第五章 油气运移

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地球化学中的油气运移及环境效应

地球化学中的油气运移及环境效应

地球化学中的油气运移及环境效应地球是人类赖以生存的家园,而油气是我们生活中不可或缺的能源,其产生与运移对地球化学环境产生了极大影响。

本文将从油气的运移机制、环境效应两方面探讨地球化学中的油气运移及其环境效应。

一、油气运移机制油气运移是指油气从地下岩层中向上运移的过程。

其主要机制有两种,一种是依靠岩石孔隙、裂隙来运移,另一种是通过岩石固体与流体之间的相互作用而进行运移。

1、岩石孔隙、裂隙运移这是油气运移的一种常见机制,岩石中存在着不同大小的孔隙与裂隙,油气通过这些空隙向上运移。

对于孔隙较大的岩石,如砂岩、泥岩等,油气可以直接在孔隙中储存;而对于孔隙较小的岩石,如页岩、板岩等,油气无法直接运移,必须通过压裂等方式才能释放出来。

2、相互作用运移这是油气运移的另一种机制,通过岩石固体与流体之间的相互作用,油气分子可以跨越石英烷基等的界面向上运移。

这种机制主要发生在页岩、泥岩等非常规油气储层中。

二、油气运移的环境效应油气运移不仅对经济、社会发展有着巨大意义,也对环境产生了一定的影响。

这些环境效应主要有以下几点。

1、地下水质污染油气的开采、运输与储存等过程中,往往会产生一些有毒有害物质,如挥发性有机化合物、重金属等,这些物质会直接污染地下水,并可能造成地下水的非可恢复性污染。

2、温室气体排放随着人们对油气的需求不断增长,油气采集与运输所产生的温室气体排放量也在不断上升,这会直接加剧全球气候变暖的程度。

3、地表水体污染油气开采和运输会产生大量的水、污染物等废水,如果不合理排放或处理,就会对地表水体造成直接或间接的污染,这种污染将直接危及人类饮用水的安全和生态环境的健康。

4、土壤污染油气开采和运输过程中,经常与机械、设备等有机化合物直接接触,这些物质可能经过雨水等途径被带到地表,对土壤产生污染,对植物和生态环境的破坏也非常严重。

综上所述,油气在地球化学中的运移以及其环境效应是一个复杂而又深刻的问题,我们需要共同探讨并找到解决方案,让油气的开发利用在满足人类需求的同时也不对环境造成过大影响。

油气运移

油气运移

一般正构烷烃分子越小,越易运移或运移距离越远。因此,发生
运移的深度段这些比值降低。 ③利用热解色谱S1,S1/(S1+S2)指示运移
一般热解色谱蒸发烃量( S1 )与总烃含量相当,在未发生运移的
部位保持稳定。在运移的深度段上其含量或比值下降,可视为运移。
二 、初次运移的地球化学示踪特征
需注意的原则: 上述研究思路建立在一定研究基础之上: ①必须是烃源岩层已进入成熟阶段; ②指示有机质丰度的残余有机碳和镜检显示的干酪根类型应基本类
N2含量:一般随运移距离而增大;
2、成熟度梯度变化 一般随运移距离而降低。
3、同位素组成变化
一般随运移距离而降低。
三 、二次运移的地球化学示踪特征
三 、二次运移的地球化学示踪特征
的。 石油天然气在运移中随物化条件的变化,必然引起自身在成分上、 性质上的变化,与实验室的色层分析极为相似。
三 、二次运移的地球化学示踪特征
(一)石油二次运移的地球化学示踪特征
1、根据原油组分和性质变化确定油气运移方向
随运移距离增大: 非烃化合物含量相对减少;
高分子烃类化合物含量及芳烃含量相对减少;
二 、初次运移的地球化学示踪特征
(3)Ⅲ型与Ⅱ型正烷烃相对排烃率差别
研究发现Ⅲ型正烷烃排出率随碳数的增加而迅速递减,分异效应
明显。 Ⅱ型变化不大,说明不同类型烃源岩,排烃机理和运移不同。 Ⅲ 型以产气为主,少量的油溶于气中运移,因此溶解度大的低碳 数烷烃优先排出,分异现象明显。 Ⅱ型以生油为主,少量气溶于油中整体运移,几乎无分异效应。
影响因素:吸付扩散溶解。
一 、运移过程中石油组分的分馏作用
1.族组成 ⑴泥(页)岩烃/非烃低,砂岩烃/非烃高; ⑵泥页岩非烃较多,砂岩 非烃较少( 运移强) ⑶运移方向上,距离增加,烃/非烃逐渐增大; ⑷砂岩层内上、下界面附近,烃/非烃较高(与页岩排烃有关)。

第五章第一节 油气初次运移

第五章第一节  油气初次运移

第一节油气初次运移初次运移:是指生油层中生成的石油和天然气,从生油层向储集层(或输导层)中的运移。

是油气脱离烃源岩的过程,又称为排烃。

争论的焦点:油气是在“什么因素的驱使”下?呈“何种相态”?通过“什么途径”?排出烃源岩的一、油气初次运移的动力因素1、压实作用的动力因素正常压实:在上覆沉积负荷作用下,沉积物通过不断排出孔隙流体,如果流体能够畅通地排出,孔隙度能随上覆负荷增加而作相应减小,孔隙流体压力基本保持静水压力,则称为正常压实或压实平衡状态。

