第五章油气运移

1、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 油气运移（油气运移（migrationmigration）：油气在地层条件下的移动油气在地层条件下的移动一、初次运移和二次运移一、初次运移和二次运移油气从烃源层向储集层油气从烃源层向储集层的运移称为初次运移的运移称为初次运移油气进入储集层或运油气进入储集层或运载层之后的一切运移载层之后的一切运移二次运移：二次运移：初次运移：初次运移：二、油气运移的基本方式二、油气运移的基本方式1 1、渗、渗 滤滤u 流体在孔隙介质中的流动称为渗滤，是流体在孔隙介质中的流动称为渗滤，是一种机械运动方式。一种机械运动方式。u 流体在渗滤过

2、程中遵守能量守恒定律流体在渗滤过程中遵守能量守恒定律u 它总是由机械能高的地方向机械能低的地它总是由机械能高的地方向机械能低的地方流动方流动2 2、扩散作用、扩散作用扩散是分子布朗运动产生的传递过程。当物质存在浓度差扩散是分子布朗运动产生的传递过程。当物质存在浓度差时，扩散方向总是从高浓度向低浓度进行。时，扩散方向总是从高浓度向低浓度进行。6.08 1010-9-9C103.75 1010-7-7C44.31 1010-8-8C75.77 1010-7-7C38.20 1010-8-8C61.11 1010-6-6 C21.57 1010-7-7C52.122.121010-6-6 C1D(c

3、m2/s)烷烃D(cm2/s)烷烃烷烃在页岩中的扩散系数烷烃在页岩中的扩散系数v 扩散对轻烃（天然气）的运移具有重要意义，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。但对于液态烃意义不大。gradCDJ费克费克第一第一定律定律J为扩散速率，为扩散速率， D为扩散系数，为扩散系数，gradC为浓度梯度为浓度梯度二、油气运移的基本方式二、油气运移的基本方式三、岩石的润湿性三、岩石的润湿性润湿作用是指固体表面的一种流体被另一种流体取润湿作用是指固体表面的一种流体被另一种流体取代的一种作用。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：

4、称完全润湿：称完全润湿909090：称不润湿：称不润湿润湿角：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-

5、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，部分亲水的岩石部分亲油，部分亲水的岩石 （3 3）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

6、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) formation pressure) ：地下多孔介地下多孔介质中流体所承受的压力，亦称质中流体所承受的压力，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( (MPa)MPa) （2 2）静水压力：）静水压力： 静止水柱产生静止水

7、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 ghPw（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 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如果地下某一深度的地层压力等于力等于( (或接近）该深度的或接近）该深度的静水压力，则称该地层具有静水压力，则称该地层具有正常地层压力正常地层压力如果某一深度地层的压力明如果某一深度地层的压力明显高于或低于静水压力，则显高于或低于静水压力，则称

8、该地层具有异常地层压力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：当水不排出时（当水不排出时（A A），负荷），负荷S S全部由筒内的水承担，弹簧高度保持不变，全部由筒内的水承担，弹簧高度保持不变，流体压力远大于静水压力。流体压力远大于静水压力。当水排出畅通时（当水排出畅通时（C C），负荷），负荷S S由弹簧承担，流体压力为静水压力；由弹簧承担，流体压力为静水压力；当水排出不畅通时（当水排出不畅通时（B B），负荷），负荷S S一部分由弹簧承担，一部分由筒内一部分由弹簧承担，一部分由筒内的水承担，流体压力大于静水压力；的水承担，流体压力大于静水压力；（6 6）压力系数：

9、）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12r2=r2（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 gVFwbq重力重力: :物体物体( (油）本身的重量油）本身的重量 gVFogq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gVFow)(（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在水

10、平地层中，油垂直向上运移至储层平面在水平地层中，油垂直向上运移至储层平面q在倾斜地层中，油沿储层顶面向上倾方向运移在倾斜地层中，油沿储层顶面向上倾方向运移3.3.水动力水动力( (动水压力动水压力) )（1）水动力的概念）水动力的概念水动力实际上就是推动地层水流动的压力水动力实际上就是推动地层水流动的压力 测压面：测压面：同一层位各点水压头顶面的连线称该层的同一层位各点水压头顶面的连线称该层的 测压面（水位面）测压面（水位面） 水压头：水压头：相当于地层压力所能促使地层水上升的高度相当于地层压力所能促使地层水上升的高度hP/(wg) 储集层中水的流动方向总是储集层中水的流动方向总是从从测压面高

