第油氣藏課件

第一節(jié)油氣運(yùn)移(PetroleumMigration)

第三章油氣藏一、油氣運(yùn)移在油氣藏形成中的作用油氣運(yùn)移與油氣生成及油氣藏的形成、破壞、再形成過程緊密相聯(lián)系沉積物烴源巖油氣藏油氣運(yùn)移（原生油）埋藏次生油氣藏油氣運(yùn)移：地下的石油和天然氣在自然條件下發(fā)生的位置轉(zhuǎn)移油氣運(yùn)移油氣運(yùn)移初次運(yùn)移（primarymigration）：油氣從烴源巖向儲(chǔ)集層(輸導(dǎo)層)的運(yùn)移。二次運(yùn)移（secondarymigration）：油氣進(jìn)入儲(chǔ)集層后的一切運(yùn)移。二、基本概念油氣運(yùn)移概述油氣聚集初次運(yùn)移二次運(yùn)移疏導(dǎo)層烴源巖油氣已形成的油氣藏因聚集條件改變而引起油氣的再運(yùn)移（包括在新的位置再聚集或逸出地表散失）。*三次運(yùn)移(dysmigration):油氣運(yùn)移概述三、油氣運(yùn)移研究的主要內(nèi)容

油氣運(yùn)移的機(jī)理－油氣在運(yùn)移中所處的相態(tài)－促使油氣運(yùn)移的動(dòng)力－油氣運(yùn)移所循的通道－油氣運(yùn)移的方向－油氣運(yùn)移的時(shí)期－油氣運(yùn)移的距離

油氣運(yùn)移路徑的追蹤（油氣地球化學(xué)領(lǐng)域內(nèi)容）

油氣生-運(yùn)－聚的盆地模擬（綜合研究）兩種全石油（1，5）和四種拔頂石油（6，3，2，4）在水中溶解度隨溫度的變化(拔頂溫度為200℃)（據(jù)Price，1976）

溫度<100℃時(shí),石油的溶解度很低溫度>100℃后,溶解度開始有較明顯增大,但一般也僅為幾至數(shù)十ppm

即使在180℃的高溫下,溶解度也只有數(shù)十至數(shù)百ppm

在更高溫度下可望石油的溶解度會(huì)有較快的增加,但這樣的高溫已超過了石油能穩(wěn)定存在的臨界溫度值－在石油大量生成的溫度范圍內(nèi)，升高溫度對其溶解度的提高只有十分有限的作用初次運(yùn)移物質(zhì)平衡計(jì)算:根據(jù)已知油田的烴源巖的累計(jì)壓實(shí)排水量和石油聚集量算出,假如這些石油是以水溶相態(tài)運(yùn)移并聚集起來的話,則要求石油的溶解度至少應(yīng)該達(dá)到1000-10000ppm.因此,(分子)水溶相態(tài)不是石油初次運(yùn)移的主要相態(tài).*膠束溶液運(yùn)移有機(jī)質(zhì)在生油的過程中會(huì)生成一些表面活性物質(zhì),如有機(jī)酸等,其分子的一端為親油的烴鏈,另一端為親水的極性基.當(dāng)其在水中達(dá)到一定濃度時(shí),會(huì)形成分子聚集體(即膠束),油被包裹在膠束中呈膠束溶液運(yùn)移.問題:表面活性物質(zhì)數(shù)量太少;膠束直徑過大;如何“破膠”將油釋放出來?氣態(tài)烴-地表?xiàng)l件下在水中的溶解度相對較大，一般為幾十ppm。-增大壓力可使其溶解度顯著提高初次運(yùn)移（據(jù)Hunt1979資料）溫壓條件標(biāo)準(zhǔn)狀況900米深處2500米深處6100米深處甲烷溶解度約25ppm增大50倍約增大100倍約增大300倍盡管整個(gè)天然氣的溶解度隨壓力的增長沒有這樣大,但呈水溶相態(tài)運(yùn)移無疑是天然氣初次運(yùn)移的一種重要方式由于在石油大量生成的同時(shí)天然氣也在大量生成,而天然氣在油中的溶解度又較大,因此有相當(dāng)一部分天然氣可以溶解在油中被帶出烴源巖.2、游離相態(tài)運(yùn)移初次運(yùn)移油相運(yùn)移:泥質(zhì)烴源巖隨壓實(shí)的進(jìn)行,孔隙水不斷排出,含水量逐漸減少,且殘留的孔隙水中,很大一部分是以氫鍵固著在粘土顆粒表面的結(jié)構(gòu)水.隨著壓實(shí)的繼續(xù)進(jìn)行和液態(tài)烴的不斷生成,孔隙內(nèi)的含油飽和度逐漸增高,而含水飽和度則相應(yīng)降低.當(dāng)含油飽和度達(dá)到某個(gè)臨界值后,石油即可呈連續(xù)油相進(jìn)行運(yùn)移.臨界含油飽和度油相運(yùn)移的高峰是在中等壓實(shí)階段.在早期壓實(shí)階段油的相對滲透率低,不利于油相運(yùn)移;而晚期壓實(shí)階段烴源巖的絕對滲透率低,也不利于油相運(yùn)移.初次運(yùn)移*孔隙中心烴網(wǎng)絡(luò)說同樣建立在隨壓實(shí)作用進(jìn)行泥質(zhì)烴源巖的孔隙水大部分成為不動(dòng)的結(jié)構(gòu)水的基礎(chǔ)上.在成熟階段的早期,干酪根生成的少量油吸附在干酪根顆粒表面.