欠压实:如果由于某种原因孔隙流体的排出受到阻碍,孔隙度不能随上覆负荷的增加而相应减少,孔隙流体压力常具有高于静水压力的异常值,这种压实状态就称为欠压实或压实不平衡。

(1)正常压实压实作用过程中流体的排出实际上是由于剩余流体压力的作用。

剩余流体压力是指超过静水压力的地层压力。

沉积物在达到压实平衡的层序之上又沉积了新沉积物,此时颗粒要重新紧缩排列,孔隙体积要缩小,就在这些变化的瞬间,孔隙流体就要承受部分由颗粒产生的有效压应力,使流体产生了超过静水压力的剩余压力。

正是在剩余压力作用下孔隙流体才得以排出,排出后孔隙流体又恢复了静水压力,沉积物又达到新的压实平衡。

可见,这种剩余压力只发生在压实平衡与达到新的压实平衡之间的瞬时,所以应当叫做瞬时剩余压力。

但在一个不断沉降、不断沉积、不断压实的连续过程中也可叫做剩余压力。

因为正常压实过程就是:由压实平衡到瞬时不平衡再到平衡的过程,而孔隙流体压力则是由静水压力到瞬时剩余压力再到静水压力的连续过程。

在这过程中流体不断排出、孔隙体积不断减小,如果流体的排出时烃源岩已经成熟成烃,即可实现初次运移。

其排液的方向视不同的沉积层序而不同。

排液方向均一泥岩的层序剩余压力的大小:El=(ρbo-ρw)glo一般来讲,深部沉积物的剩余流体压力大于浅处的剩余流体压力,在均一岩性的层序里流体一般是向上运移排出的。

如果新沉积物的厚度在横向上有变化,那么由上式不难看出水平剩余流体压力梯度远远小于垂向上的剩余流体压力梯度,往往只是1/200~1/20,因此,大部分流体沿垂直方向向上运移,只有很少一部分流体沿水平方向运移。

05 油气的运移

05 油气的运移

2、游离相(连续烃相与混合相)
• 游离相是目前大多数学者较为认同的观点。 • 烃源岩进入压实的晚期大量失水,孔、渗均 很低,烃的不断生成提高了烃类在泥质岩中 的饱和度,有时渗透率也增大; • 另外,此时岩石中水基本上是不可动的束缚 水,连续油相或气相运移会受到较小毛管阻 力,需要的临界含油饱和度(油相流动)也会降 低。
• 油气运移是与油气成因紧密联系的。无论是 有机学派还是无机学派,都存在油气运移问 题。只是不同的油气成因理论对油气运移的 方式、动力、途径等主张各异而已。 • 无机成因学派一般认为深大断裂是油气运移 的主渠道; • 有机成因学派则将连通的孔隙、裂缝、断层、 不整合面视为油气运移的路径。
• 在有机学派中,早期成油说对晚期成油说的 责难也主要在油气运移问题上。按早期成油 说的观点,油气形成时沉积物尚未固结成岩 石,仅靠上覆沉积物的压实作用即可实现油 气运移;而对晚期成油说来说,油气运移就 不是那么简单了。
• 当均衡压实时,于1,500m深处只有6%的 孔隙率;而非均衡压实时,则仍保留有 25%的孔隙率。这意味着后者有相当数量 的可作油气运移载体的水存在。
阿赛的 曲线据 古生代 页岩绘 制,可 代表均 衡压实, 迪更生 的曲线 据第三 系泥岩 绘制, 可代表 非均衡 压实
• ③深部段(>4500m),大量生成气态烃,以游 离气相运移可能是最主要的。
油 气 初 次 运 移 的 可 能 相 态
、 引 起 初 次 运 移 的 因 素
III
• 石油在初次运移过程中相态、运移 方式大致可归为水溶运移说和连续 油相运移说。
• 天然气能溶于水,在石油中的溶解 度很大。因此地层中的孔隙水和石 油都可作为天然气运移的载体。天 然气也可呈独立相态运移。 • 引起油气初次运移的可能因素:

《油气运移》PPT课件

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二.异常流体压力
• 异常高压/地压/超压 • 异常低压 • 异常高压的成因: 1、压实与排水的不平衡 •上覆负荷在孔隙流体和岩石骨架 上作用力的分配关系,决定着沉积 物的压实状态。
•对于每一具体岩石来说,都有一个维持其压实需求与 实际排水之间平衡的最小渗透率界限值Kmin,岩石K与 Kmin的大小关系,决定其压实状态。Under compaction
57.1
40
71.4
30
5.油藏中油气水按比重分异,从上到下分别为气、 油、水(层内运移结果)。
三、油气运移研究的意义
➢与固体矿产相比,石油与天然气具有明显的运移 性。油气的地质史就是油气的运移史;运移是联结 生、储、盖、圈等静态条件的纽带。
➢油气运移研究要解决的问题:油气怎样从源岩中 排出;什么时候排出;排出来多少;运移到什么地 方;可能到哪儿聚集以及可能聚集多少,等等。这 些问题正是油气勘探和评价中十分关键的问题。
② 在一个具体地区,对异常压力形成有贡献的因素 也往往不止一个。从整体上来看压实和排水不平衡 机制意义似乎更大些,是后三种机制所赖以形成的 物质基础——封闭体系都可由它引起。
南 里 海 盆 地 地 下 超 压 分 布 示 意 图
三.水力(狭义)
含水层中的水在重力作用下由高势区流向低势区,水 从A侧进,从B侧出,其连线即为理论上的动水压面。 沿水流方向单位距离的压力降称压力梯度。当地层倾 角不大时,(P1-P2)/L≈(P1-P2)/l;故 dP/dL≈dP/dl。
当有不溶于水的游离相油 气存在时,推动油气前进的 水动力应等于连片油气两端 的水压差。若油柱长度为L:
P=L×dP/dl
四.浮力
由于流体之间的密度差(ρw-ρo、ρw-ρg、ρo-ρg)产 生的力。单位面积上的水对石油的浮力为:

