第五章油气运移
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第一节油气初次运移初次运移:是指生油层中生成的石油和天然气,从生油层向储集层(或输导层)中的运移。
是油气脱离烃源岩的过程,又称为排烃。
争论的焦点:油气是在“什么因素的驱使”下?呈“何种相态”?通过“什么途径”?排出烃源岩的一、油气初次运移的动力因素1、压实作用的动力因素正常压实:在上覆沉积负荷作用下,沉积物通过不断排出孔隙流体,如果流体能够畅通地排出,孔隙度能随上覆负荷增加而作相应减小,孔隙流体压力基本保持静水压力,则称为正常压实或压实平衡状态。
欠压实:如果由于某种原因孔隙流体的排出受到阻碍,孔隙度不能随上覆负荷的增加而相应减少,孔隙流体压力常具有高于静水压力的异常值,这种压实状态就称为欠压实或压实不平衡。
(1)正常压实压实作用过程中流体的排出实际上是由于剩余流体压力的作用。
剩余流体压力是指超过静水压力的地层压力。
沉积物在达到压实平衡的层序之上又沉积了新沉积物,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由颗粒产生的有效压应力,使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孔隙流体才得以排出,排出后孔隙流体又恢复了静水压力,沉积物又达到新的压实平衡。
可见,这种剩余压力只发生在压实平衡与达到新的压实平衡之间的瞬时,所以应当叫做瞬时剩余压力。
但在一个不断沉降、不断沉积、不断压实的连续过程中也可叫做剩余压力。
因为正常压实过程就是:由压实平衡到瞬时不平衡再到平衡的过程,而孔隙流体压力则是由静水压力到瞬时剩余压力再到静水压力的连续过程。
在这过程中流体不断排出、孔隙体积不断减小,如果流体的排出时烃源岩已经成熟成烃,即可实现初次运移。
其排液的方向视不同的沉积层序而不同。
排液方向均一泥岩的层序剩余压力的大小:El=(ρbo-ρw)glo一般来讲,深部沉积物的剩余流体压力大于浅处的剩余流体压力,在均一岩性的层序里流体一般是向上运移排出的。
如果新沉积物的厚度在横向上有变化,那么由上式不难看出水平剩余流体压力梯度远远小于垂向上的剩余流体压力梯度,往往只是1/200~1/20,因此,大部分流体沿垂直方向向上运移,只有很少一部分流体沿水平方向运移。
油气运移是指油气由生油(气)层进入运载层及其以后的一切运移,它发生在烃源岩、储集层内,或者从一个储集层到另一个储集层的过程中、运载层出了渗透性地层外,还可以是不整合、微裂缝、断层或断裂体系、古老的风化带和刺穿的底辟构造带。
油气运移机理还包括油气运移相态、动力、运移通道、运移方向、运移距离、运移时期、运聚效率和散失量等,它是油气成藏的核心问题,也是石油地质学研究的重要内容。
初次运移的动力大量的研究实践表明, 由于泥岩的异常压实等原因所导致的异常过剩地层压力是陆相生油岩系油气初次运移的主要动力。
鄂尔多斯中生界及古生界的油气初次运移研究相对较少,其中中生界延长组发育有广泛的泥岩欠压实现象。
欠压实起始层位主要分布于延长组上部油层组,层位分布存在着由西向东逐渐变老的趋势,由于延长组沉积后,盆地经受了数次大的构造运动,上覆地层遭到了不同程度的剥蚀。
同时,异常压实起始深度的差异性对各地区油气初次运移的时间将产生一定影响。
初次运移的通道以微裂隙作为油气运移主要通道的观点越来越得到人们的承认,当孔隙流体压力增大到超过岩石的机械强度时,泥岩中便可产生极微裂隙。
微裂隙对油气运移的作用:①增大了通道,降低了阻力;②增大了生油岩和储集岩的接触面积。
流体释放后,压力减低到一定限度时,极微裂隙又会封闭,开始再一个循环。
因此,油气的排出是一种循环往复的过程,运移是断续、脉冲、幕式进行的。
地下油气总是按照沿阻力最小的途径由相对高过剩压力区向相对低过剩压力区运移的总规律进行。
因储集层或输导层具有较好的渗透能力,烃源岩中侧向过剩压力差总是小于烃源岩与相邻储集层或输导层之间的过剩压力差。
同时,沿烃源岩本身进行侧向运移的阻力又比从烃源岩进入相邻储集层或输导层的垂向运移阻力大得多。
因而,下部地层具有更高的过剩压力,本区初次运移的方向应以垂向向上运移为主。
