石油天然气地质43初次运移动力、通道及模式

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岩心
井名
深度
坨73 牛11 牛38 王78
3380~3381.23 3448~3510 3360 3905
王57 3405~3421.5
3133.17~3134.17 丰112 3339.34~3340.4
3425.8~3426.1
3223.30~3231.2 河130 3243.50~3247.0
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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 2934~3065 辛10 3135~3200 辛13 3082~3115 辛128 3026~3050
郝科1 3000-3242
营74 营80 通2
3090~3130 2965~3000 3090~3166
3471.8~3472.8
• 动力为正常压实. • 在压实作用下,油气随压实水流,通过源岩孔隙
运移到运载层或储集层中.
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2 成熟－过成熟阶段异常压力排烃模式
• 源岩层孔隙水较少,渗透率较低,源岩排液不畅,有 机质大量生成油气,大量油气呈游离状态.
• 异常高压为排烃动力. • 欠压实作用、蒙脱石脱水作用、有机质生烃作用、
热增压作用以及渗析作用等各种因素导致孔隙流 体压力不断增加,形成异常高压,成为排烃的主要 动力.
正常压实、渗析、 扩散
1500～ 50～ 4000 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
4000～ 150～ 高成熟－过成 有机质生气、气体热
7000 250 熟
增压、扩散
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三、油气初次运移的通道
较大孔隙、微层理面 微裂缝 构造裂缝与断层 缝合线 干酪根网络
40
微裂隙证据
进入成熟阶段的富有机质源岩大量生烃,造成孔隙流体压力 迅速上升达到或接近静岩压力,并导致了顺层裂隙的产生.
液态烃包裹体
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3.构造裂缝和断层
〔1〕构造裂缝： ——地应力作用下烃源岩中产生的裂缝.
张裂缝：宽度一般大于100μm,属毛细管孔径. 〔2〕 断过烃源岩的断层也是初次运移的重要通道 地震泵效应增强了断层的通道作用.活动断层像插 入烃源岩中的吸管.--幕式排烃
干酪根生 成烃类过 程中,微 裂缝的形 成与烃类 的注入
〔据 Ungerer 等,1396 83>
微 裂 隙 证 据 〔据胜利油田〕
1.高电阻率层段的优质烃 源岩； 2.在空间上与有机质纹层 紧密相关； 3. 烃源岩大量生烃阶段 相对应.
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微裂隙证据
亮晶方解石
有机质纹层
亮晶方解石
裂隙的发生在空间上与有机质纹层紧密相关
5
• 剩余流体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·L0
•式中： dPL—剩余流体压力；ρbo—新沉积的 L0沉积层的密度；
• 在剩余压力作用下,孔隙流体排出,流体压力又恢复为
• 静水ρ压w力—.地层水的密度； L0—新沉积的沉积 •层上的覆厚沉度积；层不断增加——瞬间剩余压力与正常压力 • 交替g变—化重,孔力隙加流速体度排.出,孔隙体积减小.
6. 其它作用
• 构造应力作用 • 产生微裂缝,吸附烃解吸,构造挤压应力传递
到孔隙流体,流体运移
最大主应力为水平应力时,主要排 烃方向沿最小主应力方向
21
6. 其它作用
• 毛细管压力 • 源岩层与储集层界面
处,源岩孔喉较小,储集 层孔喉较大,两者间存在 毛细管压力差,合力方向 指向储集层方向.
22
14
4. 流体热增压作用
• 温度增加时,油气水的体积膨胀,即具有热增容效应. • 随埋深增加,地温增大,水的密度降低,比容增大,这
种膨胀作用促使流体运移,有助于排烃. • 若处在封闭或半封闭系统,可形成异常高压.
15
水的压力—温度—密度〔比容〕的关系曲线
16
图：正常压力带的三个地温梯度情况 下,水的比容与深度关系
气相 . 油溶气相：气溶解于石油中,以油相形式运移； 气溶油相：油溶于天然气中,以气相方式运移.
证据： １〕游离相石油存在于烃源岩孔隙或裂隙中； ２〕厚烃源岩剖面可测定出对初次运移的色层效应.
3
3、初次运移相态演化
低成熟阶段,水溶相 运移最有可能
生油高峰阶段,主要 以游离油相运移
生凝析气阶段,以气 溶油相运移
2、初次运移的距离
• 排烃有效厚度：烃源岩中的油气能有效排出的 厚度.
• 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.
• 生油层有效排烃厚度约为28m<上、下距储集 层各14m>.
• 厚层块状泥岩源岩层排烃不利,相当一部分厚度 对初次运移排油无效.
