（地球化学专业论文）成藏过程中的含油气饱和度变化特征研究.pdf

摘要 本次研究以模拟实验为手段，配合以地质和地球化学资料，从动力学角度对 油气成藏过程中和油气饱和度变化特征进行分析，取得以下认识： 1 成藏过程中油气饱和度的变化与油气运移动力、阻力的变化密切相关。 ( 1 ) 在亲水砂质、泥质沉积物的压实过程中，油的运移阻力大于水，而且， 在压实过程中油的运移阻力是不断增大的。因而，含油水沉积物在压实过程中， 水优先排出，相应导致油饱和度逐渐增加。 ( 2 ) 在卸压过程中，沉积物中油气饱和度的变化主要取决于气、油、水的压 缩性及膨胀性，由于气的膨胀系数较大，在卸压条件下，气优先膨胀并把油带出， 导致岩石孔隙中油饱和度降低，气的饱和度相应增大。 ( 3 ) 油在压差驱动下注入亲水砂岩孔隙的过程中，油的运移阻力比水大，因 而，油往往沿阻力较低的有限通道运移。随着油的不断注入，油相通道的延长， 导致运移驱动力增加，这相应导致油进入近注入点的较小的孔隙。从饱和度分布 来看，越近注入点，油相饱和度越高。 ( 4 ) 油在砂岩中上浮的条件是具备一定的连续油相体积。在浮力驱动下，油 往往沿阻力最低的孔隙运移，并形成连续的有限运移通道。油上浮过程是油向上 倾方向转移的过程，即上倾方向含油饱和度逐渐增高，而下倾方向上含油饱和度 逐渐降低。 2 烃源岩中的油气饱和度般随着埋深加大、压实程度增加而增高，剥蚀或 断裂导致的卸压可以诱发气的膨胀和油的运移，导致烃源岩中油饱和度降低。 3 储集层中油饱和度的变化与油的注入方式密切相关，并受压实作用、卸压 作用及浮力作用的影响。 一般情况下，烃源岩中的油气是在压力差驱动下注入到储集层的。而且，越 近注入点，油相饱和度越高。在与烃源岩直接接触的储集层中，油饱和度首先在 近烃源岩处实现饱和度的增长。在与烃源岩分离的储集层中，油饱和度首先充满 与之连通的断裂或裂缝，然后再沿着断裂或裂缝进入储集层。 压实会使储集层的含油饱和度增加，卸压会使储集层的含油饱和度降低。当 油相富集到一定程度时，在浮力驱动下油会向上倾方向运移，使上倾方向的油饱 和度增加。 4 东营凹陷梁家楼油田沙四上段沙三中下段烃源岩中含油饱和度有随深度 增加增大的趋势，沙三上段和沙二段油层受切害烃源岩的断裂的控制，而且，储 集层上倾方向油的富集程度高于下倾方向。这为上述分析提供了烃源岩和储集层 中油饱和度变化与分布的实例。 关键词：含油气饱和度；油气运移和聚集；油气成藏；变化；分布：模拟实验 c h a n g e s o f o i l g a s s a t u r a t i o ni n h y d r o c a r b o n m i g r a t i o n a n da c c u m u l a t i o n a b s t r a c t b ym e a n so fs i m u l a t i o nt e s t a n ds u c hd a t aa s g e o l o g ya n dg e o c h e m i s t r y , t h e v a r i e t yo f o i ls a t u r a t i o ni si n v e s t i g a t e di nc o u r s eo f h y d r o c a r b o na c c u m u l a t i o nf r o m d y n a m i c sa n g l e t h ep a p e rh a so b t a i n e dm a i n l ym a n yp r o d u c t i o n sa n da c k n o w l e d g e s a sf o l l o w s ： 1 t h ec o r r e l a t i o nb e t w e e nv a r i e t yo fo i ls a t u r a t i o na n dm i g r a t i o nf o r c ea n d r e s i s t a n c ei sc l o s ei nc o u r s eo f h y d r o c a r b o na c c u m u l a t i o n ( 1 ) t h em i g r a t i o nf o r c eo fo i l i s b i g g e r t h a nt h a to fw a t e ra n di n c r e a s e s c o n s t a n t l yd u r i n gt h e s o u r c eo fc o m p a c t i o no fw a t e r - w e ts a n d ya n da r g i l l a c e o u s s e d i m e n t s ow a t e ri sd i s c h a r g e dd u r i n gt h es o u r c eo f c o m p a c t i o no f o i l w a t e rb e a r i n g s e d i m e n t i tm a k e so i ls a t u r