石油和天然气的运移

1,石油和天然气的运移,一概述二油气初次运移三油气二次运移,2,概念：地壳中的石油和天然气在各种天然因素作用下发生的移动。,第一节概述,初次运移:油气从源岩层向储集层的运移二次运移:油气进入储集层以后的一切运移,4,油气运移的结果：（1）使分散的油气在储集层的适当部位富集起来形成油气藏；（2）直接运移出地表，成为油气苗；（3）导致油气的分散，使油气藏遭破坏。,5,油气运移的证据：,6,油气运移主要研究内容,1.油气在地下是以怎样的形式在什么动力作用下运移的？2.在什么时期进行大规模运移的？3.运移的途径是什么？4.运移的主要方向是怎样的，可能在哪聚集？5.运移的数量是多少，至今还能保存多少。,7,油气运移的基本方式,1、渗滤：机械运动，整体流动，遵守能量守恒定律，由机械能高的地方向机械能低的地方流动。,渗滤、扩散,2、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。,8,孔隙介质中油水的分布形式：,b-亲油孔隙介质,a-亲水孔隙介质,亲水介质中残留油的数量比亲油介质中少；油相在亲水介质中的流动却比在亲油介质中难。,9,一、油气初次运移的相态二、油气初次运移的动力和方向三、油气初次运移的通道四、初次运移的模式五、烃源岩有效排烃厚度,第二节油气初次运移,10,第二节油气初次运移,1.水溶相运移油气溶解在水中呈分子溶液，水作为油气运移的载体进行运移。水溶相运移存在的问题首先是由于液态烃类(石油)大量溶解于水中是比较困难的。而天然气的溶解度较高，可成水溶相运移。,一、油气初次运移的相态,原油在水中的溶解度随温度的变化,11,2.游离相石油初次运移最重要的相态。游离油相和游离气相，呈分散状或连续状油相、气相。,3.油溶气相：气溶解于石油中，以油相形式运移；气溶油相：油溶于天然气中，以气相方式运移。,12,4、扩散相,轻质油和天然气,烃分子扩散的驱动力是浓度梯度，烃分子由高浓度处向低浓度处扩散。,油气初次运移过程中的可能相态,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,5、初次运移相态演化,14,1.压实作用压实导致孔隙水排出，孔隙度减少，岩石体密度增加。,二、油气初次运移的动力和方向,砂泥岩互层剖面:流体的运移方向是由页岩到砂岩。在砂岩层中做侧向运移。碎屑岩沉积盆地:压实流体总是由泥岩向砂岩运移，由深部向浅部、由盆地中心向盆地边缘运移.,（1）正常压实流体总体运移特征：,16,欠压实：泥质沉积物在压实过程中因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有效减小，导致孔隙流体承受了部分上覆沉积负荷，流体压力高于静水压力。特征：高孔隙度、超压出现的条件：快速沉积、细粒沉积比率高,（2）欠压实,剩余压力差驱动孔隙流体向低剩余压力的方向运移；孔隙压力超过泥岩的承受强度产生微裂缝微裂缝排烃释放超压，恢复正常压力。,欠压实泥岩流体总体运移特征：,18,温度增加时，油气水的体积膨胀，即具有热增容效应。随埋深增加，地温增大，水的密度降低，比容增大，这种膨胀作用促使流体运移，有助于排烃。若处在封闭或半封闭系统，可形成异常高压。,3.流体热增压作用,19,干酪根所形成的油气(包括水)的体积大大增加，新生的流体排挤孔隙中已存在的流体，驱替原有流体向外排出。当流体不能及时排出时，导致孔隙流体压力增大，出现异常压力排烃作用。烃源岩生烃过程孕育了排烃的动力，石油的生成与运移是一个必然的连续过程。,4.有机质的生烃作用,20,有机质未成熟低成熟阶段的主要运移途径。较大孔隙：孔径100nm最重要的排烃通道。微层理面：层内沉积物垂向变化的界面，渗透性较好烃类横向运移的重要途径。,1.较大的孔隙与微层理面,21,微裂缝：指宽度小于100m的裂隙，大多为1025m，是成熟过成熟阶段的主要运移通道。烃类的生成及其他作用-异常高压-微裂隙-排烃-微裂隙闭合-蓄压再破裂再排烃,2.微裂缝,干酪根生成烃类过程中，微裂缝的形成与烃类的注入（据Ungerer等,1983),异常高流体压力能导致烃源岩形成微裂缝。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。这种微裂缝具有周期性开启与闭合特点。,23,（1）构造裂缝：地应力作用下烃源岩中产生的裂缝。张裂缝：宽度一般大于100m，属毛细管孔径。（2）断过烃源岩的断层也是初次运移的重要通道地震泵效应增强了断层的通道作用。活动断层像插入烃源岩中的吸管。-幕式排烃,3.构造裂缝和断层,24,孔隙、微裂缝、微层理面、构造裂缝、干酪根网络。低成熟-未成熟阶段：孔隙和微层理面；成熟-过成熟阶段：微裂缝为主，复合通道。,三、初次运移的通道,四、初次运移的主要时期和距离,石油：有机质热演化成熟阶段天然气：多期，大量生气之后排烃门限：达到排烃所需的饱和度,1、初次运移的主要时期,26,排烃有效厚度：烃源岩中的油气能有效排出的厚度。