隨著生成油的數(shù)量不斷增多,在烴源巖的孔隙中心形成連續(xù)的油相網(wǎng)絡(luò)(孔隙中心烴網(wǎng)絡(luò)).

后續(xù)生成的油沿著這一烴網(wǎng)絡(luò)以油相排出烴源巖.孔隙中心烴網(wǎng)絡(luò)的形成

(據(jù)Barker，1979)初次運(yùn)移氣相運(yùn)移:

油溶于氣,以“氣溶”方式運(yùn)移要求的條件:游離氣烴的數(shù)量遠(yuǎn)大于液烴的數(shù)量;一定的溫壓條件故只可望出現(xiàn)在成熟階段的晚期(高成熟期)或以生氣為主的烴源巖中(,1985)

在過成熟階段,存在的烴類幾乎全為甲烷,加之烴源巖中的可動(dòng)水已極少,因此氣相運(yùn)移可能是唯一的運(yùn)移方式二、油氣初次運(yùn)移的動(dòng)力和運(yùn)移方向（一）壓實(shí)作用-厚度均等的新沉積物層的加載流體排出老沉積物泥巖孔隙度深度壓實(shí)作用新沉積物剩余壓力：橫向剩余壓力相等只存在垂向剩余壓力梯度：

壓實(shí)流體的流動(dòng)方向?yàn)榇怪毕蛏铣醮芜\(yùn)移-橫向厚度變化的楔狀新沉積物層的加載老沉積物深度剩余壓力：此外，還有橫向剩余壓力梯度：存在垂向剩余壓力梯度：

新沉積物流體排出方向初次運(yùn)移宏觀上，壓實(shí)流體運(yùn)移方向?yàn)?深部→淺部，盆地中心→盆地邊緣初次運(yùn)移在砂-泥巖剖面中,砂巖和泥巖都會(huì)經(jīng)歷壓實(shí)排水的過程.但由于泥質(zhì)沉積抗壓性差,其壓實(shí)效應(yīng)相對較強(qiáng).因此在壓實(shí)作用下,泥質(zhì)烴源巖中的流體將排向相鄰的砂巖層中.（三）新生流體的增壓作用1．有機(jī)質(zhì)生烴作用

