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第十一次课第四章油气运移

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第四章 石油和天然气的运移

第四章 石油和天然气的运移


（三）油气初次运移相态的演变
低成熟阶段，水游 离油相运移
生凝析气阶段，以气溶油 相运移 过成熟干气阶段，以游离 气相运移
随埋深增加初次运移可能模式 （据B.P.Tissot，Welte，1978）
二、油气初次运移的动力和方向
（一）油气初次运移的动力
瞬时剩余流体压力 欠压实作用 蒙脱石脱水作用 流体热增压作用 有机质的生烃作用 渗析作用 毛细管力作用 扩散作用 重结晶作用
1.瞬时剩余压力
（1）剩余流体压力及其形成机理
v0 l0 φ0
压实作用
v lφ
矿物
流体 排出
水
水 矿物
——达到压实平衡状态
压实前
压实后
压实前后岩石体积的变化与流体的排出
v0(1-φ0)=v(1-φ) l0 (1-φ0)＝l (1-φ)
v0 / v ——压实前/后体积，m3 φ0 /φ ——压实前/后孔隙度，% l0 / l ——压实前/后厚度，m
地层压力：地下岩层孔隙流体的压力，又称地层流体压力或 孔隙流体压力。
P =ρw gh
单位：大气压(atm)或帕斯卡(Pa)；1atm＝101kPa。
异常孔隙压力：高于或低于静水压力值的地层压力。
Pf ＞ P H
PH
正常情况下： Pf ＞PH Pf ＞PH：异常高压，超压；
Pf
异常高压示意图
Pf ＜ PH：异常低压。
第四章 石油和天然气的运移
第一节 第二节 油气运移概述 油气初次运移
第三节
第四节
油气二次运移
油气运移的研究方法
第一节
一、油气运移概念及证据
油气运移概述
油气运移：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。
第4章 油气运移

第4章 油气运移


小 结
1、概念：油气初次运移、二次运移 2、了解油气初次运移的物理状态
3、掌握油气初次运移的主要动力特征
4、掌握油气初次运移的通道特征 5、掌握油气二次运移的阻力和主要动力 6、油气二次运移的通道 7、油气二次运移的主要时期
第四章
第一节
油气运移及油气藏的形成
油气初次运移
第二节
第三节 第四节
油气二次运移
过成熟干气阶段：以游离气相运移
二、油气初次运移的动力***
1.压实作用
2.流体热增压作用 3.粘土矿物脱水作用 4.有机质的生烃作用 5.渗析作用
1、压实作用
——生成油气的沉积物质在上覆沉 积负荷作用下，孔隙缩小，流体不 断被排出的过程。 上覆岩层压力(地静压力)
由上覆岩层重量所引起压力。“S”
第四章 油气运移及油气藏的形成
石油或天然气在自然动力作用下，在地 壳内的任何流动——油气运移。
油气运移的证据：
①地表：油气苗、油沥青；
②油气是在烃源岩中生成的，却在储集层中储集；
③烃源层中：分散状态油气分子——富油气集区：聚集状态油气
第四章
第一节
油气运移及油气藏的形成
油气初次运移
第二节
第三节 第四节
提供动力和通道：异常 高压 产生微裂缝； 促使烃类增溶，与水一 起运移出生油层 提供载体：
烃源岩生烃过程也孕育了排烃的动力，由此推断油气的 生成与运移是一个必然的连续过程。
5、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
低方向向盐度高方向运移，直到浓度差消失为止的过程。
•静态要素：烃源岩、储集层、盖层、圈闭 •动态作用：油气生成、运移、聚集、保存，圈闭形成 油气藏形成的基本条件： 1、充足的油气源条件 2、有利的生储盖组合 3、有效的圈闭 4、必要的保存
油田开发地质学第4章油气运移

油田开发地质学第4章油气运移

1、圈闭的概念
一、圈闭 2、圈闭的度量 3、圈闭的类型
1、油气藏的概念
二、油气藏 三、油气聚集原理
2、油气藏的度量
一、圈闭
1、圈闭的概念
圈闭：指阻止油气运移，适合于油气聚集、形成 油气藏的地质场所。 圈闭：储集层中油、气物质自身势最小而其动能
为零的地方。
圈闭的组成—包括三部分： ▲储集层：适合于储存油气的储集层； ▲盖层：紧盖着储集层，阻止油气逸散的非渗透性岩层； ▲遮挡物：从各个方向阻止油气继续运移。
向上倾方向 物性变差
透镜体
储集层 盖 圈闭的组成 层
储集油气 阻止油气向上逸散 盖层本身弯曲变形
封闭的断层
遮挡物
非渗透的不整合面 岩性（物性）变化 水动力
封 闭 条 件
2、圈闭的度量
度量圈闭的大小规模←最大有效容积→决定油气藏的储量大小
圈闭能容纳油气的最大体积┄评价圈闭的重要参数之一
⑴ 溢出点 ⑵闭合高度 ⑶闭合面积
地下水（ρw）：1-1.2
F=V(ρw-ρo)· g
F—浮力 V—连续油块的体积；
若地层倾斜，倾角为α ，则浮力沿上倾方向的分力为：
F=V(ρw-ρo)· g ·sinα
2．水动力
（1）压实水流：
盆地处于持续下沉、大量接受沉积时期，由不 均一的沉积负荷和差异压实作用所产生的水流。 方向：离心状，盆地中心→盆地边缘，深→浅
4．吸附力
流体与固体分子之间作用的一种界面现象，它由界面上 的分子具有不饱和力场和不稳定电场而产生。
与岩石的岩性、矿物组成、结构、粒度、烃类性质有关
吸附力始终是油气二次运移的阻力。
5．构造应力 6．分子扩散力
油气二次运移的动力：毛细管力、浮力、水动力、构造应力、 分子扩散力 油气二次运移的阻力：毛细管力、浮力、水动力、吸附力 油气二次运移是多种力综合作用的结果
第十一次课油气运移

