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石油天然气地质与勘探,任课人逄雯山东胜利职业学院,第一节油气运移概述第二节油气初次运移第三节油气二次运移第四节油气运移研究方法,第四章石油和天然气的运移,概念地壳中的石油和天然气在各种天然因素作用下发生的移动。,一、油气运移概念及证据,第一节油气运移概述和研究内容,第四章石油和天然气的运移,,第四章石油和天然气的运移,油气运移结果（1）油气聚集导致石油和天然气在储集层的适当部位（圈闭的富集，形成油气藏。（2）油气藏破坏或改造导致油气的分散，使油气藏破坏油气重分配或消失。（3）直接运移出地表，成为油气苗；,油气运移示意图（据Tissot等,1978）,1.初次运移2.二次运移3.油气苗,油气运移的证据1.地表渗出的油气苗（地下→地表）；2.采油时很小的井孔可以流出大量的油气（说明至少在开采时是四面八方汇集的结果）；3.采出的石油中可以找到比储层时代老的孢粉（由老的生油层→新储层）；4.生油岩多为细粒岩石如泥岩、页岩，而目前的产油层多为粗粒的砂岩等岩性（生→储）；5.油藏中油气水按比重分异，从上到下分别为气、油、水（层内运移结果）。,第四章石油和天然气的运移,二、油气运移的阶段划分,初次运移油气自烃源岩层向储集层或输导层的运移,,二次运移油气进入储集层或输导层以后的一切运移,,,若对整个油气运移来说,则是一个几乎同时存在的连续过程,根据时间顺序和介质条件的变化，可将油气运移分成两个阶段,第四章石油和天然气的运移,油气的运移和聚集,第四章石油和天然气的运移,油气运移研究的意义石油与天然气具有明显的运移性。油气的地质史就是油气的运移史；运移是是联结生、储、盖、圈等静态条件的纽带。油气运移要研究的问题是油气怎样从源岩中排出；什么时候排出；排出来多少；运移到什么地方；可能到哪儿聚集以及可能聚集多少等等。显然这些问题正是油气勘探和评价中急待解决的问题。,第四章石油和天然气的运移,三、油气运移的基本方式,1、渗滤机械运动，整体流动，遵守能量守恒定律，由机械能高的地方向机械能低的地方流动。,★渗滤、扩散,2、扩散分子运动，使浓度梯度达到均衡。,扩散方向从高浓度向低浓度。,第四章石油和天然气的运移,Q单位时间内流体通过岩石的流量，厘米3/秒；F液体通过岩石的截面积，厘米2；μ液体的粘度，厘泊；L岩石的长度，厘米；P1-P2液体通过岩石前后的压差，大气压；K岩石的渗透率，达西，标准单位为μｍ2，1达西0.987μm2。,渗滤可用达西定律来描述,第四章石油和天然气的运移,流体在地下的渗滤规律可用流体势来描述相对于基准面单位质量流体所具有的机械能总和gZdp/q2/2式中--高程Z处流体势,J/kg或m2/s2;Z--高程，m;g--重力加速度,9.81m/s2p--高程Z处流体压力,Pa;--流体密度,kg/m3q--流速,m/s.,第四章石油和天然气的运移,扩散是分子布朗运动产生的传递过程，总是从油气浓度高处向浓度低处进行。扩散的结果是使浓度梯度达到均衡。流体中的扩散速率与浓度梯度有关，服从费克第一定律J＝-DgradC式中J扩散速率D扩散系数，C物质浓度扩散方向从高浓度向低浓度。D与分子大小有关，分子越小，扩散能力越强,轻烃具有明显的扩散作用。,第四章石油和天然气的运移,成藏后的扩散流主要表现为油气的散失,在孔渗性差的致密岩层中主要是扩散流，在孔渗性较好的岩层中主要是达西流.,第四章石油和天然气的运移,1、地层剖面中，某层沉积物所受到的由上覆岩层重力负荷（上覆沉积物的基质和孔隙空间流体的总重量）引起的压力，称地静压力（S），又称上覆岩层压力，静岩压力,地层封闭条件下，S由两部分组成S＝б＋Pf＝gHρr其中б沉积物骨架支撑的压力；S静岩压力；g--重力加速度H上覆沉积物的厚度；ρr--上覆沉积物的平均总体密度Pf岩层中孔隙流体压力，又称地层压力；,当上覆沉积物每增加单位厚度时所增加的压力称静岩压力梯度。通常指每增加1米沉积物所增加的压力,用pa/m单位表示.取上覆沉积物的平均总体密度为2.310kg/m,则地静压力梯度约为2.310000Pa/m。,四、油气运移的相关问题,沉积物可分为两部分，颗粒骨架和孔隙中的水SσPf,σ和Pf各司其职σ促使岩石发生压实作用，Pf则促使在压实中流体排出。,第四章石油和天然气的运移,2、地层压力地下渗透性地层中所含流体承受的压力，又称地层流体压力或孔隙流体压力。P＝ρwgh单位大气压atm或帕斯卡Pa。1atm＝101kPa。水压头地层压力所能促使地层水上升的高度（上覆水柱的高度）h＝P/ρwg式中,P为地层压力，h为水压头，ρw为水的密度，g为重力加速度。由于，水的密度为1，1个大气压的地层压力约相当于10m高的水柱重量。,第四章石油和天然气的运移,当上覆水柱增加单位高度时所增加的压力称静水压力梯度。通常是指1米水柱高时增加的压力，单位用Pa/m单位表示。取水的密度为110kg/m，则静水压力梯度约为0.01MPa/m.,静水压力是指由静水柱重量所造成的压力，随上覆水柱的增高而加大。