已生成的油气在过剩压力的驱动下将首先进入邻近的储集层或输导层,其方向既可向上也可向下。
第五章复习思考题1.什么是界面张力?与油气运移有什么关系?沿着不相溶的两相(液-固、液-液、液-气)间界面垂直作用在单位长度液体表面上的表面收缩力。
界面张力差越大,即毛细管力越大,油气运移越容易2.什么是毛细管力?与油气运移有什么关系?毛细管中能使润湿其管壁的液体自然上升的作用力。
此力指向液体凹面所朝向的方向,其大小与该液体的表面张力成正比,与毛管半径成反比。
毛细管力越大,油气运移越容易。
3.什么是静水压力?如何理解静水压力的作用?静止水柱的重量产生的压力称为静水压力,地下地层的压力受上覆静水柱的影响,也可能受上覆地层重量和其他因素的影响。
若地下某一深度的地层压力等于或接近于静水压力则为正常压力,若明显高于或低于静水压力则为异常压力。
4.地静压力、地层压力之间是什么关系?地静压力是地下岩石的重量产生的压力,又称静岩压力;地层压力指的是地下地层岩石孔隙中流体的压力。
5.岩石的润湿性与油气运移有什么关系?岩石的润湿性不同对油气运移的难易程度产生影响,水润湿相的岩石中油难以运移,但是残留较少;油润湿相的岩石则相反。
6.石油在亲油岩石中运移与在亲水岩石中运移所受到的力有何不同?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;亲油岩石中,油附着在孔隙壁上,水在孔隙中心,油的运动不受阻碍,但是有油残余在孔隙壁上成为不能移动的残余油。
7.油气初次运移发生在什么样的环境中,这种环境对油气运移有什么影响?油气初次运移的环境就是烃源岩环境,是一种低孔低渗的非常致密的岩石,其孔隙十分细小狭窄,阻碍油气的运移。
8.溶解度和浓度有何区别和联系?溶解度是在一定温度下,某固态物质在100g溶剂中达到饱和状态时所溶解的质量,是溶质与溶剂质量之比;而浓度是溶质与溶液质量的比值。
9.石油主要是以什么相态发生初次运移的?游离油相和气溶油相。
证据是在对烃源岩进行显微观察时发现有游离相石油存在与烃源岩孔缝中,在较厚的烃源岩剖面中还可测定烃源岩对除此运移的色层效应。
油气运移石油和天然气在地壳中的移动。
油、气在生油层中生成时,呈分散状态分布,经运移后才在储集层中聚集形成油气藏。
油气藏遭破坏后,也可能由于油气的运移而形成次生油气藏,或由于油气沿裂缝、孔隙渗出或随地下水流至地表(见油气显示)。
油气运移研究的主要内容包括运移的相态、动力、方向和时期等问题【1】,油气运移是连接油气生成和聚集成藏的重要环节,是石油地质学的重要内容之一,是贯穿整个生、运、聚过程的纽带【2】。
研究油气运移规律对于油气勘探具有重要意义。
通常根据油气运移的方式、动力等将整个油气运移过程分为初次运移和二次运移两个阶段。
关键词一次运移;二次运移;储集层;优势通道证据油气运移的证据有很多:①地表发现的油气苗,显然是地下石油和天然气通过一定的通道(断裂、不整合面等)向上运移的结果;②油气是在烃源岩中生成的,却在储集层中储集。
油气所在位置发生了变动;③烃源层中生成的是分散状态的油气分子,而到了油气富集区,油气却呈聚集状态;④油气藏中油、气、水按比重分异现象,也是油气运移的结果;⑤另外,从油源区到成藏区,化合物分布有规律渐变,显然也与油气运移有关。
基本方式油气运移的基本方式有两种:渗滤、扩散。
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。
渗滤作用是一种机械运动,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。
扩散作用为分子运动,从高浓度向低浓度,使浓度梯度达到均衡;扩散系数与分子大小有关,分子越小,扩散能力越强,轻烃具有明显的扩散作用。
成藏后的扩散流主要表现为油气的散失。
初次运移石油和天然气在生油层中向邻近储集层的运移,为运移的第一阶段,称初次运移。
生油层中的有机质处于分散状态,呈微粒状分布在岩石颗粒之间,或为薄膜状吸附在颗粒表面。
所以刚形成的油和气也是分散于原始母质之中。
通常认为,油气初次运移的主要动力是地层静压力、地层被深埋所产生的热力以及粘土矿物的脱水作用。