石油地质学-第5章油气运移-09

石油与天然气的运移层区盖域输导层（储层）圈闭油气藏烃源岩（灶）烃源岩（灶）油气是如何从烃源层“跑”到圈闭中？流体为什么会流动?向哪儿流动?受力各方向的作用力的合力不等于０受力不平衡物体沿着合力方向运动!一般物体运动的条件?第四章石油与天然气的运移第一节与油气运移有关的基本概念第二节地下流体势分析第三节油气初次运移第四节油气二次运移第一节与油气运移有关的基本概念油气运移（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岩层向储集层的运移油气进入储集层或运载层之后的一切运移二次运移（secondarymigration）：初次运移（primarymigration）：层区盖域输导层（储层）圈闭油气藏烃源岩（灶）烃源岩（灶）油气生成后可能的运移？润湿性是指液体在表面分子力作用下在固体表面的展开能力，是流体和固体之间表面能作用的结果。1、润湿性的概念二、岩石的润湿性θ＝0：称完全润湿θ90：称润湿θ90：称不润湿接触角：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，部分亲水的岩石岩石由多种矿物组成，不同矿物的表面性质极其复杂，润湿性复杂；由于油的组分不同，其润湿性差别很大，可能亲水，也可能亲油。石油在岩石中具有复杂的润湿性3.岩石的润湿性对油气运移的影响影响体现在：孔隙中的油水分布、流动难易程度、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；残余油数量少。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；残余油数量多。•湿润性影响运移的临界饱和度•湿润性影响运移后的残留量•湿润性影响可采储量的数量–油气运移过程中会有大量损失•留下蛛丝马迹可供追踪(油气包裹体\荧光显示、储层氯仿可抽提物）三、地层压力与异常地层压力（1）地层压力（formationpressure)：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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（3）静岩压力：上覆地层岩石的重量产生的压力，又称为地静压力（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ghrockProck.如果某一深度地层的压力明显高于或低于对应深度处的静水压力，则称该地层具有异常地层压力。（5）异常地层压力：★静水压力、地静压力、地层压力之间的大小关系，及其随深度的变化（6）压力系数：压力系数1：异常高压压力系数1：异常低压（7）压力梯度：地层压力随深度的变化率地层压力与该深度静水压力的比值。压力系数压力分类﹤0.960.96～1.061.06～1.2﹥1.2低压异常常压高压异常异常高压（8）水压头、测压面和折算压力wwgPh折算压力：水压头：测压面：ABChAhBhCh1h2h3基准面供水区泄水区测压面wghhAP）（1地层压力能促使水从测点向上升的高度（水柱高度）。连接各点水压头顶面的连线。这是一个想象的面。静水条件则为水平的，动水条件下则为倾斜的。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。第二节地下流体势分析M.K.Hubbert(1940，1953)把势概念引入石油地质学W.A.England(1987)对Hubbert流体势的概念进行了完善单位物质所具有的总机械能称为势。对于流体来讲，就是流体势地下流体的流动是由于地下流体受力的不平衡一、流体势的概念povdpgz2221．Hubbert势（单位质量势）单位质量的流体相对于基准面所具有的总机械能z——测点相对于基准面的距离，m；（基准面以上为正）g——重力加速度，9.81m/s；p——测点地层压力，Pa；ρ——流体密度，kg/m3，v——流速，m/s。式中：Ф——流体势，J/kg；关于基准面z——测点相对于基准面的距离，m；基准面以上为正值，基准面以上则为负值地面povdpgz22实际中，多以海平面为基准面，这样地下各海拔高度（Z）则都为正值第一项：重力势能—反应重力的影响第二项：弹性势能--反映压力的影响第三项：动能－反映流体流速影响povdpgz22流体势的内涵povdpgz22wwpgzoopgzpoggpdpgz水势：油势：气势：2．England势（单位体积势）把单位体积的流体从基准面的点运送到某点所需要做的功rpdpgzPcos20式中：——流体势，J/m3；——两相界面张力，N/m；——毛细管半径，m。r第一项：克服重力所做的功第二项：克服膨胀力(压力)所做的功第三项：克服毛细管力所做的功pgzwwpogwggggrpdpgzcos2)(/orpgzowocos2/＝水势：油势：气势：rpdpgzPcos20二、流体势与油气运移1.