石油天然气地质 二次运移相态 动力和通道

1、第一节 油气运移概述 第二节 油气初次运移 第三节油气二次运移 第四节 油气运移研究方法 第四章石油和天然气的运移 二次运移: 油气进入储层之后的一切运移。包括 在储集层内部、沿断层或不整合面、 油气藏调整和破坏的再运移。 与初次运移相比，二次运移环境： 运移通道 粗，毛细管阻力小，流体压力较低，含盐度 较高，油气以游离相为主，气可呈水溶相 ,浮 力为主要运移动力。 主要内容：相态、动力和阻力、通道、时期、 方向和距离 第三节第三节油气二次运移油气二次运移 一、油气二次运移的相态和流动类型 1 、二次运移的相态 主要：连续油相，连续气相。 石油主要呈游离相，少量气溶相和水溶相 天然气主要呈游离

2、相，少量水溶相和扩散相 运移过程中因温压条件改变，会发生相态变化 2、二次运移的流动类型 渗流地层孔隙中流体在压差或势差作用所发生的流动， 浮力流指油气在密度差作用下，在地层孔隙水中的上浮 扩散流流体在浓度差作用下所产生的分子扩散 渗 流：单相渗流和多相渗流，呈连续状流动，要求 烃饱和度和相渗透率，可用流体势和达西公式来研究和定 量计算。 典型储集岩油水两相的相对渗透率曲线 浮力流：自由上浮与限制性上浮 自由上浮与限制性上浮 ，呈断续状流动，不 要 求含烃饱和度和相渗透率，不能用达西公式表述和计算。 扩散散失 扩散成藏 动力：动力：浮力、构造应力、水动力、扩散力浮力、构造应力、水动力、扩散力

3、阻力：阻力：毛细管力、吸附力、水动力 二、油气二次运移的动力和阻力二、油气二次运移的动力和阻力 1、浮力 油、气的密度比水小，在水中存在浮力 ?浮力的大小与油气密度和体积有关： ?F浮力 V（wo)g ?V：油相体积； ?w、o：水、油的密度； ?g：重力加速度 （一）（一） 二次运移的动力二次运移的动力 ? 浮力大于毛细管阻力，油气才能运移： ?V（wo)g 2(1/r t 1/r p) 为油水界面张力；r t为孔隙的喉道半径；rp为孔隙的半径 ? 把石油体积V换成单位面积的高度，则石油运移的临 界高度： ?Z o = 2(1/r t1/rp) / (w o)g ? 石油在储层中开始运移的条

4、件：油柱高度大于临界高度 ? 临界气柱高度： Zg= 2(1/r t 1/r p) / (w g)g 图: 一滴油珠在水润湿的地下环境中通过孔隙喉道运移 图: 奇尔曼.A.希尔的一个试验的三个连 续阶段，说明浮力的作用与油滴数量的关系 图: 在相同球形颗粒呈菱形堆积的储集层中，油 柱的临界高度与储集层参数之间的关系 运载层中油气在静水条件下的二次运移运载层中油气在静水条件下的二次运移 静水条件下，砂岩上浮的临界高度为0.3-3m 石油从生油层排出进入储集层时，由于岩石的非均质 性在储层底部形成高低不平的油水界面。当最高油体 超过临界高度Z0时，会脱离界面而上浮。 静水条件下，油气到达水平运载层

5、顶部后，在 盖层的封闭下油体沿顶界面分散，将不再运移； 如果岩层是倾斜的，油气在聚集到临界高度时， 将在浮力作用下继续向上倾方向运移，直至到达 圈闭聚集起来。 沿上倾方向浮力（F1）的大小与地层倾角有关。 倾角越大，浮力也越大： F1Fsin = Zo( wo)gsin 运载层中油气在静水条件下的二次运移运载层中油气在静水条件下的二次运移 2 2、水动力、水动力 ?压实水动力：水流从盆地中心向边缘 ?重力水动力：水流从盆地边缘露头区向盆地内部 ?水流动方向与油气浮力方向一致：水动力为动力， 反之为阻力。 ?压实水动力： 沉积物的压实排水，盆地发育早期。 流动方向：由盆地中心向盆地边缘呈“离心流

6、”、 由深处向浅处。 压实流盆地 ?重力水动力： 盆地演化的成熟阶段。 地层在盆地边缘出露并与大气水相通，形成由盆 地边缘向盆地中心 重力流，并在盆地中心穿层排泄， 向心流向心流。 重力流盆地。 ?滞流盆地： 盆地演化的晚期，盆地地下水基本上处 于静水状态，无流体能量交换。 盆地演化过程 中的水动力 （据Coustau， 1977） 背斜地层中水动力与浮力的配合情况及油气运移方向背斜地层中水动力与浮力的配合情况及油气运移方向 在 水 动 力 条 件 下 , 油 珠 于 水 湿 润 的 环 境 中 通 过 孔 隙 喉 道 运 送 , 向 上 流 动 的 水 流 帮 助 浮 力 克 服 相 反 的