其通常的含义是由连通在地层孔隙中的水柱所产生的压力。pwHρwg式中pw---静水压力；H--上覆水柱的高度；w--水的密度；g--重力加速度,2、静水压力,第四章石油和天然气的运移,3、异常流体压力高于或低于静水压力值的地层压力。异常高压的成因（1）压实与排水的不平衡（欠压实）。上覆负荷在孔隙流体和岩石骨架上作用力的分配关系，决定着沉积物的压实状态。,对于每一具体岩石来说，都有一个维持其压实需求与实际排水之间平衡的最小渗透率界限值Kmin，岩石实际渗透率与它的相对大小关系，决定了岩石所处的压实状态。,（2）水热增压石英的热膨胀率仅为水的1/15，水的膨胀效应更为明显。体系的开放/封闭；封隔性边界又往往是隔热层。,（3）粘土矿物的转化泥质岩中含有50以上的粘土矿物，在成岩过程中，粘土矿物将发生一系列变化，如蒙脱石S→伊利石I。S层间吸附水密度一般都高于自由孔隙水，故脱去单位质量的水将引起体积膨胀，促进异常高压的形成。,（4）有机质的热解生烃天然气的大量生成，会给较为封闭的烃源岩系统产生一个附加的气体压力，其大小可描述为,式中，fg和fCO2分别为气体和CO2分子的自由度数fg6.452，fCO26.667，△ρNg、△ρNCO2则分别为气体和CO2的数值密度增量，Ck为玻尔兹曼常量1.3810-16尔格K-1，T温度K；Pwg水的蒸汽压力。显然，气态烃生成量越大以△ρNg衡量，体系越密闭，这一因素对异常压力形成的贡献就越大。,总结①各种成因机制对异常压力的形成所起的作用在不同的地质条件下可以不同。如某种机制在某一个地方起主要作用，在另一个地区则为次要因素；②在一个具体地区，对异常压力形成有贡献的因素也往往不止一个。从整体上来看压实和排水不平衡机制意义似乎更大些，是后三种机制所赖以形成的物质基础封闭体系都可由它引起。,水力（狭义）充满于岩层中的水，它在渗透层中流动时能带动油气一起运移。含水层中的水在重力作用下由高势区流向低势区，水从A侧进，从B侧出，其连线即为理论上的动水压面。沿水流方向单位距离的压力降称压力梯度。当地层倾角不大时，（P1-P2）/L≈（P1-P2）/l；故dP/dL≈dP/dl。,当有不溶于水的游离相油气存在时，推动油气前进的水动力应等于连片油气两端的水压差，油柱长度为L时，水力为PLdP/dl可见,水压梯度越大,油柱长度越大,水力就越大。,浮力由于流体之间的密度差ρw-ρo、ρw-ρg、ρo-ρg产生的力，按阿基米德定理，单位面积上的水对石油的浮力为Fρw-ρogHH连续油相高度。显然，连续油柱越高，浮力值就越大。,当地层倾斜时，油气上浮到储集层顶面时，将继续在浮力作用下沿储集层顶面向上倾方向运移。如果储层倾角为α，上倾方向的分布F1大小是F1FSinαρw-ρogHSinα,毛细管力这是毛细管中的物理现象，属于表面力。显然∑df10；而沿管壁的分力则为df2dfcosθδdlcosθdl壁长沿管壁积分F2∫df2δ2πrccosθ故单位面积上的压力为,毛细管压力的方向由润湿相指向非润湿相（如由水指向油）。,其它力构造应力根据现今地震活动反映的构造应力场分布，地下水位的变化呈现如下规律①震前应力能量积累阶段（水位趋势性下降），②震时能量释放阶段（水位急剧上升），③震后应力调整阶段（水位缓慢回升，后恢复正常）。,,分子扩散力由于介质内各处浓度不一致而导致的分子布朗运动。由两地的浓度差和温度、压力引起，结果是达到浓度的平衡。从运移意义来讲，气态烃比液态烃更容易扩散，另外，岩石介质不同时分子的通过能力也不同，一般干燥岩石＞水层＞被水润湿的岩石。内摩擦力是石油流动时分子之间相对运动而引起的摩擦力，一般可以用石油的粘度来表示。内摩擦力越小，越有利于分子运动和石油运移。,第四章石油和天然气的运移,五、岩石的润湿性,流体附着固体的性质，吸附作用。,润湿相易附着在岩石上的流体非润湿相不易附着在岩石上的流体。,岩石的润湿性与矿物组成及流体性质有关。岩石颗粒多数为水润湿。,如在油水两相共存的孔隙中，如果水易附着在岩石上，则水为润湿相，油为非润湿相，岩石具亲水性；反之，则油为润湿相，水为非润湿相，岩石具亲油性。岩石的润湿性影响着油气在其中的运移难易程度，不同的润湿性造成油水两相在孔隙中的流动方式、残留形式和数量的不同。,第四章石油和天然气的运移,在亲水岩石中，水会在颗粒表面形成一层薄膜，油被挤到孔隙中心部位形成孤立的油珠。这种油珠可以堵塞孔隙喉道，阻碍流体运移，这种现象称“贾敏效应”。而在亲油岩石中，油以薄膜形式附着在孔壁上，成为不能移动的残余油。亲水介质中残留油的数量要比亲油介质中少，但油相在亲水介质中的流动却比在亲油介质中难。,,孔隙介质中油水的分布形式,岩石的润湿性取决于矿物组成及流体性质。一般认为沉积岩的大多数为亲水的。但对于烃源岩而言，由于本身含有许多亲油的有机质颗粒，又能在一定条件下生成烃类，因此认为是部分亲水，部分亲油的中间润湿。,第四章石油和天然气的运移,第四章石油和天然气的运移,
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