第五章油气运移

第五章油气运移

烃源岩与储集层之间存在浓度差:
扩散作用 运移动力:浓度梯度
低浓度 低浓度
高浓度
运移方向:烃源岩
储集层
三、油气初次运移的通道
孔隙和微裂缝 1.孔隙 烃源岩正常压实阶段, 静水压力,孔隙暢通 2.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):
烷烃
C5 C6 C7 C10
D(cm2/s) 1.57 ×10-7 8.20 ×10-8 4.31 ×10-8 6.08 ×10-9
J为扩散速率, D为扩散系数, gradC为浓度梯度
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。
三、岩石的润湿性 (1)润湿性:
润湿作用是指固体表面的一种流体被另一种流体取 代的一种作用。 (流体附着固体的性质)
润湿角:
θ=0:称完全润湿 θ>90:称不润湿
θ<90:称润湿
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
(2)岩石的润湿性 ①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
r
(2)毛细管力的方向:从喉道向孔隙,从小孔隙向大孔隙
2. 浮力和重力
(1) 浮力的大小
浮力:物体(油)排开水的重量
Fb V w g
重力:物体(油)本身的重量
Fg V o g
油的上浮力:浮力和重力的合力
F V ( w o ) g
(2) 在浮力作用下油的运移方向

油气初次运移(2)

油气初次运移(2)
1%TOC的烃源岩生烃体积相当 于孔隙度10%页岩孔隙体积的 4.5%-5%(Harwood,1977)
二、油气初次运移的主要动力
④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30MPa 增加(1000m,25℃) 沿等容线增加压力
M点(已封闭): 压力72MPa ❖热增压是异常高压形成的重要因素
(据Baker,1978)
二、油气初次运移的主要动力
增压作用的相互关系 孔隙流体压力的变化遵循状态方程
P=f (V,T,n)
压实作用:上覆压力,作用在孔 隙空间的外部,趋于使孔隙变小 蒙脱石脱水/生烃/流体热膨胀: 作用在孔隙空间的内部,趋于使 流体体积增大、孔隙变大
从盆地中心向盆地边缘运移
③砂泥互层:从泥岩→砂岩 ④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。
二、油气初次运移的主要动力
正常 压实 阶 段 欠压实阶 段
二、油气初次运移的主要动力 2.烃源岩内部的异常高压
0 0
(1)沉积盆地异常高压十分普遍
1000
2000
压实作用
蒙脱石脱水


体 热
烃增



欠压实现象
蒙脱石转化为伊利石后: 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
二、油气初次运移的主要动力
②蒙脱石脱水作用
美国德克萨斯州两口井蒙脱石脱水带与异常高压带的关系(Bruce,1984)
二、油气初次运移的主要动力
③有机质的生烃作用
❖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

石油地质学-8. 油气的运移

石油地质学-8. 油气的运移
产生异常高压的动力因素。
Clq 2019/7/7
一、油气初次运移的温压条件和岩石介质孔渗性
• 油气初次运移的温度: 应与生成油气时温度相近,可能在50-250℃±。对应的深
度取决于地温梯度。 • 油气初次运移的动力:压力,主要受控于深度。 • 油气初次运移时岩石介质的孔渗性:
烃源岩,孔渗条件很差;需克服巨大的Pc。
Clq 2019/7/7
但是普遍认为,石油呈单独液相从生油岩中进行 初次运移是不大可能的。石油的初次运移应以高分散 烃相为主。只有在石油进行二次运移方以分相单独运 移为主。
关于石油以高分散游离相态从生油岩中向 外运移的理论已为实践所证实,而且可能是初 次运移的主要形式。
Clq 2019/7/7
第三节 油气的二次运移
在岩石学上,我们已知道,泥岩的压缩率很大,而 砂岩却较小,从而造成了泥岩中流体所处的压力较大, 而砂岩中流体的压力较小(理解时可先假设两岩层的流 体相互未流动运移)由此造成了二岩层之间的流体压力 差,从而使得生油岩中流体向储集层中运移。
Clq 2019/7/7
对于较薄的生油岩层,在上覆沉积物的均衡压实作 用下,油气运移的载体水在1000m左右时即被很快排出。
Clq 2019/7/7
第一节 概 述
油气运移: 地壳中石油和天然气在各种天然因素作用下发
生的流动。 油气运移可以导致石油和天然气在储集层的
适当部位(圈闭)的富集,形成油气藏,这叫做 油气聚集。也可以导致油气的分散,使油气藏消 失,此即油气藏被破坏。
Clq 2019/7/7
油气运移的证据
Clq 2019/7/7
流体运移方向为其受力减弱方向。 此外,构造运动造成地层倾斜,产生裂缝,沟通 岩石中各种孔隙,形成不整合风化带,为油气二次运 移创造了有利条件。