a t i o ni n c r e a s eg r a d u a l l y ( 2 ) d u r i n g t h ec o u r s eo f d e c o m p r e s s i o n ，t h ec o m p r e s s i b i l i t ya n de x p a n d a b i l i t yo f g a s ，o i la n dw a t e ra r ek e yf a c t o r so f t h ev a r i e t yo f o i ls a t u r a t i o n d u et ob i g e x p a n s i o n c o e f f i c i e n to fg a s ，g a si sg i v e np r i o r i t yt oe x p a n s i o na n dt a k e so i la w a y , w h i c hm a k e s o i ls a t u r a t i o nd e c r e a s ea n d g a ss a t u r a t i o ni n c r e a s ea c c o r d i n g l y ( 3 ) w h e no i l e n t e r st h eh o l eo fw a t e r w e ts a n d s t o n ed r i v e n b yp r e s s u r e d i f f e r e n c e ，o i lm i g r a t e sf o l l o w i n gal i n eo fl e s sr e s i s t a n c eb e c a u s eo ft h em i g r a t i o n f o r c eo fo i li s b i g g e rt h a nt h a to fw a t e r w i t ht h ec e a s e l e s si n j e c t i o no f o i la n dt h e m i g r a t i o np a s s a g ep r o l o n g i n g ，t h er e s u l t i st h a t m i g r a t i o nf o r c ei n c r e a s e sa n do i l c o m e si n t ol i t t l eh o l en e a r c h a r g i n gp o i n t ( t h eq u a l i f i c a t i o no fm a k i n go i lf l o a to nt h es a n d s t o n ei sh a v i n gc o n t i n u o u s o i lp h a s ev o l u m e d r i v e n b yb u o y a n c y , o i lu s u a l l ym i g r a t e sa l o n gt h el i t t l er e s i s t a n c e h o l e a sar e s u l t t h el i m i t e dm i g r a t i o np a s s a g e sa r ef o r m e d t h eo i la s c e n tp r o c e s si s t h ep r o c e s so fo i lm i g r a t i n gt ou p w a r dd i r e c t i o n ，t h a ti st h eo i ls a t u r a t i o ni sh i g hi n t h eu p w a r dd i r e c t i o na n dl o wi nt h ed o w n w a r dd i r e c t i o n a c c o r d i n g l y 2 o i ls a t u r a t i o ni ns o u r c er o c k se n h a n c e sw i t ht h ei n c r e a s i n gb u r i e dd e p t ha n d t h ei n t e n s ec o m p a c t i o n t h er e l e a s eo fp r e s s u r er e s u l t i n gf r o mt h ed e n u d a t i o na n d f a u l t sc a ns e d u c et h e e x p a n s i o no fg a s a n dm i g r a t i o no fo i l u l t i m a t e l y , t h eo i l s a t u r a t i o nr e d u c e s 3 t h ev a r i e t yo fo i ls a t u r a t i o nh a sc l o s er e l a t i o nw i t