石油天然气地质初次运移动力通道及模式学习教案

1、会计学1石油天然气地质初次运移石油天然气地质初次运移(yn y)动力通道动力通道及模式及模式第一页，共72页。2第二节 油气(yuq)初次运移1.水溶相运移 （1）油气溶解在水中呈分子溶液，水作为油气运移的载体(zit)进行运移。一、油气初次运移(yn y)的相态原油在水中的溶解度随温度的变化（2）胶束溶液第1页/共72页第二页，共72页。32.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(fnsn)状或连续状油相、气相 。 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。证据：）游离(yul)相石油存在于烃源岩孔隙或裂隙中；）厚烃源岩剖面

2、可测定出对初次运移的色层效应。第2页/共72页第三页，共72页。4油气初次运移过程中的可能(knng)相态低成熟阶段，水溶相运移最有可能(knng)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3、初次运移(yn y)相态演化第3页/共72页第四页，共72页。5二、油气(yuq)初次运移的主要动力第4页/共72页第五页，共72页。6 剩余(shngy)流体压力的大小等于上覆新沉积物的负荷与孔隙水的静水压力之差 ： dPL = (bo-w)gL0 式中： dPL剩余(shngy)流体压力；bo新沉积的L0沉积层的密度； w地层水的密度； L0新沉积的沉

3、积层的厚度； g重力加速度。第5页/共72页第六页，共72页。7 压实流体垂直向上(xingshng)流动。第6页/共72页第七页，共72页。8第7页/共72页第八页，共72页。9 砂泥岩互层剖面中压实流体的运移(yn y)方向压实流体的运移方向(fngxing)：由泥岩向砂岩，由深部向浅部、由盆地中心向盆地边缘第8页/共72页第九页，共72页。10第9页/共72页第十页，共72页。11欠压实带中流体的排出(pi ch)方向第10页/共72页第十一页，共72页。12欠压实泥岩存在剩余压力(yl)，具有驱动流体向剩余压力(yl)减小的方向运移的趋势。第11页/共72页第十二页，共72页。132.

4、 蒙脱石脱水(tu shu)作用第12页/共72页第十三页，共72页。143.有机质的生烃作用(zuyng)干酪根所形成的油气的体积大大(d d)超过原干酪根本身的体积。第13页/共72页第十四页，共72页。15 4. 流体(lit)热增压作用第14页/共72页第十五页，共72页。16 水的压力(yl)温度密度（比容）的关系曲线第15页/共72页第十六页，共72页。17图：正常压力带的三个地温梯度情况 下，水的比容与深度(shnd)关系第16页/共72页第十七页，共72页。18水由盐度低的一侧通过半透膜向盐度高的一侧运移的作用在渗透压差作用下流体通过半透膜从低盐度区向高盐度区运移，直到浓度(n

5、ngd)差消失为止。含盐量差别越大，渗透压差也越大。5. 渗析作用第17页/共72页第十八页，共72页。19美国湾岸地区某井砂岩和页岩孔隙(kngx)水含盐量随深度变化曲线（据Schmidt，1971）第18页/共72页第十九页，共72页。泥岩和砂岩的盐度均随埋深增加而增加.渗透流体从含盐量低的部分(b fen)流向含盐量高的部分(b fen)。流体从泥岩到砂岩运移。第19页/共72页第二十页，共72页。21 6. 其它(qt)作用最大主应力(yngl)为水平应力(yngl)时，主要排烃方向沿最小主应力(yngl)方向第20页/共72页第二十一页，共72页。22合力方向指向合力方向指向储集层方