干酪根在熱演化過程中生成的產(chǎn)物(油/氣/水)的增壓作用。Momper（1978）：生成流體的體積超過原始干酪根體積的25%。2．蒙脫石脫水作用

初次運(yùn)移蒙脫石:膨潤性粘土礦物,含大量孔隙水和結(jié)構(gòu)水.在壓實(shí)和熱力作用下,將排出其孔隙水和部分結(jié)構(gòu)水.在烴源巖排液順暢時(shí),這種體積膨脹產(chǎn)生的壓力將推動(dòng)油氣運(yùn)移;當(dāng)排液不暢或受阻時(shí),促進(jìn)異常高壓形成。在烴源巖排液順暢時(shí),由脫出水產(chǎn)生的壓力將推動(dòng)油氣運(yùn)移;當(dāng)排液不暢或受阻時(shí),促進(jìn)異常高壓形成。初次運(yùn)移粘土礦物層粘土礦物層水分子吸水膨脹干的膨潤性粘土蒙脫石在吸水后體積有時(shí)可增大數(shù)倍,伴隨體積膨脹產(chǎn)生的壓力可高達(dá)50,000kg/m2

!

石油開采:注水水敏建筑工程:建筑物安全性水霸工程:基巖裂縫填堵（四）流體熱增壓作用方向：地溫高處→地溫低處隨著埋深加大、地層溫度增加高：流體受熱膨脹→體積增大→層內(nèi)壓力增高→流體運(yùn)動(dòng)欠壓實(shí)段烴源巖層：水熱增壓現(xiàn)象較正常壓實(shí)段更明顯。(含有更多的水)石英的熱膨脹率為水的1/15

水的膨脹超過因顆粒膨脹造成的孔隙體積膨脹初次運(yùn)移在三種地溫梯度下，正常壓力帶水的比容-深度關(guān)系圖（據(jù)真柄欽次，1974）

初次運(yùn)移砂頁巖互層中頁巖的孔隙度、流體壓力及孔隙水含鹽度分布泥質(zhì)烴源巖不同階段的排烴動(dòng)力埋藏深度，m溫度，℃有機(jī)質(zhì)演化階段油氣初次運(yùn)移動(dòng)力0~150010~50未熟正常壓實(shí)滲析擴(kuò)散1500~400050~150成熟正常壓實(shí)—欠壓實(shí)蒙脫石脫水

有機(jī)質(zhì)生烴流體熱增壓滲析擴(kuò)散4000~7000150~250高成熟—過成熟有機(jī)質(zhì)生氣氣體熱增壓擴(kuò)散總結(jié):中-淺層，壓實(shí)作用為主要?jiǎng)恿?；?深層，異常高壓為主要?jiǎng)恿Α＃N源巖排烴動(dòng)力的演變初次運(yùn)移（一）通道---孔隙、微層理面、微裂縫未熟—低熟階段，通道主要為孔隙、微層理面；成熟—過成熟階段，通道主要為微裂縫；1．埋深增加，溫度升高，流體熱膨脹，內(nèi)壓力超過巖石機(jī)械強(qiáng)度，產(chǎn)生垂直微裂縫。2．Kerogen熱演化生成大量液態(tài)烴、CH4等，使生油巖內(nèi)壓力不斷增大，產(chǎn)生微裂縫。初次運(yùn)移三、油氣初次運(yùn)移的通道、時(shí)期、距離微裂縫具有周期性開啟與閉合的特點(diǎn)。尼日利亞尼日爾三角洲某鉆井剖面中孔隙率和Ch/Co隨深度的變化與初次運(yùn)移的關(guān)系

(據(jù)藤田,1977)C烴/C有機(jī)碳由下降到回升與孔隙率不隨深度增加而降低的深度間段（大致為1,950-2,550m）基本一致。說明此深度間段發(fā)生了初次運(yùn)移。（三）距離

取決于烴源巖和儲(chǔ)集層的接觸關(guān)系、輸導(dǎo)能力。

烴源巖靠近儲(chǔ)集層14米左右。烴源巖的單層厚度并非越厚越好；存在排烴效率最佳的厚度。烴源巖單層厚度為10--20米（<30m），砂泥巖互層條件下，排烴效率最好。初次運(yùn)移油氣在儲(chǔ)集層中向上傾方向運(yùn)移的一般模式圖