hi n j e c t i o nm a n n e ro fo i l c o m p a c t i o n ，d e c o m p r e s s i o na n db u o y a n c y a r ea l s oi n f l u e n c i n gi tt oac e r t a i ne x t e n t c o m m o n l y , h y d r o c a r b o n i ns o u r c er o c k si n f u s e dr e s e r v o i ra n dt h en e a r e r c h a r g i n gp o i n t ，t h eh i g h e ro i l s a t u r a t i o nm a d e rt h ea c t i o no fp r e s s u r ed i f f e r e n c e i n r e s e r v o i r c o n t a c t i n g w i t hs o u e c cr o c k s d i r e c t l y , t h e o i ls a t u r a t i o nr i s e si nt h e n e i g h b o r h o o do fs o u r c er o c k s i nr e s e r v o i rs e p a r a t e df r o ms o u r c er o c k s ，o i lf i l l s i n f a u l t sa n df r a c t u r e s j o i n t i n gs o u r c e r o c k sa n dr e s e r v o i r sf i r s t l y , n e x ti nr e s e r v o i r s c o m p a c t i o n m a k e so i ls a t u r a t i o n i nr e s e r v o i re n h a n c e d ，o nt h e c o n t r a r y , d e c o m p r e s s i o nc a nl e a d si t d e d u c e w h e no i lp h a s ee n r i c ht oac e r t a i nd e g r e e ，t h e b u o y a n c yc a l l _ p r o m o t eo i lt om i g r a t eu p w a r ds l o p ea n dm a k e o i ls a t u r a t i o na u g m e n t i nu p w a r dd i r e c t i o n 4 o i ls a t u r a t i o ni n c r e a s e sw i t ht h ea u g m e n to fb u r i e dd e p t hi nt h eu p p e rp a r to f t h ef o r t hs e c t i o na n dm i d d l e l o w e rp a r to ft h et h i r ds e c t i o no fs h a h e j i ef o r m a t i o ni n l i a n g j i a l o uo i l f i e l do fd o n g y i n gs a g o i lf o r m a t i o no ft h es e c o n ds e c t i o na n dt h e u p p e rp a r to ft h et h i r ds e c t i o no fs h a h e j i ef o r m a t i o ni sc o n t r o l l e db ys o u r c ef a u l t s m o r e o v e go i le n r i c h e si nt h eu p w a r dd i r e c t i o nm a i n l y i ti sal i v i n ge x a m p l ef o rt h e v a r i e t ya n dd i s t r i b u t i o no f o i ls a t u r a t i o ni ns o u r c er o c k sa n dr e s e r v o i r s k e yw o r d s ：o i l g a ss a t u r a t i o n ；m i g r a t i o n ；h y d r o c a r b o na c c u m u l a t i n g ；v a r i e t y d i s t r i b u t i n g ；s i m u l a t i o ne x p e r i m e n t i 前言 一研究概况 1 研究背景和选题依据 本文的研究和工作建立在中石化集团公司重大基础研究项目“岩石弹性与油 气成藏地质及模拟实验研究”、“东营凹陷梁家楼油田油气运移机理研究”和“东 营凹陷第三系断裂与油气藏的形成及分布”及中石油总公司“九五”重点攻关项 目“孑l 隙介质中油气运移动力学机制及定量模型”四个项目的基础上。 