第十一次课油气运移

L点已封闭： 压力300bar 增加1000m;25℃ 沿等容线增加压力
M点已封闭： 压力720bar
❖热增压是异常高压形成的重要因素
③异常高压的排烃作用
欠压实 蒙脱石脱水 生烃增压 流体热增压 … …
烃源岩封闭
形成异常高压
形成微裂缝
超过破裂极限
微裂缝闭合
孔隙流体排出
3烃类浓度梯度扩散作用
烃源岩与储集层之 间存在浓度差： 扩散作用
二 石油和天然气的初次运移
油气初次运移primary migration 初次运移的环境：烃源岩环境;低孔隙度 低渗透率
初次运移问题：
①石油是如何从低孔低渗的烃源岩中运移出来的; 动力 通道
②烃源岩中含水很少;初次运移的相态是什么
1 油气初次运移的相态
1石油初次运移相态 ①游离相油相
水溶相运移存在的问题
5异常地层压力： 如果某一深度地层的压力明显高于或低于静水压力; 则称该地层具有异常地层压力;
6压力系数：某一深度的地层压力 与该深度静水压力的比值;
压力系数>1：异常高压 压力系数<1：异常低压 7破裂压力：导致岩层发生破裂的
压力;通常约为静岩压力的85％;
3 油气运移的基本方式
稳态渗滤 非稳态幕式与扩散是油气运移的三种种 基本方式;
2 意义
最优越的生油层是与储集层呈互层关系的;那些过厚 的块状泥岩生油层并不是最有利的;其中会有相当一部 分厚度对初次运移排油是无效的;即它们所生成的烃类 是排不出来的死生油层;
2 0 km 20
据Garven; 199P15 P2
P3
P5
P4
2
km
200 km 0
2非稳态幕式：超压流体流动
《油气运移》PPT课件

《油气运移》PPT课件


二．异常流体压力
• 异常高压/地压/超压 • 异常低压 • 异常高压的成因： 1、压实与排水的不平衡 •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K与 Kmin的大小关系，决定其压实状态。Under compaction
57.1
40
71.4
30
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）。
三、油气运移研究的意义
➢与固体矿产相比，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；运移是联结 生、储、盖、圈等静态条件的纽带。
➢油气运移研究要解决的问题：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。这 些问题正是油气勘探和评价中十分关键的问题。
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。
南 里 海 盆 地 地 下 超 压 分 布 示 意 图
三．水力（狭义）
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。若油柱长度为L：
P=L×dP/dl
四．浮力
由于流体之间的密度差(ρw-ρo、ρw-ρg、ρo-ρg)产 生的力。单位面积上的水对石油的浮力为：
第四章 油气运移

第四章 油气运移

力基本保持静水压力，称为正常压实或压实平衡状态。 在正常压实过程中，当烃源岩生成的油、气溶解在 孔隙水中，就能够随着孔隙水一起被压实排出，实现油气 的初次运移。
2.剩余压力的大小 等于上覆新沉积物的负荷与孔隙水的静水压力之差。
dpL = （ρbo-ρw）g ·Lo
dpL: 剩余流体压力；ρ bo：新沉积物层的密度； ρ w：地层水的密度； g：重力加速度； Lo： 新沉积物层的厚度；
尽管整个天然气的溶解度随压力的增长没有这样大，但呈 水溶相运移无疑是天然气初次运移的一种重要方式。
（二）游离相态运移
包括游离油相游离气相 •油相运移：
泥质烃源岩随压实的进行，孔隙水不断的排出， 含水量逐渐减少，且残留的孔隙水中，很大一部 分是以氢键固着在粘土颗粒表面的结构水。
随着压实的继续进行核液态烃的不断生成，空隙 内的含油饱和度逐渐增高，而含水饱和度则相应 降低，当含油饱和度达到某个临界值后，石油即 可呈连续油相进行运移。 油相运移的高峰是在中等压实阶段。在早期压实 阶段油的相对渗透率低，不利于油相运移；而晚 期压实阶段烃源岩的绝对渗透率低，也不利于油 相运移。
三、油气初次运移的通道、时期、距离
（途径）
（一）通道—孔隙、微层里面、微裂缝 未熟—低熟阶段，通道主要为孔隙、微层理面；
成熟—过成熟阶段，通道主要为微裂缝；
1. 埋深增加，温度升高，流体热膨胀，内压力超过岩石机械强 度，产生垂直微裂缝。 2. Kerogen热演化生成大量液态烃、CH4等，使生油岩内压力不 断增大，产生微裂缝。
向储层，从而推动油气向储层排出。 碳酸盐岩的固结和重结晶成岩作用使其孔隙变小，促使孔隙中 的油气压力增大，最终导致岩石破裂，油气排出。 扩散作用（分子运动）也是油气运移的动力之一。
第四章 油气运移

