能源地质学教学课件PPT石油和天然气运移.ppt

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1、能源地质学课件,能源地质学,主讲人：杜振川,第二篇 石油和天然气地质学,能源地质学课件,第四章、石油和天然气的运移,第二篇 石油和天然气地质学,油气的运移：石油和天然气在地壳内的任何游动。,石油和天然气的运移，是它们在生油层中生成之后就开始的，所以，油气运移是油气生成过程的继续。在生油岩中生成的、呈分散状态的油气，经过初次运移进入储集层中，在储集层中又经过二次运移，进入具有封闭条件的地方聚集起来而形成油气藏。已经形成的油气藏，可以由于圈闭条件的改变或其他原因而遭到破坏，使得油气重新运移；并可能在新的圈闭中再聚集，造成一个新油气藏的再形成；或者是流失地表，遭到完全破坏。总之，油气运移是和油气藏的

2、形成、破坏、再形成连系在起的。,能源地质学课件,第四章、石油和天然气的运移,第二篇 石油和天然气地质学,油气的运移：石油和天然气在地壳内的任何游动。,油气运移聚集过程示意图,能源地质学课件,第四章、石油和天然气的运移,第二篇 石油和天然气地质学,油气运移研究的内容： 油气在运移当中的物理状态、运移方式、促使油气运移的动力因素、油气在生油层中进行初次运移的机理； 油气在储集层中所进行的二次运移过程，以及运移的时期、方向、规模等等。,能源地质学课件,第四章、石油和天然气的运移,初次远移：将油气从烃源层向储集层的运移，即在烃源层中生成的石油和天然气，自生油层向储集层中的运移。,第一节 与油气运移有关

3、的几个基本概念,一、初次运移和二次运移,油气的初次运移,能源地质学课件,第四章、石油和天然气的运移,二次运移：将油气进入储集层以后的一切运移。,第一节 与油气运移有关的几个基本概念,一、初次运移和二次运移,油气的二次运移,能源地质学课件,第四章、石油和天然气的运移,第一节 与油气运移有关的几个基本概念,二、油气运移的基本方式,渗滤,渗滤是一种机械运动方式，液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； 渗滤是一种整体流动方式，在流动中表现出一定的相态，在达到吸附平衡以后各种组分的浓度基本不改变。 渗滤可以用达西定律来描述 ：Q=KS(p2p1)/(Lu) 即：单

4、位时间内液体通过岩石的流量(Q)与通过岩石的截面积(S)、岩石的渗透率(K)及液体压力差(p2p1)成正比，而与液体的粘度(u)和液体通过岩石的长度（L）成反比。,渗滤与扩散,能源地质学课件,第四章、石油和天然气的运移,第一节 与油气运移有关的几个基本概念,二、油气运移的基本方式,渗滤与扩散,扩散：是分子布朗运动产生的传递过程：这种运动可引起流体(气体、液体)的分子不断进行再分配，扩散的结果是使浓度梯度达到均衡。,能源地质学课件,第四章、石油和天然气的运移,第一节 与油气运移有关的几个基本概念,三、岩石的润湿性,润湿性：是指流体附着固体的性质，是一种吸附作用。 润湿流体：易附着在岩石上的流体称

5、； 非润湿流体：不易附着在岩石上的流体。 在多种互不混溶的流体共存于岩石孔隙中时，润湿流体又称润湿相，非润湿流体又称非润湿相。,能源地质学课件,第四章、石油和天然气的运移,第一节 与油气运移有关的几个基本概念,三、岩石的润湿性,例如，在油水两相共存的孔隙中，如果水易附着在岩石上，这时我们称水为润湿相，油为非润湿相，岩石具亲水性；反之，如果油易附着在岩石上，这时我们称油为润湿相，水为非湿润相，岩石具亲油性。,孔隙亲水介质 孔隙亲油介质,能源地质学课件,第四章、石油和天然气的运移,第一节 与油气运移有关的几个基本概念,四、油气运移临界饱和度,油(气)运移的临界饱和度：把油(气)水同时存在时，油(气