第十三次课:第五章油气藏(1)

第十三次课:第五章油气藏(1)

作业题
1 .概念:初次运移、二次运移、地层压力、 静水压力、地静压力、破裂压力、异常高孔 隙流体压力、压实作用、瞬时剩余地层压力、 欠压实作用、水力破裂缝、毛细管力、水动 力。
2.油气初次运移的阶段性及其运移模式特征;
3.二次运移的通道有哪些?二次运移的主 要时期?
第五章 石油和天然气的聚集
(1)
区域构造格局(坳陷和隆起的分布)的控制
b.油气运移的大方向由盆地中心向盆地边缘运移,
从凹陷区向隆起区运移
c.位于坳陷附近的隆起带及斜坡带是油气运移的
主要指向
坳陷
Ng
隆起
坳陷
Ed Es1 Es3
Ek1
7
1
3
9
5 2
4
6 8
Ek2+3
庄1
②优势运移通道的分布
优势运移通道孔渗性好, 毛细管力小,油气运移阻 力小,是油气运移的优势 方向
a.优势运移通道受砂体分布 的控制:三角洲、水下扇、 扇三角洲等砂体。
b.优势运移通道受断裂分布的控制
常压 膏泥岩盖层
超压
剩余压力等值线
烃源岩层系
(1)断裂活动期-超压流体排放与剩余压力差形成
常压
常压
超压
(2)断裂停止活动早期①-超压流体排放停止与 油气充注和流体势开始恢复
常压
超压
超压
(3)断裂停止活动早期②-油气充注和流体势逐渐恢复 (4)断裂停止活动早期③ -油气充注和流体势基本恢复
P Y 2 8 - 2 - 1
P Y 2 7 - 1 - 1 0 100 200 P Y 3 3 - 1 - 1
③盆地水动力条件 a.在水动力的作用下,油气从测压面高的一侧向测

第五章 石油、天然气运移

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

第5章 油气运移

第5章 油气运移
注: ( 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 。源自5. 垂向运移、侧向运移:
油气运移和聚集示意图 (据Tissot等,1978) 1.初次运移; 2.二次运移; 3.油气苗
6. 穿层运移、顺层运移:
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。如:图所示,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)降低流体黏度,有利于烃类运移。 (5)增加烃类(油)在水中溶解度。
二、油气初次运移机理
油气初次运移动力和相态是一个有争议问题, 一般认为如下。 (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。图5-5。
图5-5 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. 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(如图6-3和图6-4)。 (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。
图5-3 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)
Eo= - g -▽P/ ρo
Eg= - g-▽P / ρg( p)

石油地质学 06 第五章 石油与天然气运移

石油地质学 06 第五章 石油与天然气运移
压力系数>1:异常高压 压力系数<1:异常低压
(7)压力梯度: 地层压力随深度的变化率
第一节 有关的基本概念 一、油气运移 二、岩石的润湿性与毛细管力 三、地层压力与异常地层压力
教材:P173
埋深(m)
0 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000
静水压力
地层压力(MPa)
pressure)
一、油气运移 二、岩石的润湿性与毛细管力
三、地层压力与异常地层压力
定义:在两种互不混溶的流体的弯曲界面处,两边流
体承受的压力不同,凹面一侧流体(非润湿相)承受
的压力要比对面一侧流体(润湿相)承受的压力大。
在毛细管中的这一压力差称为毛细管压力
PC
p
p’ p
2
cos
r
方向:毛细管力的方向总是
S=σ+P
式中 S—上覆沉积的负荷压力(岩层所承受的地应力), MPa;
σ—有效应力,沉积岩石骨架所承受地应力, MPa;
P—岩石孔隙流体压力, MPa 。
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。
初次运移
教材:P171
第一节 有关的基本概念 一、油气运移 二、岩石的润湿性与毛细管力 三、地层压力与异常地层压力
油气聚集
气 油
烃源岩
气 油
二次运移
烃 源 岩
运移通道
?
油气藏
?
落空 圈 闭
油气藏
运移通道
油气藏 落空圈闭 源灶 运移通道
二、岩石的润湿性与毛细管力