第四章 油气运移


油气二次运移的主要动力 1、浮力
石油和天然气密度 比水小，因此游离相的 油气在水中存在浮力， 浮力的大小与油气密度 和体积有关。
油气二次运移的主要动力 2、水动力
浮力与水动力 方向相反 浮力由 水动力 而增强
浮力由 水动力 而增强
油气运移方 向取决于浮 力与水动力 合力的方向
油气二次运移的主要动力 3、毛细管力
水源：
主要是粘土矿物蒙 脱石脱水作用
蒙脱石： 结构水较多，按体积计算 可占整个矿物的５０％。这些结构水在 压实和热力作用下会成为孔隙水，这些 新增的流体必然要排挤孔隙原有的流 体，从而起到排烃作用。 在蒙脱石脱水过程中，蒙脱石最终 转变为伊利石。
第四章
油气运移及油气藏形成
第一节 油气初次运移
一、-------二、油气初次运移的动力 压实作用 2、水热增压作用 3、粘土矿物脱水作用 4、甲烷气的作用
第四章 油气运移及油气藏形成
（一）单一圈闭中的油气水分布
含油气边界：外含油边界、内含油边界、油气边界 含油气面积：油藏面积、含气面积 油气藏高度：油藏高度、气藏高度
此等高线 圈定的面 积：含气 面积
此等高线 圈定的面 积：含油 气面积
含 油 边 界
含 水 边 界
气 顶 边 界
内 含 气 边 界
气藏高度 油气藏高度 油藏高度
压实作用：
砾石
沉积物致密程度增大的地质 现象;导致孔隙减少;地层水排出.
砾岩
砾岩
孔隙度
10% 30%
φ0 −φ V = V0 −V1 = V1 1−φ0
Φ Φ
0--
V--
V0---
V1---
1000
深 度
3000
石油天然气地质-4-3初次运移动力、通道及模式

石油天然气地质-4-3初次运移动力、通道及模式

• 当欠压实及其他作用产生旳孔隙压力超 出泥岩旳承受强度时，泥岩产生微裂缝， 超压流体经过泥岩微裂缝涌出，油气发 生首次运移；伴随流体排出，超压被释 放，泥岩回到正常压实状态。
12
2. 蒙脱石脱水作用
• 蒙脱石：膨胀性粘土，构造水多。 • 随埋深增长，构造水脱出，由蒙脱石转变为伊
利石； • 蒙脱石脱出旳水排挤孔隙原有旳流体，产生异
10μm
100μm
28
1. 较大旳孔隙与微层理面
有机质未成熟～低成熟阶段旳主要运移途径。 •较大孔隙：孔径不小于100nm——最主要旳排烃通 道。 •微层理面：层内沉积物垂向变化旳界面，渗透性 很好——烃类横向运移旳主要途径。
31
临界排烃饱和度值（1%-10%）和泥质盖层旳突破压力值均与 几％大微孔有关
39
微裂隙证据
东营凹陷烃源岩顺层微裂隙的发育情况一览表
井名
深度
辛7 辛 10 辛 13 辛 128
2934~3065 3135~3200 3082~3115 3026~3050
郝科 1 3000-3242
营 74 营 80 通2
坨 153
3090~3130 2965~3000 3090~3166 3471.8~3472.8 3494.2~3494.6 3543.8~3544.0 3652.2~3654.0
• 上覆沉积层不断增长——瞬间剩余压力与正常压力 交替变化，孔隙流体排出，孔隙体积减小。
6
• 新沉积物横向厚度不变时，横向剩余压力相等： dPl=(ρb0-ρw)gl0
只存在垂向剩余压力梯度： dPl／dH=［(ρb0-ρw)gl0]／l0 =(ρb0-ρw)g
• 压实流体垂直向上流动。
7
当新沉积层横向厚度有变化时，两点间存在横向 压力梯度：
石油和天然气的运移