6、)相运移所需的最小饱和度。,对于一定的岩石，当岩石中存在多相流体时，由于不同流体之间以及流体与岩石之间的相互作用，存在最低的含水饱和度、含油饱和度或含气饱和度，各种流体饱和度低于此值时，它们的有效渗透率为0，即不发生流动。,能源地质学课件,第四章、石油和天然气的运移,第一节 与油气运移有关的几个基本概念,五、地层压力、折算压力和测压面,地层压力：地下多孔介质中流体的压力，亦可称为地层流体压力或孔隙流体压力。,为直观反映地层压力的大小，工程上常使用水压头的概念,式中 h水压头，m p地层压力，Pa pw水的密度，kgm3 g重力加速度。mS2,能源地质学课件,第四章、石油和天然气的运移,第一节

7、与油气运移有关的几个基本概念,五、地层压力、折算压力和测压面,测压面：同一层位各点水压头顶面的连线。 测压面是一个想像的面，用来反映横向上水压头的变化。在静水条件下，测压面是水平的；在动水条件下，测压面是倾斜的。,折算压力：指测点相对于某一基准面的压力，在数值上等于由测压面到折算基准面的水柱高度所产生的压力。,能源地质学课件,第四章、石油和天然气的运移,第二节 石油和天然气的初次运移,一、油气初次运移的相态,1、水溶相运移： 油气被水溶解成分子溶液，水作为油气运移的载体进行运移。,2、游离相运移： 即游离油相和游离气相，包括分散状和连续状油(气)相。,3、油溶气相、气溶油相运移 ： 石油与烃类

8、气体有互溶性，天然气可溶解于石油中，呈油相形式运移（油溶气相），石油也可溶于天然气中呈气相方式运移（气溶油相）。,能源地质学课件,第四章、石油和天然气的运移,第二节 石油和天然气的初次运移,一、油气初次运移的相态,1）决定油气在地下进行初次运移相态的因素： 油气在地下究竟呈什么相态进行初次运移，取决于烃源层的岩石类型和组构特点、地层温度和压力、埋藏深度、孔隙度大小及孔隙水多少、有机质类型及其生烃量和生烃性质等多种因素。因此，不同地区、不同岩性、不同深度情况下油气运移的相态是不同的。,油气初次运移相态演化,能源地质学课件,一、油气初次运移的相态,2）油气在地下进行初次运移相态的相态演化： 对于泥

9、质烃源岩来讲，在低成熟阶段，埋深较浅，孔隙度较大，地层水较多，生烃量较少且胶质、沥青质含量高，这时油气的初次运移以水溶相运移最有可能，水作为载体。在某些适合大量形成生物化学气的环境中，所生成的生物甲烷气除呈水溶相运移外，也可以游离相运移。 随着埋深的增加，进入生油高峰阶段，由于油气的大量生成，孔隙水不足以溶解掉所生成的油气，这时油气主要呈游离相运移，其中所生成的气体多溶于油中，呈油溶气相运移； 在生凝析气阶段则主要以气溶油相运移，气作为石油的载体； 在过成熟阶段，烃源岩大量生气，这时，天然气则呈游离气相运移。,油气初次运移相态演化,能源地质学课件,第四章、石油和天然气的运移,第二节 石油和天然

10、气的初次运移,一、油气初次运移的相态,2）油气在地下进行初次运移相态的相态演化： 碳酸盐岩由于其易固结的成岩特点，岩石中缺少水来源，压实作用很弱，因此，其所生油气多是在具备排烃动力后以游离相排出。,油气初次运移相态演化,能源地质学课件,第二节 石油和天然气的初次运移,一、油气初次运移的相态,油气初次运移相态演化,油气初次运移过程的可能相态（Tissot，1978）,能源地质学课件,第四章、石油和天然气的运移,第二节 石油和天然气的初次运移,二、油气初次运移的主要动力和运移方向,油气要从烃源岩中运移出来，必须存在驱动力。 目前一般认为：烃类从其烃源岩层中排出的原因是由于烃源岩存在剩余压力。 剩余

