第四章油气运移演示幻灯片.ppt

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migration),。,5,Terzaghi,（,1923,）在士力学实验中确立如下关系式：,S=+P,式中,S,上覆沉积的负荷压力；,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。,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。,2,、地层压力与异常地层压力,6,（,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),（,2,）静水压力：,静止水柱产生的压力（重量）称为静水压力,7,（,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,8,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。,（,5,）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,。,9,（,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,KS(P2-P1)/(L),(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,(),：液体的粘度,(L),：液体通过岩石的长度,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,。,10,典型稳态流体流动：地下水的渗滤,11,不同类型盆地中连续稳态流体流动的驱动机制和样式,(,据,Garven,1995),12,（,2,）非稳态幕式：超压流体流动,破裂压力,13,超压引起的地层破裂和超压流体的幕式排放,压力,/,应力,时,间,幕次,1,幕次,2,幕次,3,幕次,4,开启,封闭,排放,补给积累,地层水力破裂压力,P,L,=,静岩压力,压力,/,应力,时,间,幕次,1,幕次,2,幕次,3,幕次,4,开启,封闭,排放,补给积累,P,L,=,静岩压力,14,莺歌海盆地泥岩岩芯中的水力破裂,B,静,水,压,力,破,裂,压,力,盖层破裂,压,力,深,度,(,A),15,准噶尔盆地中部地区超压流体天然水力破裂通道,40,60,80,100,120,4.4,4.8,4.0,深度,/km,J,1,s,J,1,b,压力,/,MPa,TRACE1390,气,烟,筒,气,烟,筒,破,裂,压,力,16,（,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。,分子越小，扩散能力越强，轻烃具有明显的扩散作用。,流体中的扩散速率与浓度梯度有关，服从费克第一定律：,J,-D,grad,C,式中，,J,为扩散速率，,D,为扩散系数，,grad,C,为浓度梯度。扩散系数与分子大小有关，也与扩散介质条件有关。,17,4,、岩石的润湿性,润湿作用是指固体表面的一种流体被另一种液体取代的一种作用。,（,1,）润湿性：,（,流体附着固体的性质,）,0,：称完全润湿,90,：称非润湿,润湿角：,18,润湿流体：,易附着在固体上的流体，又称为润湿相,非润湿流体：,不易附着在固体的流体，又称非润湿相,水润湿的（,water-wet,）：,油水两相共存的孔隙系统中，如果水附着在岩石孔隙表面，称水为润湿相，油为非润湿相，这时称岩石为,水润湿的或亲水的,（,2,）岩石的润湿性,19,油润湿的（,oil-wet,）：,油水两相共存孔隙系统中，如果油附着在岩石的孔隙表面，则油为润湿相，水为非润湿相，这时称岩石为,油润湿的或亲油的,20,中间润湿的（,mixed-wet,）：,部分亲油，部分亲水的岩石,21,（,3,）岩石的润湿性对油气运移的影响,孔隙中的油水分布、流动方式、残留形式和数量,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，油的运动不受毛细管力的阻碍；,22,5,、油气运移临界饱和度,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,。,23,二、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：,石油是如何从低孔低渗的烃源岩中运移出来的，,动力？通道？,烃源岩中含水很少，初次运移的相态是什么？,24,1,、油气初次运移的相态,(1),石油初次运移相态,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,水溶相运移存在的问题,怀俄明州法姆尔原油,阿拉斯加原油,里迪河原油,尤尼恩文奈原油,易斯安那州阿姆瑟湖原油,游离相,(,油相）,25,显微观察的证据：,a.,石油以游离相存在于烃源岩孔隙系统,支持游离相运移的证据,煤的孔隙和裂缝中的油滴,26,水溶相：不重要,b.,烃源岩中存在的色层效应,支持游离相运移的证据,Tissot,1978,27,（,2,）天然气初次运移相态,水溶相,天然气在水中具有较高的溶解度，水溶相是天然气运移的重要要相态,游离气相,油溶气相,分子运移（扩散相）,C,0,C,1,C,2,C,3,深度,浓度,烃源岩,28,（,3,）油气初次运移相态的演变,影响油气初次运移相态的主要因素,a.,烃源岩的有机质类型,b.,烃源岩的埋深：,孔隙度,渗透率,孔隙喉道直径,c.,地层中孔隙水的多少,d.,地层的温度、压力状态,29,油气初次运移相态的演变,a.,未成熟阶段：,烃源岩：,埋藏浅、,孔渗性好,含水多,烃类型：,生物气、,少量未熟油,相态：,水溶相（气）,30,b.,成熟阶段,烃源岩：,埋藏较深、,孔渗性差、,含水少,烃类型：,型：油为主,型：气为主,相态：,型：油溶气,油相,型：独立气,气溶油,31,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,32,油气运移的相态总结：,石油主要是以游离相态运移的；,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,油气可以以互溶（油溶气、气溶油）相态运