油气运移

油气运移
天然气都是流体,它们具有流动的趋势。油气可 以从源岩运移到储集层(输导层),从储集层运移到圈闭中 形成油气藏,油气也可以由于地质条件的改变而从圈闭沿输 导层运移到别的储层中,再运移再聚集形成次生油气藏,或 者通过断层或封闭性差的盖层向上运移到达地表形成油气苗。
因此,油气运移贯 穿于油气藏的形成、 调整和破坏的整个 过程。研究油气运 移不仅具有理论意 义,而且具有重要 实际意义,搞清油 气运移的特点,对 油气勘探、开发都 有重要的指导意义。 1/56
2/56
二、油气运移的基本方式 渗滤与扩散是油气运移的两种基本方式。但两者 的条件和效率不同。 1、渗滤
流体在孔隙介质中的流动称为渗滤,是一种机械 运动方式,流体在渗滤过程中遵守能量守恒定律,它 总是由机械能高的地方向机械能低的地方流动。油气 渗滤可以用达西定律来描述,即单位时间内液体通过 岩石的流量(Q)与通过岩石的截面积(S)、岩石的渗透 率(K)及液体压力差(P2-P1)成正比,而与液体的粘度 (μ)和液体通过岩石的长度(L)成反比:
20/56
2、欠压实作用
泥质岩类在压实过程中由于压实流体排出受 阻或来不及排出,孔隙体积不能随上覆负荷增加 而减小,导致孔隙流体承受了部分上覆沉积负荷, 出现孔隙流体压力高于其相应的静水压力的现象 称欠压实现象。 (1)由于欠压实泥岩孔隙中存在剩余压力, 它具有驱动孔隙流体向低剩余压力的方向运移的 潜势。 (2)特别是当欠压实程度进一步强化,孔隙 压力超过泥岩的承受强度,泥岩则会出现破裂, 形成微裂缝,结果超压流体会通过泥岩微裂缝涌 出,达到排液目的,随着流体排出,孔隙超压被 释放,泥岩回到正常压实状态。 21/56
Q=[K· (P2-P1)]/(L·μ) S·
3/56
2、扩散

第5章 油气的储集与运移

第5章  油气的储集与运移

4.孔隙度与渗透率的关系 4.孔隙度与渗透率的关系
对于碎屑岩储集层,一般是有效孔隙度越大, 对于碎屑岩储集层,一般是有效孔隙度越大,其 渗透率越高, 渗透率越高,渗透率随着有效孔隙度的增加而有规律 地增加。 地增加。

储集层的类型
储集层有多种类型:碎屑岩储集层、 储集层有多种类型:碎屑岩储集层、碳酸盐岩储集 层和其他岩类储集层三大类;其中以碎屑岩储集层、 层和其他岩类储集层三大类;其中以碎屑岩储集层、 以碎屑岩储集层 碳酸盐岩储集层为主。 碳酸盐岩储集层为主。
1.碎屑岩储集层 1.碎屑岩储集层
包括砂岩、砂砾岩、砾岩、 包括砂岩、砂砾岩、砾岩、粉砂岩等碎屑沉积岩 是世界油气田主要储层类型之一, 是世界油气田主要储层类型之一,也是我国最重要 的储层类型。 的储层类型。 例如,我国的大庆、胜利、大港、 例如,我国的大庆、胜利、大港、科威特的布尔干 苏联的萨莫特洛尔等著名油气田的生产层皆属此类
粒间孔隙指碳酸盐颗粒之间的孔隙。 粒间孔隙指碳酸盐颗粒之间的孔隙。 指碳酸盐颗粒之间的孔隙 粒内孔隙指碳酸盐颗粒内部的孔隙,又称为生物体腔孔隙。 粒内孔隙指碳酸盐颗粒内部的孔隙,又称为生物体腔孔隙。 指碳酸盐颗粒内部的孔隙 生物骨架孔隙由造礁生物如珊瑚等生长时形成的骨架间的孔隙 生物骨架孔隙由造礁生物如珊瑚等生长时形成的骨架间的孔隙 生物钻孔孔隙由某些生物的钻孔所形成的孔隙,较为少见。 生物钻孔孔隙由某些生物的钻孔所形成的孔隙,较为少见。 由某些生物的钻孔所形成的孔隙 鸟眼孔隙透镜或不规则状孔隙,由于气泡、干缩或溶解而成。 鸟眼孔隙透镜或不规则状孔隙,由于气泡、干缩或溶解而成。 透镜或不规则状孔隙 晶间孔隙指碳酸盐岩矿物晶体之间的孔隙。 晶间孔隙指碳酸盐岩矿物晶体之间的孔隙。 指碳酸盐岩矿物晶体之间的孔隙

油气运移

油气运移

油气运移石油和天然气在地壳中的移动。

油、气在生油层中生成时,呈分散状态分布,经运移后才在储集层中聚集形成油气藏。

油气藏遭破坏后,也可能由于油气的运移而形成次生油气藏,或由于油气沿裂缝、孔隙渗出或随地下水流至地表(见油气显示)。

油气运移研究的主要内容包括运移的相态、动力、方向和时期等问题【1】,油气运移是连接油气生成和聚集成藏的重要环节,是石油地质学的重要内容之一,是贯穿整个生、运、聚过程的纽带【2】。

研究油气运移规律对于油气勘探具有重要意义。

通常根据油气运移的方式、动力等将整个油气运移过程分为初次运移和二次运移两个阶段。

关键词一次运移;二次运移;储集层;优势通道证据油气运移的证据有很多:①地表发现的油气苗,显然是地下石油和天然气通过一定的通道(断裂、不整合面等)向上运移的结果;②油气是在烃源岩中生成的,却在储集层中储集。

油气所在位置发生了变动;③烃源层中生成的是分散状态的油气分子,而到了油气富集区,油气却呈聚集状态;④油气藏中油、气、水按比重分异现象,也是油气运移的结果;⑤另外,从油源区到成藏区,化合物分布有规律渐变,显然也与油气运移有关。

