简单地说油气自细粒生油岩层中向外排出的过程即为初次运移对于课件.ppt
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1、 第四章第四章 石油和天然气的运移石油和天然气的运移 第一节第一节 油气运移概述油气运移概述 一、油气运移概念一、油气运移概念 简单讲,简单讲,油气运移油气运移就是指油气在地壳中的就是指油气在地壳中的移动。准确而言:移动。准确而言:油气运移是指石油、天然气油气运移是指石油、天然气在地下因自然因素所引起的位置移动。在地下因自然因素所引起的位置移动。油气的运移与油气藏的形成、破坏、再形油气的运移与油气藏的形成、破坏、再形成、再破坏等紧密相联,密不可分。成、再破坏等紧密相联,密不可分。从油气运移的特征看,进入储层以前的运移是从油气运移的特征看,进入储层以前的运移是一种高分散态的聚集,而进入储层以后的
2、运移是相一种高分散态的聚集,而进入储层以后的运移是相对整体的运移,二者运移的动力特征是有差异的。对整体的运移,二者运移的动力特征是有差异的。一般将生油层中由固体有机颗粒(干酪根)衍一般将生油层中由固体有机颗粒(干酪根)衍生出的油气混合物,在细粒生油层的毛细管孔隙中生出的油气混合物,在细粒生油层的毛细管孔隙中的运移,称为初次运移的运移,称为初次运移。简单地说:油气自细粒生简单地说:油气自细粒生油岩层中向外排出的过程即为油岩层中向外排出的过程即为初次运移。初次运移。对于油气运出母岩后在储集层内部的全部传导对于油气运出母岩后在储集层内部的全部传导过程则称之为过程则称之为二次运移二次运移 二、油气运移
3、的基本方式油气运移的基本方式 油气运移有渗滤和扩散两种基本方式。油气运移有渗滤和扩散两种基本方式。渗滤渗滤是一种机械运动方式,遵守能量守恒定是一种机械运动方式,遵守能量守恒定律,总是由机械能高的地方向机械能低的方向流律,总是由机械能高的地方向机械能低的方向流动。流动特征可以用达西定律描述:动。流动特征可以用达西定律描述:Q=K S (p2-p1)/(L )扩散扩散是分子布朗运动产生的传递过程。扩散方是分子布朗运动产生的传递过程。扩散方向总是从高浓度向低浓度进行,扩散传递速率与浓向总是从高浓度向低浓度进行,扩散传递速率与浓度梯度有关,服从费克(度梯度有关,服从费克(Fick)第一定律第一定律:J
4、=-D gradC 第二节第二节 油气的初次运移油气的初次运移 一、油气初次运移的动力一、油气初次运移的动力 在细粒母岩中,未压实前,水的含量是非常在细粒母岩中,未压实前,水的含量是非常多的,有机物生成烃的数量,与母岩中水的含量多的,有机物生成烃的数量,与母岩中水的含量相比是非常小的,所以普遍认为,相比是非常小的,所以普遍认为,水是油气运移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。气运移的动力。在油气初次运移中,主要动力因素有四个方面:在油气初次运移中,主要动力因素有四个方面:机理类似于挤压含水的海绵一样,生油层在上覆沉积机理
5、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。要向外运移。当岩层中的流体压力为静水压力时,称之为当岩层中的流体压力为静水压力时,称之为压实平衡压实平衡。当其上发育了新地层后,新地层的负荷作用将使下伏当其上发育了新地层后,新地层的负荷作用将使下伏地层压实,颗粒重新紧缩,地层压实,颗粒重新紧缩,产生粒间流体承压。产生粒间流体承压。(一)压实作用(一)压实作用 粒间流体压力与静水压力的之差为剩余压力。在剩粒间流体压力与静水压力的之差为剩余压力。在剩余压力的作用下,孔隙流体得以运移排除。余压力的
6、作用下,孔隙流体得以运移排除。压实流体的压实流体的运移方向以纵向为主。运移方向以纵向为主。当上覆地层沉积在盆地中心厚而边缘薄时,从而产当上覆地层沉积在盆地中心厚而边缘薄时,从而产生横向剩余压力差,使流体从盆地中心向边缘运移。生横向剩余压力差,使流体从盆地中心向边缘运移。在砂泥岩交互的地层中,泥岩易于压缩,且压缩率在砂泥岩交互的地层中,泥岩易于压缩,且压缩率大,而砂岩不易压缩,压缩率小。从而造成泥岩中流体大,而砂岩不易压缩,压缩率小。从而造成泥岩中流体剩余压力较大,而砂岩中流体的剩余压力较小(理解时剩余压力较大,而砂岩中流体的剩余压力较小(理解时可先假设两岩层的流体相互未流动运移),由此造成了可