移,烃源岩演化过程中相态是演变的,33,2,、油气初次运移的主要动力,(1),压实作用产生的瞬时剩余压力,压实流体排出机理,有效应力定律：,a.,压实平衡状态（正常压实状态）,岩石骨架颗粒达到紧密接触,孔隙压力为静水压力,无孔隙流体排出,颗粒流体,S,：上覆负荷压力,：有效应力,P,：地层压力,34,b.,压实欠平衡状态,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,颗粒流体,新沉积物的沉积增加了上覆压力,c.,沉积物恢复压实平衡状态,35,新沉积物的沉积,欠平衡状态,静水压力,流体排出,压实平衡状态,瞬时剩余压力,压实平衡状态与欠平衡状态的交替和循环,流体压力降低,36,压实流体排出方向,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,37,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。,38,(2),烃源岩内部的异常高压,常压带,第一超压带,第一压力过渡带,第二超压带,(,1),第二压力过渡带,第三超压带,第二超压带,(,2),a.,沉积盆地异常高压十分普遍,辽东湾地区地层压力与埋深关系,39,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，导致孔隙流体不能及时排出，,泥岩孔隙体积不能随上覆负荷的增加而有效地减小，,从而使泥岩孔隙流体承担了一部分上覆颗粒的重量，,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,40,b.,蒙脱石脱水作用,蒙脱石的特点：,(Al,Mg),2,Si,4,O,10,(OH,2,),nH,2,O,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,蒙脱石向伊利石的转化是地质过程的一种普遍现象,41,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,蒙脱石转化为伊利石后：,蒙脱石向伊利石发生转化是地质过程的一种普遍现象,42,43,c.,有机质的生烃作用,(,烃类生成形成异常高压,),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,44,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,45,异常高压的排烃作用,烃源岩封闭,形成异常高压,形成微裂缝,微裂缝闭合,孔隙流体排出,超过破裂极限,欠压实,蒙脱石脱水,生烃增压,流体热增压,46,（,3,）烃类浓度梯度,(,扩散作用）,C,0,C,1,C,2,C,3,深度,浓度,烃源岩,烃源岩与储集层之间存在浓度差：,扩散作用,运移方向：,运移动力：,浓度梯度,烃源岩,储集层,6.08,10,-9,C10,3.75,10,-7,C4,4.31,10,-8,C7,5.77,10,-7,C3,8.20,10,-8,C6,1.11,10,-6,C2,1.57,10,-7,C5,2.1210,-6,C1,D(cm,2,/s),烷烃,D(cm,2,/s),烷烃,烷烃在页岩中的扩散系数,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。,费克第一定律,J,为扩散速率，,D,为扩散系数，,grad,C,为浓度梯度,47,3,、油气初次运移的通道,孔隙和微裂缝,孔隙,烃源岩正常压实阶段，,静水压力，孔隙暢通,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。,48,4,、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,动力,压实作用,瞬时剩余压力,相态,水溶相,游离相,通道,孔隙,成熟,-,高,成熟阶段,异常高压,游离相,混相,微裂缝微孔隙,过成熟阶段,扩散作用,异常高压,分子,微裂缝,微孔隙,排烃,模式,压实排烃模式,微裂缝,排烃模式,扩散排烃模式,49,5,、烃源岩有效,(,排烃,),厚度,(,1),概念,烃源岩所生成的油气，由于受到各种因素的制约（例如源岩厚度很大、渗透率很小、排烃动力不足等）并不是全部都能运出源岩层。只有与储集层相接触的一定距离内生油层中的烃类才能排出来。这段厚度就是生油层排烃的有效厚度。,(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）。,50,LD27-2,沙南凹陷,沙,垒,田,凸,起,51,BZ25-1-5,A/Toc,BZ22-2-1,A/Toc,d,2,u,d,2,L,S,1,+S,2,S3,0,10,20,30,4000,3000,d,2,L,S,1,+S,2,0,20,40,60,80,4200,4000,新构造运动控制下形成了高效的断裂贯通的油气汇聚型输导体系,d,2,L,d,3,S,1,0,10,20,30,40,4000,3600,3200,2800,PL14-3-1,A/Toc,BZ34-6-1,d,2,L,d,3,S,1,+S,2,S,3,3600,3200,2800,0,20,40,60,80,40,BZ34-4-1,d,2,L,d3,S,1,+S,2,S,3,3600,3200,2800,0,10,20,30,40,BZ34-6w-1,d,2,L,0,20,40,3000,2800,新构造运动期营维断裂带促进了烃源岩的排烃效率,52,距离,/m,深 度,200m,200m,烃 源 岩 层 系,烃源岩层系断裂促进烃源岩排烃模式,53,盆地类型,EUR,（,Billion barrels,）,丰度,(10,6,brls/10,3,sq.miles),克拉通,14.0,16.5,不对称克拉通,25.75,80.5,被动大陆边缘,17,71.5,裂谷,/,残留裂谷,413.5,335,前陆褶皱带,990.5,250,断坳型,(downwarp),170,476,三角洲,103,818,扭动拉分盆地,(wrench),156.5,1126,活动断层的油气运移机理,成熟烃源岩断裂强度增大,盆地油气丰度增加,断裂对烃源岩排烃具有促进与加强的作用,（,Price,1994,）,54,