石油地质学8.油气的运移课件

1、第五章 油气的运移 第一节 概述 要点：油气运移的含义、阶段划分、基本方式第二节 油气初次运移 要点：油气初次运移的温压条件、相态、通道、主要动力第三节油气二次运移 要点： 油气二次运移的阻力和主要动力、方向、通道、主要时期；折算压力、流体势的定义；水流方向的确定。第五章 油气的运移 第一节 概 述 油气运移可以导致石油和天然气在储集层的适当部位（圈闭）的富集，形成油气藏，这叫做油气聚集。也可以导致油气的分散，使油气藏消失，此即油气藏被破坏。油气运移: 地壳中石油和天然气在各种天然因素作用下发生的流动。油气运移的证据油气运移的结果 根据时间顺序和介质条件的变化，可将油气运移分成两个阶段： 初次

2、运移 : 油气自烃源岩层向储集层或运载层(输导层)的运移 二次运移 : 油气进入储集层或运载层以后的一切运移油气运移的基本方式：1、扩散：分子运动，使浓度梯度达到均衡。 扩散方向从高浓度向低浓度。2、渗滤：机械运动，整体流动，遵守能量守恒定律， 流体由机械能高的地方向机械能低的地方流动。第二节 油气的初次运移 本 节 要 点1、了解油气初次运移的温压条件、介质孔渗性；2、掌握油气初次运移的主要相态、通道特征；3、掌握油气初次运移的主要动力特征，注意促使 产生异常高压的动力因素。 一、油气初次运移的温压条件和岩石介质孔渗性 油气初次运移的温度： 应与生成油气时温度相近，可能在50250。对应的深

3、度取决于地温梯度。 油气初次运移的动力：压力，主要受控于深度。 油气初次运移时岩石介质的孔渗性： 烃源岩，孔渗条件很差；需克服巨大的Pc。二、油气初次运移的相态（物理状态） 主要相态：连续的油相或气相。 有机质向油气转化不同时期有所不同： 低成熟阶段，水溶相运移最有可能。 生油高峰阶段，主要以游离油相运移。 生凝析气阶段，以气溶油相运移。 过成熟干气阶段，以游离气相运移。三、油气初次运移的通道主相态连续烃相。进入主生油期，含烃饱和度大； 主通道微裂隙。成岩早期：主要相态分子溶液。 孔隙度大，油气少；主要通道连通孔隙。成岩后期：孔隙度小 在细粒母岩中，未压实前，水的含量是非常多的，有机物生成烃的

4、数量，与母岩中水的含量相比是非常小的，所以普遍认为，水是油气运移的载体。一切引起水体运动的动力因素，都是油气运移的动力。 四、油气初次运移的动力1.压实作用2.流体热增压作用3.毛细管力作用4.粘土脱水作用5.有机质的生烃作用6.扩散作用7.渗析作用8.胶结和重结晶作用四、油气初次运移的动力 机理类似于挤压含水的海绵一样，生油层在上覆沉积物的压力（地静压力）作用下，其孔隙中的水以及油气即要向外运移。 在岩石学上，我们已知道，泥岩的压缩率很大，而砂岩却较小，从而造成了泥岩中流体所处的压力较大，而砂岩中流体的压力较小（理解时可先假设两岩层的流体相互未流动运移）由此造成了二岩层之间的流体压力差，从而

5、使得生油岩中流体向储集层中运移。 1、压实作用 对于较薄的生油岩层，在上覆沉积物的均衡压实作用下，油气运移的载体水在1000m左右时即被很快排出。 此时，有机质尚未大量生成油气，待达到1500m左右的油气生成的主要深度范围时，生油岩中所含流体很少。要携带大量油气运移出去已不可能。不利于油气的聚集。 对于较厚或巨厚的生油岩层，由于流体排出面积所限，相对排出速度较小，以致在上覆负荷压力下，只有泥岩边部的水体能被及时排出而压实，使得负荷的一部分被流体所支撑，从而产生了与该岩层深度不相适应的异常高压。 所谓异常高压也就是指高于正常流体压力的压力现象。 自然界这种异常压力分布较普遍，从新生界到古生界地层

