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石油与天然气的运移第一节有关基本概念油气运移（migration）：油气在地层条件下的移动一、初次运移和二次运移油气从烃源层向储集层的运移称为初次运移油气进入储集层或运载层之后的一切运移二次运移：初次运移：生油岩油气聚集二次运移初次运移油油气气二、油气运移的基本方式1、渗滤流体在孔隙介质中的流动称为渗滤，是一种机械运动方式。流体在渗滤过程中遵守能量守恒定律它总是由机械能高的地方向机械能低的地方流动2、扩散作用扩散是分子布朗运动产生的传递过程。当物质存在浓度差时，扩散方向总是从高浓度向低浓度进行。6.08×10-9C103.75×10-7C44.31×10-8C75.77×10-7C38.20×10-8C61.11×10-6C21.57×10-7C52.12×10-6C1D(cm2/s)烷烃D(cm2/s)烷烃烷烃在页岩中的扩散系数扩散对轻烃（天然气）的运移具有重要意义，但对于液态烃意义不大。gradCDJ费克第一定律J为扩散速率，D为扩散系数，gradC为浓度梯度二、油气运移的基本方式三、岩石的润湿性润湿作用是指固体表面的一种流体被另一种流体取代的一种作用。（1）润湿性：（流体附着固体的性质）θ＝0：称完全润湿θ90：称润湿θ90：称不润湿润湿角：润湿流体：易附着在固体上的流体，又称为润湿相非润湿流体：不易附着在固体的流体，又称非润湿相①水润湿的（water-wet）：油水两相共存的孔隙系统中，如果水附着在岩石孔隙表面，称水为润湿相，油为非润湿相，这时称岩石为水润湿的或亲水的（2）岩石的润湿性②油润湿的（oil-wet）：油水两相共存孔隙系统中，如果油附着在岩石的孔隙表面，则油为润湿相，水为非润湿相，这时称岩石为油润湿的或亲油的③中间润湿的（mixed-wet）：部分亲油，部分亲水的岩石（3）岩石的润湿性对油气运移的影响孔隙中的油水分布、流动方式、残留形式和数量①亲水岩石中：水附着在孔隙壁上，油在孔隙中心，油的运动必须克服毛细管力；②亲油岩石中：油附着在孔隙壁上，水在孔隙中心，油的运动不受毛细管力的阻碍；四、地层压力与异常地层压力（1）地层压力（formationpressure)：地下多孔介质中流体所承受的压力，亦称孔隙压力或流体压力单位：帕斯卡(Pa)或常用兆帕(MPa)（2）静水压力：静止水柱产生的压力（重量）称为静水压力ghPw（3）静岩压力：地下岩石的重量产生的压力，又称为地静压力四、地层压力与异常地层压力四、地层压力与异常地层压力（4）正常地层压力：如果地下某一深度的地层压力等于(或接近）该深度的静水压力，则称该地层具有正常地层压力如果某一深度地层的压力明显高于或低于静水压力，则称该地层具有异常地层压力（5）异常地层压力：当水不排出时（A），负荷S全部由筒内的水承担，弹簧高度保持不变，流体压力远大于静水压力。当水排出畅通时（C），负荷S由弹簧承担，流体压力为静水压力；当水排出不畅通时（B），负荷S一部分由弹簧承担，一部分由筒内的水承担，流体压力大于静水压力；（6）压力系数：某一深度的地层压力与该深度静水压力的比值。压力系数1：异常高压压力系数1：异常低压（7）剩余压力：某一深度的地层压力与该深度静水压力的差值。剩余压力=地层压力-静水压力四、地层压力与异常地层压力01000200030004000500060007000050100150地层压力(MPa)埋深（m）静岩压力静水压力第二节石油和天然气的初次运移油气初次运移（primarymigration)烃源岩的排烃（expulsion）初次运移的环境：烃源岩环境，低孔隙度、低渗透率晚期生油带来的初次运移问题：②烃源岩中含水很少，初次运移的相态是什么？①石油是如何从低孔低渗的烃源岩中运移出来的，动力？通道？生油窗一、油气初次运移的相态1.