第四章 石油和天然气运移

1、能源地质学课件主讲人：杜振川能源地质学课件油气的运移：石油和天然气是流体矿产，具有可流动性，当受到某种驱动力作用时就会在地壳中发生流动。我们把油气在地壳中的移动称为油气的运移。第一节第一节 油气运移概念和研究内容油气运移概念和研究内容一、油气运移的概念 能源地质学课件第一节第一节 油气运移概念和研究内容油气运移概念和研究内容一、油气运移的概念 石油和天然气的运移，是它们在生油层中生成之后就开始的，所以，油气运移是油气生成过程的继续。在生油岩中生成的、呈分散状态的油气，经过初次运移进入储集层中，在储集层中又经过二次运移，进入具有封闭条件的地方聚集起来而形成油气藏。已经形成的油气藏，可以由于圈闭条

2、件的改变或其他原因而遭到破坏，使得油气重新运移；并可能在新的圈闭中再聚集，造成一个新油气藏的再形成；或者是流失地表，遭到完全破坏。总之，油气运移是和油气藏的形成、破坏、再形成连系在起的。能源地质学课件第一节第一节 油气运移概念和研究内容油气运移概念和研究内容一、油气运移的概念 油气的运移：石油和天然气在地壳内的任何游动。油气运移聚集过程示意图能源地质学课件第一节第一节 油气运移概念和研究内容油气运移概念和研究内容一、油气运移的概念 初次远移：将油气从烃源层向储集层的运移，即在烃源层中生成的石油和天然气，自生油层向储集层中的运移。油气的初次运移 能源地质学课件第一节第一节 油气运移概念和研究内容

3、油气运移概念和研究内容一、油气运移的概念 二次运移：将油气进入储集层以后的一切运移。油气的二次运移 能源地质学课件第一节第一节 油气运移概念和研究内容油气运移概念和研究内容二、油气运移研究的内容 油气在运移过程中的物理状态、运移方式、促使油气运移的动力因素、油气在生油层中进行初次运移的机理； 油气在储集层中所进行的二次运移过程，以及运移的时期、方向、规模等等。能源地质学课件第一节第一节 油气运移概念和研究内容油气运移概念和研究内容三、油气运移的基本方式三、油气运移的基本方式 渗滤 渗滤是一种机械运动方式，液体在渗滤过程中遵守能量守恒定律，它总是由机械能高的地方向机械能低的地方流动； 渗滤是一种

4、整体流动方式，在流动中表现出一定的相态，在达到吸附平衡以后各种组分的浓度基本不改变。 渗滤可以用达西定律来描述 ：Q=KS(p2p1)/(Lu) 即：单位时间内液体通过岩石的流量(Q)与通过岩石的截面积(S)、岩石的渗透率(K)及液体压力差(p2p1)成正比，而与液体的粘度(u)和液体通过岩石的长度（L）成反比。 渗滤与扩散渗滤与扩散 能源地质学课件第一节第一节 油气运移概念和研究内容油气运移概念和研究内容三、油气运移的基本方式三、油气运移的基本方式 渗滤与扩散渗滤与扩散 扩散：扩散：是分子布朗运动产生的传递过程：这种运动可引起流体(气体、液体)的分子不断进行再分配，扩散的结果是使浓度梯度达到

5、均衡。 能源地质学课件第一节第一节 油气运移概念和研究内容油气运移概念和研究内容三、与油气运移有关的几个问题 1、岩石的润湿性、岩石的润湿性 当岩石孔隙中存在两种不混溶的流体时，由于岩石对不同流体的吸附力不同，结果产生某一种流体优先吸附而优先润湿岩石表面，称为选择性润湿。润湿流体：易附着在岩石上的流体(又称润湿相)非润湿流体：不易附着在岩石上的流体(又称非润湿相)。 润湿性：润湿性：是一种吸附作用，是指流体在表面分子力的作用下，在固体表面流散的现象 能源地质学课件第一节第一节 油气运移概念和研究内容油气运移概念和研究内容三、与油气运移有关的几个问题 1、岩石的润湿性、岩石的润湿性 例如，在油水

6、两相共存于岩石孔隙中时，如果水易附着在岩石上，这例如，在油水两相共存于岩石孔隙中时，如果水易附着在岩石上，这时我们称水为润湿相，油为非润湿相，岩石则具亲水性时我们称水为润湿相，油为非润湿相，岩石则具亲水性(或憎油性或憎油性)；反之，如果油易附着在岩石上，这时我们称油为润湿相，水为非湿润反之，如果油易附着在岩石上，这时我们称油为润湿相，水为非湿润相，岩石具亲油性相，岩石具亲油性(或憎水性或憎水性)。孔隙亲水介质 孔隙亲油介质 能源地质学课件第一节第一节 油气运移概念和研究内容油气运移概念和研究内容三、与油气运移有关的几个问题 2、油气运移临界饱和度、油气运移临界饱和度 油(气)运移的临界饱和度：

7、把油(气)水同时存在时，油(气)相运移所需的最小饱和度。 对于一定的岩石，当岩石中存在多相流体时，由于不同流体之间以及流体与岩石之间的相互作用，存在最低的含水饱和度、含油饱和度或含气饱和度，各种流体饱和度低于此值时，它们的有效渗透率为0，即不发生流动。 能源地质学课件第一节第一节 油气运移概念和研究内容油气运移概念和研究内容三、与油气运移有关的几个问题 3、压力、压力 1）静岩压力及静岩压力梯度 静压力：静压力：是指由上覆沉积物或上覆岩层的重量所引起的压力，也称上覆岩层压力；压力是随上覆沉积物或岩层厚度的增加而增大。 式中： Pr静岩压力，Pa或MPa； H上覆沉积物或岩层的厚度，m； r上程

8、沉积物或岩层的密度! g重力加速度，9.8ms2。Pr = Hr g 能源地质学课件第一节第一节 油气运移概念和研究内容油气运移概念和研究内容三、与油气运移有关的几个问题 3、压力、压力 1）静岩压力及静岩压力梯度 静岩压力梯度：静岩压力梯度：是指当上覆是指当上覆沉积物每增加单位厚度时所沉积物每增加单位厚度时所增加的压力。通常指每增加增加的压力。通常指每增加1m沉积物厚度所增加的压力，沉积物厚度所增加的压力，用用Pam表示表示能源地质学课件第一节第一节 油气运移概念和研究内容油气运移概念和研究内容三、与油气运移有关的几个问题 3、压力、压力 2）地层压力、静水压力、静水压力梯度）地层压力、静水