(據(jù)Hobson,1975重繪)二、油氣二次運(yùn)移的主要作用力二次運(yùn)移浮力:動(dòng)力水動(dòng)力:動(dòng)力或阻力毛細(xì)管力:阻力（一）浮力由于油、氣、水的密度差異而產(chǎn)生。油氣與水的密度差越大，所受的浮力越大。地層條件下水的密度一般為1.0–1.2g/cm3,油的密度一般為0.7–1.0g/cm3,氣的密度一般小于0.001g/cm3

。因此同等條件下，氣所受到的水的浮力遠(yuǎn)大于油所受到的水的浮力。二次運(yùn)移LSZL(a)(b)FF1F2在充滿水的儲(chǔ)集層中,長度為L、橫截面積為S的直立油鏈（圖a）所受到的阿基米德浮力為：?＝L?S?wg油鏈?zhǔn)艿降闹亓椋篏＝L?S?og故油鏈?zhǔn)艿降暮狭Γ▋舾×Γ椋篎＝?－G＝L?S(w-o)g作用在單位面積油鏈上的凈浮力為：F’=L(w-o)g當(dāng)同一油鏈在傾角為的傾斜儲(chǔ)集層中順層展布時(shí)（圖b）,所受順層向上的凈浮力為:F1＝L?S(w-o)g?sin則沿順層向上方向,作用在單位面積油鏈上的凈浮力為：F1’=Z(w-o)g(F1=F?sin)(Z=L?sin)二次運(yùn)移（二）毛細(xì)管力流體–流體系統(tǒng)潤濕接觸角(度)界面張力(N/m)空氣–汞1400.485甲烷–鹽水00.072<30oAPI的油–鹽水00.03030o-40oAPI的油–鹽水00.020>40oAPI的油–鹽水00.015*在石英固體表面上測得的數(shù)據(jù)在充滿水的儲(chǔ)集層中,呈游離相態(tài)的油氣在外力作用下由孔隙擠入喉道時(shí),其前端必然發(fā)生變形,此時(shí)將產(chǎn)生指向油(氣)體運(yùn)移后端的毛管壓力差,力圖阻止油(氣)體通過.該毛管壓力差可表示為:Pc=2(1/rt–1/rp)(假定儲(chǔ)集層為強(qiáng)水濕,=0,cos=1)只有當(dāng)作用于油(氣)體的動(dòng)力能克服該毛管壓力差時(shí),油氣才能通過喉道而進(jìn)入與之相連的下一個(gè)孔隙.二次運(yùn)移（三）水動(dòng)力..……..……..……..…….……..……..……..……..……..……..……..……..……..……..……..………………………………………………………h(huán)Z0X0L測勢面當(dāng)儲(chǔ)集層的供水區(qū)和泄水區(qū)之間存在高差時(shí),測勢面發(fā)生傾斜,水將沿測勢面降落的方向流動(dòng).由水的流動(dòng)產(chǎn)生的壓力即水動(dòng)力.如圖,作用在油鏈L上的水動(dòng)力可表示為:P=wgh式中:w–地層水的密度h–油鏈兩端的水頭差(即油鏈兩端測勢面的高程差)二次運(yùn)移..……..……..……..…….……..……..……..……..……..……..……..……..……..……..……..………………………………………………………h(huán)Z0X0L測勢面在本例中,水流方向與浮力方向相反,因此水動(dòng)力是油鏈上浮運(yùn)移的阻力.如果測勢面降落的方向與圖示的方向相反,水將沿儲(chǔ)層的上傾方向流動(dòng),此時(shí)水流方向與浮力方向相同,水動(dòng)力就成為油鏈上浮運(yùn)移的動(dòng)力.二次運(yùn)移能否進(jìn)行,取決于浮力與毛管阻力的相對大小,以及水動(dòng)力的存在與否及其大小和方向.浮力=Z0(w-o)g毛管力=2(1/rt–1/rp)水動(dòng)力=wgh二次運(yùn)移三、地下流體勢及油氣二次運(yùn)移的方向基準(zhǔn)面ZAZ2ZBZCZD....測勢面Hubbert(1950,1953):勢–單位質(zhì)量流體所具有的機(jī)械能的總和:=gZ+即勢=位能+壓能+動(dòng)能對于不可壓縮流體(如水),有:=gZ+P/+q2/2地下儲(chǔ)集層中的流體一般流速很小,其動(dòng)能可忽略不計(jì),于是有:=gZ+P/Z–該點(diǎn)流體相對于基準(zhǔn)面(任意選定)的高程;P–該點(diǎn)的流體壓力:P=gh故=gZ+P/=gZ+gh/=g(Z+h)地下某點(diǎn)流體所具有的勢就等于將單位質(zhì)量的該流體從基準(zhǔn)面移動(dòng)到測勢面所作的功.二次運(yùn)移三、地下流體勢及油氣二次運(yùn)移的方向基準(zhǔn)面ZAZ2ZBZCZD....測勢面在本例中:A=g(ZA+hA)B=g(ZB+hB)C=g(ZC+hC)D=g(ZD+hD)因?yàn)?ZA+hA)>(ZB+hB)>(ZC+hC)>(ZD+hD)所以A>B>C>D