油气成藏过程是烃源岩中的油气经初次运移、二次运移并在圈闭中聚集的过 程。油气成藏过程中数量( 初次运移量、二次运移量、聚集量) 的计算或评价是 油气资源评价的重要内容。从物质平衡角度讲，若搞清了生烃量、烃源岩中油气 的含量、运移通道中油气的含量，就可以比较准确地估算出油气的聚集量。 油气成藏过程是一个动态的过程，本质上是油气运移动力与阻力相互作用的 过程，这个过程与盆地演化过程密切联系，这些过程主要包括埋藏压实增压过程、 抬升剥蚀卸压过程、压差渗流过程、重力分异。在上述过程中，油气运移的动力、 阻力及通道分布是变化的，这必然导致岩石中油气饱和度的变化。 尽管许多学者对烃源岩中的残留油饱和度和油排出时的油水比、二次运移的 起始运移饱和度和油相通道特征以及油藏中控制和影响油气饱和度大小的各种因 素等进行了比较深入的研究，但与成藏过程的动态性来讲，还显得不够全面。 本文就是在这样的研究背景下，展开对油气成藏过程中在不同动力学条件下 油气饱和度变化特征的研究。 2 主要任务和研究思路 本文要完成的任务是，从动力学机制的角度对油气成藏过程中的含油气饱和 度变化进行分析，得出含油气饱和度受动阻力关系的影响而变化和分布的规律。 建立含油气饱和度的分布模型，为正确认识油气的运移机理和成藏机理提供依据。 1 ) 为了能突出油气饱和度的动态变化，本次研究拟以模拟实验为主要手段， 配合以地质和地球化学资料分析。在实验中尽可能体现与地质过程相似的动力学 条件，也要考虑到实验室的可操作性。本着上述原则开展以下实验： 含油水泥、砂沉积物的压实实验； 含油水沉积物卸压实验； 加载和卸载条件下岩石孔隙度、渗透率变化实验( 研究动阻力的变化) ： 压差驱动下油相运移系列实验； 浮力驱动下油相运移实验。 2 ) 将实验结果与实际成藏过程相结合，建立含油气饱和度变化的基本地质模 型。 烃源岩与储层接触格局下的饱和度分布模型； 烃源岩与储层空间上分离( 由断裂或裂缝沟通) 格局下的饱和度分布模型： 以东营凹陷梁家楼油田为例进一步分析和验证。 二完成工作量 工作自2 0 0 1 年7 月开始，至2 0 0 4 年5 月完成。 1 收集、查阅了油气运移与成藏、含油气饱和度方面的相关文献和期刊论文 共1 0 0 多篇。 2 对目前含油气饱和度的研究现状进行了讨论和分析。 3 参与，含油水泥质、砂质沉积物压实实验、卸压油气运移模拟实验、卸压 过程孔隙度和渗透性变化实验的数据整理和实验结果对比分析；分析了岩石和流 体压缩系数与含油饱和度变化之间的关系。 4 对压差驱动下油相运移系列实验和浮力驱动下油相运移实验的实验数据和 结果，按含油气饱和度变化的线索进行了重新整理和分析。 5 对压实、卸压、压差、浮力作用下的含油气饱和度变化进行了分析，建立 了动阻力条件与含油气饱和度变化的关系，绘制了不同动力学机制下的饱和度变 化模式图5 张。 6 参与梁家楼油田运移机理的研究，对断裂与油气藏的分布关系、断裂与油 气运移的关系进行了分析并绘制了相关图件。 7 对梁家楼油田成藏过程中的孔隙度变化、残留烃量变化以及含油饱和度变 化情况进行了分析。 8 建立了以烃源岩与储层的空间组合关系为格架的含油气饱和度分布地质模 型。绘制了相关图件6 张。分析了烃源岩中含油气饱和度的变化与分布、与烃源 岩接触的储层中含油气饱和度的变化和分布、与烃源岩分离的储层中含油气饱和 度的变化和分布。 9 对梁家楼油田成藏过程中的油气运移和含油饱和度变化进行分析，建立饱 和度分布模式图。绘制剖面示意图和平面示意图各张。 1 0 对粱家楼油田沙三中下段烃源岩和沙四上段烃源岩的5 个岩心荧光薄片 进行观察，结合薄片的荧光特征分析了泥岩裂缝的含油性；用残留氯仿沥青”a ” 地化指标分析了烃源岩的残留烃的变化；将沙三段、沙四段砂岩储层的岩样中观 察到的裂缝含油性与油藏分布情况结合起来，分析了裂缝在油气成藏过程中的重 要性。 三主要认识 取得的主要认识包括以下几点。 1 成藏过程中油气饱和度的变化与油气运移动力、阻力的变化密切相关。 ( 1 ) 在亲水砂、泥沉积物的压实过程中，油的运移阻力大于水，而且，在压实 过程中油的运移阻力是不断增大的。因而，含油水沉积物在压实过程中，水优先 排出，相应导致油饱和度逐渐增加。 ( 2 ) 在卸压过程中，沉积物中油气饱和度的变化主要取决于气、油、水的压缩 性及膨胀性，由于气的膨胀系数较大，在卸压条件下，气优先膨胀并把油带出， 导致岩石孔隙中油饱和度降低，气的饱和度相应增大。 ( 3 ) 油在压差驱动下注入亲水砂岩孔隙的过程中，油的运移阻力比水大，因而， 油往往沿阻力较低的有限通道运移。随着油的不断注入，油相通道的延长，导致 运移所需的驱动力增加，这导致油进入近注入点的较小孔隙内。从饱和度分布来 看，越近注入点，油相饱和度越高。 ( 4 ) 油在砂岩中上浮的条件是具备一定的连续油相体积。在浮力驱动下，油往 往沿阻力最低的孔隙运移，并形成连续的有限运移通道。油上浮过程是油向上倾 方向转移的过程，即上倾方向含油饱和度逐渐增高，而下倾方向上含油饱和度逐 渐降低。 