7、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剩余压力差,从而使得生油岩中流体二岩层之间的流体剩余压力差,从而使得生油岩中流体向储集层中运移。向储集层中运移。所以,所以,油气运移的总体规律是:从高压的生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。盆地中心移向边缘。对于较薄的生油岩层对于较薄的生油岩层,在上覆沉积物的均,在上覆沉积物的均衡压实作用下,油气运移的载体水在衡压实作用下,油气运移的载体水在米左右时即被很快排出。米左右时即被很快排出。此时,有机质尚未大量生成油气,待达到此时,有机质尚未大
8、量生成油气,待达到米左右的油气生成的主要深度范围时,米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。出去已不可能。不利于油气的聚集。(二)(二)欠压实作用欠压实作用 对于较厚或巨厚的泥岩层,对于较厚或巨厚的泥岩层,由于流体排出面积所限,相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,而泥岩层内部流体受阻不能及时水体能被及时排出而压实,而泥岩层内部流体受阻不能及时排除,使得负荷的一部分被孔隙流体
9、所支撑,从而产生了与排除,使得负荷的一部分被孔隙流体所支撑,从而产生了与该岩层深度不相适应的该岩层深度不相适应的异常高压异常高压。所谓异常高压也就是指高于正常流体压力的压力现象。所谓异常高压也就是指高于正常流体压力的压力现象。此现象即被称为此现象即被称为欠压实。欠压实。然界这种异常压力分布较普遍,但然界这种异常压力分布较普遍,但主要见于中新生界地层中。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的造成异常高压的根本原因是沉积物的压实作用受阻,此外,后面主要讲的蒙脱压实作用受阻,此外,后面主要讲的蒙脱石脱水、水热增压、烃类聚集、构造作用石脱水、水热增压、烃类聚集、构造作用等因素都能增大
10、孔隙的高压异常。等因素都能增大孔隙的高压异常。异常高压不仅对油气运移有利,而且对油气聚集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,具体表现在四方面:有利,对油气的保存也有利,具体表现在四方面:首先,欠压实泥岩中的异常高压是油气初次运首先,欠压实泥岩中的异常高压是油气初次运移的重要动力。由于异常高压的出现,延迟了水体排移的重要动力。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),异常高压作用释放的水,将后时(约米),异常高压作用释放的水,将携带油气一起排出生油岩层,使油气得以再次运
11、移而携带油气一起排出生油岩层,使油气得以再次运移而聚集。聚集。其次,由于异常高压作用,使得岩层孔隙度较大,其次,由于异常高压作用,使得岩层孔隙度较大,载油的水体较多;且处于较高温度和较高压力下的水,载油的水体较多;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。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。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。压力盖。有利于油气的保存。异常异常高压可以高
12、压可以维持相当维持相当长的地质长的地质时间,直时间,直到释放至到释放至静水压力静水压力水平。水平。异异常常高高压压随随深深度度变变化化实实测测图图(三)热力作用(三)热力作用 随着生油岩埋深的增加,地层温度升高,温度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的增加对油气初次运移的作用主要体现在以下五个方面:方面:1、温度增加有利于有机质降解出液态或气态烃、温度增加有利于有机质降解出液态或气态烃类物质,引起流体体积和压力增大。有利于油气的类物质,引起流体体积和压力增大。有利于油气的排出。排出。2、温度增加有助于烃类解脱粘土物质的吸附,、温度增加有助于烃类