石油初次运移相态①石油在水中的溶解度很低；②生油期烃源岩含水很少;③无法形成商业性石油聚集；④无法解释碳酸盐岩油气初次运移问题水溶相运移存在的问题支持游离相运移的证据煤的孔隙和裂缝中的油滴(1)游离相(油相）指石油以游离相态在地下烃源岩中呈分散状或连续状进行初次运移显微观察的证据：石油以游离相存在于烃源岩孔隙系统1.石油初次运移相态(2)气溶油相(3)水溶相：十分不重要指石油溶于天然气中以气相方式运移1.石油初次运移相态2.天然气初次运移相态（1）水溶相天然气在水中具有较高的溶解度，水溶相是天然气运移的重要要相态（2）游离气相（3）油溶气相（4）分子运移（扩散相）高浓度低浓度低浓度2、油气初次运移相态的演变①未成熟阶段：烃源岩：埋藏浅、孔渗性好含水多烃类型：生物气、少量未熟油相态：水溶相（气）②成熟阶段烃源岩：埋藏较深、孔渗性差、含水少相态：Ⅰ型：油相油溶气Ⅲ型：独立气气溶油烃类型：Ⅰ型：油为主Ⅲ型：气为主③高成熟阶段烃源岩：埋藏深、孔渗性很差、含水极少烃类型：湿气相态：独立气相气溶油相④过成熟阶段烃源岩：无孔渗性不含水烃类型：干气相态：分子扩散、气相油气运移的相态总结：①石油主要是以游离相态运移的；②水溶相态和游离相态对天然气的初次运移都是重要的，天然气还可以呈扩散状态运移③油气可以以互溶（油溶气、气溶油）相态运移④烃源岩演化过程中相态是演变的二、油气初次运移的主要动力1.压实作用产生的瞬时剩余压力（1）压实流体排出机理PS有效应力定律：①压实平衡状态（正常压实状态）岩石骨架颗粒达到紧密接触孔隙压力为静水压力无孔隙流体排出颗粒＋流体S：上覆负荷压力σ：有效应力P：地层压力②压实欠平衡状态岩石骨架颗粒进一步重新排列孔隙压力超过静水压力，形成瞬时剩余压力孔隙流体排出颗粒＋流体新沉积物的沉积增加了上覆压力③沉积物恢复压实平衡状态①②③①二、油气初次运移的主要动力压实平衡状态新沉积物的沉积欠平衡状态静水压力流体排出压实平衡状态瞬时剩余压力静水压力新沉积物的沉积压实平衡状态与欠平衡状态的交替和循环（2）压实流体排出方向①沉积物等厚，垂向运移(向上)②楔状沉积物，从厚处向薄处运移，从盆地中心向盆地边缘运移③砂泥互层：从泥岩→砂岩④碎屑岩盆地压实流体运移规律：从泥岩向砂岩，从深部向浅部，从盆地中心向盆地边缘。2.烃源岩内部的异常高压预测压力(MPa)0100020003000400050000306090120深度(m)测井资料预测地层压力地震资料预测地层压力静水压力趋势线常压带第一超压带第一压力过渡带第二超压带(П1)第二压力过渡带第三超压带第二超压带(П2)（1）沉积盆地异常高压十分普遍辽东湾地区地层压力与埋深关系（2）烃源岩（泥岩）异常高压的成因①欠压实作用由于泥岩孔渗性降低，导致孔隙流体不能及时排出，泥岩孔隙体积不能随上覆负荷的增加而有效地减小，从而使泥岩孔隙流体承担了一部分上覆颗粒的重量，出现泥岩孔隙度高于正常压实泥岩的孔隙度、孔隙流体压力高于正常静水压力的现象，正常压实曲线欠压实曲线ZZeZ称为欠压实现象②蒙脱石脱水作用蒙脱石的特点：(Al,Mg)2[Si4O10](OH2)•nH2O蒙脱石含有层间水2－4个水分子层层间水具有较高的密度蒙脱石向伊利石的转化是地质过程的一种普遍现象伊利石不含层间水层间水转化为自由水后体积发生膨胀形成异常高压蒙脱石转化为伊利石后：②蒙脱石脱水作用蒙脱石向伊利石发生转化是地质过程的一种普遍现象②蒙脱石脱水作用阴影区表示蒙脱石大量转化区间③有机质的生烃作用(烃类生成形成异常高压)干酪根演化生成液态烃和气态烃产物体积比干酪根体积多2－3倍④流体热增压作用任何流体都具有热胀冷缩的性质在封闭的条件下，孔隙流体的热膨胀，必然造成孔隙压力的增加L点(已封闭)：压力300bar增加（1000m，25℃）沿等容线增加压力M点(已封闭)：压力720bar热增压是异常高压形成的重要因素（3）异常高压的排烃作用烃源岩封闭形成异常高压形成微裂缝微裂缝闭合孔隙流体排出超过破裂极限欠压实蒙脱石脱水生烃增压流体热增压……3.