6、都有，但主要见于中新生界地层中。 造成异常高压的根本原因是沉积物对压实作用受阻，此外，后面主要讲的蒙脱石脱水、水热增压、烃类聚集、构造作用等因素都能增大孔隙的高压异常。 异常高压体系基本上是封闭的，流体的流动受阻，流体的排出较为缓慢，延迟了流体排出的时间。 异常高压不仅对油气运移有利，而且对油气聚集有利，对油气的保存也有利，具体表现在4方面： 首先，由于异常高压的出现，延迟了水体排出的时间，当水体排出时间延迟到油气生成的深度以后时（约米），则异常高压作用释放的水，将携带油气一起排出生油岩层，进入油气易于运移的储集层，使油气得以再次运移而聚集。 同时，由于异常高压作用，使得岩层孔隙度较大，载油的

7、水体较多；且处于较高温度和较高压力下的水，有利于油在水中的溶解，有利于水对油气的载运。 延迟了油气运出母岩的时间，从而为圈闭的形成提供了更多的机会。 油气聚集以后，可以受到高压的保护而形成压力盖。有利于油气的保存。 异常高压可以维持相当长的地质时间，直到释放至静水压力水平。 由于异常高压的出现，使得岩层有较高的流体含量和孔隙度。造成了与正常压实不相符的欠压实状态或非均衡状态。 所以， 油气运移的总体规律是：从高压的生油岩向低压区，即向上或向下流向储集层；从盆地中心移向边缘。2、流体热增压作用 随着生油岩埋深的增加，地层温度升高，温度的增加对油气初次运移的作用主要体现在以下五个方面： 1、温度增

8、加有利于有机质降解出液态或气态烃类物质，引起流体积累和压力增大。有利于油气的排出。 2、温度增加有助于解脱烃类粘土物质的吸附，促进烃的流动。 3、温度增加降低流体粘度和油水界面的张力便于烃类液体流动。 4、在主生油深度范围内，温度增加，使烃在水中的溶解度增加。 5、热水增压作用，温度升高，水体膨胀，促使流体运移。 热力作用造成的运移方向是由高温区向低温区，从地层深处向地层浅处，从盆地中心到盆地边缘。 3、毛细管力 微小的毛细管中的液体在毛细管力的作用下上升，同样，石油在毛细管力的作用下，也同样发生运移。 在油、气、水的岩层中，由于石油的表面张力仅为水的，水比油更易润湿岩石，由理论知，毛细管力指

9、向润湿性小的流体，故在油水界面上，毛细管力指向石油，即在油水共存的孔隙中，在水与油接触的界面处，水对油有一排挤推动力。 因岩石中孔隙大小很不均匀，使得各地的毛细管力不同，在这种压力差的作用下，使水将石油从细小的孔隙中排挤出去，进入大孔隙即从粘土岩中挤出，进入砂质岩， 当然这种作用是很有限的，只发生在粘土岩与砂质岩的接触带，而且距离有限。 温度、压力对毛细管作用也有一定影响，据计算5000米深处的温度下，毛细管作用至少要降低一半。 岩石的孔隙都可看成纵横交错的毛细管，当油、水与之接触时，即发生运移，但毛细管力起主要作用的孔隙大小是有一定范围的。当毛细管半径r0.0002时，因管壁对其中液体分子的

10、牢固吸附，液体无法在管内移动；当r0.5 mm时，液体在其中流动主要受重力支配，毛细管力已不起大作用 。 某些粘土矿物在转变过程中，如蒙脱石转变成伊利石时，就会发生脱水作用，由于某些束缚水的密度较自由水大，故而脱水时体积膨胀，从而成为冲洗烃类的一种营力。 4、粘土矿物脱水作用5、有机质生烃作用 干酪根成熟后所形成的油、气、水体积大大超过原来干酪根本身的体积，这些不断新生成的流体进入孔隙中，必然不断排挤孔隙的原有流体，驱替其向外排出。 烃源岩中含烃浓度高于周围岩石，由于浓度差产生扩散作用。 渗透作用下，流体由泥岩向邻近的砂岩运移、由泥岩内部向边部运移。6、扩散作用7、渗析作用 胶结和重结晶作用同