基本方式油气运移的基本方式有两种:渗滤、扩散。

在孔渗性差的致密岩层中主要是扩散流,在孔渗性较好的岩层中主要是达西流。

渗滤作用是一种机械运动,整体流动,遵守能量守恒定律,由机械能高的地方向机械能低的地方流动。

扩散作用为分子运动,从高浓度向低浓度,使浓度梯度达到均衡;扩散系数与分子大小有关,分子越小,扩散能力越强,轻烃具有明显的扩散作用。

成藏后的扩散流主要表现为油气的散失。

初次运移石油和天然气在生油层中向邻近储集层的运移,为运移的第一阶段,称初次运移。

生油层中的有机质处于分散状态,呈微粒状分布在岩石颗粒之间,或为薄膜状吸附在颗粒表面。

所以刚形成的油和气也是分散于原始母质之中。

通常认为,油气初次运移的主要动力是地层静压力、地层被深埋所产生的热力以及粘土矿物的脱水作用。

第5章 油气运移的动力学

第5章 油气运移的动力学

dhw

hw x
dx
hw z
dz
设则油o 为等E势o面偏坡离度铅(垂dz线/dx的)=倾ta斜n角o ,:tano

dz dx

hw x
( w o hw ) w z
用油水界面的临界倾斜角 c, 判定油的运移是上倾或下倾:
tanc w dhw w o dx
o>c 上倾 o<c 下倾
放大系数≈1/(1-0.9)=10
水势面坡度
§5-3 毛细管势能及其对油气运聚的影响
一、油、气毛细管势及力场
石油的势:分散在微细岩石孔隙中的石油,其运移受毛细
管力(pc)的作用。任意点上液态石油的势为:
o

gZ

p
o

pc
o
天然气的势:假定密度仅是压力的函数,其势为:
二、油气流动方向及油(气)水界面坡度
1、油气运移的分异作用——以单斜地层(倾角θ)为例:
水流指向地层下倾方向→油、气力场Eo、Eg都偏离铅垂线依
次在Ew上方,Ew、Eo、Eg不共线
当Ew取某个数值范围时→Eo与 Eg可以分别在地层法线的两侧 油气上移至不渗透地层边界→
油折向下倾方向、气折向上倾方向 当Ew超出某数值范围时→油气可在同一方向向上或向下运移
o

gZ

p
o
Eo grado
g
1
o
w grad p

pr
g Z w Ew gradw
①Φo可由该点Z和Φw表示 ② Eo可由该点 g和 Ew表达
用水势Φw及其力场 Ew表示:
单位质量
o

w o

3.2 油气的运移与聚集 免费

3.2 油气的运移与聚集  免费

在一定压差下,岩石允许液体通过的能力称渗透性,渗透性的大 小用渗透率表示。渗透率的数值高,则表示孔隙、缝洞之间的连 通性好,石油容易流动,容易采出来,可以获得较高的产量。
• 关于超低渗透
• 按照国际标准,渗透率小于50个毫达西的油藏为低渗透, 而在非均、低渗透、油质高粘度比较普遍的中国,石油科 技工作者把小于1个毫达西的油藏称为超低渗透。 • 长庆油田鄂尔多斯盆地的油藏属于典型的低压、低渗、低 丰度油藏。在已探明的石油储量中,油层渗透率在1毫达 西左右的占70%以上,油井没有自然产能。但经过几十年 的探索实践,长庆油田公司在世界上率先实现了对0.5毫达 西油藏的效益开发,形成了一整套国际一流、国内领先的 具有完全自主产权的配套技术。
生油层生成的石油、天然气, 向邻近有孔隙、裂缝、溶洞等 储集空间的储集层的运移。
油气在储集 层中的运移。
五、 油气运移
动力 压力 动力 二次运移 浮力、水动力、 地层压力等
油 气 运
初次运移
方式 多以“油滴”和“气泡” 的形式在含水的岩层中运移 通道 通道

孔隙、裂缝、不整合和断层 相邻的运载层 初次运移 二次运移 时间 油饱满程度和受压度决定 初次运移 二次运移 时间 圈闭的情况
3.2 油气的运移与聚集
• 导言 • 一、 生油气层 • 二、 油气的储集层
• 三、 油气的盖层
• 四、 地质圈闭
• 五、 油气运移
• 六、油气聚集
• 小结
• 导言
3.2 油气的运移与聚集
• 石油地质学家总结实践经验,提出油气田形成要具备
生、储、盖、圈4大要素,要经历运移、聚集、保存
等过程。
• 生、储、盖、圈4大要素,系指生油层、储集层、盖