静水压力条件下AwgzA点的压力：PA=wAogzzgAwAw)(A点的水势：0)(BwBwwBgzzgB点的水势：0)(CwCwwcgzzgC点的水势：①静水压力条件下，水势处处相等，水不流动AB1B2C1C2ZAZBZCPAPBPC基准面（地表面)压力深度rgzBowoBcos2)(B点的油势：rPzgAAooAcos2)(A点的油势：rgzrgzZgAowAwAocos2)(cos2)(=rgzCowoCcos2)(C点的油势：②静水压力条件下，油势下大上小，油气从深部向浅部运移。AB1B2C1C2ZAZBZCPAPBPC基准面（地表面)压力深度ABChAhBhCh1h2h3基准面供水区泄水区测压面2.动水压力条件下二、流体势与油气运移)(111AwAwwAwwAhhgghghPghA点的水势：①在动水压力条件下，地层水的流动方向只与水势的高低有关，而与地层压力的高低无关。B点的水势：)(2BwwBhhg)(3CwwChhgC点的水势：同理:rghghPghAwoAooAcos211rghhhgowAwcos2)()(11A点的油势：B点的油势：rghhhgowBwoBcos2)()(22rghhhgowCwoCcos2)()(33C点的油势：水势上浮力毛细管力ABChAhBhCh1h2h3基准面供水区泄水区测压面)()(32hhgowwBCoBC油势差：②在动水压力条件下，石油的运移方向取决于水动力与石油上浮力的大小(hB+h2)-(hC+h3)ρwg三、流体势与流体运移方向:垂直于等势线从高势区流向低势区运移流线型式第三节石油和天然气的初次运移油气初次运移（primarymigration)烃源岩环境：定义：油气从烃源岩层向储集层的运移低孔隙度、低渗透率、孔隙水少初次运移研究的主要内容1.石油的初次运移相态一、油气初次运移的相态石油初次运移相态包括：游离相态水溶相态气溶相态最重要的相态石油初次运移的主要相态游离相(独立相态）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：水溶相在烃源岩埋藏早期，生成少量低成熟油阶段，可能起到一定作用。气溶相石油初次运移的其它相态在烃源岩埋藏较深，烃源岩以生气为主，只生成少量的油时，油反溶于天然气中形成气溶相。2.天然气的初次运移相态一、油气初次运移的相态（1）水溶相（2）游离气相（3）油溶气相（4）分子运移（扩散相）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轻烃扩散效应模型计算的不同时期因轻烃扩散导致浓度的变化2.油气初次运移相态影响因素及其随烃源岩埋深的演变影响油气初次运移相态的主要因素①烃源岩的有机质类型②烃源岩的埋深：孔隙度、渗透率、孔隙喉道直径③地层中孔隙水的多少④地层的温度、压力状态油气初次运移相态随烃源岩埋深的演变油气初次运移的相态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油气可以互溶，可以油溶气、气溶油相态运移④油气运移的相态随烃源岩的演化而演变小结：•压实作用•异常高压•构造挤压作用•扩散作用•浮力•渗析作用二、油气初次运移的主要动力1.上覆地层负荷重量增加而导致的压实作用力（1）压实流体排出机理急剧压实稳定压实压实影响小孔隙体积的不断减小，强迫孔隙中的流体向外运移二、油气初次运移的主要动力新沉积物等厚（2）压实流体排出方向①沉积物等厚，垂向运移(主要向上)②新沉积物为楔状时，从厚处向薄处运移，从盆地中心向盆地边缘运移③砂泥互层时：从泥岩→砂岩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)二、油气初次运移的主要动力烃源岩（泥岩）异常高压的成因①欠压实作用②蒙脱石脱水作用③有机质的生烃作用④流体热增压作用异常高压排烃的方向正常压实孔隙度埋藏深度超压值异常高压带异常高压下烃源岩的排烃作用特点异常压力排烃存在两个相互联系和转化的过程（阶段）B。烃源岩破裂泄压阶段：该阶段异常压力不断增加导致岩石破裂。油气水伴随泄压过程通过微裂缝混相排出。A。压力积累阶段：该阶段,异常压力尚处于积累阶段，未导致微裂缝形成。油气在异常压力作用下，通过孔隙被连续缓慢排烃。烃源岩层的地层压力演化存在周期性变化。导致A、B两个阶段交替出现。3.扩散作用C0C1C2C3深度浓度烃源岩烃源岩与储集层之间存在烃浓度差而产生的扩散扩散作用运移方向：gradCDJ烃源岩储集层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。二、油气初次运移的主要动力三、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：岩石破裂的条件Momper(1978)：孔隙压力达到上覆静岩压力的80%，就能形成垂直裂缝。烃源岩成熟后大量生油气阶段，主要通过裂缝运移四、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五、烃源岩的有效排烃厚度•厚层烃源岩只有一定厚度范围内才能发生完全有效的排烃。受排烃动力、运移通道的渗透能力等地质条件的限制，一般认为，有效排烃厚度为20-30m。六、油气初次运移时间和临界运移饱和度•烃源岩生烃过程和排烃过程是个连续和同时的过程•初次运移的时间取决于生烃的数量，大量生烃才能发生有意义的排烃•生烃