4-2油气初次运移

★由烃源岩欠压实形成的异常高压可以促使流体的
运移（阐述泥岩欠压实作用&泥岩的异常高压&幕式排烃& 微裂缝的形成机理）： （1）欠压实的形成过程； （2）在封闭的烃源岩中，当孔隙流体压力超过泥岩的 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，微裂缝重新 闭合。此后流体压力再次继续升高，使岩石再次破 碎而排液，直到欠压实和异常压力消失。异常压力 的形成和排液释放具有幕式特征。
g—重力加速度。

上覆沉积层不断增加——瞬间剩余压力与正常压力 交替变化，孔隙流体排出，孔隙体积减小。
正常压实作用排液方向
a 、上覆沉积物厚度相等 剩余压力的大小: dpl=（ρbo-ρw）g×H 只存在垂向压力梯度： dpl/dH=（ρbo－ρw）g×H/H = （ρbo－ρw）g 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，流体一般是向上运 移排出的。
的潜在动力，这种异常高压远远超过一般正常压实地层
的剩余压力，使岩层产生微裂隙，给油气运移创造更好
的条件。非生油层时，它只能成为最好的压力封闭盖层。
（二）蒙皂石脱水作用
Powers(1959，1967)， Burst(1969)等提出，粘土 矿物成岩作用过程中，在 热力作用下蒙脱石转变为 伊利石时，可释放出粘土 矿物结晶格架水，作为油 气运移的载体。
再新沉积
。。。。
原地层压实平 衡
正常压实过程：平衡—瞬时不平衡—平衡 孔隙流体压力：静水压力—瞬时剩余压力—静水压力
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。
源自文库 正常压实作用
正常压实导致孔隙水排出，孔隙度减少，密度增加。 不同岩性压实特征不同： 碳酸盐岩易发生固结作 用,压实作用影响少. 泥砂岩变化大，泥岩在 2000米内孔隙度变化快。 砂岩较稳定。


（四）流体热增压作用
油、气、水受热 的膨胀系数比颗粒的膨胀 系数大得多，在热力作用 下泥岩孔隙流体体积热膨 胀而增大。在适当条件下 可及时地排出，促使流体 运移；不能及时排出就 产生异常高压，成为油 气初次运移的动力。
各种流体膨胀的体积速率比
（四）流体热增压作用

热力作用的温度升高，使烃源岩有机质降解出
更多的烃类，促使初次运移的发生。

温度升高，有助于解脱被吸附的烃。 温度升高，有助于降低流体粘度。


温度升高，有助于降低油水间界面张力。
温度升高，有助于油气在水中的溶解。
（四）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。
泥岩与砂岩压实特征
•不同岩性压实 特征不同，页岩 孔隙度随深度的
变化速率快，砂
岩变化较小。
泥岩与砂岩压实特征比较
•正常压实状态下流体的排出机理

一套厚L0地层，流体压力=静水压力——压实平衡。 新沉积层作用于压实平衡地层的瞬间： 剩余流体压力：dPL = (ρ H bo-ρ w)g·
式中： dPL—剩余流体压力；ρ bo—新沉积的L0沉积层的密度； ρ w—地层水的密度； H—新沉积的沉积层的厚度；
二、油气初次运移的主要动力和方向
剩余流体压力： 孔隙流体压力与 静水力之差。
•流体沿剩余 压力变小的 方向运移。
二、油气初次运移的主要动力和方向 （一）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。
正常压实作用过程中流体排液示意图
原地层压 实平衡
新沉积
原地层瞬 时剩余压 力
排液过 程
当其在水中达到一定浓度 时，会形成分子聚集体 （即胶束），油被包裹在 胶束中呈胶束溶液运移。
存在问题： ——胶束在生油层存在数量少 ——胶粒粒径较大，很难通过泥岩 的孔隙喉道 ——胶束增溶效果有限等问题。
不是石油初次运移的主要相态。
页岩类沉积物随深度增加各种物理参数的变化
2.游离相运移（最重要的相态）
（二）蒙皂石脱水作用

蒙脱石：膨胀性粘土，结构水多，水份体积可占
整个矿物的５０％，按重量可占２２％。

随埋深增加，结构水脱出，成为孔隙水，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。
（二）蒙皂石脱水作用