《石油地质基础》-10-油气运移

《石油地质基础》-10-油气运移

疏导层
烃源岩

结论:没有油气运 移,就不可能形成 油气藏。
二、引起油气运移的因素 1、内在原因:油气是流体,具有流动性。 2、外界条件:地下具有促使油气运移的动力。 三、油气运移的证据 1、地面出露的油气苗、沥青; 2、背斜圈闭中油气水的分布; 3、开采油气,井间干扰现象;
四、油气运移研究的主要内容 油气运移的机理 - 促使油气运移的动力 - 油气在运移中所处的相态 - 油气运移的通道 - 油气运移的方向 - 油气运移的时期 - 油气运移的距离 油气运移路径的追踪(油气地球化学领域内容) 油气生-运-聚的盆地模拟(综合研究)
问题:表面活性物质数量太 少;胶束直径过大;如何 “破胶”将油释放出来?
气态烃 - 地表条件下在水中的溶解度相对较大, 一般为几十ppm。 - 增大压力可使其溶解度显著提高
温压条件 甲烷溶解 度 标准状况 约25ppm 900米深处 900米深处 增大50倍 增大50倍 2500米深 6100米深 2500米深 6100米深 处 处 约增大100 约增大300 约增大100 约增大300 资料) ( 资料 倍 据 Hunt 1979资料) 倍
随埋深加大、 随埋深加大、地温增 高,流体受热膨胀 → 体积增大 → 层内压 力增高→ 力增高→流体运动 石英的热膨胀率为水的 1/15,水的膨胀超过 超过因 1/15,水的膨胀超过因 颗粒膨胀造成的孔隙体 积膨胀 欠压实段烃源岩层: 欠压实段烃源岩层: 水热增压现象较正常压实 含有更多的水) 段更明显 (含有更多的水) 方向:地温高处 地温低处 方向:地温高处→地温低处
有机质 沉积物 埋藏 烃源岩 干酪根 油气运移 (原生油) 次生油气藏 油气运移 储集层 油气运移 油气藏
油气运移与油气生成及油气藏的形成、破坏、再形 成过程紧密相联系