9、压力、静水压力梯度 地层压力地层压力地下渗透性地层中所含流体承受的压力称为地层压力或孔隙流体压力。地层孔隙流体压力可以由静水压力、动水压力、浮力、毛管压力、膨胀压力、渗透压力等地下多种压力组成。实测的地层压力往往是上述各种压力的综合体现。能源地质学课件第一节第一节 油气运移概念和研究内容油气运移概念和研究内容三、与油气运移有关的几个问题 3、压力、压力 2）地层压力、静水压力、静水压力梯度）地层压力、静水压力、静水压力梯度 地层压力地层压力为直观反映地层压力的大小，工程上常使用水压头的概念 gphw/式中 h水压头，m p地层压力，Pa pw水的密度，kgm3 g重力加速度。mS2能源地质学课

10、件第一节第一节 油气运移概念和研究内容油气运移概念和研究内容三、与油气运移有关的几个问题 3、压力、压力 2）地层压力、静水压力、静水压力梯度）地层压力、静水压力、静水压力梯度 静水压力静水压力 静水压力：是指由静水重量所造成的压力。静水压力随上覆水柱的增高而增大，在开放的地层体系中流体压力主要反映静水压力。在石油地质学中，静水压力通常的含义是由地层孔隙中连通水柱所产生的压力 能源地质学课件第一节第一节 油气运移概念和研究内容油气运移概念和研究内容三、与油气运移有关的几个问题 3、压力、压力 2）地层压力、静水压力、静水压力梯度）地层压力、静水压力、静水压力梯度 静水压力静水压力 pw = H

11、 w g式中 pw静水压力，Pa或MPa： H上覆水柱的高度，m； w水的密度，tm3； g重力加速度，9.8ms2 能源地质学课件第一节第一节 油气运移概念和研究内容油气运移概念和研究内容三、与油气运移有关的几个问题 3、压力、压力 2）地层压力、静水压力、静水压力梯度）地层压力、静水压力、静水压力梯度 静水压力梯度静水压力梯度 静水压力梯度：静水压力梯度：是指当水柱增加单位高度时所增加的压力。通常指每增加1m水柱高度所增加的压力，用Pam表示。如果我们取水的密度为1tm3则静水压力梯度约为0.1105Pam 能源地质学课件第一节第一节 油气运移概念和研究内容油气运移概念和研究内容三、与油气

12、运移有关的几个问题 3、压力、压力 2）地层压力、静水压力、静水压力梯度）地层压力、静水压力、静水压力梯度 静水压力梯度静水压力梯度 能源地质学课件第一节第一节 油气运移概念和研究内容油气运移概念和研究内容三、与油气运移有关的几个问题 3、压力、压力 3）异常压力）异常压力 异常压力：异常压力：是高于或低于静水压力值的地层压力。是高于或低于静水压力值的地层压力。当地层压力等于静水压力时，为正常压力，压力系数当地层压力等于静水压力时，为正常压力，压力系数(实测压力静实测压力静水压力水压力)为为1；高于静水压力值的地层压力叫异常高压，压力系数大于高于静水压力值的地层压力叫异常高压，压力系数大于1；

13、低于静水压力值的地层压力叫异常低压，压力系数小于低于静水压力值的地层压力叫异常低压，压力系数小于1。正常压力与异常压力之间的压力递变带，称为压力过渡带。正常压力与异常压力之间的压力递变带，称为压力过渡带。能源地质学课件第二节第二节 石油和天然气的初次运移石油和天然气的初次运移一、油气初次运移的相态与相态演化一、油气初次运移的相态与相态演化1、水溶相运移：、水溶相运移： 油气被水溶解成分子溶液，水作为油气运移的载体进行运移。油气被水溶解成分子溶液，水作为油气运移的载体进行运移。 2、游离相运移（油相）：、游离相运移（油相）：即游离油相和游离气相，包括分散状和连续状油即游离油相和游离气相，包括分散

14、状和连续状油(气气)相。相。 3、油溶气相、气溶油相运移、油溶气相、气溶油相运移 ：石油与烃类气体有互溶性，天然气可溶解于石油中，呈油相形式运移（油溶气相油溶气相），石油也可溶于天然气中呈气相方式运移（气溶油相气溶油相）。 相相态态能源地质学课件第二节第二节 石油和天然气的初次运移石油和天然气的初次运移相相态态演演化化 油气在地下究竟呈什么相态进行初次运移，油气在地下究竟呈什么相态进行初次运移，取决于取决于烃源层的岩石类型和组构特点、地层温度和压力、埋烃源层的岩石类型和组构特点、地层温度和压力、埋藏深度、孔隙度大小及孔隙水多少、有机质类型及其藏深度、孔隙度大小及孔隙水多少、有机质类型及其生烃量

15、和生烃性质等多种因素。生烃量和生烃性质等多种因素。因此，不同地区、不因此，不同地区、不同岩性、不同深度情况下油气运移的相态是不同的。同岩性、不同深度情况下油气运移的相态是不同的。 一、油气初次运移的相态与相态演化一、油气初次运移的相态与相态演化能源地质学课件第二节第二节 石油和天然气的初次运移石油和天然气的初次运移一、油气初次运移的相态与相态演化一、油气初次运移的相态与相态演化 对于对于泥质烃源岩泥质烃源岩来讲，在来讲，在低成熟阶段低成熟阶段，埋深较浅，孔隙度较大，地，埋深较浅，孔隙度较大，地层水较多，生烃量较少且胶质、沥青质含量高，这时油气的层水较多，生烃量较少且胶质、沥青质含量高，这时油气