11、测压面高的一侧向的一侧向测压面低测压面低的一侧运移的一侧运移 3.3.水动力水动力( (动水压力动水压力) )绝对地层压力不能判断储层内水的流动方向图中图中A、B两点的绝对地层压力：两点的绝对地层压力：PA=hA (w g)PB=hB (w g) hAhB PAPB hA+h1hB+h2 PB=(hB+h2) (wg)=(hA+h1) (w g)PA = PA +w g h1B B点的折算压力点的折算压力h1测压点相对于基准面测压点相对于基准面的的高程高程。当测压点位于。当测压点位于基准面之上时，基准面之上时，h取正值；取正值；当测压点位于基准面之当测压点位于基准面之下时，下时，h取负值取负值

12、 储集层中水的流动方向总是从储集层中水的流动方向总是从折算压力高折算压力高向向折算压力低折算压力低的方向流动的方向流动3.3.水动力水动力( (动水压力动水压力) )v静水压力状态：静水压力状态：ABCDH1H2静水压面地层水不流动，没有水动力。地层水不流动，没有水动力。v动水压力状态：动水压力状态： 储集层中水的流动方向总是储集层中水的流动方向总是从从测压面高测压面高的一侧向的一侧向测压面低测压面低的一侧运移的一侧运移 储集层中水的流动方向总是从储集层中水的流动方向总是从折算压力高折算压力高向向折算压力低折算压力低的方向流动的方向流动压实水流：压实水流：q压实水流：由于沉积物压实作用引起的地

13、层水的流动。压实水流：由于沉积物压实作用引起的地层水的流动。q压实流盆地：以压实水流为主的盆地。压实流盆地：以压实水流为主的盆地。q压实水流的流动方向：压实水流的流动方向：从深处向浅处流动从深处向浅处流动从盆地的中心向盆地边缘流动从盆地的中心向盆地边缘流动测压面(2)在水动力作用下地层水的流动方向在水动力作用下地层水的流动方向重力水流重力水流q重力水流：构造运动造成地层出露，地表水、大气水重力水流：构造运动造成地层出露，地表水、大气水 渗入形成的水流渗入形成的水流q重力水流的方向重力水流的方向从盆地边缘（山区、供水区）向盆地中心流动从盆地边缘（山区、供水区）向盆地中心流动测压面三、油气二次运移

14、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

15、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体是优势运移通道高孔渗性砂体是优势运移通道（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1 1油气二次运移通道的类型油气二次运移通道的类型克拉2烃 源 岩 层 系膏泥岩盖层超压喀东深1N断层可作为油气二次运移的快速通道断层可作为油气二次运移的快速通道y = 0.0947xR2 = 0.95780204060801001201400400800120016002000断距（m ）断裂带宽度（m ）断

16、层的输导效率与断层的规模、断层的活动性和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活动历史有关 （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运不整合面通道：由不整合面上下高渗透性岩层形成的油气运移的通道。移的通道。 q不整合面的三层结构：不整合面的三层结构：风化壳、风化壳、风化淋滤带风化淋滤带、底砾岩底砾岩2 2输导体系与运移方式输导体系与运移方式（1 1）输导体系）输导体系：从烃源岩到圈闭的油气运移通道的空间组合从烃源岩到圈闭的油气运移通道的空间组合q单一型的输导体系：单一型的输导体系：q复合型的输导体系：复合型的输导体系：砂体不整合输导体系砂体

17、不整合输导体系砂体断层输导体系砂体断层输导体系不整合断层输导体系不整合断层输导体系 砂体断层不整合输导体系砂体断层不整合输导体系（2 2）输导体系的构成：）输导体系的构成：由由输导层、断层、不整合输导层、断层、不整合等通道单独构成等通道单独构成 （3 3）输导体系类型和与油气运移方式）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侧向输导体系与侧向运移q由输导层或不整合单独构成，或由输导层和不整合共同构成由输导层或不整合单独构成，或由输导层和不整合共同构成q可以将盆地中心生成的油气输送到盆地边缘的圈闭中可以将盆地中心生成的油气输送到盆地边缘的圈闭中q输导的范围大输导的范围大输导层不整合输