油气运移简介

油气运移简介

(一)初次运移动力
◆渗透流体压力
流体(主要是水)在渗透过程中,含盐量发生变化。一般情 况下:含盐度高,渗透压力低;含盐度低,渗透压力高。泥岩 中部流体压力高,泥岩顶部、泥岩底部流体压力低。
砂页岩互层中页岩的孔隙度、流体压力及孔隙水含盐度分布
16
(二)初次运移的时间
初次运移:与生油同时或略后, 边生边移 Waples(1981)提出石油运移 窗的概念,认为石油的初次运移也和 生油一样,存在开始、高峰和结束三 个阶段。初次运移开始的时间稍晚于 生油门限,而运移高峰与生油高峰期 相当。 按照上述概念可推断,初次运移开始的温度、压力(及与温压相适应
26
油气充注模式图(据England等,1989)
(A) 石油从源岩进入储层。注入行油的“麻绳”状通道 与源岩连接起来; (B) 石油经过一系列“波阵面”推进至圈闭; (C)和(D)由于石油不断向下取代水,充注石油的孔隙增 多,直至微小的孔隙保留未被充注为止。
(二)二次运移的动力和阻力
1、浮力(动力) 当油气进入储集层后,油气水三相共存,首先起作用的是 油、气、水三者密度差引起的浮力。 影响浮力大小的因素: (1)油气水密度差 F=V (ρw-ρo) g
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④ 渗透作用 渗透作用是指水由含盐度低的 一侧向含盐度高的一侧运移的作用,它与溶液 的扩散作用大小相等,方向相反。由于页岩是 天然的半渗透膜,有渗滤盐类离子的作用,造 成地下水各层之间的含盐度有很大差别。
据Jones 计算(1967),当含盐量达到5%时, 可产生42kg/cm2的渗透压力差,达15%时, 可产生224kg/cm2的渗透压力差。所以,他认 为温度和含盐度的不同是地下流体流动的两个 关键因素。如果渗透流指向一个封闭的岩系, 则将使岩系内的流体产生异常压力。 ⑤ 构造作用 (抬升——高压;下沉——低压)
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图5-9 烃类在水中溶解度与碳数的关系图 (据McAuliffe等,1963-1978)
3. 连续相和混合相
在烃源岩中烃类化合物饱和度增加 到一定程度,特别是烃源岩是烃类化合 物的润湿相时(毛细管力可能为动力), 烃类化合物有可能成为游离相运移。石 油运移时表现为“油丝”。 Magara(1978)所绘的示意图(图 5-10)表明了发生连续相运移与烃源岩 绝对渗透率、油水相对渗透率和压实作 用的的可能关系。
(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通道特征。 对于分子溶液受控于水势;对于油或气游离相运移受控于油或气势梯度和毛细管压力; 对于分子扩散运移取决于浓度梯度;等。 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(运移的方向另一种 表述)。
(四)初次运移的排烃效率 排烃效率是指排出烃的质量与生产 烃的质量之比。 石油的排烃效率很低,根据估计小 于百分之十。天然气的排烃效率要高于 此值。 油气从烃源岩中排出前后,在组成 上有所变化。由于粘土矿物和固态有机 质对烷烃的吸附程度比对芳烃的弱,比 N、S、O化合物更弱,因此,烷烃最优 先排出,故石油中一般是饱和烃含量大 于芳烃、芳烃含量大于N、S、O化合物 (图5-13)。
(二)二次运移通道
1. 孔隙系统:常规储集层的主要通道。
2. 裂缝系统:裂缝性储集层以及部分双重孔隙储集层的主要通道。
3. 其他不连续面:断裂、不整合面等,前者属于广义的裂缝,后者属于
广义的孔隙系统。
(三)二次运移方向 如前所述,沿油气力场强度方向运移,或沿流体势梯度相反方向运移。 当运移遇到非渗透层时,沿储集层和非渗透层界面发生运移,在该界面 内,油气沿其力场强度在该界面投影方向运移。见图5-16。
注: ( 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:
油气运移和聚集示意图 (据Tissot等,1978) 1.初次运移; 2.二次运移; 3.油气苗
图5-13 法国帕朗蒂盆地侏罗系原油与母岩 抽提物的化合物组成 (引自Barker,1979)
第三节 石油、天然气二次运移
一、油气二次运移的油气作用力
单位质量(连续相)油气受四个力作用:
1. 重力:g
2. 浮力: ρw / ρo × g。
净浮力等于浮力减去重力:
(ρw / ρo –1)× g 。
3. 水动力: ρw / ρo ×Ew (Ew为水的力场强
图5-11 含有机质粘土加压实验,表示微裂缝对油气运移的影响图 (据Tissot,1971)
(四)初次运移的模式 目前研究油气初次运移的模式(如数学模拟)主要有以下三种,其他 模式可以是他们的复合。 1. 压实水流模式 驱动动力(因素)为压实排流,油气初次运移通道为孔隙系统,油气 初次运移相态主要是水溶液(但可以包括其他一切相态)。 2. 微裂缝排烃模式 驱动动力是流体异常高压(各种产生高压因素)。油气初次运移的通 道是微裂缝,油气初次运移相态主要是游离相。 3. 分子扩散模式 驱动力是烃类化合物浓度差,油气初次运移通道是孔隙系统和裂缝系 统,相态是溶液。
此外,石油游离相中可溶解大量天 然气,此时可称为混合相。 4. 分子扩散
油气初次运移可以时单个分子或分 子团扩散方式进行。
图5-10 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。 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。 形成微裂缝的力学条件是: (1)完整烃源岩产生微裂缝并使微裂缝扩展时,流体压力Pp、最小主应力 S3和烃源岩抗张强度K满足下列关系: Pp≥S3+K
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。见图5-7和5-8。
图5-7 轻正烷烃有效扩散系数与烃分子碳原子数的关系曲 线图(据Leythacuser,1982,实测数据来自1980 )。 1. 测定值;2.据回归曲线外推值
三、初次运移其他问题
(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假晶与次生加大边、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
注:当Z的正向向下时, 流体势为:
φ = — ∫ l gdz + ∫ l dv/dm dp= — g z + ∫l (1/ ρ) dp
静水条件下P=ρw g Z,水、油、气力场强度分别为:
Ew= g —▽P (1 / ρw)=0 Eo=g — ▽P (1 / ρo )= —( ρw—ρo )/ ρo ×g
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(图5-12) 。 (2)根据微裂缝形成时间确定 按照微裂缝排烃的模式,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期 和深度。 图5-12 日本秋田地区地温梯度 对石油运移的影响
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。如:图所示,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)降低流体黏度,有利于烃类运移。
图5-16 油气二次运移方向示意图: a.静水条件下,油气遇到水平遮挡, 停积在遮挡面底下; b.静水条件下,油气遇到倾斜遮挡, 向上倾方向运移; c.动水条件下,油气遇到水平遮挡,
度)
4. 毛细管力:2σ hc cos(θ)/ r 。 当烃类
为非润湿相时,它成为由孔隙通过喉道 的阻力,其大小为: Δp=2 σcos(θ)( 1/ r t —1/ r p )
图5-14 二次运移油气质点受力分析
二、流体势和力场强度
水、油、气力场强度和水、油、气势之间分别存在下列关系:
Ew= —▽φw
(5)增加烃类(油)在水中溶解度。
3.成烃增压 干酪根热降解生成烃类化合物,体积增加,
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)
4. 黏土矿物脱水作用
黏土矿物在成岩过程中,由一种黏土矿物(如:蒙脱石)变成另一种黏土
矿物(如:伊利石)时,释放水,从而增加流体和流体压力,有助于烃类排出。
图5-4 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
烃源岩部分亲油、部分亲水。对于亲油者,吸附作用使之被吸附,但毛细管压力不是油 在烃源岩内部运动的阻力。反之亦然。
(二)初次运移的物理化学条件
1.温度条件 油气初次运移温度至少在其生成温度范围内。 2.压力条件 烃源岩普遍具有异常高流体压力,有助于油 气初次运移。
Eo= - g -▽P/ ρo
Eg= - g-▽P / ρg( p)
在静水条件下,P= —ρwg Z ,因此有( g =g k, k是Z轴的单位矢量):
Ew= —g—▽P (1 / ρw)= 0
Eo= —g—▽P (1 / ρo )=( ρw—ρo )/ ρo×g Eg = —g— ▽P / ρg( p)=( ρw—ρg )/ ρg移介质条件 (一)烃源岩的物理性质 1. 烃源岩的压实 烃源岩的一般压实服从Athy 方程: φ(Z)=φ0 ×e—cZ ( c >0,称为压实常数(或压实 因子))。 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。
图5-2 砂岩和页岩孔隙率随深度的变化 (据Athy,1930)
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。
(二)初次运移的时期、深度 原则上说,在油气生成之后,只要具备了排烃的条件,就有可能发生初次运移。所以, 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)。开始运移后,不同时期油气运移的强度有所不同。初 次运移的时期(时限)、深度可以通过下列几方面确定。 (1)根据压实阶段确定
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(如图6-3和图6-4)。 (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。
图5-3 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)
二、油气初次运移机理
油气初次运移动力和相态是一个有争议问题, 一般认为如下。 (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。图5-5。
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