11、压力：是指岩层的实际压力超过对应的静水柱压力的部分。 由于不同点的剩余压力不同，从而驱动孔隙流体(包括由、气、水)沿剩余压力变小的方向运移。,能源地质学课件,二、油气初次运移的主要动力和运移方向,压实导致孔隙水排出，孔隙度减少，岩石体密度增加。,1、剩余压力的主要原因：,1、压实作用：,对于一套地层，当其中的流体压力为静水压力时（压实平衡）。如果在之上又新沉积了一个体密度为 、厚度为Lo的薄沉积层，新沉积物的负荷会使下伏地层进一步压实，此时颗粒要重新紧缩排列，孔隙体积要缩小。就在这些变化的瞬间，孔隙流体就要承受部分上覆负荷压力，结果使孔隙流体产生了超过静水压力的剩余压力。正是在剩余压力作用下，

12、孔隙流体得以排出，当排出一定量后，孔隙流体压力又恢复为静水压力。 随着上覆地层的不断增加，孔隙流体压力持续出现瞬间剩余压力与正常压力的交替变化，从而不断把孔隙中的流体排出，孔隙体积不断减小。,能源地质学课件,二、油气初次运移的主要动力和运移方向,压实导致孔隙水排出，孔隙度减少，岩石体密度增加。,1、剩余压力的主要原因：,1、压实作用：,对于厚度均等新沉积物，其剩余压力为：,新沉积物的密度； 地层水的密度； g重力加速度； L0新沉积物的沉积层的厚度。,垂向剩余压力梯度为： 在这种情况下，压实流体的流动方向为垂直向上的。,能源地质学课件,二、油气初次运移的主要动力和运移方向,压实导致孔隙水排出，

13、孔隙度减少，岩石体密度增加。,1、剩余压力的主要原因：,1、压实作用：,当新沉积层横向厚度有变化时，则剩余压力横向上也有变化 ，例如楔状沉积物，压实流体不仅在垂向上由深部向浅部运移，同时在横向上也发生由比较厚点向比较薄的点运移。,这种厚度变化现象常出现在由盆地中心向盆地边缘的过渡带。因此，压实流体常常是从盆地中心向盆地边缘运移。,在楔状沉积物负荷下压实流体的排出方向,能源地质学课件,二、油气初次运移的主要动力和运移方向,压实导致孔隙水排出，孔隙度减少，岩石体密度增加。,1、剩余压力的主要原因：,1、压实作用：,在砂、泥岩互层剖面中，由于压实使泥岩孔隙度减小得比砂岩快，即在相同负荷下泥岩比砂岩排

14、出流体多，这样泥岩孔隙流体所产生的瞬间剩余压力比砂岩的大，因此，流体的运移方向是由页岩到砂岩。,砂、泥岩互层剖面中压实流体运移的方向,能源地质学课件,二、油气初次运移的主要动力和运移方向,压实导致孔隙水排出，孔隙度减少，岩石体密度增加。,1、剩余压力的主要原因：,1、压实作用：,总之，对于一个碎屑岩沉积盆地，从微观上看，压实流体总是由泥岩向砂岩运移。从宏观上看，压实流体总是由深部向浅部、由盆地中心向盆地边缘运移。,能源地质学课件,二、油气初次运移的主要动力和运移方向,1、剩余压力的主要原因：,2、欠压实作用：,欠压实作用：泥质岩类在压实过程中，由于压实流体排出受阻或来不及排出，孔隙体积不能随上

15、覆负荷增加而减小，导致孔隙流体承受了部分上覆沉积负荷，出现孔隙流体压力高于其相应的静水压力的现象。,由于欠压实泥岩孔隙中存在剩余压力，特别是当欠压实程度进一步强化，孔隙压力超过泥岩的承受强度，则会出现泥岩破裂，结果超压流体会通过泥岩微裂缝涌出，达到排液目的。随着流体排出，孔隙超压被释放，泥岩回到正常压实状态。,能源地质学课件,二、油气初次运移的主要动力和运移方向,1、剩余压力的主要原因：,2、欠压实作用：,正常压实带（NC）和欠压实带（UC）上覆沉积物负荷压力（S） 流体压力（p）及颗粒支撑的有效应力（）关系图,能源地质学课件,二、油气初次运移的主要动力和运移方向,1、剩余压力的主要原因：,3

