第五章 石油、天然气运移

2、初次运移：石油、天然气自生油岩向储集层的运移，排烃，烃源岩内运移。
3、二次运移：石油、天然气在邻近生油岩的储集层中、直到第一次聚集的运 移。 4、三次运移：石油、天然气在第一次聚集后的运移。
（ 1）事实上，二次运移和三次运移 不易区分，常常把二次运移和三次运移统 称二次运移。 （2）同一油气质点初次运移和二次运移 显然有先后，但不同油气质点运移可能 是交替发生的 。
5、垂向运移、侧向运移：
6、穿层运移、顺层运移：
油气运移基础
（一）地层压实作用
压实作用是指在上覆沉积负荷作用 下，沉积物致密程度增大的地质现 象。
在压实作用过程中，沉积物通过不 断排出孔隙流体，孔隙度不断减少， 体积密度逐渐增加。 正常压实或压实平衡状态、欠压实 或压实不平衡
（二）地层流体压力
地层流体压力是指地层孔隙中的流体所承受的压力，
也称地层压力或孔隙流体压力。如果地层孔隙流体
主要是水，那么地层水主要承受其自身重量造成的
静水柱压力，即静水压力。地层压力等于或接近静 水压力时，可称为正常地层压力。地层压力明显高 于或低于静水压力时，便称为异常地层压力，包括 异常高压和异常低压。 据统计，世界范围内的沉积盆地中广泛发育异常地 层压力，其中大部分盆地为超压。
在三种地温梯度下，正常压力带水的比容-深度 关系图 （据真柄钦次，1974）
3、成烃增压
干酪根热降解生成烃类化合物，体积增 加，从而流体压力增加，有助于油气初次 运移。
4、粘土矿物脱水作用
粘土矿物在成岩过程中，由一种粘土矿物（如：蒙脱石）变成另一种粘土矿 物（如：伊利石）时，释放水作为油气运移的载体，从而增加流体和流体压力， 有助于烃类排出。
日本秋田地区地温梯度对石油运移的影响
（2）根据微裂缝形成时间确定
初次运移发生的时间就是微裂缝形成的时间。微裂缝形成时间取决于流体压 力变化。初次运移会周期性地发生。 （3）根据有机包裹体确定 有机包裹体形成的温度和压力，能够用来确定油气运移的时间及深度。包裹 体的寄主矿物生成年代也可以用来确定油气运移的时代。 此外，根据地球化学分析，也可确定油气运移的时油气初次运移可以是单个分子或分子团扩 散方式进行。 天然气运移的有效方式
页岩相对渗透率、绝对渗透率及流体流 动与压实关系示意图（据magara，1978）
（三）初次运移通道
1、孔隙系统
在大量压实前，孔隙系统是油气运 移的主要通道。大量压实后，孔隙系统 一般只能作为次要通道。
压实不平衡到平衡过程中,最上部lo沉积前、后页岩 孔隙度和深度关系 （据Magara，1977）
2、热力作用
温度增加对油气初次运移起到以下作用： （1）增加流体压力和孔隙直径，有助于烃 类排出。温度增加水的比容增加，水的压 力势必加大。 （2）烃源岩生成更多的烃类化合物，使烃 类化合物被排出。 （3）降低烃源岩对烃类吸附作用，减小油 水界面张力以减小毛细管阻力。 （4）降低流体粘度，有利于烃类运移。 （5）增加烃类（油）在水中溶解度。
（二）初次运移的时期、深度
油气开始生成期（或者开始生成的深 度）便是初次运移发生期的最早时间 （例如分子扩散在油气一旦生成后即有 可能发生）。
（1）根据压实阶段确定 青柳宏一和浅川忠（1979）认为，早期 压实阶段石油尚未生成，而重结晶阶段石油 难以排出，故最重要的初次运移发生在晚期 压实阶段，运移深度取决于地温梯度 。
页岩孔隙率与孔隙直径的关系 （据Welte，1972修改）
3、烃源岩的润湿性与毛细管压力
润湿性：吸附能的一种作用，在固体上分子润湿流体所需要的功。 由于烃源岩含有许多亲油的有机质颗粒，成烃后石油与岩石颗粒 表面长期接触以及颗粒表面上的变化，烃源岩部分亲油、部分亲水。 毛细管现象原理：由于孔喉细小，当两种或两种以上互不相溶的流 体处于岩石孔隙系统中或通过岩石孔隙系统渗流时，必然发生毛细 管现象，产生一个指向非润湿相流体内部的毛细管压力。
（一）初次运移的痕迹
无论在烃源岩中还是油气本身，都或多或少保留着一些初次运移的 痕迹。主要有： （1）烃源岩中的有机包裹体 有机包裹体主要分布在石英和长石与次生加大边、碳酸盐胶结物、 裂缝充填物中。包裹体的成分、相态、丰度、均一化温度和产状， 取决于油气初次运移时的温、压、盐条件、油气相态和成分、通道 与方向等因素。反过来，研究有机包裹体又有利于揭示这些因素的 本来面貌。 （2）油气中的微化石 油气初次运移可以将烃源岩中的微化石（如孢子花粉）携带出烃 源岩。微化石记载着运移时烃源岩的许多信息。
gZ