2 ，烃源岩中的油气饱和度一般随着埋深加大、压实程度增加而增。剥蚀或断 裂导致的卸压可以诱发气的膨胀和油的运移，导致烃源岩中油饱和度降低。 3 ，储集层中油饱和度的变化与油的注入方式密切相关，并受压实作用、卸压 作用及浮力作用的影响。 一般情况下，烃源岩中的油气是在压力差驱动下注入到储集层的，而且，越 近注入点，油相饱和度越高。在与烃源岩直接接触的储集层中，油饱和度首先在 近烃源岩处实现饱和度的增长。在与烃源岩分离的储集层中，油饱和度首先充满 与之连通的断裂或裂缝，然后再进入储集层。 压实会使储集层含油饱和度增加，卸压会使储集层的含油饱和度降低。当油 相富集到一定程度时，在浮力驱动下油会向上倾方向运移，使上倾方向的油饱和 度增加。 4 东营凹陷梁家楼油田沙四上段沙三中下段烃源岩中含油饱和度有随深度 增加增大的趋势，沙三上段和沙二段油层受切割烃源岩的断裂的控制，而且，储 集层上倾方向油的富集程度高于下倾方向。这为上述分析提供了烃源岩和储集层 中油饱和度变化与分布的实例。 四致谢 本论文从选题到完成得到了张金功老师的悉心指导。 在研究生学习的三年中，张老师严谨的治学态度、丰富的专业知识令我受益 无穷。在张老师的帮助下，我建立了清楚的科研思路，具备了一定的科研能力， 这对我将来的工作和学习具有非常重要的意义。在生活中，张老师以身作则，关 - 1 3 , 他人、严于律己、艰苦朴素，生活态度积极热情，为我们树立了正确的方向和 好的榜样。在此，我对张老师三年来的辛苦培育表示由衷的感谢! 本文的撰写过程中，许多同学给予了我极大的帮助和鼓励，并提出了很多宝贵的意见。 在此，对尹丽娟、秦峰、文彩霞、焦婷婷、张守春、张建锋、张娣、王德华和师弟程党性、 龚建洛、独育国、刘晓鹏的热心帮助表示真诚的感谢! 独创性声明 y 6 2 3 6 9 l 本文声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其它人发表或撰写过的研究成果，也不包含为获 得西北大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同 工作过的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说 明并表示了谢意。 学位论文作者签名： 己受签字日期：删年6 月憎曰 第一章研究现状和基本思路 油气成藏过程是烃源岩中的油气经初次运移、二次运移并在圈闭中聚集的过程。油气 成藏过程中数量( 初次运移量、二次运移量、聚集量) 的计算或评价是油气资源评价的重 要内容。从物质平衡角度讲，若搞清了生烃量、烃源岩中油气的含量、运移通道中油气的 含量，就可以比较准确地估算出油气的聚集量。 含油气饱和度是油气所占岩石孔隙体积的百分数，是目前用来描述岩石中油气数量的 基本参数。因此，若知道烃源岩、储集层( 运移通道) 中油气饱和度的变化特征，结合其 它参数，就可以比较有效地计算油气聚集量，达到为油气资源评价提供基础参数的目的。 第一节研究现状 目前，对油气成藏过程中油气饱和度的研究主要集中在对烃源岩中的残留油饱和度和 油捧出时的油水比、二次运移通道中的起始运移饱和度及油相运移通道特征以及油藏中控 制和影响油气饱和度大小的各种因素等方面。 烃源岩中残余油饱和度与排出油水比研究 1 烃源岩中残留油饱和度的研究 从物质平衡的角度来讲，生烃量是排烃量与残留烃量之和。基于该原理，在计算排烃量 时要首先计算残留烃量。因此，烃源岩中的残留烃饱和度就成为初次运移研究的焦点。 残留烃理论的基本观点为( 庞雄奇，1 9 9 3 ) ：烃源岩深埋过程中，在生烃量满足了自身 吸附、孔隙水溶、油溶和毛细管封闭等多种形式的残留需要，即达到一个排烃门限点时， 才开始以游离相大量排出( 图1 1 。1 ) 。 乳生烃量与排烃门限b 残留烃量与排烃l 限 图1 1 1 烃源岩中烃类残留与运移示意幽( 据庞雄奇，1 9 9 3 ) 庞雄奇等( 1 9 9 3 ) 、王新洲( 1 9 9 6 ) 根据烃类在烃源岩中的残留特征来进行油气初次运 移的研究时发现，源岩中的残留烃量受烃源岩中吸附、水溶、油溶残留烃、毛细管封堵等 残留作用的控制。由于影响因素很多，油气开始大量排运的临界地质条件可以差别很大， 无法用一个统一的排烃临界饱和度参数来表示。不同地质条件下，残留烃饱和度的大小也 不同。 庞雄奇分析了影响烃源岩残留烃量、残留烃临界饱和度的主要地质因素( 表1 1 一1 ) ： 表i 1 1影响烃源岩残留烃量的主要因素及机理解释( 据庞雄奇等，1 9 9 3 ) 类型地质作用机理或实倒 主要参量 岩性对残留烃量的髟响 岩石娄型，艘酸盐岩的臻冒烃t 较扼岩步，砂岩较粘土岩少 矿物成分：荣脱石吸附量较伊利石大- 伊刺石比高蚌石大c 有机质音量z 有机硪古量商的岩石穗曹烃量大 比表面积，钿粒岩石比襄面积太鞋粗粒署石吸射烃量大 压实作用对谦岩残智烃t 的髟响 内 正常压实- 浅层孔晾大拽留烃临界饱和废小；探届相反 z ，0 欠压实：流体排运璺阻，掉岩孔陈度慵大，残暂烃薰大 搬裂缝产生；剩余孔醇度梢失，慌体捧运同正常压实源岩 生烃困窘的彰响 生烃量小千热烃临界饱和量时，生烃越参残售地多月k t y 园 生烃量大子残烃临界饱和量时，生烃越多捧运越多c 生气量相对当时烃易律运生油多暑残留 温压介厦条件排驱动力大小 温度升高烃的拈度降低矗于排适 z 压力升高，烃的参连怍用增强 水矿化座太烃的永格性障罚 生储屡组音关皋厦接触面积 砂层厚度太的捧藏组台中油气捧遥通道好不暑残留 卡 外 砂泥展空互糍章高，接触面积大油气暑于排运，车暑残留 邻接输导层或运移通道好坏 与渗避性好的储屡接触，谭岩易排烃 与不整音面和断层面接艟的潭岩易捧烃 固 _ | 非烃时的水文辱地震条件 大气水的冲尉利于耀岩中烃的排运戚破坏不易藏留 地下高温水的热作用利千潭岩内烃的鲁弊和排运不暑残留 吸附是源岩残留油气的一种重要形式。