石油和天然气的运移


高地温区 低地温区 深 浅 盆地中心 盆地边缘
3.粘土矿物的脱水作用
蒙脱石 失去热结力合水伊利石自由水水载V体（压运力移）
4.甲烷气的作用（有机质的生烃作用）
有机质向烃类转化过程中，伴随有CH4等烃类产生
提供动力和通道：异常高压 产生微裂缝； 提供载体： 促使烃类增溶，与水一起运移出生油层
烃源岩生烃过程也孕育了排烃的动力，由此推断油气的 生成与运移是一个必然的连续过程。
❖欠压实
——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，孔隙体积不能随上覆地层压力的增加而减小，导致孔 隙流体承担了部分上覆地层压力，出现孔隙流体压力高于其 相应的静水压力的现象。
欠压实带中异常高压驱动油气水——欠压实中心向上下排出
2.水热增压作用
—温度对流体运移的影响
H，T，泥岩中的 流体体积膨胀，P，促 使烃类初次运移。
一、油气的初次运移 （一）油气初次运移的物理状态
石油游离相
为主分连散续状状
水溶相（少量）
水溶相 天 然 气 油 溶 相
游离相
（二）油气初次运移的动力***
1、压实作用
——生成油气的沉积物质在上覆沉积负荷作用下， 导致孔隙缩小，流体不断被排出的作用。
❖正常压实：
——在压实过程中，岩石孔隙体积随上覆重力负荷（S）的 增加而相应减小，沉积物密度增大，流体相应排出，此时 孔隙流体基本保持静水压力的现象，即地层压力≈静水压力
4.距离：Tissot研究结果，有效排烃厚度28米。
二、油气的二次运移
（一）油气二次运移的物理相态
运移环境：运移通道粗，多样，毛细管阻力小。
油——游离相（连续的油珠或油条）为主。 气——游离气相为主、可呈溶解相。
石油地质学第4章PPT课件

石油地质学第4章PPT课件

2、烃类生成的增容作用
干酪根降解生油和生气导致的体积增大是形成超压的重 要因素之一，这非常有利于油气的排出。Robin（1985） 测量了生油岩内干酪根表面积的变化情况，其由1000m 处的10cm2/g变化到4000m处的35cm2/g，表面积增大 了3.5倍
§1油气初次运移 （Primary Migration）
二、油气初次运移的相态和载体
４、相态变化
有机质的不同演化阶段，油气运移相态会发生相应的变化。低 成熟阶段，由于埋深较浅，地层中原生水较多，生在的烃类相 对较少，此阶段源岩中含油气饱和度很低，油气运移以水溶相 为主；在生油气高峰阶段，一方面地层中自由水大量已排出， 孔隙度变小，另一方面烃类大量生成，油气饱和度超过临界饱 和度后就会以游离相（气溶相或油溶相）为主；随着演化程度 的增加，在凝析油气阶段中油气则以气溶相为主，过成熟阶段 则以游离相和扩散相为主运移。
1、压实作用（Compaction)
压实（Compaction）是沉积成岩过程中最为普遍的一 种现象，其最直观的结果是造成岩石孔隙度减小，密 度增大。当地层中达到压实平衡时，其中的流体压力 与静水压力相等（没有剩余压力），当沉积过程继续 发生，在其上发生沉积作用时，新沉积物负荷会使下 伏地层进一步压实，结果使原来地层中流体产生了超 过静水压力的剩余压力，在其作用下促使流体排出， 然后达到新的平衡状态。
图4-4 上覆沉积负荷下流体排出示意图
（据Magara，1978）
新地层 老沉积物
§1油气初次运移 （Primary Migration）
1、压实作用（Compaction)
压实作用对排烃的贡献表现在两个方面，其一是压实 作用排出大量孔隙水，随孔隙水要排出大量的溶解烃； 其二是孔隙度降低和大量水排出过程中，孔隙内部滞 留的烃类饱和度升高，有利于烃类达到残留烃临界饱 和度，促使游离相态烃类的大量排出。
石油地质-第四章-石油运移