烃类浓度梯度(扩散作用）烃源岩与储集层之间存在浓度差：扩散作用运移方向：运移动力：浓度梯度烃源岩储集层高浓度低浓度低浓度三、油气初次运移的通道孔隙和微裂缝1.孔隙烃源岩正常压实阶段，静水压力，孔隙暢通2.微裂缝Snarsky(1962):孔隙压力达到静水压力的1.42-2.4倍岩石就会产生微裂缝Momper(1978)：孔隙压力达到上覆静岩压力的80%，就能形成垂直裂缝。四、油气初次运移的阶段性与运移模式烃源岩演化阶段未熟－低熟动力压实作用瞬时剩余压力相态水溶相游离相通道孔隙成熟-高成熟阶段异常高压游离相混相微裂缝微孔隙过成熟阶段扩散作用异常高压分子微裂缝微孔隙排烃模式压实排烃模式微裂缝排烃模式扩散排烃模式第三节石油和天然气的二次运移二次运移（secondarymigration)：石油和天然气进入储集层以后的一切运移二次运移环境：储集层环境①运移空间：孔隙度、渗透率比烃源岩高得多②水介质的存在：储集层中被水充满一、二次运移的相态1.石油二次运移相态2.天然气二次运移相态油珠、油条、连续油相游离相态：气泡、气柱、连续气相游离相态：溶解气水溶相态：二、油气二次运移过程中的力1.毛细管力——油气运移过程中的阻力rPCcos2)11(2ptcrrP储集层的孔隙结构：孔隙＋喉道油珠从孔隙进入喉道的阻力：（1）毛细管力的大小颗粒油rrrprt水P=rtrrp2σ2σ2σr2σ=r2σ（2）毛细管力的方向：从喉道向孔隙，从小孔隙向大孔隙2.浮力和重力浮力:物体（油）排开水的重量gVFwb重力:物体(油）本身的重量gVFog油的上浮力:浮力和重力的合力gVFow)(（1）浮力的大小(2)在浮力作用下油的运移方向在水平地层中，油垂直向上运移至储层平面在倾斜地层中，油沿储层顶面向上倾方向运移3.水动力(动水压力)（1）水动力的概念水动力实际上就是推动地层水流动的压力②测压面：同一层位各点水压头顶面的连线称该层的测压面（水位面）①水压头：相当于地层压力所能促使地层水上升的高度h＝P/(ρw×g)储集层中水的流动方向总是从测压面高的一侧向测压面低的一侧运移3.水动力(动水压力)绝对地层压力不能判断储层内水的流动方向图中A、BPA=hA×(ρwg)PB=hB×(ρwg)∵hAhB∴PAPB地层水A→B3.水动力(动水压力)绝对地层压力不能判断储层内水的流动方向③折算压力：折算压力在数值上等于测点的实际压力再加上测点到基准面的水柱压力，或者从测压面到基准面的水柱压力。把地层压力折算到某一水平基准面上的压力。A点的折算压力∴P'AP'B∵hA+h1hB+h2P'B=(hB+h2)×(ρwg)=(hA+h1)×(ρwg)P'A=PA+ρwgh1B点的折算压力h1—测压点相对于基准面的高程。当测压点位于基准面之上时，h取正值；当测压点位于基准面之下时，h取负值储集层中水的流动方向总是从折算压力高向折算压力低的方向流动3.水动力(动水压力)静水压力状态：ABCDH1H2静水压面地层水不流动，没有水动力。动水压力状态：储集层中水的流动方向总是从测压面高的一侧向测压面低的一侧运移储集层中水的流动方向总是从折算压力高向折算压力低的方向流动①压实水流：压实水流：由于沉积物压实作用引起的地层水的流动。压实流盆地：以压实水流为主的盆地。压实水流的流动方向：从深处向浅处流动从盆地的中心向盆地边缘流动测压面(2)在水动力作用下地层水的流动方向②重力水流重力水流：构造运动造成地层出露，地表水、大气水渗入形成的水流重力水流的方向从盆地边缘（山区、供水区）向盆地中心流动测压面三、油气二次运移通道和输导体系1．油气二次运移通道的类型微观上：孔隙和裂缝宏观上：输导层、断层和不整合面（1）输导层①输导层是具有发育的孔隙、裂缝或孔洞等运移基本空间的渗透性地层碎屑岩输导层：砂岩层、砾岩层等；碳酸盐岩输导层：受孔缝发育的控制。高孔渗相带、裂缝发育带和溶蚀孔缝发育②各种沉积环境形成的砂体是油气运移的重要通道③砂体输导