16、的初次运移初次运移以水溶相运移最有可能，水作为载体。以水溶相运移最有可能，水作为载体。在某些适合大量形成生物化学在某些适合大量形成生物化学气的环境中，所生成的生物甲烷气除呈水溶相运移外，也可以游离相气的环境中，所生成的生物甲烷气除呈水溶相运移外，也可以游离相运移。运移。能源地质学课件第二节第二节 石油和天然气的初次运移石油和天然气的初次运移一、油气初次运移的相态与相态演化一、油气初次运移的相态与相态演化 随着埋深的增加，进入随着埋深的增加，进入生油高峰阶段，生油高峰阶段，由于油气的大量生成，孔隙水由于油气的大量生成，孔隙水不足以溶解掉所生成的油气，这时油气主要呈不足以溶解掉所生成的油气，这时油

17、气主要呈游离相运移游离相运移，其中所生成，其中所生成的气体多溶于油中，呈油溶气相运移；的气体多溶于油中，呈油溶气相运移； 在在生凝析气阶段则主要以气溶油相运移，气作为石油的载体生凝析气阶段则主要以气溶油相运移，气作为石油的载体； 在在过成熟阶段过成熟阶段，烃源岩大量生气，这时，天然气则呈，烃源岩大量生气，这时，天然气则呈游离气相运移游离气相运移。能源地质学课件第二节第二节 石油和天然气的初次运移石油和天然气的初次运移一、油气初次运移的相态与相态演化一、油气初次运移的相态与相态演化 对于碳酸盐岩生油层，由于碳酸盐岩其易固结的成岩特点，对于碳酸盐岩生油层，由于碳酸盐岩其易固结的成岩特点，岩石中缺少

18、水来源，压实作用很弱，因此，其所生油气多是在岩石中缺少水来源，压实作用很弱，因此，其所生油气多是在具备排烃动力后以具备排烃动力后以游离相排出游离相排出。能源地质学课件第二节第二节 石油和天然气的初次运移石油和天然气的初次运移一、油气初次运移的相态与相态演化一、油气初次运移的相态与相态演化能源地质学课件第二节第二节 石油和天然气的初次运移石油和天然气的初次运移二、油气初次运移的主要动力和运移方向二、油气初次运移的主要动力和运移方向 油气要从烃源岩中运移出来，必须存在驱动力。油气要从烃源岩中运移出来，必须存在驱动力。目前一般认为：烃类从其烃源岩层中排出的原因是由于烃源岩存目前一般认为：烃类从其烃源

19、岩层中排出的原因是由于烃源岩存在剩余压力。在剩余压力。剩余压力剩余压力：是指岩层的实际压力超过对应的静水柱压力的部分。是指岩层的实际压力超过对应的静水柱压力的部分。 由于不同点的剩余压力不同，从而驱动孔隙流体由于不同点的剩余压力不同，从而驱动孔隙流体(包括油、气、包括油、气、水水)沿沿剩余压力变小的方向运移剩余压力变小的方向运移。能源地质学课件第二节第二节 石油和天然气的初次运移石油和天然气的初次运移 驱使油气从烃源岩向驱使油气从烃源岩向运载层（输导、储集）运载层（输导、储集）运移的动力主要有正常运移的动力主要有正常压实作用产生的压实作用产生的剩余流体压力作用、欠压实作用、蒙脱石脱水作用、剩余

20、流体压力作用、欠压实作用、蒙脱石脱水作用、流体热增压作用、有机质的生烃作用、渗析作用等。流体热增压作用、有机质的生烃作用、渗析作用等。二、油气初次运移的主要动力和运移方向二、油气初次运移的主要动力和运移方向能源地质学课件第二节第二节 石油和天然气的初次运移石油和天然气的初次运移二、油气初次运移的主要动力和运移方向二、油气初次运移的主要动力和运移方向1、压实作用产生的剩余流体压力、压实作用产生的剩余流体压力 当上覆沉积负荷增加时，岩石遭受压实，孔隙体积变小，同时排出当上覆沉积负荷增加时，岩石遭受压实，孔隙体积变小，同时排出相应体积的孔隙流体；当达到压实平衡时，岩石骨架颗粒相互支撑，相应体积的孔隙

21、流体；当达到压实平衡时，岩石骨架颗粒相互支撑，孔隙流体所受到的压力等于其上覆静水柱形成的静水压力，这个过程孔隙流体所受到的压力等于其上覆静水柱形成的静水压力，这个过程称为称为正常压实作用过程正常压实作用过程。 当上覆覆盖新的沉积物时，其重力促使下伏岩层颗粒重新紧缩排列，当上覆覆盖新的沉积物时，其重力促使下伏岩层颗粒重新紧缩排列，孔隙体积缩小，在这一变化瞬间，孔隙流体就要承受部分上覆负荷压孔隙体积缩小，在这一变化瞬间，孔隙流体就要承受部分上覆负荷压力，使流体承受了超过静水压力的剩余压力，称之为力，使流体承受了超过静水压力的剩余压力，称之为剩余流体压力剩余流体压力。能源地质学课件第二节第二节 石油

22、和天然气的初次运移石油和天然气的初次运移二、油气初次运移的主要动力和运移方向二、油气初次运移的主要动力和运移方向1、压实作用产生的剩余流体压力、压实作用产生的剩余流体压力 在剩余压力作用下，孔隙流体得以排出，当排出一定量后，孔隙流在剩余压力作用下，孔隙流体得以排出，当排出一定量后，孔隙流体压力又恢复为静水压力。体压力又恢复为静水压力。 随着上覆地层的不断增加，孔隙流体压力持续出现瞬间剩余压力与随着上覆地层的不断增加，孔隙流体压力持续出现瞬间剩余压力与正常压力的交替变化，从而不断把孔隙中的流体排出，孔隙体积不断正常压力的交替变化，从而不断把孔隙中的流体排出，孔隙体积不断减小。减小。能源地质学课件

23、第二节第二节 石油和天然气的初次运移石油和天然气的初次运移二、油气初次运移的主要动力和运移方向二、油气初次运移的主要动力和运移方向1、压实作用产生的剩余流体压力、压实作用产生的剩余流体压力 当新沉积层横向厚度有变化时，则剩余压力横向上也有变化 ，例如楔状沉积物，压实流体不仅在垂向上由深部向浅部运移，同时在横向上也发生由比较厚点向比较薄的点运移。这种厚度变化现象常出现在由盆地中心向盆地边缘的过渡带。因此，压实流体常常是从盆地中心向盆地边缘运移。在楔状沉积物负荷下压实流体的排出方向 能源地质学课件第二节第二节 石油和天然气的初次运移石油和天然气的初次运移二、油气初次运移的主要动力和运移方向二、油气