11、样能使孔隙度降低，堵塞排液通道，形成成岩封闭。8、胶结与重结晶作用五、油气运移中的理化状态 油气在运移中的状态，看法不一，得到承认的不外乎为分子溶液和烃相两种基本形式。 石油可溶于水，从而使得石油与水溶液一起，呈分子溶液状态发生运移。 但是大量的实验证明，在已知的石油生成温度范围内（60150），石油的溶解度很低，液态烃要大量溶于水而运移，是不大可能的。 但天然气则不同，它在水中的溶解度较大，故呈溶解状态进行运移可能是主要的。1、分子溶液2、游离相态 1975年，迪奎认为，油气的初次运移或多或少是油的连续相。其地下条件为生油岩中具高浓度的沥青和很少的可动水。 这样的条件，在地下是不难找到的，特

12、别是当生油岩埋藏超过3000米，处于生油阶段的时候，生油层孔隙度不到10%，大量的孔隙空间被不可动的固定孔隙水占据，游离孔隙水甚少，而沥青浓度很高，这时，游离相的液态烃即可与水一起发生运移，运移时两相互不混流。 但是普遍认为，石油呈单独液相从生油岩中进行初次运移是不大可能的。石油的初次运移应以高分散烃相为主。只有在石油进行二次运移方以分相单独运移为主。 关于石油以高分散游离相态从生油岩中向外运移的理论已为实践所证实，而且可能是初次运移的主要形式。 第三节 油气的二次运移 二次运移是初次运移的连续，油气经二次运移而聚集成油气藏，因此了解石油的二次运移对于找油有重要的指导作用。 一、二次运移的阻力

13、 石油二次运移中最普遍的阻力就是毛细管压力： Pc=2cos/rc 当石油穿过岩石孔道时，其与岩石接触界面处，毛细管压力指向石油，对石油的运移起阻碍作用。孔径越小，阻力越大。二、二次运移的动力 二次运移实际就是指油气进入储集层后的运移。其运移的动力主要有2个方面： 1、浮力 由于油、气、水的密度差，当它们共存于渗透性岩层时，就会按密度大小不同而进行分异，天然气最轻位于最上部，水最重位于最下部，油居中间。 造成这种分异的就是浮力作用，浮力总是向上的，当岩层倾斜时推动石油平行层面向上倾方向运移的力，只是向上浮力的平行层面的合力。 浮力作用与油块大小有关，油块体积大，上浮力强，而孤立的微粒石油，其与

14、水分界面的表面张力，对烃粒的上浮有很大阻力，单靠浮力使之运移是困难的。 除此之外，石油的上浮还与孔隙形状、大小、连通情况等因素有关，应具体情况具体分析。2、水动力 当沉积物经压实成岩以后，地静压力为颗粒的支架结构承担。储层内油、气所承受的压力，不再是地静压力，而是由流体重量引起的水压力。 在储集层内，随深度而增加的水柱静止重量称为静水压力。其大小可用水柱高度（即水压）来表示。 P=Hd / 10 或 H=10P / d P静水压力 d水的比重 H测压点的水柱高度（水压头） 在自然界中，绝大多数储集层的供水区是不等高的，从而出现水压头。在水压头的作用下，水从供水区流向泻水区，从而给油气在地壳中的