在地层水处于静止状态时，为静水柱压力， P=ρw g h 比较ΦwA、 ΦwB的大小？
w g h gZ gZ g ( Z h) g H w w
p
水势取决与测势面相对于基准面的高度，与质点的位置无关，即地 层空间水势处处相等。
（二）油势、气势
烃源岩普遍具有异常高流体压力，有助于油气初次运移。 超压形成机制： 欠压实—快速沉积的厚层泥质岩 正常压实—水热增压；粘土矿物转化；构造挤压；深部有 机质热生烃
迄今为止，可用于研究和预测 地下流体压力场的方法有很多，但 就其应用的广泛性和重要性而言， 以声波测井、实测地层压力（DST、 RFT、FMT等）和地震速度资料最为 重要。其中前两种方法仅适用于已 钻探地区，后者则可应用于凹陷深 部和未钻探地区的压力场研究和预 测，为钻探提供钻前预测服务，并 使压力场和超压系统的研究得以在 盆地级规模上展开。
不考虑毛细管力的作用，则油气势可以用水势来描述：
o gZ
w gZ
p
o
p
w w o gZ o w o o
w w g gZ w g g
B
H
h
w
p
g
g gZ
g
在静水条件下，水势是一个常数，则油、气势只取决于高程， 且高程越大，油、气势越小，高程越小，油气势越大，因此 深处是油气势的高势区，浅处是相对低势区，油气总是从深 比较ΦoA、 ΦoB的大小？ 处向浅处运移的。静水条件下，油气界面是水平的。 动水条件下，水势是变化的，油气势取决于水势和高程，水 势是从供水区向泄水区变小，油气势同样向泄水区偏移。动 水条件下油气界面向水流下游方向倾斜。
A-H组气源岩通过标准体积累积的扩散总量 和两个气田甲烷原始储量对比图（据Leythacuser， 1982） Ch.奇韦尔油田；Ha.哈林根气田
（二）油气初次运移相态
水溶相：油气溶解于水中随水一起排出烃源岩。 游离相：油气呈独立的油相或气相从烃源岩排出。 普遍认为，油气初次运移以连续的游离烃相为主。 1、分子溶液 烃类以真溶液（水溶液）形式运移。 溶解度大小依次是：芳香烃、环烷 烃和烷烃，同族烃类化合物分子越小 溶解度越大。因此天然气溶解度大于 石油。 天然气主要的运移形式，石油可能的 运移相态。 2、胶体溶液 一般认为胶体溶液是烃类可能形式， 但不是主要形式。
（三）初次运移的方向
初次运移的方向取决于油气初次运移的驱使因素和生储盖接触关系以及通道 特征。 烃源岩内的压力差是最重要的驱使因素。 裂缝是排液的主要通道，裂缝方向控制了油或气初次运移的方向。
（四）初次运移的排烃效率
（三）流体势
Hubbert（1940；1953）提出机械能（流体势）：单位质量的流体 h 所具有的机械能的总合。包括压能、位能、动能： B H

p
dp
0
1 gZ q 2 2
由于地下流体渗流速度十分缓慢，故动能项近似为零；地下储层中 流体密度压缩性较小，密度视为定值，故积分可简化，因而流体势 为： p
2、微裂缝系统
由于水热增压、成烃增压，烃源岩中 流体压力可以达到很高，以致于可以克 服岩石骨架应力和烃源岩的抗张强度， 产生破裂，形成微裂缝。微裂缝形成后 便成为油气初次运移的通道。 微裂缝排烃的过程可以概括为：
流体压力增大——形成微裂缝排烃——排烃后 减压微裂缝闭合 ——流体压力增大——形成 含有机质粘土加压实验，表示微裂缝对油气运 微裂缝排烃…...
东海陆架盆地西湖凹陷深度－压力关系图
（一）油气初次运移的驱使因素
1、压实作用
压实作用在排水的同时，油气被 排出。但是，有人认为大量正常压 实作用和油气主要生成时间上存在 矛盾，因此，欠压实作用可能是烃 类初次 运移的一个驱使因素。 另外，欠压实可以使更多的水较长 时间处于较高温度，有利于石油在 水中的溶解。
压实后烃源岩的孔隙度很小，孔 隙直径也很小，增加了油气的初 次运移的难度。
2、烃源岩的孔隙和比表面 （1）烃源岩的孔隙直径与烃类化合物分子直径大致在同一个数量级。 （2）烃源岩的比表面（单位质量沉积物颗粒的表面积）很大，具有很 强的吸附能力。
泥质岩石的各种物理参数与埋藏深度的关系 （据Jungten and Karwell et al.，1970）
2 σ cos θ Pc 润湿性的烃源岩，亲水，毛细管力对运移产生阻力； r
非润湿性的烃源岩，亲油，毛细管压力不完全构成阻力。
（二）初次运移的物理化学条件
1、温度条件
根据晚期有机生油理论，石油生成的温度范围大体为 50~175º C，天然气生成温度范围更广，油气初次运移温度至 少要大于石油大量生成的温度。 2、压力条件
移的影响图（据Tissot，1971）
形成微裂缝的力学条件：
（1）完整烃源岩产生微裂缝，流体压力Pp必须超过最小主应力 S3和烃源岩抗张强度K满足： Pp≥S3+K （2）要是裂缝延伸和扩展，则裂缝中的流体压力Pf必须满足:
Pf≥S3+K
（3）维持破裂的烃源岩中微裂缝张开的条件是： Pf=S3 微裂缝形成后，流体排出，流体压力Pp降低，微裂缝再次闭 合，直到下一次流体压力又一次增大，超过S3，微裂缝又重新 张开，流体再次排出。这个过程反复进行。
5、扩散作用
烃源岩内烃类化合物的浓度高于储集层时，由于浓度差发生扩散作用，使烃 类化合物发生初次运移。扩散作用作用服从费克定律，其中扩散系数与扩散物 质的性质等有关；扩散聚集的油气数量与扩散时间和扩散源物质的数量等有关。