石油地质-第四章-石油运移

第四章 石油的运移
第一节 油气运移的概念及其证据 第一节 油气的初次运移 第三节 油气的二次运移
第一节 油气运移的概念及其证据
油气的运移是指石油、天然气在地下因自然因素所引起的位置 转移。一般按油气运移的时间顺序将油气的运移分为初次运移和 二次运移。 初次运移：指石油从细粒的生油岩中向外排出过程。通常指油 气由生油岩向储 集岩的运移过程， 运移的主要通道是 岩石的微孔隙和微 裂缝，也可以是不 整合面和断层面。
4.毛细管力 两种不同的液体或者液体与固体相接触时，在界面上都有表面 张力产生。在充满油、气、水的岩层中，由于流体对岩石的表面张 力不同，润湿程度也不同，在相界面上，毛细管力指向润湿性小的 流体。
2 cos F＝
概括说引起砂岩初次运移的因素很多，在上述提到的三种因素 中，压实作用最为重要，另外，还有泥岩的胶结沉淀作用可使孔隙 减少，迫使油气排出。扩散作用只要有浓度差就可发生，但只对气 体有一定的意义。
第二节 油气的初次运移
油气的初次运移研究与有机成因学说密不可分，研究的内容主 要涉及初次运移的因素、油气运移的相态、时间和距离等。 一．引起油气初次运移的因素 油气本身的特性是流体，具有流动性，但在自然地质环境中， 要有促使它们运移的外界动力条件，才能使它们沿着各种通道进行 运移，促使油气发生初次运移的外界动力主要包括以下几方面： 1．压实作用 压实作用是引起油气流体从母岩向储集岩运移的主要原因。主 要是静岩压力和静水压力两部分。砂岩由于坚硬，其中的流体接近 于静水压力；泥质岩在压实的作用下，颗粒要重新排列和被压变形， 所以压缩性大，其中的流体压力通常大于静水压力。在同一压力下， 砂岩和页岩的孔隙度存在很大的差异。一般1000m以内是主排水期， 但油气生成的门限深度一般>1000~1500m，显然，主生油期超过 了主排水期，靠均衡压实只能排除少许早期生成的少量烃。随着埋 藏深度的不断增加，泥岩中产生异常高压，此时的孔隙度可达到25 ％，如果异常高压中的流体排出正好推迟到主要生油时期，则将对 压 当泥岩埋藏较深时，温度升高，水体发生膨胀，促使流体在地 下深处运移。水热增压作用产生的流体运动方向由地温高区到地温 低区，从深处到浅处，由盆地中心到边缘，这与沉积物压实作用引 起的流体运移方向是相一致的。 3．粘土脱水作用 泥岩中常见的粘土矿物为蒙脱石、伊利石和高岭土。粘土沉积 物含大量的孔隙水和层间水，在成岩压实作用下，孔隙水较易脱出， 而结合水的脱出则需要一定的温度，该温度一般大致在 80～120º C， 由此看来，脱水与成烃高峰温度是相对应的，这些层间水的排出有 几点好处： （1）这些水的矿化度极低，对烃的溶解能力强； （2 ）层间水脱出后颗粒体积减小，改善了孔、渗性能，便于流 体排出； （3）蒙脱石转化为伊利石后，减少了对有机质的吸附能力； （4 ）粘土矿物转化过程中释放的大量结合水转化成自由水，使 微孔隙中流体的体积膨胀，结果形成异常高压，促进油气的初次运 移。

石油地质学(2010)-第四章油气的运移


（七）烃源岩排烃动力的演变
总结: 中-浅层，压实作用为主要动力； 中-深层，异常高压为主要动力。
泥质烃源岩不同阶段的排烃动力
埋藏深度， m 温度，℃ 有机质演化阶段 油气初次运移动力
0~1500
10~50
未 熟
正常压实
渗析
扩散
1500~4000
50~150
成 熟
正常压实—欠压实 蒙脱石脱水 有机质生烃 流体热增压 渗析 扩散 有机质生气 气体热增压 扩散
成这样的运移网络。 生这种流动。
继而推测：当烃/有机质为
2.5～10%±时，即可发生这种 流动。
孔隙中心烃网络的形成 (据Barker，1979)
24
￭ 第二节
• 气相运移:
油气初次运移
- 油溶于气,以“气溶”方式运移
要求的条件: 游离气烃的数量远大于液烃的数量; 一定的
温压条件故只可望出现在成熟阶段的晚期(高成熟期)或以生
水
4
￭ 第二节
一、问题的提出 石油成因理论—晚成说
油气初次运移
必须回答以下问题：
1、成岩晚期，生油岩已经固结成岩，油气从生油层运 移出来靠什么动力？ 2、油气从细粒生油岩（泥岩、页岩、生物灰岩、泥灰 岩）运移出来，如何克服巨大的毛细管阻力？
3、油气从生油岩向储集层运移过程中，以何种相态，
通过什么运载将油气输送出来？
3
￭ 第一节
三、引起油气运移的因素
油气运移概述
1、内在原因：油气是流体，具有流动性。 2、外界条件：地下具有促使油气运移的动力。 四、油气运移的证据
1、地面出露的油气苗、沥青；
2、背斜圈闭中油气水的分布； 3、开采油气，井间干扰现象。

《石油天然气地质与勘探》第4章 石油和天然气的运移(1)

16
•油气二次运移的阻力和动力
动力：浮力、构造作用力、水动力 阻力：毛细管力、水动力
油气二次运移的过程就是这些动力和阻力相互作 用的结果。
17
•水流方向的确定——折算压力：
测点相对于某一基准面的压力，相当于由测压 面到折算基准面的水柱高度所产生的压力。
★水流方向: 从折算压力高向折算压力低的方向。
★油气运移: 地壳中石油和天然气在各种天然因素作用
下发生的流动。
初 次 运 移 :油 气 自 烃 源 岩 层 向 储 集 层 或 运 载 层 (输 导 层 )的 运 移
二 次 运 移 :油 气 进 入 储 集 层 或 运 载 层 以 后 的 一 切运移
1
➢油气初次运移的主要动力
剩余压力：孔隙流体实际压力与静水力之差。 •流体沿剩余压力变小的方向运移。
生油期后第一次大规模构造运动时期 或主要生排烃期后构造相对活动时期 •多期构造运动形成多期运移成藏期
•方向
取决于：运移通道连通性、类型；驱动力大小、方向
油气沿着形态不规则的立体线状输导系统运 移，沿阻力最小路径（运移高速公路）运移。 总方向：盆地中心→边缘，深层→浅层 主要指向：生油凹陷中或邻近地区长期继承性 发育的正向构造带。
2 欠压实
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 的静水压力的现象称欠压实现象。
欠压实泥岩流体总体运移特征：
•剩 余 压 力 差 驱 动 孔 隙 流 体 向 低 剩 余 压 力 的 方 向运移； •孔 隙 压 力 超 过 泥 岩 的 承 受 强 度 — — 产 生 微 裂 缝——微裂缝排烃——释放超压，恢复正常压力。