24、初次运移的主要动力和运移方向1、压实作用产生的剩余流体压力、压实作用产生的剩余流体压力 在砂、泥岩互层剖面中，由于压实使泥岩孔隙度减小得比砂岩快，即在相同负荷下泥岩比砂岩排出流体多，这样泥岩孔隙流体所产生的瞬间剩余压力比砂岩的大，因此，流体的运移方向是由泥岩到砂岩。砂、泥岩互层剖面中压实流体运移的方向 能源地质学课件第二节第二节 石油和天然气的初次运移石油和天然气的初次运移二、油气初次运移的主要动力和运移方向二、油气初次运移的主要动力和运移方向1、压实作用产生的剩余流体压力、压实作用产生的剩余流体压力 总之，对于总之，对于个碎屑岩沉积盆地，从微观上看，在剩余流体压力作个碎屑岩沉积盆地，从微观上

25、看，在剩余流体压力作用下，总是由泥岩向砂岩运移；如果泥岩存在厚度差异，压实流体在用下，总是由泥岩向砂岩运移；如果泥岩存在厚度差异，压实流体在泥岩内部也可存在一定范围的横向运移；从宏观上看，总是由深部向泥岩内部也可存在一定范围的横向运移；从宏观上看，总是由深部向浅部、由盆地中心向盆地边缘运移。浅部、由盆地中心向盆地边缘运移。能源地质学课件第二节第二节 石油和天然气的初次运移石油和天然气的初次运移二、油气初次运移的主要动力和运移方向二、油气初次运移的主要动力和运移方向2、欠压实作用：、欠压实作用： 但泥质岩类在压实过程中，由于压实流体排出受阻或来不及排出，孔隙体积不能随上覆负荷增加而减小，导致孔隙

26、流体承受了部分上覆沉积负荷，出现孔隙流体压力高于其相应的静水压力的现象，称为欠压实欠压实作用。作用。在上覆沉积物不断增加的情况下，下伏沉积物的负荷压力是由岩石颗在上覆沉积物不断增加的情况下，下伏沉积物的负荷压力是由岩石颗粒支撑和孔隙流体共同承担的。粒支撑和孔隙流体共同承担的。能源地质学课件第二节第二节 石油和天然气的初次运移石油和天然气的初次运移二、油气初次运移的主要动力和运移方向二、油气初次运移的主要动力和运移方向2、欠压实作用：、欠压实作用： 由烃源岩欠压实形成的异常高压可以促使流体的运移。其机理是；在封闭的烃源岩中，当孔隙流体压力超过岩石破裂强度，岩石便产生微裂隙，使流体得以排出；随着流

27、体排出，超压被释放，微裂隙重新闭合。 此后流体压力再次积蓄升高，使岩石再次破裂而排液，这样周而复始直到欠压实和异常压力消失为止。能源地质学课件第二节第二节 石油和天然气的初次运移石油和天然气的初次运移二、油气初次运移的主要动力和运移方向二、油气初次运移的主要动力和运移方向2、欠压实作用：、欠压实作用： 欠压实带中异常高压驱动油气水的徘出方向是从欠压实中心向上、下排出的。 由于烃源岩内部比边部及邻近的运载层更易于产生欠压实，因此在欠压实作用下，流体的运移方向是由高剩余流体压力区向低剩余流体压力区运移、由烃源岩内部向边部运移、由烃源岩向邻近的储集层或运载层运移。能源地质学课件第二节第二节 石油和天

28、然气的初次运移石油和天然气的初次运移二、油气初次运移的主要动力和运移方向二、油气初次运移的主要动力和运移方向3、蒙脱石脱水作用、蒙脱石脱水作用 在压实和热力作用下粘土岩中的蒙脱石向伊利石转化，在转化过程中释放结合水，并进入粒间孔隙成为自由水。结合水变成自由水其体积要膨胀，从而增加了泥岩孔隙流体压力，促进流体运动，成为烃类初次运移的动力。 蒙脱石随深度向伊利石转化增加能源地质学课件第二节第二节 石油和天然气的初次运移石油和天然气的初次运移二、油气初次运移的主要动力和运移方向二、油气初次运移的主要动力和运移方向4、流体热增压作用、流体热增压作用 当泥岩埋藏比较深，其可压实的比例逐渐减小，压实流体的

29、运动也随之减弱。但是，此时地层温度增加，流体发生膨胀，这种膨胀使泥岩层内压力增加，从而促进流体运动。在大多数沉积盆地中，地下温度随埋藏深度的增加而增高，导致流体热膨胀，促使热液流体的运动。流体热增压作用：是指地下流体由于温度升高引起体积膨胀，增加封闭地层系统的孔隙流体压力的作用。 能源地质学课件第二节第二节 石油和天然气的初次运移石油和天然气的初次运移二、油气初次运移的主要动力和运移方向二、油气初次运移的主要动力和运移方向4、流体热增压作用、流体热增压作用 在砂泥岩剖面中，砂、泥岩孔隙中的流体都会发生热增压效应，但是由于砂岩渗透性好，本身是一个相对开放的子系统，因此砂岩内往往不会导致压力的异常

30、升高，而泥岩不同，流体往往排泄不畅，容易产生异常高压，因此，泥岩中的流体总是向砂岩运移。 从宏观上看，水热增压作用促使流体运动的方向，是从地温高的地区从宏观上看，水热增压作用促使流体运动的方向，是从地温高的地区向地温低的地区运动，从深处向浅处，从沉积盆地的中心向边缘运移。向地温低的地区运动，从深处向浅处，从沉积盆地的中心向边缘运移。这个运移方向与由于沉积物压实作用引起的流体运移方向是一致的。这个运移方向与由于沉积物压实作用引起的流体运移方向是一致的。能源地质学课件第二节第二节 石油和天然气的初次运移石油和天然气的初次运移二、油气初次运移的主要动力和运移方向二、油气初次运移的主要动力和运移方向5