7、 毛 细 管 力 图：水平地层中油气在水动力推动下的运移图：水平地层中油气在水动力推动下的运移 水动力大于毛细管阻力时，油气沿水动力方向运移 石油二次运移的条件： 油体浮力 水动力 毛细管阻力 （1）水平地层）水平地层 在水平地中水动力的驱动能力： 假设颗粒半径中值一定（ 0.5mm）, 油 （0.875g/cm 3）和水（1.07g/cm3）的密 度差一定，界面张力一定（度差一定，界面张力一定（40时时 40dyn/cm ），0.5dyn cm -2 m -1的压力梯 度可使140m 的油链发生运动。 如果储集层的渗透率为 1D，孔隙度为25， 则0.5dyn cm -2 m -1的水压梯度

8、可使粘度为 1CP的水每年流动60cm。 水动力驱动油气运移的速率较慢 图：在倾斜储集层中水动力 对油体运移的影响 推动石油顺水流运移的水动力： Pw = L dp/dl 水压梯度越大，油柱长度越 大，水动力作用越大 上倾水流，Pw与浮力一致， 石油向上倾运移 下倾水流，与浮力相反：浮 力大于Pw，石油向上倾运 移；小于Pw，石油向下倾 运移。 （2）倾斜储集层 折算压力：测点相对于某一基准面的压力， 相当于由测压面到折算基准面的水柱高度所产生的压力。 A点的折算压力 PP A h1wg(hA h1)wg 流动方向：从折算压力高向折算压力低的方向。流动方向：从折算压力高向折算压力低的方向。 （

9、3）用折算压力确定水流方向）用折算压力确定水流方向 图：两个储集层情况下的水流方向图：两个储集层情况下的水流方向 一口井中三个含流体的储集层，具有不 同的测压水面高度时，流体流动的方向 B层水压面最 高为hb，A 层水压面次 之为ha，C层 水压面最低 为hc，即 hbhahc。 在有通路的 情况下，B层 的流体将向 A层、C层中 流动 构造应力：由地壳运动产生的地应力。是作 用在岩石骨架中的压力，而地层压力是岩石孔 隙中的流体压力，两者互相作用、互相传递， 形成岩石统一的压力系统。 构造应力直接或间接为油气二次运移提供动 力、通道 构造作用力为油气二次运移创造了有利条件。 3 3、构造应力、

10、构造应力 二次运移的直接驱动力：构造应力使岩 石骨架压缩，岩石颗粒和孔隙变形，变形 过程的作用力传递给孔隙中的流体，形成 高势区，驱使油气向低势区运移； 构造作用产生的异常压力可以造成地下流 体势的改变，促使油气运移。构造侧向挤压、 断裂作用和刺穿作用等都是形成异常压力的 重要因素。 构造应力形成运移通道。构造应力可以形成褶皱、 断裂，使地层产生翘倾，形成供水区和泄水区，使得 油气可以在浮力和水动力作用下有效运移。 4.4.分子扩散力分子扩散力 分子扩散主要受浓度梯度控制，从高浓度区向 四周低浓度区扩散。在油气藏形成以后，天然气通 过上覆盖层的扩散将导致气藏的破坏。 分子扩散力的效率比油气渗滤

11、来说小几个数量级， 更多的情况势破坏作用。在致密地层中，分子扩散 可能是二次运移的主要动力和方式。 （二）（二） 二次运移的阻力二次运移的阻力 1.毛细管压力 地下岩石孔隙系统多为水润湿的，游离相 油气在其中运移必然要受到毛细管力的作用。 由于岩石的孔隙和喉道半径不同，油气受到 的毛细管压力大小不同。 油气在岩石中会选择最小阻力方向通道运移， 即沿最大孔隙和喉道所组成的路径运移。 2吸附力 吸附是流体与固体分子之间作用的一种 界面现象。岩石的岩性、矿物组成、结构、 粒度及烃类性质都是影响吸附力的重要因素。 油气与岩石颗粒接触的两相界面越大，吸 附作用越强，吸附量也就越多。泥质颗粒比 面积大，较