故水從A點(diǎn)流向D點(diǎn).即水從高勢區(qū)向低勢區(qū)流動(dòng)二次運(yùn)移測勢面I層測勢面II層測勢面基準(zhǔn)面在靜水條件下,測勢面是水平的,同一儲(chǔ)集層內(nèi)為一等水勢空間,即儲(chǔ)集層內(nèi)各點(diǎn)處的水勢相等(因此水不流動(dòng))。在有多層儲(chǔ)集層存在且各層的測勢面具不同高程時(shí),若有通道(如開啟性斷層或井)將這些儲(chǔ)集層彼此溝通,則測勢面較高的儲(chǔ)集層中的水,將向測勢面較低的儲(chǔ)集層中流動(dòng)(即從高勢區(qū)向低勢區(qū)流動(dòng))?；鶞?zhǔn)面靜水條件下儲(chǔ)集層中油氣的高、低勢區(qū)究竟在哪里？？二次運(yùn)移..AB測勢面基準(zhǔn)面ZAZBhBhAoA=gZA+PA/o

=

gZA+wghA/o

=g(ZA+whA/o)如圖,考察靜水條件下儲(chǔ)集層中A、B兩點(diǎn)油勢的相對大?。簅B=gZB+PB/o

=

gZB+wghB/o

=g(ZB+whB/o)oA-oB=g(ZA+whA/o)-g(ZB+whB/o)由圖可知ZA+hA=ZB+hB,帶入上式:oA-oB=g(ZA-ZB)(o-w)/o

<0即oB>oA結(jié)論:靜水條件下,油氣的高勢區(qū)位于儲(chǔ)集層的低部位,油氣的低勢區(qū)位于儲(chǔ)集層的高部位:油氣由低處向高處運(yùn)移.二次運(yùn)移二次運(yùn)移的方向，遵循沿著阻力最小的途徑，由高勢區(qū)向低勢區(qū)運(yùn)移這一基本規(guī)律。位于生油凹陷內(nèi)部的隆起區(qū)及生油凹陷四周的隆起區(qū)和斜坡區(qū),特別是其中的長期繼承性隆起區(qū),往往是油氣二次運(yùn)移的主要指向區(qū)。

石油二次運(yùn)移過程中的地質(zhì)色層作用（geochromatography）

石油二次運(yùn)移方向的追蹤由于巖石的選擇性吸附作用，使得沿著油氣運(yùn)移方向上石油的成分發(fā)生有規(guī)律的變化：

極性、重質(zhì)成分（芳香烴、卟啉、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)、重金屬等）含量沿運(yùn)移方向逐漸降低。

相應(yīng)地，石油的密度、粘度、含蠟量、凝固點(diǎn)逐漸變小降低。地區(qū)井號項(xiàng)目正烷烴主峰碳C22-/C23+鎳卟啉（ppm）比重（D420）粘度(10-3Pa·s）含蠟量（%）凝固點(diǎn)（℃）鴨兒峽189

30.0

158C211.6317.640.865723.513.7113.560

0.869226.614.384610

26.100.869227.312.87-0.3684C211.93

0.867225.716.48-3.8老君廟4120

19.200.861324.511.697H-181C212.0813.560.862224.015.322.3K-243C212.268.520.8659