石油地质学课件——第四章 石油和天然气的运移


连续烃相运移，还包括气溶于油和油溶于 气的情况。
大量天然气溶于石油可使石油密度减小， 粘度降低，极大地增加石油的流动性和运移能 力。在特定的温度和压力条件下，液态烃可溶 于气体之中，气体溶液运移需要数十倍于液相 的气体，因此一般只能发生在深处。
油气初次运移以连续的游离烃相为主。 目前大多数学 者原则上同意连续烃相运移的观点并作 了进一步的完善和发展。由原来的通过压实作 用实现排烃发展为——连续烃相通过微裂缝排烃。 这种观点又被称为混相运移，即游离的油（气） 相与水相同时渗流。
２、欠压实作用
欠压实现象：泥质岩在 压实过程中由于压实流体 排出受阻或来不及排出， 导致了孔隙流体承受了部 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。
欠压实带中存着 异常高压，其中 流体排出方向是 由欠压实中心向 周围排出。
欠压实异常高压，在油气生成、运移过程中起到重要 作用：
Dickey认为在压实时石油将 呈一种极细但连续的油丝运 移。Magara(1981）认为压 实中期是最有利于油相运移 的阶段。
关键问题：毛细管阻力和临界饱和度
润湿相——油气大量生成时以油润湿或 混相润湿为主，毛细管阻力较对较小。
临界含油饱和度——大量油气生成会 其降低。Dickey认为可低到10%，甚至 1%以下。再者，生油期间产生的CO2溶 解于油中还可以降低石油的粘度，增强 其流动性（Momper，1978）。
油气初次运移和二次运移示意图
四、油气运移结果：
a.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。
b.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。
油气运移示意图 （据Tissot等,1978）

石油和天然气的运移


油气初次运移和二次运移示意图（据B.P.Tissot 1987)
第二节 油气的初次运移
一、油气初次运移的物理状态 二、油气初次运移的动力及方向 三、油气初次运移的途径和距离
一、油气初次运移的物理状态
存在水溶相与游离相运移之争： 石油的 初次运移 ★游离相运移占主导地位(被越来越多的人承认);
★水溶相居次要地位；
第 十一 章 石油和天然气的运移
第一节 基本概念
油气运移：地壳中的石油和天然气在各种自然因素作用下发生的位置 移动。 初次运移：指油气从烃源岩层进入储集层的运移。 二次运移：油气进入储集层之后的一切运移。
根据时间顺序和介质条件的变化，可将油气运移分成初次运移和
二次运移两个阶段，但对整个油气运移来说，则是一个几乎同时存在 的连续过程。
力超过泥岩的承受强度时，则会出现泥岩破裂，从而使超压流体通 过微裂缝涌出。随着流体排出，孔隙超压被释放，泥岩回到正常压
实状态。
S=σ+ p
页岩孔隙度 压力 流体压力
NC
深度 深度 深度
UC P P
（a）
S （b）
（c）
图4-12 正常压实带（NC）和欠压实带（UC）上覆沉积物负荷压力（S） 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（σ）关系图 流体压力（P）和颗粒支撑的有效应力（σ）关系图（据Magara,1978）
渗透压差作用下流
体会通过半渗透膜 从盐度低方向向盐 度高运移，直到浓 度差消失为止。
促使油气初次运移的动力多种多样，但需要强调的是在烃源岩
有机质热演化生烃过程的不同阶段，其主要排烃动力有差异，即上 述各作用力的作用时间及作用大小是不同的。 在中－浅层深度，压实作用为主要动力； 中－深层以异常压力为主要动力，由于油气大量生成主要发生 在中－深层，因此，异常压力更显得重要。