源岩吸附残留油气量的大小主要与有机质丰 度、源岩性质、温度等因素有关( 图1 1 2 ) 。 有机后丰度( c “) - 海挂年盐地 h 梧辽盐地 图1 - i 2 烃源岩残留烃量与有机质丰度的相关关系( 据庞雄奇，1 9 9 3 ) 源岩性质是影响残留烃量的重要因素。砂岩比碳酸盐岩吸附残留烃量低，碳酸盐岩比 泥岩低。我国陆相烃源岩主要是泥质岩，粘土含量高，吸附性较大，残留烃能力强。欠压 实程度越强，残留的烃量越大( 图1 - 1 3 ) 。正常压实下，源岩孔隙度减小，烃类排运要求 的临界饱和度变大( 图1 1 4 ) 。由图1 - 1 4 还可看出，随埋深的加大，油溶残留气量加大。 5 0 1 0 01 5 0曲0 癌翦烃量f 口，m g g c ) 图1 - 1 3 松辽衙地欠压实作用对烃源岩残留烃量的影响( 据庞雄奇，1 9 9 3 ) 图一4 扎隙度与烃源岩残留烃i 临界饱和量变化( 据庞雄奇，1 9 9 3 ) 庞雄奇等( 1 9 9 3 ) 等对松辽盆地和海拉尔翁地等源岩的残留烃量进行统计，得到与上 述观点相同的认识。他发现，残留烃的饱和度随源岩有机母质丰度含量的增大而升高( 图 1 1 2 ) 。当残留烃饱和度增大到一定的程度时，才可能出现排烃。此外，残留烃的临界饱 和量不因岩石的生烃量大小而变化( 图1 1 5 ) 。 囔qv斟趣碟氍熏碘霹诫删h a 海拉尔笳地b 松辽盆地 图1 - 1 5烃源岩残留烃量与有机质类型的相关关系( 据庞雄奇，1 9 9 3 ) 王新洲等( 1 9 9 6 ) 认为粘土有机复合体中的油、干酪根以化学吸附方式存在的油以 及包裹体和部分不连通孔隙中的油，多数是不能向外运移的残留“死油”。源岩生成的油气 中，这部分“死油”残留在源岩中，多余部分才是可运移的油，二者间的界限称为运移门 限。石油在沉积物中被以各种方式紧紧约束，约束力的大小制约了石油能否进行初次运移 或发生运移的难易程度。 石油在沉积岩中并不象在大海中的水一样自由。它们被沉积物以各种方式紧紧约束着。 约束力的大小制约了石油能否进行初次运移或运移的难易程度。这种运移能力可以分为不 能运移的“死油”、可以运移的油和容易运移的油三个级别。 ( 1 ) 不能运移的“死油” 包裹体中的油 以化学吸附方式形成的粘土有机复合体中，有机阳离子或极性有机分子可以进入它 的层间，瞬时形成有机分子层，形成一种晶体( 既不是有机物也不是无机物的中间状态) ， 种新的矿物( 须藤俊男，1 9 7 4 ) 。在这种新的矿物中，有机分子或离子可以部分地嵌入由 氧原子三角形成的晶层内小凹陷或由氧原子六角环的中心形成的晶层内较深的孔穴中，因 而突出高于氧原子相切的面之外。这种形成新的矿物，并嵌入晶层问凹陷和孔穴的有机分 子或离子，在上覆地层越来越厚、压力变大的情况下，失去了运移的能力而成为“死油”。 干酪根本身以化学吸附的方式吸附的油，在一定的阶段内也是不能运移的。但随着 热演化的加深，条件具备时仍可运移。 不连通孔隙中的油不能运移也是限于某一阶段。当地温增高，部分石油裂解成气可 以压开不连通孔隙，产生微裂缝作为通道将油气放出，然后裂缝闭死，形成间歇式循环。 ( 2 ) 可以运移的油 以物理吸附方式存在于粘土矿物中的油无疑是可以运移的。不连通孔隙中的部分油、 干酪根本身吸着的一部分油和粘土。有机复合体中以化学吸附方式吸附在粘土颗粒外表面 的一部分油，在条件具备时也是可以运移的。只是比物理吸附的那部分油更难运移一些。 ( 3 ) 容易运移的油 在沉积岩连通孔隙中的油是最容易运移的。只有有机质含量丰富，而且类型好，并处 于成熟期，生成的油才多，才能在满足粘土矿物的吸附后，有多余部分充填到孔隙，包括 不连通孔隙中去。在未满足粘土矿物的吸附之前，是很难有油充填到连通孑l 隙中去的。 2 排出烃源岩的流体中的油水比例 在油气初次运移的研究中，油水比也是一个常见的参数。它的意义几乎等同于排烃时 烃源岩中的含油( 气) 饱和度。烃源岩生成的油气在水中需要达到多大的百分比才开始流 动并排出源岩，不同学者的研究结果不同。