13、解脱粘土物质的吸附,促进烃的流动。促进烃的流动。3、温度增加降低流体粘度和油水界面的、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。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、在主生油深度范围内,温度增加,使烃在水中的溶解度增加。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,、热水增压作用,温度升高,水体膨胀,促使流体运移。促使流体运移。热力作用造成的运移方向是由高温区向低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,从盆地中心到温区,从地层深处向地层浅处,从盆地中心到盆地边缘。盆地边缘。(四)毛细管力(四)毛细管力 毛细管力的作用一般表
14、现为阻力,仅在毛细管力的作用一般表现为阻力,仅在粘土岩与砂粘土岩与砂质岩的接触带表现为动力。质岩的接触带表现为动力。微小的毛细管中的石油液体在毛细管力的作用下上微小的毛细管中的石油液体在毛细管力的作用下上升,发生运移。但这种作用是很有限的,升,发生运移。但这种作用是很有限的,岩石的孔隙都可看成纵横交错的毛细管,当油、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。的孔隙大小是有一定范围的。当毛细管半径当毛细管半径r0.0002时,因管壁对其中液体分时,因管壁对其中液体分子的牢固吸附,
15、液体无法在管内移动;当子的牢固吸附,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起大作用。某些粘土矿物在转变过程中,如蒙脱石转变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。而成为冲洗烃类的一种营力。(五)粘土脱水作用(五)粘土脱水作用 除上之外,引起初次运移的因素还有渗析除上之外,引起初次运移的因素还有渗析作用(扩散作
16、用)、生烃作用等。限于时间就作用(扩散作用)、生烃作用等。限于时间就不一一介绍了。不一一介绍了。二、油气初次运移的相态二、油气初次运移的相态 油气在运移中的相态,看法不一,得到承认的不外乎油气在运移中的相态,看法不一,得到承认的不外乎为为水溶相水溶相和和游离相游离相两种基本形式。两种基本形式。水溶相是指油气被溶解成分子溶液,水作为油气运移水溶相是指油气被溶解成分子溶液,水作为油气运移的载体进行运移。的载体进行运移。但是大量的实验证明,在已知的石油生成温度范围内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),石油的溶解度很低,液态烃要大量溶于水而
17、运移,是不大可能的。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。状态进行运移可能是主要的。(一)水溶相(一)水溶相(二)游离相(二)游离相 1975年,迪奎认为,油气的初次运移或多或少是年,迪奎认为,油气的初次运移或多或少是油的连续相。油的连续相。其地下条件为生油岩中具高浓度的沥青和其地下条件为生油岩中具高浓度的沥青和很少的可动水。很少的可动水。这样的条件,在地下是不难找到的,特别是当生油这样的条件,在地下是不难找到的,特别是当生油岩埋藏超过岩埋藏超过3000米,处于生油阶段的时候,生油层孔隙米
18、,处于生油阶段的时候,生油层孔隙度不到度不到10%,大量的孔隙空间被不可动的固定孔隙水占,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。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。石油的初次运移是不大可能的。石油的初次运移应以高分散初次运移应以高分散烃相为主烃相为主。只有在石油进行二次运移时方以分相单独。只有在石油进行二次运移时方以分相单独运移为主。
19、运移为主。关于石油以高分散游离相态从生油岩中向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。次运移的主要形式。除此之外,油气运移还可以油溶气相、气溶油相除此之外,油气运移还可以油溶气相、气溶油相等互溶方式进行运移。等互溶方式进行运移。三、油气初次运移的时间、深度、方向、途径和距离三、油气初次运移的时间、深度、方向、途径和距离 早期初次运移早期初次运移指的是沉降到指的是沉降到1500米以前发生的运米以前发生的运移,此时由于压实,大量水从泥质沉积物中溢出,从移,此时由于压实,大量水从泥质沉积物中溢出,从而形成良
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