6、向。储集层方向。 6. 其它(qt)作用第21页/共72页第二十二页，共72页。23第22页/共72页第二十三页，共72页。24 7.烃源岩排烃动力(dngl)演变第23页/共72页第二十四页，共72页。25埋藏深埋藏深度度m m温度温度 有机质热演化有机质热演化阶段阶段 油气运移动力油气运移动力0 0150015001010 5050 未未 熟熟 正常压实、渗析、正常压实、渗析、扩散扩散15001500400040005050150150 成成 熟熟 正常压实欠压实、正常压实欠压实、蒙脱石脱水、有机质蒙脱石脱水、有机质生烃、流体热增压、生烃、流体热增压、渗析、扩散渗析、扩散400040007

7、0007000150150250250 高成熟过高成熟过成熟成熟 有机质生气、气体有机质生气、气体热增压、扩散热增压、扩散 7.烃源岩排烃动力(dngl)演变第24页/共72页第二十五页，共72页。26中浅层深度，压实作用(zuyng)为主；中深层以异常压力为主。 7.烃源岩排烃动力(dngl)演变第25页/共72页第二十六页，共72页。27较大孔隙(kngx)、微层理面微裂缝构造裂缝与断层缝合线干酪根网络三、油气(yuq)初次运移的通道第26页/共72页第二十七页，共72页。28泥（页）岩孔径的大小(dxio)与烃类分子的比较 甲烷和水能通过小微孔(wi kn)（1nmd0.3nm） 正烷烃

8、、芳香烃、沥青稀可通过中微孔(wi kn)（10nmd1nm） 大分子集合体和游离相烃只能通过大微孔(wi kn)（d50nm）10m100m第27页/共72页第二十八页，共72页。29岩石(ynsh)中连通孔隙的5种组构孔径(kngjng) 1nm-10nm （1） 20% 10nm-100nm （2） 30%100nm-1m （3） 45%1m-10 m （4） 5%10m-100 m （5）砂岩(sh yn)泥岩（1）90%（2）10%其中包含（3）少许第28页/共72页第二十九页，共72页。301.较大的孔隙与微层理面孔隙和微层理面是有机质未成熟低成熟阶段的主要运移途径。较大的孔隙是指

9、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)，虽然后者只占泥质烃源岩孔隙的极少数(平均不到5)，但它不仅能顺利地让扩散流通(litng)过，而且还能发生体积流动(达西流)，因此是最重要的排烃通道。游离相油气运移的主要通过这类通道排出烃源岩。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，是烃类在泥质烃源岩内横向运移、调整的重要途径，在有机质成熟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。第29页/共72页第三十页，共72页。31有机质未成熟低成熟阶段的主要(zhyo)运移途径。较大孔隙：孔径大于100nm最重要的排烃通道。微

10、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(jio d)的孔隙与微层理面第30页/共72页第三十一页，共72页。32临界(ln ji)排烃饱和度值（1%-10%）和泥质盖层的突破压力值均与几大微孔有关第31页/共72页第三十二页，共72页。33 若泥岩中视孔径30nm，油水界面张力取地面值3102N/m，则泥岩中的毛细管阻力约为4MPa，至少需要百米(bi m)以上的油柱或几十米的气柱高度，可见游离相的排烃动力主要是异常高压力第32页/共72页第三十三页，共72页。34 2.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 (EM

11、Cmexob，1974)，最小的宽度可为310m(Neglia，1979)，是成熟过成熟阶段的主要运移途径。异常高流体压力能导致源岩形成微裂缝的观点已被人们所普遍接受（Snarsky，1962；Hubbert和Willis，1973；Momper，1978）。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（Rouchet，1981；Ungerer等，1983）。Rouchet（1981）指出，

12、当裂隙周围介质的孔隙压力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，这类裂隙会由于其流体渗流到周围的孔隙中而迅速闭合。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(c hu)又可建立新的高压，又开始上述过程（图4-19）。 如果说烃类的生成是产生异常高压和微裂隙的重要原因，而微裂隙又是初次运移的重要通道，说明生烃和排烃这两种作用必然是一个连续的地质过程，看来这种天然的内在联系也完全符合自然规律。研究表明，油气沿此类微裂隙的运移是呈幕式涌流方式进行的，流体排出后压力