目前对排离烃源岩时油( 气) 与水的比例的研 究存在两种观点，即高油( 气) 水比( 1 ) 和低油( 气) 水比( 0 3 低 油 p h i l i p 1 9 6 5s o 0 2 5 水 t i s s u e1 9 7 1s o 0 1 - 0 9 比 例 b r o o k s1 9 7 7 s o 0 ，l - 09 ( ( 1 ) j o n e s1 9 7 8s o 0 8 一1 5 m o m p e r 】9 7 8s o 0 0 8 5 2 00 8 5 h u n t1 9 7 9 s o 0 2 - 0 9 u n g e r e r 1 9 8 7s o 2 0 高 油 d i c k e y 1 9 7 6s o l 1 0 2 0 水 张方吼 1 9 8 5s o 1 比 例 陈发景等 1 9 8 6s o 1 ( 1 ) 田克勤 1 9 9 1s o 3 二运移通道中的起始运移含油饱和度与油相运移通道特征 l 起始运移饱和度 二次运移能够发生，必须要先达到一定的含油气饱和度，这个饱和度称为起始运移饱 和度。它主要基于对储层尺度的油气运移的研究之上。许多学者对起始运移饱和度做过研 究，但他们对起始饱和度的大小提出了不同的看法。目前，一般倾向于认为2 0 是较符合 实际的值。主要观点有： t i mt s c h o w a l t e r ( 1 9 7 9 ) 建立了一个油气饱和度分布模型。他提出，含油饱和度至少 达到1 0 时，油气才能开始二次运移。运移的起始边界条件是生油层排出的油或气在边界 处发生聚集并连接起来向上倾方向开始发生运移；wa e n g l a n d ( 1 9 8 7 ) 对上述模型作了 补充和完善，提出的起始运移饱和度为2 。并指出，运移中的石油首先进入具较大孑l 隙 的小层，运移通道中的饱和度可达到5 0 1 0 0 ；m c a u l i f f e ( 1 9 7 9 ) 认为需要达到3 0 的含油饱和度才能运移；m m t h o m a s 和c l o u s e ( 1 9 9 5 ) 用二维比例模型实验( 底部点注， 侧上方点泄) 结果建立了油气饱和度分布的地质模型。指出，二次运移在垂向上的起始运 移饱和度应达到5 r 1 0 ：在源岩区盖层底面1 m 厚范围内，开始发生侧向运移，此时， 油的饱和度可逐渐增大到1 2 1 5 。 2 油相运移通道 油相运移通道的提出主要基于从孔隙范围( 或更为局限的微观角度) 来研究油气运移 的特征上。一般认为，从微观孔隙的角度，油相的运移往往沿一条连续的有限通道进行， 在这个通道范围内的含油饱和度可以达到1 0 0 。但是这个连续通道只占据储层的一部分， 并不波及整个储层。 s c h o w a l t e r ( 1 9 7 9 ) 研究二次运移时提出，油气在浮力的作用下以细油气丝( 油串) 的 形式垂直向上方运移，当浮力减少至不能够克服储层毛细管力时停止运移，直到另部分 烃运移至此处，汇聚成一个较大的烃丝后再向上继续运移，形成一个优势运移通道。连续 的油气丝沿该通道到达储集层顶部并聚集( 图卜1 - 6 ，图1 1 7 ) 。运移通道和残余油位于运 载层顶部( 约占l o ) ，而不是整个运载层。 图i 1 6油气在剖面上的运移模式( s c h o w a l t e r , 1 9 7 9 ) 幽1 一i 一7 油气在平向上的运移模代( s c h o w a l t e r , 1 9 7 9 ) e n g l a n d ( 1 9 8 9 ) 分析了圈闭的注入机制，他指出，石油沿树枝状网络从源岩中运移出 来，树枝状通道将源岩与圈闭连接起来。注入圈闭中的石油彼此连通成石油细脉，随着油 脉高度( 油柱) 的增长，石油产生的浮力将克服孔隙毛细管压力，将水驱走，代之以油( 图 1 1 。8 ) 。 h a r r yj d e m b i c k i 、m j a n d e r s o n ( 1 9 8 9 ) 和c a t a l a n 等( 1 9 9 2 ) 分别通过实验揭示了静 水条件下浮力在二次运移中的作用，指出石油沿有限的通道上浮。d e m b i c k i 等发现，油在 玻璃管中沿管中央形成的一条几毫米宽的含油饱和通道向上移动，不同沉积物中油形成通 道的宽度各不相同( 图1 1 9 ) 。一旦通道形成，油就沿通道流动，不会向其它方向散失。 图卜卜8 圈闭的注入机制( 据e n g l a n d ，1 9 8 9 ) ( a ) 石油从源岩进入储层，石油注入的树枝通道把圈闭与塬岩连接起来( b ) 石油经过一系列的“前缘”推进入圈闭，即反映脱离源岩 的石油的组成上的变化( c ) 和( d ) 由于石油不断向下取代了水，充油的孔隙就随之增加，直到少量很小的孔隙保留未充填态为止。 图i 1 9 石油在玻璃管中沿有限通道上浮( 据d e m b i c k i 等，1 9 8 9 ) 7 c a t a l a n 的实验中发现竖直玻璃管中先形成几个初始指状通道，在浮力的作用下，几个 通道以相近的速度延伸并很快归并为长形通道，之后，管底剩余的油将沿此连续通道上 移，并在顶部聚集。油水前缘呈扭曲的指状沿管壁延伸并能与管壁接触( 图1 1 1 0 a ) 。玻 璃管倾斜时，油的指状运移通道开始时与竖直管中相同，但沿上倾方向延伸4 5 c m 后， 上浮的连续通道开始贴近玻璃管的上壁，后续的油沿这条倾斜的通道运移( 图1 1 1 0 - b ) 。 具有渗化前缘的初始油带，油水运移前缘保持近乎水平，管底的残余油饱和度近于零( 图 1 1 1 0 - c ) 。