油气聚集原理与油气充注成藏期

若具有中等封盖强度： 足以封盖住与圈闭闭合高 度相同的油柱，但不足以封盖 住相同高度的气柱，在动平衡
三类圈闭油 气的溢出和 渗漏（据 Sales，1997）
过程中油和气分别从圈闭的底
部溢出。
3.控制油气在地下分布和差异聚集的根本因素
——圈闭的封盖强度与闭合高度之间的关系。
若封盖强度小于闭合高度：
连续发生的过程。
因此，烃源岩的主要生排烃期基本代表了油气
藏形成的主要时期 。
东营凹陷不同时期生、排烃量直方图
东营凹陷的烃源岩从沙二上开始少量排烃；洼陷中心的烃源
岩在东营期进入大量排烃期，继东营期之后由于地层抬升，排
烃作用一度中断，在馆陶末至明化镇时期又大量排烃，且规模 超过东营期，成为主要的排烃期。
从志留纪到石炭纪,埋藏深
度一直很浅；二叠纪末盆地上
升，不具备大量生油条件。直 到中生代以后，盆地才开始发
生强烈沉降，到白垩纪末期，
埋藏深度达3700m，达到主要生 油期 ，排出的油聚集在被三叠 系膏盐层所封闭的不整合面下 的剥蚀构造中，形成了储量丰 富的哈西-迈萨乌德油田。
哈西—迈萨乌德油田地区志留系生 油岩埋藏历史和烃类生成随地质时 代的变化
美国阿巴拉契亚盆地油藏与气 藏分布图(据A.I.Levorsen)
•含油气盆地中的油气宏观分布模式
“气心油环”模式：在盆地中 心低处的构造圈闭中充满着天然
气，而在高处的构造圈闭中却充
满着石油。
实际上，这两种模式的出现都 是正常的，出现的地质背景和条件 不同。将“气心油环”模式称为溢 出型油气差异聚集，“油心气环” 模式称为渗漏型（逸出型）油气差 异聚集。
圈闭中油气的聚集（据Roberts，1980）
2.排替作用过程
泥质盖层Pf相邻砂层：圈闭中的水难通过盖层。
油水界面： P油=P水； 向上：
压力 含水饱和度
因密度差，P油P水；
水
油
束 缚 水 油水接触面
油
形成向下的流体势 梯度。 油上移、向下排替 水直到束缚水饱和度， 止到充满圈闭。
深度
水
圈闭中油、水的压力及含水饱和度的垂向分布
（四）油气藏形成时间的确定
2.流体历史分析方法
（2）储层流体包裹体法
包裹体：
胶结物和矿物形成时捕获介质中的成分，在
埋藏深度增大
伊水 利层 石水 停介 止质 生发 长生 变 化
古油水界面
今油水界面
两 期 成 藏
成长 藏期 作缓 用慢 的
油水界面
中侏罗统头屯 河组和西山窑组储 层伊利石同位素年 龄：盆参2井为9983Ma,盆4井为10491Ma。成藏期在晚 白垩世。 下侏罗统三工 河组和八道湾组： 盆参2井为74-64Ma， 盆4井为83-71Ma。 成藏期在白垩纪末 莫索湾隆起侏罗系砂岩自生伊利石（<0.1µm)同 以后。 位素地质年龄分布
3.控制油气在地下分布和差异聚集的根本因素
——圈闭的封盖强度与闭合高度之间的关系。
若封盖强度大于闭合高度：
具有剩余的封盖强度，油
和气都只能从圈闭底部溢出， 但不会从顶部盖层渗漏，且优 先聚集天然气。
三类圈闭油气的溢出和渗漏 （据Sales，1997）
3.控制油气在地下分布和差异聚集的根本因素
——圈闭的封盖强度与闭合高度之间的关系。
，并且一系列溢出点依次抬高的圈闭为同一储层的情况。 实际地质情况下，只有一些大型沉积盆地才有可能满足 这些条件。
2.渗漏型（逸出型）油气聚集
断层渗漏型油气差异聚集
从盆地中心到盆地边缘，随埋深变浅，依次出现油藏、 油气藏、气藏。
盆地中心 盆地边缘
气
油 油气运移方向 油气源 断层渗漏型油气差异聚集示意图
2.混合过程
储集层的非均质性及充注过程的差异性
→流体分布非均质性→流体大混合→ 稳态 三种混合机制： 密度差异混合：圈闭中石油密度倒置→重力分异混合
浓度差异混合：圈闭中石油组分浓度差异→扩散混合
热对流混合：效率取决于浓度差、烃分子大小、储层物性
（三）油气在系列圈闭中的差异聚集
当盆地中存在多个水力学上相互连通的圈闭，且
3.渗滤作用+排替作用
上覆盖层为毛细管封闭时： 当储层中或底部S油达60%以上，水渗流停止。
上覆盖层为异常高压封闭：
水不能通过上覆盖层渗流，只向下排替。