第四章 石油和天然气运移

能源地质学课件
第四章、石油和天然气的运移
第一节 油气运移概念和研究内容
三、与油气运移有关的几个问题 3、压力 1）静岩压力及静岩压力梯度 静岩压力梯度：是指当上覆 沉积物每增加单位厚度时所 增加的压力。通常指每增加 1m沉积物厚度所增加的压力， 用Pa／m表示
能源地质学课件
第四章、石油和天然气的运移
g——重力加速度。m／S2
能源地质学课件
第四章、石油和天然气的运移
第一节 油气运移概念和研究内容
三、与油气运移有关的几个问题 3、压力 2）地层压力、静水压力、静水压力梯度 ② 静水压力 静水压力：是指由静水重量所造成的压力。 静水压力随上覆水柱的增高而增大，在开放的地层体系中流体压力
主要反映静水压力。
石油和天然气地质学
主讲人：杜振川
能源地质学课件
第四章、石油和天然气的运移
第一节 油气运移概念和研究内容
一、油气运移的概念 油气的运移：石油和天然气是流体矿产，具有可流动性，当受到某 种驱动力作用时就会在地壳中发生流动。我们把油气在地壳中的移 动称为油气的运移。
能源地质学课件
第四章、石油和天然气的运移
能源地质学课件
第四章、石油和天然气的运移
第一节 油气运移概念和研究内容
三、与油气运移有关的几个问题 3、压力 2）地层压力、静水压力、静水压力梯度 ① 地层压力 为直观反映地层压力的大小，工程上常使用水压头的概念
h p / w g
式中 h——水压头，m p——地层压力，Pa pw——水的密度，kg／m3
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
气藏的形成、破坏、再形成连系在—起的。
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B
深度
准噶尔盆地中部地区超压流体天然水力破裂通道
4.0 40
压力/ MPa 60 80 100 120
TRACE1390
气 烟 筒
气 烟 筒
深度/km
4.4 J1s
4.8 J1b
破 裂 压
力
（3）扩散
扩散是分子布朗运动产生的传递过程。当物质存在 浓度差时，扩散方向总是从高浓度向低浓度进行。
流体中的扩散速率与浓度梯度有关，服从费克第一
③异常高压的排烃作用
欠压实 蒙脱石脱水 生烃增压 流体热增压 … …
烃源岩封闭
形成异常高压
形成微裂缝
超过破裂极限
微裂缝闭合
孔隙流体排出
（3）烃类浓度梯度(扩散作用）
烃源岩与储集层之 间存在浓度差： 扩散作用
费克
第一 J D • gradC
定律 J为扩散速率， D为扩散系数， gradC为浓度梯度
❖干酪根演化生成液态烃和气态烃 ❖产物体积比干酪根体积多2－3倍
d.流体热增压作用
❖任何流体都具有热胀冷缩的性质 ❖在封闭的条件下，孔隙流体的热 膨胀，必然造成孔隙压力的增加
L点(已封闭)： 压力300bar 增加（1000m，25℃） 沿等容线增加压力
M点(已封闭)： 压力720bar
❖热增压是异常高压形成的重要因素
相态：Ⅰ型：油溶气 油相
Ⅲ型：独立气 气溶油
c.高成熟阶段
烃源岩：埋藏深、 孔渗性很差、 含水极少
烃类型：湿气
相态： 独立气相 气溶油相
d.过成熟阶段
烃源岩：无孔渗性 不含水
烃类型：干气
相态：分子扩散、气相
油气运移的相态总结：
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
油（气）水同时存在时，油（气）相运移所需的 最小饱和度称为油（气）运移的临界饱和度。
例如，Levorsen(1954) 油水两相吸排水实验结果表明，亲水的砂岩中， 油相的饱和度低于10％时，油相不能流动。
Dickey(1975)认为，在源岩中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，因此大部分颗粒的内表面已为油所润湿，油 相运移的临界饱和度可小于10％，甚至可降到1％。
（2）静水压力： 静止水柱产 生的压力（重量）称为静水压 力
P w gh
（3）静岩压力：地下岩石的重量 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
（5）异常地层压力： 如果某一深度地层的压力明显高于或低于静水压力， 则称该地层具有异常地层压力。
天然气 石油
水
典型的背斜油气藏
固体矿产－煤：
从沉积→成岩 →成矿其位置 基本保持不变
P1
排2油藏
?
N
0 N2d
1000
0 4 8 12km
N1t
2000
J+T
3000 N1s
4000 E
5000 K2
K1
6000 J2
深度 （m）
J1
Ro: 0.8%
Ro: 1.0%
Ro: 0.5%
排2
第四章 石油和天然气的运移
二、 石油和天然气的初次运移
油气初次运移（primary migration) 初次运移的环境：烃源岩环境，低孔隙度、低渗透率
初次运移问题：
①石油是如何从低孔低渗的烃源岩中运移出来的， 动力？通道？
②烃源岩中含水很少，初次运移的相态是什么？
1、油气初次运移的相态
(1)石油初次运移相态 ①游离相(油相）
蒙脱石的特点： (Al,Mg)2[Si4O10](OH2)•nH2O 蒙脱石含有层间水 2－4个水分子层 层间水具有较高的密度
❖蒙脱石向伊利石发生转化是地质过程的一种普遍现象
蒙脱石转化为伊利石后： 伊利石不含层间水 层间水转化为自由水后 体积发生膨胀形成异常高压
c.有机质的生烃作用(烃类生成形成异常高压)
油气从源岩层向储集层的运移，称为初次运移(primary migration) 。
油气进入储层以后的一切运移都称为二次运移(secondary migration) 。
2、地层压力与异常地层压力
Terzaghi（1923）在士力学实验中确立如下关系式： S=σ+P
式中 S—上覆沉积的负荷压力； σ—作用在下伏岩石基质上的有效应力； P—下伏岩石中的孔隙流体压力。
❖ 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。
3、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
Momper(1978)：
孔隙压力达到上覆静岩压力的80%， 就能形成垂直裂缝。
水溶相运移存在的问题
a.石油在水中的溶解度很低 ； b.生油期烃源岩含水很少; c.无法形成商业性石油聚集； d.无法解释碳酸盐岩油气初次运移问题
怀俄明州 法姆尔原 油
阿拉 斯加 原油
里迪 河原 油尤尼恩 文奈原 易油斯安 那州阿 姆瑟湖 原油
支持游离相运移的证据 显微观察的证据：
a. 石油以游离相存在于 烃源岩孔隙系统
颗粒＋流体
b.压实欠平衡状态
新沉积物的沉积增加了上覆压力 岩石骨架颗粒进一步重新排列 孔隙压力超过静水压力，
形成瞬时剩余压力 孔隙流体排出
c.沉积物恢复压实平衡状态
①
②
③
①
颗粒＋流体
新沉积物的沉积
欠平衡状态
瞬时剩余压力
流体排出
流体压力降低
压实平衡状态
静水压力
压实平衡状态与欠平衡状态的交替和循环
②压实流体排出方向
流体不能及时排出，
Ze
泥岩孔隙体积不能随上覆负荷的
Z
增加而有效地减小，
从而使泥岩孔隙流体承担了一
Z
部分上覆颗粒的重量，

