第四章石油和天然气的运移
第四章 石油和天然气的运移
第一节运移作用概述 石油与天然气是流体,它们具有流动的趋势,只要没有约束条件 它们就会无休止地运动下去,直至到达地表面逸散。那么油气在地下 的运动规律是什么?受哪些因素影响?运动的相态、时间、距离和方 基向是什么?搞清这些问题不仅具有理论意义,更重要的是对油气勘探 本具指导意义。这是本章要解决的问题。 慨初次运移—油气从烃源岩向储集层的排出(或运移)。 二次运移—油气进入储集层以后的一切运移。二次运移包括了成藏 念前油气在储层或输导层内的运移,也包括了油气藏破坏以后的运移。 油气初次运移 油气二次运移
第一节 运移作用概述 石油与天然气是流体，它们具有流动的趋势，只要没有约束条件， 它们就会无休止地运动下去，直至到达地表面逸散。那么油气在地下 的运动规律是什么？受哪些因素影响？运动的相态、时间、距离和方 向是什么？搞清这些问题不仅具有理论意义，更重要的是对油气勘探 具指导意义。这是本章要解决的问题。 初次运移——油气从烃源岩向储集层的排出（或运移）。 二次运移——油气进入储集层以后的一切运移。二次运移包括了成藏 前油气在储层或输导层内的运移，也包括了油气藏破坏以后的运移。 油气初次运移 油气二次运移 1. 基 本 概 念
第一节运移作用概述 海平面 输导 牛海考 初次运移 输导岩 次运移 油气聚集第 N 生冲言 初次运移 b() 次运移 a()初次和二次运移早期 b()初次和二次运移晚期及油气藏的形成
第一节 运移作用概述 油气聚集 初次运移 生油岩 二次运移 生油岩 输导岩 初次运移 输导岩 二次运移 海平面 （a ） （b ） （a ）初次和二次运移早期 （b ）初次和二次运移晚期及油气藏的形成 油 气
第一节运移作用概述 2.油气运移的基本方式 油气运移的基本方式是扩散和渗滤。 渗滤是油气以不同的物理相态在浮力或其它动力作用下,由高势区向 低势区流动的一种机械运动方式,可用达西渗滤定律来描述。 扩散是分子布朗运动的传递过程,是一种分子运动,流体的扩散速度 与浓度梯度有关,服从费克(Fick)第一定律: J=-Dgradc (4-1) 式中: J扩散速率;D—扩散系数;0物质浓度。 上式表明,物质的扩散速度与扩散系数、浓度梯度成正比,扩散方向 是从高浓度向低浓度扩散。一般分子越小,运动能力越强,扩散系数 越大,越易扩散。所以天然气的扩散损失要比石油大的多
2.油气运移的基本方式 油气运移的基本方式是扩散和渗滤。 渗滤是油气以不同的物理相态在浮力或其它动力作用下，由高势区向 低势区流动的一种机械运动方式，可用达西渗滤定律来描述。 扩散是分子布朗运动的传递过程，是一种分子运动，流体的扩散速度 与浓度梯度有关，服从费克（Fick）第一定律： J＝－DgradC （4-1） 式中： J——扩散速率；D——扩散系数；C——物质浓度。 上式表明，物质的扩散速度与扩散系数、浓度梯度成正比，扩散方向 是从高浓度向低浓度扩散。一般分子越小，运动能力越强，扩散系数 越大，越易扩散。所以天然气的扩散损失要比石油大的多。 第一节 运移作用概述
第一节运移作用概述 3.岩石的润湿性 润湿性是指流体附着在固体上的性质,是一种吸附作用。不同流 体与不同岩石会表现出不同的润湿性。易附着在岩石上的流体称为润 湿流体,反之为非润湿流体。在多相流体共存且不相溶的流体中,润 湿体又称之为润湿相,非润湿体称为非润湿相。 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。在水润 湿的(亲水)岩石中,孔壁及颗粒表面为水所润湿,水会在颗粒表面 形成一层薄膜构成液环,油则不能以薄膜形式残留在孔壁上,被挤到 孔隙中心部位形成孤立的油珠(图4-2)。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”。而在油润湿的(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
3. 岩石的润湿性 润湿性是指流体附着在固体上的性质，是一种吸附作用。不同流 体与不同岩石会表现出不同的润湿性。易附着在岩石上的流体称为润 湿流体，反之为非润湿流体。在多相流体共存且不相溶的流体中，润 湿体又称之为润湿相，非润湿体称为非润湿相。 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。在水润 湿的（亲水）岩石中，孔壁及颗粒表面为水所润湿，水会在颗粒表面 形成一层薄膜构成液环，油则不能以薄膜形式残留在孔壁上，被挤到 孔隙中心部位形成孤立的油珠（图4-2）。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” 。而在油润湿的（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。 第一节 运移作用概述
第一节运移作用概述 …∷3 水 ∷岩石∴ 水 7 水 水 A)亲水孔隙介质(B)亲油孔隙介质 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,因为沉积岩是沉积在水介质中的,水又是极性分子。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,因此可以认为是部分亲水,部分亲油的中间润湿