31、、有机质的生烃作用、有机质的生烃作用 干酪根成熟后能生成大量油气(包括水)。这些油气(包括水)的体积大大超过原干酪根本身的体积，这些不断新生的流体进人孔隙中，必然不断排挤孔隙已存在的流体，驱替原有流体向外排出。当流体不能及时排出时，则会导致孔隙流体压力增大，出现异常压力排烃作用。能源地质学课件第二节第二节 石油和天然气的初次运移石油和天然气的初次运移二、油气初次运移的主要动力和运移方向二、油气初次运移的主要动力和运移方向6、扩散作用、扩散作用扩散作用：是指由于浓度差而产生的分子扩散。 烃源岩中烃类的扩散作用是在岩石微孔的水介质中进行的，而且烃源岩中的含烃浓度高于周围岩石，所以烃类的扩散作用方向

32、是由烃源岩指向围岩能源地质学课件第二节第二节 石油和天然气的初次运移石油和天然气的初次运移二、油气初次运移的主要动力和运移方向二、油气初次运移的主要动力和运移方向7、渗透压力的作用（渗析作用）、渗透压力的作用（渗析作用） 渗析作用：是在渗透压差作用下流体会通过半透膜从盐度低向盐度高方向运移，直到浓度消失为止。含盐量差别越大，产生的渗透压差也越大。在渗透压力的作用下，渗透流体发生运动，促使油气的初次运移。渗析作用示意图 能源地质学课件第二节第二节 石油和天然气的初次运移石油和天然气的初次运移二、油气初次运移的主要动力和运移方向二、油气初次运移的主要动力和运移方向7、渗透压力的作用（渗析作用）、渗

33、透压力的作用（渗析作用） 溶液的盐度越高蒸汽压力越低，水的活动性也就越低；反之，水的活动性越高。因此水体由低盐度、高活动性的地方流向高盐度、低活动性的地方，形成渗透流。这种作用的大小一般用渗透压力来衡量。我们也可以说盐度低渗透压力高，盐度高渗透压力低，渗透作用正是在渗透压力差的作用下促使流体流动，直到盐度差消失为止。能源地质学课件第二节第二节 石油和天然气的初次运移石油和天然气的初次运移二、油气初次运移的主要动力和运移方向二、油气初次运移的主要动力和运移方向7、渗透压力的作用（渗析作用）、渗透压力的作用（渗析作用） 在砂泥岩互层刻面中，在压实作用下流体总是从泥岩排向相邻砂岩，这样在砂岩中就会积

34、留下更多的盐分，造成泥岩孔隙水的盐度比相邻砂岩低得多；在泥岩内部，由于边部较中部压实得快，孔隙迅速减小，在边部会过滤下更多的盐分，造成泥岩边部的盐度高于中部；在欠压实泥岩中含有更多的流体，盐度更低。因此在渗透作用下，流体由泥质岩向邻近的砂岩运移、由泥岩内部向边部运移。 能源地质学课件第二节第二节 石油和天然气的初次运移石油和天然气的初次运移二、油气初次运移的主要动力和运移方向二、油气初次运移的主要动力和运移方向7、渗透压力的作用（渗析作用）、渗透压力的作用（渗析作用） 能源地质学课件第二节第二节 石油和天然气的初次运移石油和天然气的初次运移二、油气初次运移的主要动力和运移方向二、油气初次运移的

35、主要动力和运移方向8、胶结和重结晶作用、胶结和重结晶作用 在成岩过程中，胶结和重结晶作用同样能使孔隙度降低，堵塞排液通道，形成成岩封闭，其结果和压实作用一样。随着孔隙度减小流体得以排出，当孔隙流体徘出不畅时也产生异常压力，最终导致岩石破裂而排烃。特别是对以化学成岩为主的碳酸盐岩烃源岩来说，这种作用更为重要，被认为是碳酸盐岩烃源岩初次运移的有效动力。 能源地质学课件第二节第二节 石油和天然气的初次运移石油和天然气的初次运移二、油气初次运移的主要动力和运移方向二、油气初次运移的主要动力和运移方向9、毛细管力的作用、毛细管力的作用 毛细管中液体上升的现象是毛细管力作用的结果。当一种液体与一种固体呈相

36、态接触时，在界面上都存在界面张力。在充满油、气、水的岩层中，由于三者对岩石的界面张力不同，润湿程度也就不同。 在相界面上，毛细管力指向润湿性小的流体；在般情况下，水比石油容易润湿岩石，因此，在岩石孔隙中，当油水接触时，界面向水突出，因此就形成由烃源岩指向运载层的毛管压力差，驱使烃类由烃源岩向运载层中运移。能源地质学课件第二节第二节 石油和天然气的初次运移石油和天然气的初次运移三、油气初次运移的动力演变三、油气初次运移的动力演变 促使油气初次运移的动力多种多样，但是在烃源岩有机质热演化生烃过程的不同阶段，其主要排烃动力也是有差异的，即上述诸作用力的作用时间及作用大小是不同的。 总体来讲，在中一浅

37、层，压实作用为主要动力，在中一深层，异常压力为主要动力。由于油气大量生成主要发生在中一深层，因此，异常压力更显得重要。能源地质学课件第二节第二节 石油和天然气的初次运移石油和天然气的初次运移三、油气初次运移的动力演变三、油气初次运移的动力演变 在烃源层成岩作用阶段，主要形成生物化学气及少量低熟一未熟石油，烃源岩以压实作用为主，因此所生成的油气在压实作用下被排挤出烃源层。 在成熟作用的初期，有机质开始生烃，蒙脱石大量脱水，因此这一阶段欠压实作用、有机质生烃作用、蒙脱石脱水作用以及受温度影响的油气水热增压作用并驾齐驱，迫使油水排出烃源层。能源地质学课件第二节第二节 石油和天然气的初次运移石油和天然

38、气的初次运移三、油气初次运移的动力演变三、油气初次运移的动力演变 成熟作用中期，有机质进入生油高峰时期，同时也是粘土矿物脱水的第二个阶段，大量新生流体(油、气、水)不断进入孔隙，导致孔隙压力不断增加形成孔隙异常压力，当其压力超过烃源岩骨架强度时，就会产生微裂缝，在内部异常高压推动下油气水不断涌出烃源岩。 在高成熟期，有机质进入生气高峰期，这一时期烃源岩相对致密，油气的排出主要是由于气体的生成，以及热膨胀作用导致的异常压力的结果。能源地质学课件第二节第二节 石油和天然气的初次运移石油和天然气的初次运移四、油气初次运移的通道四、油气初次运移的通道油气初次运移的主要通道包括较大孔隙、或干酪根网络。1