15、流动和分布带来重要影响。 但不同区域地质条件下，由于岩性变化及水压梯度大小不等，水动力因素的作用效率有很大差异。 地壳运动的挤压、拉张或剪切，都会促使岩层变形或变位，并把作用力传递到岩层中所含流体，驱使沉积物中的流体发生运移。 流体运移方向为其受力减弱方向。 此外，构造运动造成地层倾斜，产生裂缝，沟通岩石中各种孔隙，形成不整合风化带，为油气二次运移创造了有利条件。3、构造作用力 由地壳运动造成的各种地质构造应力背斜地层中水动力与浮力的配合情况及油气运移方向压实水动力：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方向与油气浮力方向一致：水动力为动力，反之为阻力3、构造作用力

16、 三、二次运移的通道 二次运移的通道主要是连续的渗透性岩层、断层和不整合。 渗透性岩层是最基本最广泛的二次运移通道。 断层是穿层和垂向运移中具有独特作用的良好运移通道，所谓三次运移总是与断层相伴随的。 不整合面是旁侧运移的重要通道。三、二次运移的通道 当油气进入储集层后，即立刻开始聚合成较大的油珠，油体的增大给浮力增大提供了可能。当储集层中占优势的是静水力条件时，油气的运移主要取决于浮力和毛细管压力之间的关系，当浮力增大到足以克服储集层中的毛细管力时，浮力便促使油气上浮，上升到储集层顶时有盖层），则油气沿上倾方向移动，直到在圈闭中聚集起来。四、二次运移的机理 当储集层中的水不是静止而是有水动力

17、（水压头）梯度时，则控制油气二次运移的因素除浮力和毛细管外，还有水动力，油气运移的中止或继续，以及运移的方向等问题取决于上面三因素的共同作用情况。 五、二次运移的时期、方向和距离 多期构造运动形成多期运移成藏期五、二次运移的时期、方向和距离 横向：几米至上百公里；垂向：几米至几千米五、二次运移的时期、方向和距离 实际上，至于运移距离，意见很不一致。均衡法计算表明，二次运移涉及的的距离至少几十公里，或者几百平方公里。当然，不同油气藏的油气二次运移情况不同，应具体问题具体分析。但大多数人认为，二次运移是大规模的广泛运移。 不同形状盆地油气二次运移方向模式图六、流体势的概念流体势是指地下单位质量流体

18、具有的机械能总和. 在流体势势差的作用下，油气沿一定的方向成规律性运移和聚集动能：单位质量流体由静止到加速状态所做功。压能：单位质量流体由基准面到高程Z因压力变化所做功。位能：单位质量流体由基准面到高程Z克服重力所做功。第四节 油气运移中若干问题 油气运移是贯穿整个生、运、聚过程的纽带，但其所留下的痕迹很少，研究难度很大。因此，油气运移的许多问题还有待更细致深入的研究，下面就主要问题作一介绍： 据亨特等人估算，储层中的烃量占不到母岩中烃量的百分之一，即使考虑到其他地方的损失，也可以推算测，经初次运移出来的烃量最多只占烃生成总量的百分之几，不超过百分之十。可见，运移效率是非非常低的。 石油在初次

19、运移中，由于不同组分被矿物颗粒吸附程度不同，从而造成析出分异，使石油中的饱和烃含量（吸附最弱）芳香烃N、S、O化合物，而母岩中以N、S、O化合物为特征。1、初次运移出来的烃的数量和质量2、砂岩中的厚度和含量与初次运移 生油岩与砂岩（储层）的接触面积也是油气运移聚集的重要影响因素。接触面积越大生油岩向砂岩的排流效应越好。 但就整个剖面而言，并不能认为砂岩越多越厚越好，也不能认为泥质岩越多越厚越好。二者应适当配合，方可保证有充足的油源供给和良好的排流能力。 泥岩单层厚度过大，其中部分流体不易排出，未必是良好征兆。据统计，有利含油剖面中砂岩的含量百分数大致在2060，中值为3040。 对于巨厚生油岩，其内是欠压实的，其内所封存的烃可能一直保持高压状态而未经任何释放，也就是说其中的部分流体可能很难被排出，从而引出了生油岩有效厚度问题，有些研究者认为，巨厚