18、导体系输导层不整合输导体系垂向输导体系与垂向运移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层，使深部烃源岩生成的油气运移到浅层成藏 q垂向运移的特点垂向运移的特点v输导效率较高输导效率较高v垂向运移一般具有周期性，垂向运移一般具有周期性， 呈呈“幕式运移幕式运移”或或“幕式成幕式成藏藏”。 克拉2烃 源 岩 层 系膏泥岩盖层超压喀东深1N阶梯状输导体系与阶梯状运移阶梯状输导体系与阶梯状运移q阶梯状输导体系由断层与输导层或不整合面构成阶梯状输导体系由断层与输导层或不整合面构成v断层输导

19、层型输导体系断层输导层型输导体系v断层不整合型输导体系断层不整合型输导体系v断层输导层不整合型输导体系断层输导层不整合型输导体系 四、油气二次运移的方向四、油气二次运移的方向1 1影响油气二次运移方向的主要地质因素影响油气二次运移方向的主要地质因素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）： 从折算压力高向折算压力低的方向从折算压力高向折算压力低的方向运移运移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(1)(1)地层的产状与区域构造

20、格局地层的产状与区域构造格局在浮力作用下，油气运移方向主要受地层产状和区在浮力作用下，油气运移方向主要受地层产状和区域构造格局域构造格局( (坳陷和隆起的分布）的控制坳陷和隆起的分布）的控制9154826NgEdEs1Es3Ek2+3Ek173 坳陷坳陷 坳陷坳陷隆起隆起油气运移的大方向由盆地中心向盆地边缘运移，油气运移的大方向由盆地中心向盆地边缘运移，从从凹陷区向隆起区运移凹陷区向隆起区运移 位于坳陷附近的位于坳陷附近的隆起带及斜坡带隆起带及斜坡带是油气运移的主要指向是油气运移的主要指向q1 1影响油气二次运移方向的影响油气二次运移方向的主要地质因素主要地质因素坳中长期继坳中长期继承性隆起带

21、承性隆起带最有利最有利(2)(2)优势运移通道的分布优势运移通道的分布 q优势运移通道孔渗性好，优势运移通道孔渗性好，毛细管力小，油气运移阻毛细管力小，油气运移阻力小，是油气运移的优势力小，是油气运移的优势方向方向优势运移通道受砂体分布优势运移通道受砂体分布的控制：的控制：三角洲、水下扇、三角洲、水下扇、扇三角洲等砂体。扇三角洲等砂体。 q1 1影响油气二次运移方向的影响油气二次运移方向的主要地质因素主要地质因素(2)(2)优势运移通道的分布优势运移通道的分布 优势运移通道受断裂分布的控制优势运移通道受断裂分布的控制克拉2烃 源 岩 层 系膏泥岩盖层超压喀东深1N(2)(2)优势运移通道的分布

22、优势运移通道的分布 盖层底面的盖层底面的构造脊构造脊是油气运移的优势方向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油气先向上运移，后沿盖层底面进行侧向运移(2)(2)优势运移通道的分布优势运移通道的分布 盖层底面的盖层底面的构造脊构造脊是油气运移的优势方向是油气运移的优势方向(3)(3)盆地水动力条件盆地水动力条件 在水动力的作用下，油气从折算压力高值区向低在水动力的作用下，油气从折算压力高值区向低值区运移值区运移 在压实流盆地中，水动力的方向一般与浮力的方在压实流盆地中，水动力的方向一般与浮力的方向是一致的向是一致的 在重力流盆地中，水动力对油气运移方向的影响在重力流盆地中，水动力对油气运移方向的影响与水动力的强弱和方向有关与水动力的强弱和方向有关 q1 1影响油气二次运移方向的影响油气二次运移方向的主要地质因素主要地质因素2.2.油气二次运移过程中石油组成和物理性质的变化油气二次运移过程中石油组成和物理性质的变化以以层析作用层析作用为主时，沿油气运移方向为主时，沿油气运移方向q石油中的重组分含量相对减少石油中的重组分含量相对减少q轻组分含量相对增加轻