13、释放，微裂隙闭合，又进入新一轮的蓄压破裂排烃过程，如此周而复始。 第33页/共72页第三十四页，共72页。35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(ychng)高压-微裂隙-排烃-微裂隙闭合-蓄压再破裂再排烃 2. 微裂缝(li fng)第34页/共72页第三十五页，共72页。36干酪根生成烃类过程(guchng)中，微裂缝的形成与烃类的注入（据Ungerer等,1983) 异常(ychng)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

14、点。第35页/共72页第三十六页，共72页。37含有有机质粘土(zhn t)加压实验，表示微裂缝对油气运移的影响第36页/共72页第三十七页，共72页。38微 裂 隙 证 据 （据胜利油田(shn l yu tin)）1.高电阻率层段的优质烃源岩；2.在空间上与有机质纹层紧密相关；3. 烃源岩大量生烃阶段(jidun)相对应。第37页/共72页第三十八页，共72页。39亮晶方解石有机质纹层亮晶方解石微 裂 隙 证 据裂隙的发生(fshng)在空间上与有机质纹层紧密相关第38页/共72页第三十九页，共72页。40 测井曲线分析和岩芯观察均表明(biomng)，发生裂隙的母岩均为高电阻率的优质烃源

15、岩段。微 裂 隙 证 据 第39页/共72页第四十页，共72页。41 进入成熟阶段(jidun)的富有机质源岩大量生烃，造成孔隙流体压力迅速上升达到或接近静岩压力，并导致了顺层裂隙的产生。 液态(yti)烃包裹体微 裂 隙 证 据 第40页/共72页第四十一页，共72页。423.构造裂缝和断层 这里所指的构造裂缝主要是在地应力差作用下烃源岩中产生的裂缝。但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（李明诚，2004），此时可产生近于垂直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

16、大于100m，属毛细管孔径，烃类只要克服其毛细管阻力就能顺利通过它。 断过烃源岩的断层也是初次运移的重要(zhngyo)通道。断层可以由构造裂缝连接发展而成，同时断层的活动又可以在其邻近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在两盘并置，使烃类流体发生横穿断层面的运移进入运载层。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；流体压力的降低和升高；致使断层两盘的流体流人和排出，断层的活动就像是插入烃源岩中的吸管，将烃类和流体吸入和排出。显然，这种排烃是呈幕式的。第41页/共72页第四十二页，共72页。43（1）构造裂缝：地应力作用下烃源

17、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(zhngyo)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(guzo)裂缝和断层第42页/共72页第四十三页，共72页。444.缝合线 缝合线广泛发育在碳酸盐岩、蒸发岩中特别是在含泥质的石灰岩中的缝合线，是成岩后生阶段压溶作用的产物，也初次运移(yn y)重要通道。缝合线往往顺层面分布，也有与层面呈斜交或正交，其中常含有泥质、铁质或有机物等不溶残渣。缝合线与构造裂缝在岩石中往往交织在一起组成同体系。 5.有机质或干酪根网络 Momper(1978

18、)等认为，生油层中的有机质并非呈分散状，主要是沿微层理面分布。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，那么在大量生油的阶段，不但微层理面本身(bnshn)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、不受毛细管阻力的亲油网络，从而成为初次运移的良好通道。 第43页/共72页第四十四页，共72页。45碳酸盐岩、蒸发岩，特别是含泥质的石灰岩成岩后生(hu shng)阶段压溶产物，初次运移重要通道。 4. 缝合线往往顺层面分布(fnb)，也有与层面呈斜交或正交。第4

19、4页/共72页第四十五页，共72页。46生油层中： 有机质主要是沿微层理面分布微层理面具(minj)亲油性， 三维的干酪根网络亲油网络，不受毛细管阻力 大量生油的阶段：初次运移的良好通道 5. 有机质或干酪根网络(wnglu)第45页/共72页第四十六页，共72页。47 烃源岩本身的非均质性， 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、缝合线以及干酪根网络，从而形成了烃源岩多种多样的排烃通道。尽管烃源岩中以微孔和微裂隙为主，但也存在(cnzi)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