油气聚集初期：水可通过 上覆亲水盖层渗流；油气聚集 一定程度后，水主要被油气排 替到圈闭下方。
油 水
含油水 水流方向 运移方向
（二）油气在圈闭中聚集的过程
聚集过程：充注过程、混合过程。连续过程。
1.油气充注
以浮力作用为动力的运移—渐进式充注，缓慢；
以异常高压为动力的运移—幕式充注，快速。
•最初进入最低排替压力 部分（高渗带） •不断向相对低孔低渗的
储层部分扩展，最后将整
个圈闭充满 。
•以石油波阵面方式充注油藏。
（二）油气在圈闭中聚集的过程
(2) 地壳运动：油气藏形成后，若上覆地层遭受
剥蚀，或埋深加大，引起油气藏内的温压条件变化，
饱和压力随之变化。
（四）油气藏形成时间的确定
2.流体历史分析方法
化石记录：储层成岩矿物及其中流体包裹 体直接记录了沉积盆地油气成藏条件和过程,作 为化石记录用于重塑油气藏形成和演化史。
（1）自生伊利石测年法
（四）油气藏形成时间的确定
1.传统地质分析方法
(3)油藏饱和压力法
• 若A层油藏饱和压力Pb = 20MPa，Pb与 油藏当初形成时的地层压力Pd相等： • Pb = Pd =ρw g H 相当的地层埋藏深度 2040m
(设ρw =1×103 kg/m3 , g = 9.8m/s2) ：
H = Pb / ρw g =20 ×106 / 103 ×9.8
俄罗斯地台斯大林格 勒区下石炭统斯大林 山层三个相联系的构 造圈闭中油气差异聚 集的情况（据张厚福 等，1999）
1.溢出型油气差异聚集
发育在区域均斜（单斜）背景上，溢出点依次增高的一 系列相互连通的圈闭。
离供油气区最近、 溢出点最低的圈闭 中形成纯气藏，稍 远的、溢出点较高 的圈闭形成油气藏 或纯油藏，距油源 区更远的、溢出点 更高的圈闭只含水。
现在
储集层 沉积时间
圈闭形成与油气聚集的时间关系（据A. I.Levorsen）
（四）油气藏形成时间的确定
1.传统地质分析方法
(3)油藏饱和压力法
饱和压力：地层条件下，气体开始析离液体时的压力。 油气运聚过程中，气呈溶解状态饱含在油中, 油藏的地层压力与饱和压力相等。 与饱和压力相当的地层埋藏深度，其对应的地 质时代，即为油藏的形成时间。
论油气的运聚与成藏
中国石油大学（华东）地球科学与技术学院 谭丽娟
2015.4
第三部分
油气聚集原理与油气充注 成藏期
中国石油大学（华东）地球科学与技术学院 谭丽娟
2015.4
内
容
提
要
油气聚集的动力学机制
油气在圈闭中的聚集过程
油气在系列圈闭中的差异聚集
三、油气聚集原理
（一）油气聚集的动力学机制
溢出型油气差异聚集示意图
影响溢出型油气差异聚集的地质因素
运移路径上有支流油气源；
温压变化：形成次生气顶，或原生气顶溶于油；
后期地壳运动：圈闭条件改变； 水压梯度及水运动方向。
2.渗漏型（逸出型）油气聚集
Gussow（1954）提出的油气差异聚集原理是假设圈闭
的盖层质量足够好、足以封盖住达到溢出点时油气柱高度
来自下倾方向的油气源充足时，油气在这一系列圈闭
中聚集，沿运移方向各圈闭中发生烃类相态及性质的
规律性变化，这种现象称为油气差异聚集。
•含油气盆地中的油气宏观分布模式
在含油气盆地中，从盆地低部位或 中心向盆地边缘，圈闭中聚集的油气相
态出现了两种截然不同的分布模式：
“油心气环”模式 “气心油环”模式 “油心气环”模式：石油占据盆 地中心构造较低的圈闭，天然气占 据盆地周围的最高位置的构造环。
= 2040m
• 从油藏顶面上推2040m到B层，即A层 油藏是B层开始沉积时形成的。
计算油藏形成时间示意图
（四）油气藏形成时间的确定
1.传统地质分析方法
(3)油藏饱和压力法 •饱和压力法分析油藏形成时间的影响因素
(1) 原生气体：油气藏→油藏，饱和压力大于原
始状态，计算的油藏形成时间比实际时间晚。
2.渗漏型（逸出型）油气聚集
盖层渗漏型油气差异聚集
储集层渗透性变差 气 油 岩性遮挡
盖层渗漏型油气差异聚 集示意图
2.渗漏型（逸出型）油气聚集