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阿尔及利亚储集层上覆页岩生油层中
坨153 3494.2~3494.6 3543.8~3544.0
3652.2~3654.0
层位 描述
Es3下 丰富 Es3下 丰富 Es3下 丰富 Es3下 丰富 Es3下、
发育 Es4上 Es3下 丰富 Es3下 丰富 Es3下 丰富 Es3下 丰富 Es3下 存在 Es4上 存在 Es4上 存在
第四章 石油和天然气的运移
第一节 油气运移概述 第二节 油气初次运移 第三节 油气二次运移 第四节 油气运移研究方法
1
第二节 油气初次运移
一、油气初次运移的相态
1.水溶相运移 〔1〕油气溶解在 水中呈分子溶液, 水作为油气运移的 载体进行运移.
〔2〕胶束溶液
原油在水中的溶解度随
温度的变化
2
2.游离相——石油初次运移最重要的相态. 游离油相和游离气相,呈分散状或连续状油相、
=[<ρb0-ρw>·g·l0-<ρb0-ρw>·g·h0]/x
=〔ρb0-ρw>·g·〔l0-h0〕/x
压实流体垂向上由深部向浅部运移,横向上由厚
层区向薄层区运移.
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• 压实流体的运移方向：由泥岩向砂岩,由 深部向浅部、由盆地中心向盆地边缘
砂泥岩互层剖面中压实流体的运移方向
9
• 欠压实：泥质沉积物在压实过程中因流体排出 受阻或来不及排出,孔隙体积不能随上覆负荷增 加而有效减小,导致孔隙流体承受了部分上覆沉 积负荷,流体压力高于静水压力.
12
2. 蒙脱石脱水作用
• 蒙脱石：膨胀性粘土,结构水多. • 随埋深增加,结构水脱出,由蒙脱石转变为伊利
石； • 蒙脱石脱出的水排挤孔隙原有的流体,产生异常
高压,有利于排烃.
13
3.有机质的生烃作用
•干酪根所形成的油气的 体积大大超过原干酪根本 身的体积.
当流体不能及时排出时,导 致孔隙流体压力增大,出 现异常压力排烃作用..
3263.25~3269.85
层位 描述
Es4上 存在 Es3下 丰富 Es3下 丰富 Es4上 存在
Es3下 丰富
存在 Es3下 丰富
存在
Es3下 Es3下 Es3下
丰富 丰富 丰富
资料 来源 岩心 录井 岩心 岩心 岩心
岩心
岩心
测井曲线分析和岩芯观察均表明,发生裂隙的母岩均为高电
阻率的优质烃源岩段.
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• 当生油岩孔隙流体压力增高还不足以引起岩石产 生微裂缝时,油气可从生油岩中慢慢驱出.
• 当孔隙流体压力很高、导致源岩产生微裂缝,这 些微裂缝与孔隙连接,形成微裂缝－孔隙系统.
• 在异常高压驱动下,油气水通过微裂缝－孔隙系 统向源岩外涌出.
• 当排出部分流体后压力下降,微裂缝闭合. • 压力恢复升高和微裂缝重新开启后,又发生新的
6
• 新沉积物横向厚度不变时,横向剩余压力相等：
•Biblioteka Baidu
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：
dP/dX=[dPl-dPh]/x
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4. 缝合线
碳酸盐岩、蒸发岩,特别是含泥质的石灰岩 ——成岩后生阶段压溶产物,初次运移重要通道.
•往往顺层面分布, 也有与层面呈斜交 或正交.
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5. 有机质或干酪根网络
生油层中： 有机质主要是沿微层理面分布→微层理面具亲油性, 三维的干酪根网络→亲油网络,不受毛细管阻力 ——大量生油的阶段：初次运移的良好通道
种
排
烃
模
差异突破压力排烃模式
式
〔
方
式
〕
断层排烃模式
在异常高压区内,由于生油母质、烃源岩结构、异常高压分布 以及断裂发育特征等的不同,的排烃主要分为微裂缝排烃、和5断9 层排 烃三种类型
微裂缝排烃
有
效
烃
差异突破压力排烃
源
岩
复
式
排 烃
断层排烃
示
意
图
60
P
微裂缝排烃：幕式、混相,即幕式排烃、 混相涌流
31
临界排烃饱和度值〔1%-10%〕和泥质盖层的突破压力值均与 几％大微孔有关
32
2. 微裂缝
微裂缝： 指宽度小于100μm的裂隙,大多为10～25μm,
是成熟—过成熟阶段的主要运移通道. 烃类的生成及其他作用---异常高压---微裂隙---排 烃---微裂隙闭合---蓄压—再破裂－再排烃
35
异常高流体压力能导致烃源岩形成微裂缝.当流体压 力超过静水压力的1.42～2.4倍时,岩石就会产生裂隙. 这种微裂缝具有周期性开启与闭合特点.
