扇、扇三角洲等砂体。,优势运移通道受断裂分布的控制,优势运移通道受不整合面分布的控制,盖层底面的构造脊是油气运移的优势方向,油气先向上运移，后沿盖层底面进行侧向运移,(3)油气运移方向受动力条件影响,水动力构造挤压

20、作用温压场作用,2.油气二次运移方向的研究方法,（1）地质分析方法：（2）流体势分析方法（3）地球化学分析方法,（1）地质分析方法： 分析影响二次运移方向的地质因素（已讲过）,（2）流体势分析方法（已讲过）,2.油气二次运移方向的研究方法,（3）地球化学分析方法,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,2.油气二次运移方向的研究方法,（3）地球化学分析方法,石油组成和物理性质的变化,C22以前/C23以后的正烷烃比值,甲烷系数、气油比、轻烃组成随运移距离增加的而增加,这些指标随着运移距离的增加而增大,2，

21、3DMC5/（2MC6+3MC6） ： 2，3二甲基戊烷/（2-甲基己烷+3-甲基己烷） Cy（C6-C7）/N（C6-C7） ： C6-C7环烷/（正已烷+正庚烷）（DM+TM+Cy）/（C6-C7）/N（C6-C7） ： （二甲基- +三甲基- +环化C6-C7烷烃）/（正己烷+正庚烷）,2.油气二次运移方向的研究方法,（3）地球化学分析方法,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,受保存条件变差的影响,原油密度随运移距离增加而增加,2.油气二次运移方向的研究方法,（3

22、）地球化学分析方法,含氮化合物含量的变化,含氮化合物具有较强的极性，与储层的吸附滞留作用可使该类化合物发生分馏效应。,随着油气运移距离的增加，原油中含氮化合物的绝对丰度降低；极性强的异构体减少更明显.,由南向北极性弱的氮化合物含量增加，原油密度增加,五、油气二次运移的距离,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。,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,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：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。,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。,构造发展历史的研究具有重要意义,补充 流体封存箱与油气运移,异常压力流体封存箱（Abnormally presured fluid compartment）：沉积盆地中具有异常压力、相互不连通的独立的流体密封单元,流体压力封存箱限制了油气的区域运移；油气运移被分别限定在各自的压力系统中自成体系进行运移。,流体压力封存箱改变了一个盆地中流体的整体运移格局.一个流体封存箱内是相对独立的运移和聚集单元。周边被低渗封闭层隔离，内部压力独立于周围当箱内异常压力增高至岩石破裂压力时,封隔层会破裂, 封存箱可出现周期性的破裂和封闭,封存箱破裂后可在箱外成藏.,油气运移动力学的理论基础,达西定律：,流体势:,