蒙皂石脱水可在烃源岩中产生异常高压，特别是在欠压实 或封闭时，将加剧异常高压，促使烃源岩产生裂缝，为油 气初次运移提供动力和通道。
水溶相天然气的主要运移形式之一
烃类在水中的 溶解度与分子 大小有关。正 构烷烃的溶解 性在碳原子为 10左右出现转 折，表明碳原 子大于10以上 的烃类在水中 的溶解度变化 不大，普遍很 低。
图4-5
正构烷烃与芳香烃在水中的溶解度
——在石油大量生成温度范围内，升高温度对其 溶解度提高作用有限
据Price,1976
欠压实异常高压，在油气生成、运移过程中起到 重要作用：
（1）欠压实使孔隙流体的排出受到不同程度的延缓， 如果流体的排出正好被推迟到主要生油时期，则将对油气初 次运移起到积极作用。 （2）欠压实还使更多的水较长时期处于高压下，这有利于促
进有机质的热成熟，也有利于油气在水中的溶解。 （3）欠压实地层中流体的异常高压是驱使油气进行初次运移
正常压实作用排液方向
b、如果新沉积物的厚度在横向上有变化. 除垂向上存在压力梯度外，横向上也存在着压力梯度： dp/dx=（ρbo-ρw）g×(Lo-Ho)/x
压实流体不仅存在由深向浅运移，同时横向上也发生较
厚点向较薄点运移。在盆地范围内由盆地中心向盆地边缘运 移。 通常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，因此，大部分流体沿垂直方向向上运移，流体沿 水平方向运移只有很少一部分。

若处在封闭或半封闭系统，可形成异常高压。
（五）渗析作用
• 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。
图：渗析作用示意图
• 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。
连续烃相运移，还包括气溶于油和油 溶于气的情况。 大量天然气溶于石油可使石油密度减 小，粘度降低，极大地增加石油的流动性 和运移能力。在特定的温度和压力条件下， 液态烃可溶于气体之中，气体溶液运移需 要数十倍于液相的气体，因此一般只能发 生在深处。
3、初次运移相态演化
低成熟阶段，石油还未 大量生成而地层孔隙度又较大， 源岩中含油饱和度很低只可能 有水溶相运移；

脱水时，由于水的相变和膨胀作用可使烃类从矿物表面解
脱到粒间孔隙水中而集中；同时由于蒙皂石的层间水变为
自由水，矿物颗粒体积相应收缩，从而提高了有效孔隙度 和渗透率；蒙皂石脱水后其对烃类的吸附能力也大大减小。

蒙皂石脱水可提高泥岩总体积10%～15%的水量，特别是脱 水段在生油门限深度以下更为有利，可提供生油岩成熟后
油气生成和初次运移的几个连续的阶段示意图
二、油气初次运移的主要动力和方向
一般认为：油气从烃源岩排出的原因是由于烃源岩 中存在着——剩余流体压力。 剩余流体压力是指岩层实际压力超出对应静水压 力的部分。 流体的流动沿剩余流体压力减少方向运动。
引起剩余流体压力因素：
压实作用、欠压实作用 、蒙脱石脱水、流体热 增压、渗析作用和其它作用 。
泥岩内部，边部压实的快，孔隙减小，边部盐度 高于中部（欠压实中部盐度更低），流体由泥岩 内部向边部运移。
（六）其它作用
油气初次运移动力还有构造应力、毛细管压力、
碳酸盐岩固结和重结晶作用等。
构造应力作用导致岩石产生微裂隙系统，利于
解吸作用 、特别对岩性致密的烃源岩和煤系烃源岩
的深部水源。
（三）有机质的生烃作用

干酪根所形成的油气(包括水)的体积大大超过原 干酪根本身的体积，新生的流体进入孔隙中，排 挤孔隙已存在的流体，驱替原有流体向外排出。 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。 烃源岩生烃过程孕育了排烃的动力，石油的生成 与运移是一个必然的连续过程。
——石油在烃源岩中呈分散或连续状的游离相态进 行初次运移，并在外力作用下随地下水一起排出。 游离油相和游离气相，呈分散状或连续状油相、 气相 。
油溶气相：气溶解于石油中，以油相形式运移；
气溶油相：油溶解于天然气中，以气相形式运移。
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。
在楔状沉积物负荷下压实流体的排出方向
砂泥岩互层剖面中压实流体的运移方向
•正常压实流体总体运移特征：