16、、蒙脱石脱水作用,在压实和热力作用下粘土岩中的蒙脱石向伊利石转化，在转化过程中释放结合水，并进入粒间孔隙成为自由水。结合水变成自由水其体积要膨胀，从而增加了泥岩孔隙流体压力，促进流体运动，成为烃类初次运移的动力。,蒙脱石随深度向伊利石转化增加,能源地质学课件,二、油气初次运移的主要动力和运移方向,1、剩余压力的主要原因：,4、有机质的生烃作用,干酪根成熟后能生成大量油气(包括水)。这些油气(包括水)的体积大大超过原干酪根本身的体积，这些不断新生的流体进人孔隙中，必然不断排挤孔隙已存在的流体，驱替原有流体向外排出。当流体不能及时排出时，则会导致孔隙流体压力增大，出现异常压力排烃作用。,能源地质学

17、课件,二、油气初次运移的主要动力和运移方向,1、剩余压力的主要原因：,5、流体热增压作用,当泥岩埋藏比较深，其可压实的比例逐渐减小，压实流体的运动也随之减弱。但是，此时地层温度增加，流体发生膨胀，这种膨胀使泥岩层内压力增加，从而促进流体运动。在大多数沉积盆地中，地下温度随埋藏深度的增加而增高，导致流体热膨胀，促使热液流体的运动。,能源地质学课件,二、油气初次运移的主要动力和运移方向,1、剩余压力的主要原因：,5、流体热增压作用,在砂泥岩剖面中，砂、泥岩孔隙中的流体都会发生热增压效应，但是由于砂岩渗透性好，本身是一个相对开放的子系统，因此砂岩内往往不会导致压力的异常升高，而泥岩不同，流体往往排泄

18、不畅，容易产生异常高压，因此，泥岩中的流体总是向砂岩运移。 从宏观上看，水热增压作用促使流体运动的方向，是从地温高的地区向地温低的地区运动，从深处向浅处，从沉积盆地的中心向边缘运移。这个运移方向与由于沉积物压实作用引起的流体运移方向是一致的。,能源地质学课件,二、油气初次运移的主要动力和运移方向,1、剩余压力的主要原因：,6、渗透压力的作用（渗析作用）,渗析作用：是在渗透压差作用下流体会通过半透膜从盐度低向盐度高方向运移，直到浓度消失为止。含盐量差别越大，产生的渗透压差也越大。在渗透压力的作用下，渗透流体发生运动，促使油气的初次运移。,能源地质学课件,二、油气初次运移的主要动力和运移方向,1、

19、剩余压力的主要原因：,6、渗透压力的作用 （渗析作用）,泥 （页）岩中水的含盐量与孔隙度成反比关系，即：含盐量增加，则孔隙度减小；因此，含盐量从每层泥（页）岩的中间部分向边部增高（地层水的含盐量随深度和压实作用的增加而增加 ）。 含盐量与渗透压力之间也是成反比关系，即：含盐量高则渗透压力低；反之，含盐量低则渗透压力高。因此，渗透流体运动的方向，是从含盐量低的部分流向含盐量高的部分，所以渗透流体的流动（渗析作用）能促进烃类从泥（页）岩向砂岩运移，是烃类初次运移的动力之一。,渗析作用示意图,能源地质学课件,二、油气初次运移的主要动力和运移方向,1、剩余压力的主要原因：,7、毛细管力的作用,毛细管中