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三、初次运移的通道
孔隙、微裂缝、微层理面、构造裂缝、 干酪根网络.
低成熟-未成熟阶段：孔隙和微层理 面；
成熟-过成熟阶段：微裂缝为主,复合 通道.
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四、初次运移的主要时期和距离
1、初次运移的主要时期
石油：有机质热演化成 熟阶段 天然气：多期,大量生气 之后
排烃门限：达到排烃所 需的饱和度
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• 扩散作用
• 岩性致密和高压地层中对天然气运移有重要作 用
• 胶结和重结晶作用
• 使孔隙度降低,堵塞排液通道,形成成岩封闭,促 使已存在于孔隙中的油气压力增加,导致岩石破裂 而排烃.碳酸盐岩.
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7.烃源岩排烃动力演变
埋藏深 温度℃ 有机质热演化
度m
阶段
油气运移动力
0～ 1500
10～ 50
未熟
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5. 渗析作用
• 水由盐度低的一侧通过半透膜向盐度高的一侧运移的 作用
• 在渗透压差作用下流体通过半透膜从低盐度区向高盐 度区运移,直到浓度差消失为止.
• 含盐量差别越大,渗透压差也越大.
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美国湾岸地区某井砂岩和页岩孔隙水含盐量随深度变化曲线 〔据Schmidt,1971〕
19
• 泥岩和砂岩的盐度均随埋深增加而增加. • 渗透流体从含盐量低的部分流向含盐量高的部分. • 流体从泥岩到砂岩运移.
涌流. • 油气水以一种间歇式、脉冲式〔不连续〕方式进
行混相涌流. 57
3、 轻烃扩散辅助运移模式
• 轻烃,特别是气态烃,具有较强的扩散能力,与体 积流相比,效率较低,但在源岩中轻烃扩散具有 普遍性.
• 气体依靠扩散进行的初次运移,只发生在源岩层 内比较短的距离.
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烃源岩复式排烃模式
裂缝带排烃模式 三
过成熟干气阶段,以 游离气相运移
油气初次运移过程中的可能相态
4
二、油气初次运移的主要动力
1.压实作用 压实导致孔隙水排出,孔隙度减少,岩石体密度增
加.对于一套地层,当其中的流体压力为静水压 力时,称之为压实平衡. 若在压实平衡的层序之上新沉积了一个密度为 ρb0、厚度为l0的沉积层,下伏地层进一步压实, 颗粒重新紧缩排列,孔隙体积缩小. 新沉积层作用于压实平衡地层的瞬间,孔隙流体 承受部分上覆负荷压力,产生剩余压力.
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泥〔页〕岩孔径的大小与烃类分子的比较
甲烷和水能通过小微孔〔1nm>d>0.3nm〕 正烷烃、芳香烃、沥青稀可通过中微孔〔10nm>d>1nm〕 大分子集合体和游离相烃只能通过大微孔〔d>50nm〕
10μm
100μm
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1. 较大的孔隙与微层理面
有机质未成熟～低成熟阶段的主要运移途径. 较大孔隙：孔径大于100nm——最重要的排烃通道. 微层理面：层内沉积物垂向变化的界面,渗透性较 好——烃类横向运移的重要途径.
烃类,胶质,沥青质含量分布
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五、油气初次运移模式
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五、油气初次运移模式
三种模式： 正常压实排烃模式 异常压力排烃模式 扩散模式 三者在运移相态、动力、通道等方面有差异.
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1 未熟－低熟阶段正常压实排烃模式
• 源岩层埋深较浅,油气生成的数量少,源岩孔隙 水多,渗透率较高,部分油气溶解在水中呈水溶 状态,部分呈分散的游离油气相.
• 特征：高孔隙度、超压 • 出现的条件：快速沉积、细粒沉积比率高
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欠压实带中流体的排出方向
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•欠压实泥岩存在剩余压力,具有驱动流体 向剩余压力减小的方向运移的趋势.
• 当欠压实及其它作用产生的孔隙压力超 过泥岩的承受强度时,泥岩产生微裂缝,超 压流体通过泥岩微裂缝涌出,油气发生初 次运移；随着流体排出,超压被释放,泥岩 回到正常压实状态.