在相同负荷下泥岩比砂岩排出流体多，孔隙流体
所产生的瞬间剩余压力：泥岩大于砂岩，流体由 页岩向砂岩运移。


砂岩层中的流体侧向运移。
对于碎屑岩盆地，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
2、欠压实
欠压实作用：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。

特征：高孔隙度、超压

出现的条件：快速沉积、细粒沉积比率高
图4-12 正常压实带（NC）和欠压实带（UC）上伏沉积物负荷压力 （S）流体压力（p）及 颗粒支撑的有效应力（σ）关系图
图： 砂泥岩间互层层组中,泥岩的孔隙 度，流体压力和孔隙水含盐量的分布特征

含盐量与渗透压力呈反比关系：含盐量高，渗透 压力低。

渗透流体运动的方向，从含盐量低的部分流向含 盐量高的部分。
压实作用使流体从泥岩排向砂岩，砂岩中会积留 下更多的盐分，泥岩孔隙水的盐度<砂岩，流体由 泥岩向砂岩运移。


第二节
1.水溶相运移
（2）胶体溶液：溶 质分散粒子直径介于 10-9～10-7m之间的 溶液。分散粒子不是
油气初次运移
一、油气初次运移的相态
单分子，而是分子聚
合物。
原油在水中的溶解度随 温度的变化
优点：在亲水生油层中单向流动的水只存在分子间 的内摩擦力，基本不存在毛细管力阻力。
存在问题：石油在水中的溶解度太低，不足以溶解 形成油藏所需石油。
因此，水溶相不是石油初次运移的 主要相态。
天然气—在地下的温度和压力条件下， 溶解度增加较大。如果源岩水量多，可 能以水溶相为主。
胶体溶液：有机质伴生许多有机质向油气转化的过
程中会生成一些杂原子化合物，如有机酸(R-COOH)等，其分 子一端有亲油的烃链，另一端有亲水的极性键，起着表面活 性物质的增溶作用，这些表面活性物质在水溶液中形成分子 聚集体，即胶束。极性端因亲水而向外，非极性端因亲油而 向内，在胶束中心的亲油部分就可以增溶一部分烃类。
成熟阶段后，生油量大大增加，孔隙 度又较小，源岩中的含油饱和度变大以致 超过临界运移饱和度而发生连续油相运移；
在较高温度下， 演化进入高成熟的湿 气阶段，此时石油可 以呈气溶相运移；
深处石油发生热裂解产生 大量甲烷气体，可以产生游离 气相和扩散相运移。
初次运移相态随埋 深的演变规律主要是水 溶相—油相—气溶相。
地下烃源岩物理、化学因素的综合作用。
石油：水溶相、油相和气溶相 天然气：水溶相、油溶相、气相和扩散相
第二节
1.水溶相运移
——石油溶解在水 中呈真溶液或胶体溶 液进行初次运移。 （1）分子溶液（真溶
油气初次运移
一、油气初次运移的相态
液）：油气完全溶解
于孔隙水中成为溶液 状态进行初次运移。
原油在水中的溶解度随 温度的变化
石油天然气地质与勘探
任课人：逄 雯 山东胜利职业学院
第四章 石油和天然气的运移
第一节 油气运移概述
第二节
第三节 第四节
油气初次运移
油气二次运移 油气运移研究方法
第二节
油气初次运移的相态：
油气初次运移
一、油气初次运移的相态
——油气在地下发生运移时的物理状态，如 油气呈油相、气相运移，或溶于水或溶于油而呈水 溶相或油溶相运移等。 形式：一种为主，兼顾其它。
由于烃源岩内部 比边部及邻近的运载 层更易于产生欠压实 ， 因此在欠压实作用下， 流体的运移方向是由 高剩余流体压力区向 低剩余流体压力区运 移、由烃源岩内部向 边部运移、由烃源岩 向邻近的储集层或运 载层运移。
欠压实带中流体的排出方向
欠压实带中存着异常高 压，其中流体排出方向 是由欠压实中心向周围 排出。