20、液体上升的现象是毛细管力作用的结果。当两种不相混合的液体呈相态接触，或一种液体与一种固体呈相态接触时，在界面上都存在界面张力。在充满油、气、水的岩层中，由于三者对岩石的界面张力不同，润湿程度也就不同。 在相界面上，毛细管力指向润湿性小的流体；在般情况下，水比石油容易润湿岩石，因此，在岩石孔隙中，当油水接触时，界面向水突出，毛细管指向石油。,能源地质学课件,二、油气初次运移的主要动力和运移方向,2、烃源岩排烃动力演变,促使油气初次运移的动力多种多样，但是在烃源岩有机质热演化生烃过程的不同阶段，其主要排烃动力也是有差异的，即上述诸作用力的作用时间及作用大小是不同的。 总体来讲，在中一浅层，压实作用

21、为主要动力，在中一深层，异常压力为主要动力。由于油气大量生成主要发生在中一深层，因此，异常压力更显得重要。,能源地质学课件,二、油气初次运移的主要动力和运移方向,2、烃源岩排烃动力演变,在烃源层成岩作用阶段，主要形成生物化学气及少量低熟一未熟石油，烃源岩以压实作用为主，因此所生成的油气在压实作用下被排挤出烃源层。 在成熟作用的初期，有机质开始生烃，蒙脱石大量脱水，因此这一阶段欠压实作用、有机质生烃作用、蒙脱石脱水作用以及受温度影响的油气水热增压作用并驾齐驱，迫使油水排出烃源层。 成熟作用中期，有机质进入生油高峰时期，同时也是粘土矿物脱水的第二个阶段，大量新生流体(油、气、水)不断进入孔隙，导致

22、孔隙压力不断增加形成孔隙异常压力，当其压力超过烃源岩骨架强度时，就会产生微裂缝，在内部异常高压推动下油气水不断涌出烃源岩。 在高成熟期，有机质进入生气高峰期，这一时期烃源岩相对致密，油气的排出主要是由于气体的生成，以及热膨胀作用导致的异常压力的结果。,能源地质学课件,三、油气运移的途径,油气从烃源层向储集层运移的途径主要有孔隙、微层理面和微裂缝。 在未熟一低熟阶段，运移的途径主要是孔隙和微层理面；但是在成熟一过成熟阶段油气运移的途径主要是微裂缝。,能源地质学课件,四、油气初次运移模式,油气初次运移模式,正常压实排烃模式 异常压力排烃模式 扩散模式,1、未熟一低熟阶段正常压实排烃模式,在未熟一低

23、熟阶段，烃源层埋深不大，生成油气的数量少，烃源岩孔隙水较多，渗透率相对较高，部分油气可以溶解在水中呈水溶状态，部分可呈分散的游离油气滴，在压实作用下，随压实水流，通过烃源岩孔隙运移到储集层中。,能源地质学课件,四、油气初次运移模式,3、轻烃扩散辅助运移模式,轻烃，特别是气态烃，通过短距离的扩散进入最近的输导层面、裂缝系统、断层和所夹的粉砂岩透镜体中后，即转变为其他方式进一步运移到储集层中。因此，轻烃的扩散可以作为一种辅助运移模式。 但是，对于非常致密的深层储集层，或者处于流体异常高压状态的地层，流体的渗流几乎不可能进行，这时，天然气的扩散作用则显得更为重要。,能源地质学课件,第四章、石油和天然

24、气的运移,第三节 石油与天然气的二次运移,二次运移：石油和天然气进入储集层以后的一切运移。 它包括油气在储集层内部的运移，以及油气沿断层或不整合面等通道所进行的运移，也包括已经形成的油气藏由于圈闭条件的改变，引起油气再运移而导致油气藏的调整和破坏过程。,能源地质学课件,第四章、石油和天然气的运移,第三节 石油与天然气的二次运移,石油在二次运移中主要呈游离相，天然气可呈游离相和水溶相。,一、二次运移的相态,二、油气二次运移的主要动力,浮力 水压力 构造运动力,能源地质学课件,第三节 石油与天然气的二次运移,二、油气二次运移的主要动力,1、浮力,石油和天然气的密度比水小，因此游离相的油气在水中存在