正 常压实 曲线
欠压实 曲线
出现泥岩孔隙度高于正常压实泥岩的孔隙度、
孔隙流体压力高于正常静水压力的现象， 称为欠压实现象
b.蒙脱石脱水作用
❖蒙脱石向伊利石的转化是地质过程的一种普遍现象
5000
辽东湾地区地层压力与埋深关系
深度(m)
预测压力(MPa)
30
60
90
120
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)
第二超压带(П2) 第二压力过渡带
第三超压带
②烃源岩（泥岩）异常高压的成因
a.欠压实作用
由于泥岩孔渗性降低，导致孔隙
（6）压力系数：某一深度的地层 压力与该深度静水压力的比值。
压力系数>1：异常高压 压力系数<1：异常低压 （7）破裂压力：导致岩层发生破
裂的压力，通常约为静岩压力的85 ％。
3、油气运移的基本方式
稳态渗滤、非稳态幕式与扩散是油气运移的三种 种基本方式。
（1） 稳态渗滤 流体在孔隙介质中的流动称为渗滤。 达西定律来描述：Q＝[K·S·(P2-P1)]/(L·μ) (Q) ：单位时间内液体通过岩石的流量 (S)：通过岩石的截面积、 (K)：岩石的渗透率 (P2-P1)：液体压力差 (μ)：液体的粘度 (L)：液体通过岩石的长度
石油和天然气都是流体，它们具有流动的趋势。油气可以 从源岩运移到储集层（输导层），从储集层运移到圈闭中形 成油气藏，油气也可以由于地质条件的改变而从圈闭沿输导 层运移到别的储层中，再运移再聚集形成次生油气藏，或者 通过断层或封闭性差的盖层向上运移到达地表形成油气苗。
一、油气运移有关的几个基本概念
1、初次运移和二次运移的概念
a.沉积物等厚，垂向运移(向上) b.楔状沉积物，从厚处向薄处运移，
从盆地中心向盆地边缘运移 c.砂泥互层：从泥岩→砂岩
d.碎屑岩盆地压实流体运移规律： 从泥岩向砂岩， 从深部向浅部， 从盆地中心向盆地边缘。
(2)烃源岩内部的异常高压
0
a.沉积盆地异常高压十分普遍 0
1000
2000
3000
4000
震源 正断层
5 5 km 0
不同C 逆类冲带 型盆地中最连大流速续：0稳.1—1态m挤/压a 流体F 压流力封存动箱 的驱动压力机封存制箱间和无流样动 式
2 0 km 20
(据Garven, 199P51 ) P2
P3
P5
P4
2
km
200 km 0
（2）非稳态幕式：超压流体流动
压 力/MPa
0
25
Hubbert和Rubey（1959）将该关系用于固结的岩石中，证明 即使在孔隙度为1%的基岩中，该关系式也是有效的。说明上覆沉 积负荷压力总是为下伏基质骨架和孔隙流体共同支撑。
（1）地层压力（formation pressure) ：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
单位：帕斯卡(Pa) 或常用兆帕(MPa)
4、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
成熟-高 成熟阶段
动力
相态
压实作用 瞬时剩余压力
水溶相 游离相
异常高压
游离相 混相
过成熟阶段
扩散作用 异常高压
分子
通道
排烃 模式
孔隙
微裂缝 微孔隙
压实排 烃模式
典型稳态流体流动：地下水的渗滤
A 褶皱和逆冲带 抬升的前陆
最大流速：1—10m/a