只有与储集层相接触的一定距离内生油层中的烃类才能排出来。生油层有效排烃厚度约为28m(上、下距储集层各14m)。厚层块状泥岩源岩层排烃不利，相当一部分厚度对初次运移排油无效。,2、初次运移的距离,27,正常压实排烃模式异常压力排烃模式扩散模式,五、油气初次运移模式,油气初次运移可以归纳为三个模式：,1、未熟低熟阶段正常压实排烃模式,源岩埋深小，生成油气的数量少，源岩孔隙水较多，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，油气通过源岩孔隙运移到运载层或储集层中。,2、成熟过成熟阶段异常压力排烃模式,在成熟过成熟阶段，有机质大量生成油气，大量油气呈游离状态。,欠压实、蒙脱石脱水、有机质生烃以及热增压作用等各种因素导致孔隙流体异常高压。,高压导致源岩产生微裂缝，油气水通过微裂缝孔隙系统向源岩外涌出。,3、轻烃扩散辅助运移模式,气体通过短距离的扩散进入最近的输导层后，即转变为其它方式进一步运移到储层中。轻烃的扩散可以作为一种辅助运移模式。但对于深层储层非常致密，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。,31,油气二次运移,定义：进入储层或运载层之后的一切运移。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。,运移环境：运移通道粗，多样，毛细管阻力小，油气以游离相为主，气可呈溶解相,油气二次运移：,33,一、油气二次运移的相态,主要：连续油相或者气相,石油主要呈游离相天然气可呈游离相和水溶相,34,动力：浮力、构造作用力、水动力阻力：毛细管力、水动力,油气二次运移的过程就是这些动力和阻力相互作用的结果。,二、油气二次运移的阻力和动力,35,石油和天然气密度比水的小，因此游离相的油气在水中存在浮力，浮力的大小与油气密度和体积有关。,1、浮力运移动力,式中：V-油相体积；g-重力加速度；w-水的密度；o-石油的密度。,36,1、浮力运移动力,浮力的方向垂直向上。在水平地层条件下，油气垂直向上运移至储盖层界面；在地层倾斜情况下，油气则沿地层上倾方向运移。,37,由于w-gw-o；所以：,粒度越细，孔喉越小，油柱上浮所需临界高度越大。,相同条件下，气柱上浮临界高度远小于油柱,水平地层,38,沉积盆地的地下水动力条件对油气二次运移起着宏观控制作用。沉积盆地的水动力压实作用压实水动力（压实驱动）：由盆地中心向盆地边缘、由深处向浅处。重力作用重力水动力（重力驱动）：由盆地边缘向盆地中心,2、水动力,压实水动力：主要来自于盆地内沉积物的压实排水，出现在盆地早期的持续沉降和差异压实阶段和过程中。通常在同一个时期，盆地中心的地层厚、沉积物负荷大，边部地层较薄、沉积物负荷较小，由此产生差异压实水流，其流动方向是由盆地中心向盆地边缘呈“离心流”状、由深处向浅处。压实流盆地,重力驱动：主要产生于盆地演化的成熟阶段。随着盆地沉降的停滞和进一步的成岩变化，压实作用变得越来越不明显，加上后期的地壳运动使得地层翘倾、褶皱，地层在盆地边缘往往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，区域地下水表现为“向心流”的特征。“重力流盆地”。,滞流盆地：到盆地演化的晚期，盆地地下水基本上处于静水状态，无流体能量交换。滞流盆地,图：背斜地层中水动力与浮力的配合情况及油气运移方向,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。,42,3、毛细管力-阻力,油气二次运移主要是油气在喉道中驱替水而向前运移，必须克服毛细管力。因此，通常情况下，毛细管力是油气二次运移的阻力。,构造作用力为油气二次运移创造了有利条件。,4、构造作用力,构造作用力：由地壳运动造成的各种地质构造应力。,构造应力促使岩层变形或变位，造成褶皱和断裂，地层发生倾斜，形成裂缝，并驱使地层中的流体发生运移。,44,1.基本通道,储集层的孔隙和裂缝：基本通道断层：垂向运移主通道不整合面：侧向运移重要通道,三、油气二次运移的通道,45,（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、油气输导体系,46,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：真正发生了运移作用的运载层。,（3）优势运移通道与有效运移通道,优势通道是有效通道的一部分,开始时期：初次运移之后发生主要运移时期：生油期后第一次大规模构造运动时期或主要生排烃期后构造相对活动时期多期构造运动形成多期运移成藏期,1、主要时期,四、油气二次运移的主要时期、方向和距离,48,油气沿着形态