39、较大的孔隙与微层理面较大的孔隙与微层理面 孔隙和微层理面是有机质末成熟一低成熟阶段的主要运移途径 。 孔隙是指烃源岩中孔径大于100nm以上的孔隙，包括微毛细管中的大微孔和少量的毛细管孔隙(D2m)，它不仅能顺利地让扩散流通过，而且还能发生体积流(达西流)，因此是最重要的排烃通道。游离相油气运移主要通过这类通道排出烃源岩。能源地质学课件第二节第二节 石油和天然气的初次运移石油和天然气的初次运移四、油气初次运移的通道四、油气初次运移的通道1较大的孔隙与微层理面较大的孔隙与微层理面 孔隙和微层理面是有机质末成熟一低成熟阶段的主要运移途径 。微层理面是层内沉积物垂向变化的界面，具有较好的渗透性，是烃

40、类在泥质烃源岩内横向运移与调整的重要途径，在有机质成熟一过成熟阶段它可以与微裂缝和干酪根网络构成良好的三维运移通道系统。能源地质学课件第二节第二节 石油和天然气的初次运移石油和天然气的初次运移四、油气初次运移的通道四、油气初次运移的通道2. 构造裂缝和断层构造裂缝和断层构造裂缝主要是在地应力差作用下烃源岩中产生的裂缝。 对一个断陷盆地来说，一般认为浅于2000m以水平应力为主，而深于2000m则以垂直应力为主，此时可产生近于垂宣层面的张裂缝或剪切裂缝； 对于以水平应力为主的挤压盆地来说，则可产生平行于层面的张裂缝或剪切裂缝。张裂缝的宽度一般大于100m，属毛细管孔径，烃类只要克服毛管阻力就能顺

41、利通过。能源地质学课件第二节第二节 石油和天然气的初次运移石油和天然气的初次运移四、油气初次运移的通道四、油气初次运移的通道2. 构造裂缝和断层构造裂缝和断层断层可以由构造裂缝连接发展面成，同时断层的活动又可以在其邻近区形成宽度不等的裂缝带。断层还可以造成烃源岩与其他地层对接并置，使烃类流体横穿断层面进入运载层。此外，地震泵效应进一步增强了断层的通道作用，即在断层张开和闭合的过程中，由于体积的扩张和压缩，流体压力也随之降低和升高，致使断层两盘的流体流入和排出，断层的活动就像是插入烃源岩中的吸管，将烃类和流体吸人和排出。能源地质学课件第二节第二节 石油和天然气的初次运移石油和天然气的初次运移四、

42、油气初次运移的通道四、油气初次运移的通道3. 微裂缝微裂缝 微裂缝一般是指宽度小于100m的裂隙，实际测量的宽度大多为1025m，最小的宽度可为310m，是成熟一过成熟阶段的主要运移途径。能源地质学课件第二节第二节 石油和天然气的初次运移石油和天然气的初次运移四、油气初次运移的通道四、油气初次运移的通道3. 微裂缝微裂缝 Snarsky(1962)认为当流体压力超过静水压力的1.422.4倍时，岩石就会产生裂隙；李明诚(2004)认为当流体压力超过上覆静岩压力的0.70.9倍(相当于静水压力的1.62倍)时，烃源岩即可产生张性微裂缝。这种微裂缝具有周期性开启与闭合特点。当裂隙周围介质的孔隙压力

43、等于裂隙中的孔隙压力时，裂隙可长时期保持开启，当周围介质孔隙流体压力低于裂隙中的初始压力时，这类裂隙会由于其流体渗流到周围的孔隙中而迅速闭合。能源地质学课件第二节第二节 石油和天然气的初次运移石油和天然气的初次运移四、油气初次运移的通道四、油气初次运移的通道3. 微裂缝微裂缝 Ungerer等(1983)的研究结果也表明，在微裂缝张开之后，原先封闭的流体就沿裂缝排出，随后在上覆地层负荷作用下裂缝闭合；此后又可建立新的高压，继而形成新的微裂缝与排烃。能源地质学课件第二节第二节 石油和天然气的初次运移石油和天然气的初次运移四、油气初次运移的通道四、油气初次运移的通道3. 微裂缝微裂缝 能源地质学课

44、件第二节第二节 石油和天然气的初次运移石油和天然气的初次运移四、油气初次运移的通道四、油气初次运移的通道4有机质或干酪根网络有机质或干酪根网络McAuliffe(1979)进一步证实，生油岩中还存在有三维的干酪根网络。相对富集的有机质又可使微层理面具有亲油性，有利于烃类运移；若在微层理面之间再有干酪根相连，那么在大量生油阶段，不但像层理面本身可以作为运移通道，而且还可以在三维空间上形成相互联通的、不受毛管阻力的亲油网络，从而成为初次远移的良好通道。 能源地质学课件第二节第二节 石油和天然气的初次运移石油和天然气的初次运移四、油气初次运移的通道四、油气初次运移的通道总之，由于烃源岩本身的非均质性

45、，决定了在埋藏过程中必然要形成大小不一、纵横交错的孔隙和裂缝系统，再加上后期形成的次生孔隙、微裂隙、干酪根网络等，从而形成了烃源岩多种多样的排烃通道。其中以微孔和微裂隙为主，也存在有较大的孔隙和裂缝，实际上它们各有不同的作用。较大的孔隙和裂缝虽然较少但可以发生效率较高的体积流，而在微小孔隙和裂隙中则可以发生扩散流，两者在时空上可以相互转换、相互补足。因此细粒的烃源岩中总是有运移通道存在，只要有驱动力也总是可以排烃的。能源地质学课件第二节第二节 石油和天然气的初次运移石油和天然气的初次运移五、初次运移中的异常高压、流体压裂与幕式排烃五、初次运移中的异常高压、流体压裂与幕式排烃 在初次运移多种动力