12、碎屑储集岩有更大的吸附力。 烃类的吸附性还与烃类性质和分子结构有 关，一般来说随分子量的增大吸附能力也增 加，正构体烃比异构体烃的吸附能力大。 连通孔隙 裂缝 断层：断层：垂向运移垂向运移主通道主通道 不整合面：不整合面：侧向运移重要通道重要通道 三、油气二次运移的通道与输导体系三、油气二次运移的通道与输导体系 基本 通道 1 1、油气二次运移的通道、油气二次运移的通道 储集层的连通孔隙是油气二次运移的 基本通道。 连通孔隙的多少取决于岩层有效孔隙 度的大小。流体通过连通孔隙的能力取 决于岩石的孔隙喉道结构。喉道半径越 大、孔隙半径与喉道半径的差值越小渗 透率越大，越有利于油气运移。 裂缝是一

13、种特殊的孔隙，它对改善岩 层特别是那些那些致密地层的渗透性极 为重要。 油气以断层作为通道的运移有两种方 式：一是横穿断层的横向运移，一是沿 断层面的垂向运移。断层能否作为运移 通道取决于自身的封闭性， 横穿断层运移与沿断层面垂向运移示意图 （据R.E.Chapman，1983修改） 不整合面代表着地层曾经历过区域性的的地 壳运动或沉积间断，往往使下伏地层遭受风化剥 蚀和溶解淋滤，形成区域性稳定分布的高孔高渗 古风化壳或古岩溶带，有利于油气长距离运移。 不整合的分布具有区域性，在时空上具有稳定 性，不仅能大面积汇集油气并形成长距离的运移 通道，还能把不同时代、不同岩性的生、储岩层 连通起来形成

14、多种类型的不连续的生储盖组合。 准噶尔盆地西北缘以不整合为运移通道的油气运移示意图 运载层的组合关系 a储集层间的组合；b储集层与断层的组合；c断层间的组合； d不整合与储集层的遮挡组合；e储集层与不整合的超覆组合；f不整合间的组合 （petroleum migration pathways） （1）含义：是指油气从烃源岩到圈闭过 程中所经历的所有路径网及其相关围岩，包 括连通砂体、断层、不整合及其组合。 油气沿着形态不规则的立体线状输导系统 运移 2 2、油气输导体系、油气输导体系 1）按运移通道的时空组合特征： 网毯式、“T” 型、阶梯型、裂隙型 （2）输导体系类型 输导体系类型 运载层类

15、型 运移主通道 影响运移通道的地质因素 连通碎屑岩型 连通孔隙、微裂隙、层理面 储集层输导体系 碳酸盐岩型 连通溶蚀孔洞、微裂隙 储层分布与连通，孔洞缝发 育，运载层配置关系 张性断层型 压扭性断层型 断层和构造裂缝 断裂输导体系 裂缝型 构造裂缝 断裂性质、发育规模与组合、 活动期、断裂带特征、 断开地 层的泥岩发育程度、 与运载层 产状关系 角度不整合型 不整合输导体系 平行不整合型 连通的溶蚀孔、洞 不整合发育规模与分布、 剥蚀 淋滤程度，不整合面性质，与 其它运载层配置关系 储集层断层型 连通孔隙、微裂隙、层理面、 断层和构造裂缝 储集层不整合型 连通孔隙、微裂隙、层理面、 连通的溶蚀

16、孔、洞 复式输导体系 断层不整合型 断层和构造裂缝、 连通的溶蚀 孔、洞 储集层连通孔隙的发育程度、 断层与裂缝的性质和发育特 征、 不整合的发育与分布，运 载层之间的配置关系 2）按主要运载层类型分类： 储集层输导体系、断裂输导体系、不整合输导体系、复式输导体系 ?优势运移通道： 是指油气自然优先流经的二次运移通道。 控制着运移油气总量的绝大部分。 ?有效运移通道：有效运移通道： 真正发生了运移作用的运载层。 优势通道是有效通道的一部分 （3 3）优势运移通道与有效运移通道有效运移通道 油气运移优势通道地质概念模型油气运移优势通道地质概念模型 封闭性断层对运移通道 及远景圈闭风险评价的 影响

17、 上图：断层不封闭，对 运移无影响； 下图：断层封闭，运移 通道偏转到另一构造 级差优势通道控油气作用地质概念模型级差优势通道控油气作用地质概念模型 级差优势通道： 输导层内 孔渗性结构分布差 异形成的优势通道。油气在这类介质中总是沿着 级差优势最大的通道 向前运移。 ?四种油气运移优势通道通道： 区域盖层分隔槽控制油气运移方向和优势通道地质概念模型 a分隔槽向供烃中心左侧运移，油气趋向右侧运移； b分隔槽向供烃中心右侧运移，油气趋向左侧运移。 分隔优势通道： 指有效烃源岩之上的输导层沉 降中心的有序偏移所形成的油气运移通道。特别要 注意断裂和区域性盖层的作用及其二者之间的匹配 关系。区域性盖层底部形成的分隔槽 是最终决定油 气流向的地