盖层渗漏型油气差异聚集 若盖层质量不高，当圈闭中聚集的油气超过盖 层能封堵的最大油气柱时，部分油气突破盖层发生 渗漏并向上运移。 结果：轻的烃类占据高的层位，重的烃类在下部 层位。
圈闭发育史分析法
油藏饱和压力法
2.流体历史分析法
储层流体包裹体法 自生伊利石测年法
油气成藏是地质历史上的动态过程，岩石与油、气、水流体的相互 作用应该留下一定的成藏化石记录。储集层成岩矿物及其中的流体包 裹体直接记录了沉积盆地油气成藏的理化条件和过程，它们可作为油 气成藏化石记录用以重塑油气藏形成及演化史。
——主要对低分子的天然气起某种作用。
1.渗滤作用过程
（1）含烃的水或游离烃进入 圈闭后，因为一般亲水的、 毛细管封闭的盖层对水不起 封闭作用，水可以通过盖层 而继续运移。 （2）烃类则因盖层的毛细管 封闭而过滤下来在圈闭中聚 集。 （3）在水动力和浮力的作用 下，水和烃可以源源不断地 补充并最终导致在圈闭中形 成油气藏。
在相连通的一系列圈闭中油气差异聚集的情况示意图
•溢出型油气差异聚集实例 1
美国密歇根盆地志留系礁带中差异聚集
•溢出型油气差异聚集实例 2
澳大利亚 埃罗曼加 盆地中的 差异聚集
溢出型油气差异聚集的条件
区域性长距离运移，储层区域性倾斜，岩相岩性稳定、渗透性好 系列圈闭的溢 出点依次增高。 油气源充足， 且来自储层下倾 方向。 储层充满水 且处于 静水 压力条件。
（二）油气在圈闭中聚集的过程 （三）油气在系列圈闭中的差异聚集
（一）油气聚集的动力学机制
油气聚集：油气在圈闭中排开孔隙水而积聚起来形成油 气藏的过程。
油气聚集的动力学机制
（1）势差或压差：浮力-水动力机制
——油气在圈闭中聚集的主要动力学机制。
包括：渗滤作用、排替作用。 （2）浓度差或盐度差：渗透力-扩散力机制
（四）油气藏形成时间的确定
2.流体历史分析方法
（1）储层自生伊利石测年法 基本原理

储层中自生伊利石仅在富钾水介质环境下形成,
烃类进入储层后, 自生伊利石停止生长；

自生伊利石的最晚同位素年龄代表了烃类充注
储层的时间或略晚。
伊利石年龄减小
伊利石年龄减小
伊利石年龄减小
伊利石年龄减小
伊利石年龄减小
（四）油气藏形成时间的确定
1.传统地质分析方法
(2)圈闭发育史分析法
圈闭形成的时间ຫໍສະໝຸດ Baidu --油气藏形成的最早时间。
沉积埋藏史恢复 构造发展史恢复
构造发 育史与 油气聚 集关系 示意图
A圈闭形成时间晚，位置低—无效。
圈闭形成次序：1 → 2 → 3 → 4 → 5、6、7。
垂直距离-从储集层开始沉积到现在的时间间隔； 空白部分-储集层沉积后到形成圈闭以前的时间间隔； 红色宽度-充储集层沉积后，任何时间内形成圈闭的百分率。
封盖强度不足以封盖与
圈闭闭合高度相同的油柱，
油和气均从顶部盖层渗漏。
三类圈闭油气的溢出和渗漏（据 Sales，1997）
三类圈闭油气的溢出和渗漏（据Sales，1997）
三类圈闭的油气在横向上和垂向上的差异聚集（据Sales，1997）
（四）油气藏形成时间的确定
烃源岩主要生、排烃期分析法
1.传统地质分析方法
（四）油气藏形成时间的确定
1.传统地质分析方法
（1）烃源岩主要生、排烃期分析法
---油气藏形成的最早时间（下限）
确定生油窗： ——主要生排烃期基 本代表了油气藏形成的主 要时期。
地质模型上的等TTI曲线
（四）油气藏形成时间的确定
1.传统地质分析方法
（1）烃源岩主要生、排烃期分析法
在一些连续沉降而没有重大抬升沉积间断地质事 件发生的盆地中，若只发育一套烃源岩，烃源岩中 有机质的成熟演化是连续的，主要生排烃期可能只 有一期，随后的油气二次运移聚集应该看作是一个
（2）储层流体包裹体法
（四）油气藏形成时间的确定
2.流体历史分析方法
•储层成岩作用与烃类流体运聚关系
胶结物和自生矿物形成是水-岩石作用的结果。烃类流
体注入储层，随着含油气饱和度增加，孔隙水流体与矿物
之间的反应受抑制(如储层中石英次生加大等)或中止(自
生伊利石、钾长石的钠长石化等)。 从油藏中油气层至水层的系列样品分析，根据胶结物 和自生矿物形成特征的差异可估计油气充填储层的时间。