46、条件中，很多因素都能造成烃源岩产生异常高压，如欠压实作用、粘土矿物脱水作用、流体热增压作用、烃类生成作用等。异常压力既是重要的运移动力，又能形成压裂通道，使超压体系异常压力既是重要的运移动力，又能形成压裂通道，使超压体系内流体不断排出。内流体不断排出。 能源地质学课件第二节第二节 石油和天然气的初次运移石油和天然气的初次运移五、初次运移中的异常高压、流体压裂与幕式排烃五、初次运移中的异常高压、流体压裂与幕式排烃 在异常压力作用下，流体排出有两个过程：油气相运移过程和幕式不连续混相运移过程，两者可以相互转化，周期性发生。1）当生油岩孔隙网络内部建立起的压力增高还不足以引起岩石产生微裂缝时，如果孔

47、隙喉道不太窄，或因为存在着连续的有机相和干酪根三维网络，而使得毛细管阻力并不太大的话，油气就可以沿上述通道从生油岩中慢慢驱出，不需要裂缝存在。在这种情况下油气在异常压力驱动下的运移是个连续的过程。能源地质学课件第二节第二节 石油和天然气的初次运移石油和天然气的初次运移五、初次运移中的异常高压、流体压裂与幕式排烃五、初次运移中的异常高压、流体压裂与幕式排烃 在异常压力作用下，流体排出有两个过程：油气相运移过程和幕式不连续混相运移过程，两者可以相互转化，周期性发生。2）当孔隙流体压力很高导致烃源岩产生微裂缝时，这些微裂缝与孔隙连接，形成微裂缝孔隙系统，在异常高压驱动下，流体通过微裂缝一孔隙系统向烃

48、源岩外涌出。当排出部分流体后压力下降，微裂缝闭合，待压力恢复升高和微裂缝重新开启后，又发生新的涌流。显然，这一过程油气水是呈间歇式、幕式的混相涌流方式排出的。 能源地质学课件第二节第二节 石油和天然气的初次运移石油和天然气的初次运移五、初次运移中的异常高压、流体压裂与幕式排烃五、初次运移中的异常高压、流体压裂与幕式排烃 能源地质学课件第二节第二节 石油和天然气的初次运移石油和天然气的初次运移五、初次运移中的异常高压、流体压裂与幕式排烃五、初次运移中的异常高压、流体压裂与幕式排烃 总之，异常高压的形成与发展将导致流体压裂，伴随压裂通道的形成，流体呈涌流状排出。由于流体压裂是幕式的，因此压裂通道的

49、形成及排烃也是幕式的。幕式排烃理论使人们对油气初次运移的认识由传统的平稳渗流模式发展到幕式涌流模式，继而产生对油气二次运移和聚集也具幕式特征的新认识。能源地质学课件第二节第二节 石油和天然气的初次运移石油和天然气的初次运移六、初次运移主要时期和烃源岩有效排烃厚度六、初次运移主要时期和烃源岩有效排烃厚度 1、初次运移的主要时期、初次运移的主要时期 初次运移的时期：初次运移的时期：是指烃源岩从开始排烃到终止排烃的整个时期。是指烃源岩从开始排烃到终止排烃的整个时期。 分析初次运移主要时期还要考虑油气运移相态问题，因为相态决定运移效率，决定运移量。对于石油来说，由于水溶相、气溶相和扩散相都不能构成石油

50、的大量运移，只有油相运移才最有意义。因此，具备能发生油相运移条件的时期就应当是石油初次运移的主要时期。显然油相运移主要发生在大量生油的阶段，因为一般在此时才能达到较高含油饱和度以满足形成油相运移的需要 。能源地质学课件第二节第二节 石油和天然气的初次运移石油和天然气的初次运移六、初次运移主要时期和烃源岩有效排烃厚度六、初次运移主要时期和烃源岩有效排烃厚度 1、初次运移的主要时期、初次运移的主要时期 能源地质学课件第二节第二节 石油和天然气的初次运移石油和天然气的初次运移六、初次运移主要时期和烃源岩有效排烃厚度六、初次运移主要时期和烃源岩有效排烃厚度 1、初次运移的主要时期、初次运移的主要时期

51、初次运移的时期：初次运移的时期：是指烃源岩从开始排烃到终止排烃的整个时期。是指烃源岩从开始排烃到终止排烃的整个时期。 从烃源岩提供的动力条件看，在有机质成熟阶段，压实作用、欠压实作用、粘土矿物脱水作用、有机质生烃作用、水热增压作用等成为重要运移动力，是幕式压裂和幕式排烃的主要时期。因此，油气初次运移的主要时期就是有机质热演化成熟阶段。 能源地质学课件第二节第二节 石油和天然气的初次运移石油和天然气的初次运移六、初次运移主要时期和烃源岩有效排烃厚度六、初次运移主要时期和烃源岩有效排烃厚度 1、烃源岩有效排烃厚度、烃源岩有效排烃厚度 由于受到渗透率、排烃动力、烃源岩均一性及厚度等因素的影响，烃源岩

52、中排烃是不均匀的，只有在一定厚度范围内才能有效地排烃。在烃源岩与储集层(或输导层)相邻的部位排烃效率高，而越向烃源岩中心部位排烃效率越低，有的甚至根本不能排出而成为死烃。我们把在烃源岩中能够有效排出烃类的厚度称为有效排烃厚度。能源地质学课件第二节第二节 石油和天然气的初次运移石油和天然气的初次运移六、初次运移主要时期和烃源岩有效排烃厚度六、初次运移主要时期和烃源岩有效排烃厚度 1、烃源岩有效排烃厚度、烃源岩有效排烃厚度阿尔及利亚地区的储集层上覆泥盆系页岩烃源岩中烃类、胶质、沥青质的含量随远离储集层而逐渐增加，越靠近储集层，含量越少。说明与储集层相接触的一定距离内烃源岩中的烃类有效地排出了，而远