20、可以发生扩散流，两者在时空上可以相互转换、相互补足。说明细粒的烃源岩中总是有运移通道存在(cnzi)，只要有驱动力也总是可以排烃的。 第46页/共72页第四十七页，共72页。48三、初次运移(yn y)的通道第47页/共72页第四十八页，共72页。49四、初次运移(yn y)的主要时期和距离 石油：有机质热演化成熟(chngsh)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(zhyo)时期第48页/共72页第四十九页，共72页。50第49页/共72页第五十页，共72页。512、初次(ch c)运移的距离第50页/共72页第五十一页，共72页。52 阿尔及利亚

21、储集层上覆页岩生油层中 烃类，胶质，沥青(lqng)质含量分布第51页/共72页第五十二页，共72页。53五、油气初次运移(yn y)模式第52页/共72页第五十三页，共72页。54五、油气初次运移(yn y)模式第53页/共72页第五十四页，共72页。55 1未熟低熟阶段正常(zhngchng)压实排烃模式第54页/共72页第五十五页，共72页。56 2成熟过成熟阶段(jidun)异常压力排烃模式第55页/共72页第五十六页，共72页。57第56页/共72页第五十七页，共72页。58 3、 轻烃扩散辅助运移(yn y)模式第57页/共72页第五十八页，共72页。59烃源岩复式排烃模式(msh

22、)三种(sn zhn)排烃模式（方式）裂缝(li fng)带排烃模式差异突破压力排烃模式断层排烃模式 在异常高压区内，由于生油母质、烃源岩结构、异常高压分布以及断裂发育特征等的不同，的排烃主要分为微裂缝排烃、和断层排烃三种类型 第58页/共72页第五十九页，共72页。60有效(yuxio)烃源岩复式排烃示意图断层(duncng)排烃 微裂缝(li fng)排烃差异突破压力排烃第59页/共72页第六十页，共72页。61第60页/共72页第六十一页，共72页。62裂缝(li fng)带排烃模式压裂区裂缝(li fng)带排烃过程示意图 樊1井Es3段超压裂缝(被沥青充填) 微裂缝(li fng)排

23、烃：幕式、混相，即幕式排烃、混相涌流 第61页/共72页第六十二页，共72页。63微 裂 隙 证 据 1.高电阻率层段的优质烃源岩；2.在空间上与有机质纹层紧密相关；3. 烃源岩大量(dling)生烃阶段相对应。第62页/共72页第六十三页，共72页。64位于(wiy)营11浊积岩单砂体之上的营67井，油层顶面埋深3066.2m，压力系数达1.60以上，上覆有效烃源岩的起始排烃深度为3056.5m，排烃厚度为11.2m，属微裂缝向下排烃。 微裂缝排烃佐证(zu zhn)实例第63页/共72页第六十四页，共72页。65岩心地球化学(d qi hu xu)分析资料表明，在排烃方向上，饱和烃和芳烃分

24、别保持在43%和10%左右，变化不大，表明生成的烃类是沿着压裂产生的微裂缝进入到储层中的。 序号深度(m)有机碳(%)氯仿沥青“A”(%)氯仿沥青“A”族组分(%)饱和烃芳烃非烃沥青质总烃1234567893054.53056.53058.53060.03061.33062.43063.43064.43065.31.831.641.651.873.191.963.322.340.17540.21540.24150.42080.16450.39490.22510.35290.504653.2143.6240.5746.2743.0243.8742.2146.8041.9511.867.4111.019.028.1410.289.8711.209.7325.0029.6327.3624.7127.9130.8332.3227.6034.567.6912.2612.2612.948.537.516.469.606.0465.0751.0351.5855.2951.1654.1552.1058.0