超出初始油带平面后，渗化前缘伸展成条形分散上浮一段有限的距离。下部残 留饱和度很高。 圈i i 1 0 玻璃管中的石油l ：浮现象( 据c a t a l a n 等，1 9 9 2 ) 由以上实验得出，无论玻璃管倾斜或竖直，顶部油聚集带的高度基本相同，但倾斜玻 璃管中油的运移效率明显高于竖直玻璃管中，底部残余油饱和度值较低。因此，倾斜玻璃 管中的油运移通道内含油饱和度较高。 t h o m a s ( 1 9 9 5 ) 对油气饱和度的分布做了模拟与分析。油刚注入时形成一个大范围散 失带，继续注油则逐渐形成一个类似“片流”的连续运移通道。注入通道时，石油运移前 缘的推进速度受到含油饱和度控制，即烃源岩排油体积越大，油相运移前缘的推进就越快。 形成连续油相通道之后，油沿通道继续向上倾运移，只受浮力和毛细管阻力作用，流动速 度由浮力的控制( 图1 1 - 1 l ，图1 1 1 2 ) 。渗透率较高( 1 0 0 m d ) 的运载层中，油以“溪流” 的形式较集中的发生快速运移。 图i - 1 1 1垂向运移与侧向运移示意图( t h o m a s ，1 9 9 5 ) 图i 1 - 1 2 油气饱和度分布模式( t h o m a s , 1 9 9 5 ) h i n d l e ( 1 9 9 6 ) 研究了盆地内的石油运移通道，得出：石油在封闭面下沿着构造最有 利的通道运移。在盆地中心，运移通道在生油区上方形成密集网络。由于封闭形态的影响， 通道向盆地边缘变得越来越集中，大量油聚集在一处，继续运移的油丝则形成不连续通道。 这些通道可能最终延伸至地面而成为油苗( 图1 1 1 3 ，图1 一l 。1 4 ) 。静水条件下，大多数沉 积笳地的油藏基层是水平的。 巷。一一 。一s l 一一旦” 图1 1 1 3 巴黎盆地油气运移通道的分布模型 图1 一1 1 4 威利斯顿盆地油气运移通道的分布模型 9 三油藏中的含油饱和度研究 目前对油藏中含油气饱和度的研究，仅限于了解影响含油饱和度大小的各种因素。近 年来对油藏内饱和度影响因素的研究已形成较为一致的认识。 当油气进入圈闭形成油气藏后，除了自身的浮力之外，油气基本上不受任何外力的作 用。静水条件下当油气与地层水达到平衡时，油气减内的原始含油饱和度主要受到油气柱 高度、油气水的密度、界面张力、润湿性、岩石的孔隙度、渗透性等多因素的控制。 李淑贞等( 1 9 8 9 ) 通过大庆、胜利、辽河等几个油气区的油基泥浆取心等资料进行综 合研究，得出： l 当储层性质较均匀时，原始含水饱和度随油柱高度的增大而减小( 图1 - 1 15 ) 。原始 含油饱和度随油藏的油柱高度增大而增加。 薄韫雷墙晶露 米，c 采 ： 一一 ， r1 i j # 1 t ，l ：玎 i 土 l 、 l p u 、 ： l | f l 、： 。li i 地i娥 弹 邀 硅拓 心 、 、 五“过阐迤 坠菲羹妄 蕊宣拜隶乎萨氍肆 ：鼍k j 刁 t 地驶i甲甲甲甲 国 fl 怪l1 - 1 - i5 犬厌油田北部原始宙水饱和厦随油柱- 罚厦的变化( 据李淑贞，1 9 8 9 ) 1 产油层；2 水层；3 产油含水：4 油水同产i5 产水带油花 2 储油气岩石的孔隙结构和渗透性是影响油气饱和度的关键因素。在油藏的油柱高度 一定的情况下，原始含油饱和度受储层岩石孔隙结构的控制。原始含油饱和度随渗透率的 增大而增高，高渗透性的油减中容易达到较高的饱和度；孔隙度越大，能达到的最大含油 饱和度也越高( 图1 1 1 6 ) 。 m ( “) 图1 f 1 6 原始含水饱和度与孔隙度的关系( 据李淑贞1 9 8 9 ) 3 不同油气区油藏的原始含油饱和度高低主要取决于地层中的油水密度差：渗透率 定的条件下，油水密度差越大，油藏中的原始含油饱和度越高。 4 气顶油藏的气顶区除了含气、水之外，还含有一定数量的残余油( 1 0 4 0 ) ，含 水饱和度也随渗透率的增加而降低。 张曾怡等( 1 9 9 0 ) 通过对济阳凹陷的油基泥浆取心资料进行分析，得到与上述观点相 似的结论。 在含油高度相近的情况下，毛细管阻力不同，油藏内达到的含油饱和度不同。孔隙度 和渗透率越高，含水饱和度越低( 图1 1 1 7 ，图1 1 - 1 8 ) 。油相运移的驱替动力决定了油饱 和度的增长过程，驱动力增大，含油饱和度增高越快，但对最终达到的最大含油饱和度值 无明显影响。石油性质对饱和度的增长过程有明显的影响。 a 观1 井e s 2r b 观l 井e s 2 下 图i 一1 1 7 含水饱和度与孔隙度的关系( 据张曾怡等，1 9 9 0 ) a 观i 井e s 2 j b 观1 井e s 2 下 圈f f 1 8含水饱和度与溘透率的关系( 据张曾怡等，1 9 9 0 ) 润湿性是毛细管压力饱和度资料的测定和解释的理论基础之一。润湿性直接影响储油 ( 气) 岩石的油气、水饱和度，储油层的孔隙内部流体分布的特性随润湿性的不同而有很 大变化，岩石表面亲油憎水的储集层中比较容易形成较高的含油饱和度。t r e i b e r 等( 1 9 7 2 ) 和m o r r o w ( 1 9 7 6 ) 按流体的前进和后退接触角对5 5 个储油层进行定量统计，发现有7 5 的储层是非水湿的，即属于亲油或中性