53、离储集层的生油层中的烃不能有效排出。这段厚度距离就是烃源岩排烃的有效厚度，在该实例中烃源岩有效排烃厚度约为28m(上、下距储集层各14m)。能源地质学课件第二节第二节 石油和天然气的初次运移石油和天然气的初次运移六、初次运移主要时期和烃源岩有效排烃厚度六、初次运移主要时期和烃源岩有效排烃厚度 1、烃源岩有效排烃厚度、烃源岩有效排烃厚度 烃源岩的有效排烃厚度与烃源岩和相邻输导层的组合方式、输导层的孔渗性有关。烃源岩与相邻输导层的接触面积大、输导层孔渗性越好，则有效排烃厚度越大。因此，烃源岩并不是越厚越好，只有那些烃源岩单层厚度小、与储集层(或输导层)呈频繁互层的生油岩系，才具有高的排烃效率；那些

54、过厚的块状泥质烃源岩并不是最有利的其中会有相当一部分厚度不能有效排烃。一般认为烃源岩有效排烃厚度为1030m(Tissot，1978；Magara，1978)。 能源地质学课件第二节第二节 石油和天然气的初次运移石油和天然气的初次运移七、油气初次运移模式七、油气初次运移模式 油气初次运移模式 未熟一低熟阶段正常压实排烃模式成熟一过成熟阶段异常压力排烃模式 轻烃扩散辅助运移模式能源地质学课件第二节第二节 石油和天然气的初次运移石油和天然气的初次运移七、油气初次运移模式七、油气初次运移模式 1、未熟一低熟阶段正常压实排烃模式、未熟一低熟阶段正常压实排烃模式 在未熟一低熟阶段，烃源层埋深不大，生成油

55、气的数量少，烃源岩孔隙水较多，渗透率相对较高，部分油气可以溶解在水中呈水溶状态，部分可呈分散的游离油气滴，在压实作用下，随压实水流，通过烃源岩孔隙运移到储集层中。能源地质学课件第二节第二节 石油和天然气的初次运移石油和天然气的初次运移七、油气初次运移模式七、油气初次运移模式 2、成熟一过成熟阶段异常压力排烃模式、成熟一过成熟阶段异常压力排烃模式 在成熟一过成熟阶段，烃源岩层已被压实，孔隙水较少，渗透率较低，烃源岩排液不畅，有机质大量生成油气，孔隙水不足以完全溶解所有油气，大量油气呈游离状态；同时，欠压实作用、蒙脱石脱水作用、有机质生烃作用以及热增压作用等各种因素导致孔隙流体压力不断增加形成流体

56、异常高压，成为排烃的主要动力。能源地质学课件第二节第二节 石油和天然气的初次运移石油和天然气的初次运移七、油气初次运移模式七、油气初次运移模式 3、轻烃扩散辅助运移模式、轻烃扩散辅助运移模式 轻烃，特别是气态烃，通过短距离的扩散进入最近的输导层面、裂缝系统、断层和所夹的粉砂岩透镜体中后，即转变为其他方式进一步运移到储集层中。因此，轻烃的扩散可以作为一种辅助运移模式。 但是，对于非常致密的深层储集层，或者处于流体异常高压状态的地层，流体的渗流几乎不可能进行，这时，天然气的扩散作用则显得更为重要。能源地质学课件第三节第三节 石油与天然气的二次运移石油与天然气的二次运移 二次运移：石油和天然气进入储

57、集层以后的一切运移。 它包括油气在储集层内部的运移，以及油气沿断层或不整合面等通道所进行的运移，也包括已经形成的油气藏由于圈闭条件的改变，引起油气再运移而导致油气藏的调整和破坏过程。 能源地质学课件第三节第三节 石油与天然气的二次运移石油与天然气的二次运移石油在二次运移中主要呈游离相，也可以有水溶相、气溶相。天然气可呈游离相和水溶相。一、油气二次运移的相态、流动类型一、油气二次运移的相态、流动类型 油气二次运移在地层条件下的流动类型主要有油气二次运移在地层条件下的流动类型主要有渗流、浮力流和扩散相渗流、浮力流和扩散相。 能源地质学课件第三节第三节 石油与天然气的二次运移石油与天然气的二次运移二

58、、油气二次运移的阻力和主要动力二、油气二次运移的阻力和主要动力毛管压力毛管压力吸附力吸附力浮力浮力水压力水压力 构造运动力构造运动力 分子扩散力分子扩散力分子渗透力等分子渗透力等 阻力阻力 动力动力能源地质学课件第三节第三节 石油与天然气的二次运移石油与天然气的二次运移二、油气二次运移的阻力和主要动力二、油气二次运移的阻力和主要动力1、二次运移的阻力、二次运移的阻力 油气以不同相态进行二次运移将具有不同的阻力。游离相运移时，阻力主要是毛管压力和与岩石颗粒间的吸附力；以水溶相运移时，阻力主要来自水与孔隙内壁的摩擦力，以分子扩散运移时，阻力主要来源于分子间以及分子与孔隙内壁间的碰撞；在一定的地层条

59、件下浮力也可表现为阻力。 能源地质学课件第三节第三节 石油与天然气的二次运移石油与天然气的二次运移二、油气二次运移的阻力和主要动力二、油气二次运移的阻力和主要动力1、二次运移的阻力、二次运移的阻力 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，油气受到的毛管压力大小也就不同。1）毛细管压力）毛细管压力 能源地质学课件第三节第三节 石油与天然气的二次运移石油与天然气的二次运移二、油气二次运移的阻力和主要动力二、油气二次运移的阻力和主要动力1、二次运移的阻力、二次运移的阻力 (a)处浮力不足以使油珠表面变形而进入喉道；(b)处当浮力或其他

60、外力增大时，油珠变形，其上端进入喉道，由于油珠上、下端半径不同(Rc喉道半径和Rr孔隙半径)，两端毛管压力也不相同，上端毛管压力大于下端，毛管压力差方向指向下端孔隙，此时相对于上浮油珠来说毛管压力差就是阻力；1）毛细管压力）毛细管压力 能源地质学课件第三节第三节 石油与天然气的二次运移石油与天然气的二次运移二、油气二次运移的阻力和主要动力二、油气二次运移的阻力和主要动力1、二次运移的阻力、二次运移的阻力 (c)处油珠上、下端曲率半径相同，两端毛管压力也相等，毛管压力差为零，无毛管阻力；(d)处油珠下端(喉道处)毛细管力大于上端(孔隙处)，毛管压力差指向上端孔隙，此时毛细管力对于上浮油珠非但不是