25、浮力，浮力的大小与油气密度和体积有关。,油相的浮力为：,式中：F浮力；V油相体积；g重力加速度； Pw水的密度；Po石油的密度。,浮力的方向垂直向上。在水平地层条件下，油气垂直向上运移至储集层界面；在地层倾斜情况下，油气则沿地层上倾方向运移。,能源地质学课件,第三节 石油与天然气的二次运移,二、油气二次运移的主要动力,2、水压力,当沉积物固结成岩后，上覆静压力主要为岩石矿物颗粒的支架结构所承担，故在储集层内，地层压力基本是由地层孔隙内流体所承担。而在储集层内所含流体以水为主，油气受水压力而运移。,在水平地层情况下，水动力与浮力垂直，油(气)体上浮至输导层顶部被盖层所封闭后，如果水动力大于毛细管

26、阻力时，油气则沿水动力方向运移。,水平地层油气在水动力推动下的运移,能源地质学课件,第三节 石油与天然气的二次运移,二、油气二次运移的主要动力,2、水压力,在地层倾斜情况下，存在水动力沿地层下倾、上倾方向两种情况，其作用也表现为阻力和动力两种结果。 在地层上倾方向与水流方向相同的背斜一翼，水动力方向与浮力方向一致，即水力起动力作用； 而在背斜的另一翼，水动力方向与浮力方向相反，即水动力向下，浮力向上，水力起阻力作用。,背斜地层水动力与浮力及油气运移方向,能源地质学课件,第三节 石油与天然气的二次运移,二、油气二次运移的主要动力,3、构造运动力,在地壳运动过程中，无论是挤压运动或升降运动，都会在

27、岩层内部表现出大小和方向各异的应力活动。在不同的地质条件下，它可能表现为挤压应力、拉张应力或剪切应力等各种应力。当它超过了岩石的一定强度，就会促使岩层变形或变位，造成各种褶皱和断裂，并驱使沉积物中所含流体发生运移。,能源地质学课件,第三节 石油与天然气的二次运移,三、油气二次运移的通道,石油和天然气在二次运移中的主要通道有储集层的孔隙、裂缝、断层和不整合面。其中，储集层的孔隙和裂缝是油气二次运移的基本通道。 正是由于储集层具有孔隙空间和裂缝空间，油气才能进入其中，并通过它们运移。,能源地质学课件,第三节 石油与天然气的二次运移,四、油气二次运移时期,初次运移和二次运移是连续的过程，即油气生排烃

28、时期与二次运移时期几乎是同时发生的。 但是在一般情况下，大规模的二次运移时期，应该是在主要生油期之后或同时所发生的第一次构造运动时期。 因为构造运动使原始地层发生倾斜，甚至褶皱和断裂，破坏了油气原有的平衡，进入储集层中的油气，在浮力、水动力及构造运动力作用下，向压力梯度变小的方向发生较大规模的运移，并在局部受力平衡处(如圈闭内)聚集起来。,能源地质学课件,第三节 石油与天然气的二次运移,五、油气二次运移的主要方向和距离,地壳中的石油和天然气，总是沿着阻力最小的方向运移，这是油气在储集层中运移的规律。 运移的主要方向受多种因素的控制，其中最重要的是区域构造背景，即凹陷区与凸起区的相对位置及其发育历史。在一般情况下，位于凹陷附近的凸起带及斜坡带，常成为油气运移的主要指向，特别是其中长期继承性的凸起带最为有利。 从盆地整体上看，油气运移的方向，总是由盆地中心向盆地边缘运移，因为一般情况下，源岩位于盆地中心，埋深较大。,能源地质学课件,第三节 石油与天然气的二次运移,五、油气二次运移的主要方向和距离,从我国目前所发现的大量陆相油气田情况看，它们多有靠近沉积中心(油源区或生油凹陷)分布的特点，即所谓“源控论”。因此，可以认为油气二次运移的距离不是很大的。,我国部分含油气盆地油气运移距离,