第一节 运移作用概述 岩石 油 水 水 水 水 (A)亲水孔隙介质 ()亲油孔隙介质 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，因为沉积岩是沉积在水介质中的，水又是极性分子。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，因此可以认为是部分亲水，部分亲油的中间润湿。 （B）
第一节运移作用概述 4.油气运移的临界饱和度 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,不同流体会出现不同的相对渗透率。相对渗透率 除与岩石绝对渗透率有关外,还与流体的性质和含量有关。对于 定的岩石,存在最低的含水饱和度、含油饱和度或含气饱和度,各 种流体低于此值时,它们的有效渗透率为零,即不发生流动。例如 Levor son(1954)对亲水砂岩进行油水两相吸排水的实验,结果表明 油相的饱和度低于10%时,油相不能运动。在泥岩中测定难度还较大 目前尚无正式发表的资料。 Dickey认为,在烃源岩中由于大部分颗 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 降到1%。油气水共存时,油(气)运移所需的最小饱和度称为油 (气)运移的临界饱和度
4. 油气运移的临界饱和度 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，不同流体会出现不同的相对渗透率。相对渗透率 除与岩石绝对渗透率有关外，还与流体的性质和含量有关。对于一 定的岩石，存在最低的含水饱和度、含油饱和度或含气饱和度，各 种流体低于此值时，它们的有效渗透率为零，即不发生流动。例如 Levorson(1954)对亲水砂岩进行油水两相吸排水的实验，结果表明 油相的饱和度低于10%时，油相不能运动。在泥岩中测定难度还较大， 目前尚无正式发表的资料。Dickey认为，在烃源岩中由于大部分颗 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 降到1%。油气水共存时，油（气）运移所需的最小饱和度称为油 （气）运移的临界饱和度。 第一节 运移作用概述
第一节运移作用概述 5、地层压力、测压面 地下储层(或油层)内流体所承受的压力,称为地层压力,亦可称为 地层流体压力或孔隙流体压力,Pa。 为直观反映地层压力的大小,工程上常使用水压头的概念,水压头相 当于地层压力所能促使地层水上升的高度,表达式为 静水压面 式中:h=P/(pwg) H h水压头,m; P地层压力,Pa; pw水密度,kg/m; g—重力加速度,ms
5、地层压力、测压面 地下储层（或油层）内流体所承受的压力，称为地层压力，亦可称为 地层流体压力或孔隙流体压力，Pa。 为直观反映地层压力的大小，工程上常使用水压头的概念，水压头相 当于地层压力所能促使地层水上升的高度，表达式为： 式中：h=P/ (wg) h——水压头，m； P——地层压力，Pa； w——水密度，kg/m3； g——重力加速度，m/s2。 第一节 运移作用概述 A B C D H1 H2 静水压面
第二节石油与天然气的初次运移、油气初次运移的地质背景 早先引起母岩中的流体(主要是沉积水)向储集层运移的 主要因素就是压实作用。砂质沉积物由于质点坚硬,在压实过 程中主要表现为颗粒的进一步密集排列,所以压缩性小,体积 的压缩很快就趋于稳定。这可从孔隙率的变化上得到反映 (图)。贮存在砂岩孔隙中的流体通常只承受负荷压力的较少 部分,一般接近于静水压力。泥质沉积物比较细、软,可塑性 较强,在压实过程中,除颗粒再排列外,还伴有颗粒本身的变 形,所以压缩性大,且压缩持续时间较长 压实作用的早期,泥质沉积物中孔隙水顺利排出,处于均 衡压实状态,排水效率较高。一般在1,00m以内为主要排水阶 段(深度为500m时约排出88%),至1,500m(已排出95%的水) 排水速率明显减缓,至2,000m渐趋于稳定(至2,500m)
早先引起母岩中的流体（主要是沉积水）向储集层运移的 主要因素就是压实作用。砂质沉积物由于质点坚硬，在压实过 程中主要表现为颗粒的进一步密集排列，所以压缩性小，体积 的压缩很快就趋于稳定。这可从孔隙率的变化上得到反映 （图） 。贮存在砂岩孔隙中的流体通常只承受负荷压力的较少 部分，一般接近于静水压力。泥质沉积物比较细、软，可塑性 较强，在压实过程中，除颗粒再排列外，还伴有颗粒本身的变 形，所以压缩性大，且压缩持续时间较长。 压实作用的早期，泥质沉积物中孔隙水顺利排出，处于均 衡压实状态，排水效率较高。一般在1,000m以内为主要排水阶 段（深度为500m时约排出88%），至1,500m（已排出95%的水） 排水速率明显减缓，至2,000m渐趋于稳定（至2,500m）。 第二节 石油与天然气的初次运移 一、油气初次运移的地质背景
砂质沉积物由于质点 坚硬,在压实过程中主 要表现为颗粒的进 40 步密集排列,所以压缩 性小,体积的压缩很快 度30 就趋于稳定 页 20 泥质沉积物比较细 10 软,可塑性较强,在压 实过程中,除颗粒再排 列外,还伴有颗粒本身 3I 600 120015001800的变形,所以压缩性 大,且压缩持续时间较 深度m) 长 砂岩和页岩孔隙度随深度的变化 (据Athy,1930)