石油与天然气的运移改.ppt
《石油与天然气的运移改.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《石油与天然气的运移改.ppt(84页珍藏版)》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、第四章 石油和天然气的运移(Petroleum migration),油气运移一一地壳中石油和天然气在各种自然因素作用下发生的位置移动。,第四章 石油和天然气的运移,第一节:与油气运移有关的几个基本概念,一、基本概念,二、油气运移的基本方式,渗滤和扩散,第四章 石油和天然气的运移,、渗滤是油气以不同的物理相态在浮力或其它动力作用下,由高势区向低势区流动的一种机械运动方式,可用达西渗滤定律来描述。 Q=KS (p2-p1)/(L) Q-流量, K-渗透率, S-截面积, p2-p1 压差L-岩石长度-粘度 2、扩散是分子布朗运动的传递过程,扩散速度与浓度梯度有关,服从费克(Fick)第一定律:J
2、DgradC J扩散速率;D扩散系数;C物质浓度扩散方向是从高浓度向低浓度扩散。一般分子越小,越易扩散。所以天然气的扩散损失要比石油大的多。,三.油气运移期次 初次运移和二次运移,. 初次运移(Primary migration),是指烃源岩中生成的分散状态的油气向烃源岩外排出的过程。这一过程也称排烃。,第四章 石油和天然气的运移,、二次运移(secondary migration),油气脱离烃源岩后,在孔渗条件较好的多孔或者多裂缝系统内的运移。包括:油气在储集层中运移,及沿断裂、裂隙、不整合面等通道的运移。,第四章 石油和天然气的运移,油气初次运移和二次运移示意图,第四章 石油和天然气的运移
3、,四、油气运移结果: a.油气聚集: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。 b.油气藏破坏或改造:导致油气的分散,使油气藏破坏油气重分配或消失。,油气运移示意图(据Tissot等,1978),1.初次运移2.二次运移3.油气苗,第四章 石油和天然气的运移,五、主要研究内容,动力条件和运动过程是油气运移的主要研究内容,其目的在于了解油气运移机制和途径,直接为油气勘探服务。 具体研究内容包括:介质条件、相态、动力、阻力、通道、距离、时期、以及在运移过程中的物理化学变化等。,文本,第二节石油和天然气的初次运移,第四章 石油和天然气的运移,第四章 石油和天然气的运移,一、烃源岩的
4、物性特征,油气初次运移是发生在烃源岩内部的,烃源岩是初次运移的介质。因此,烃源岩的性质及其物理化学条件,是影响初次运移的重要外因。,烃源岩特别是泥质烃源岩可塑性受压实作用影响,岩石比较致密、孔隙度比较低,孔隙中的水和新生成的烃类流体要在上覆负荷作用下通过孔隙系统排出来,通常是比较困难的。,1.压实作用下物性变化,成熟烃源岩的孔隙度一般都在15%-20%以下,可见烃源岩的孔隙直径是极细小的。,页岩孔隙度与孔隙直径的关系(据Welte, 1972修改),沉积物比表面是指单位质量的沉积物中颗粒所具有的表面积总和,通常以m2/kg表示。 在相同质量或同等体积的岩石中,组成的颗粒越细小则比表面越大,对孔
5、隙流体的吸附作用越强。 Hinch(1978)曾对美国湾岸地区第三系的同体积砂岩与页岩进和地内表面的近似计算表明:页岩颗粒的内表面约为砂岩的8000倍。说明泥质岩较砂质岩有大得多的比表面。 成熟烃源岩孔隙度小,孔隙极细微,比表面又大,使得孔隙流体的排出非常困难,甚至不可能。这也是人们认为油气初次运移十分困难的根本原因之一。,2、沉积物比表面,第四章 石油和天然气的运移,3、岩石的润湿性 润湿性是指流体附着在固体上的性质,是一种吸附作用。 易附着在岩石上的流体称为润湿流体(相),反之为非润湿流体(相)。 如在油水两相共存的孔隙中,如果水易附着在岩石上,则水为润湿相,油为非润湿相,岩石具亲水性;反
6、之,则油为润湿相,水为非润湿相,岩石具亲油性。岩石的润湿性影响着油气在其中的运移难易程度,不同的润湿性造成油水两相在孔隙中的流动方式、残留形式和数量的不同。,第四章 石油和天然气的运移,在亲水岩石中,水会在颗粒表面形成一层薄膜,油被挤到孔隙中心部位形成孤立的油珠。这种油珠可以堵塞孔隙喉道,阻碍流体运移,这种现象称“贾敏效应”。而在亲油岩石中,油以薄膜形式附着在孔壁上,成为不能移动的残余油。亲水介质中残留油的数量要比亲油介质中少,但油相在亲水介质中的流动却比在亲油介质中难。,孔隙介质中油水的分布形式,岩石的润湿性取决于矿物组成及流体性质。一般认为沉积岩的大多数为亲水的。但对于烃源岩而言,由于本身
7、含有许多亲油的有机质颗粒,又能在一定条件下生成烃类,因此认为是部分亲水,部分亲油的中间润湿。,第四章 石油和天然气的运移,二、油气初次运移的相态,两种主要观点: 水溶相 游离相(油相、气相) 1、水溶相运移 指石油、天然气溶解于水中,随水一起排出烃源岩。,第四章 石油和天然气的运移,是初次运移机理中的又一核心内容,分子溶液和胶体溶液,分子溶液石油或天然气分子完全溶解于孔隙水中成为溶液状态进行初次运移。主要代表Admas(1903)、Lewis(1924)、Baker(1960)、McAuliffe(19631978)、Price(19761989)等。,第四章 石油和天然气的运移,关键问题:油
8、气在水中溶解度,石油地表条件下除芳烃和环烷烃的简单分子外,其余在水中溶解度很小。 压力的变化对其溶解度几乎没有影响(Hobson,1985),第四章 石油和天然气的运移,据Price,1976,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,第四章 石油和天然气的运移,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:有机质在生成过程中会生成一些表面活性物质,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,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
9、溶一部分烃类。,第四章 石油和天然气的运移,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。主要代表有Baker(1959)、Cordel(1973)。,第四章 石油和天然气的运移,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。,2、游离相运移,油气呈独立的油相或气相从烃源岩中排出。 油相运移油气呈游离的油相从烃源岩中渗流排出。,第四章 石油和天然气的运移,Dickey认为在压实时石油将呈一种极细但连续的油丝运移。Magara(1981)认为压实中期是最有利于油相运移的阶段。
10、,烃源岩进入压实的晚期 烃类,饱和度,相对渗透率,第四章 石油和天然气的运移,润湿相油气大量生成时以油润湿或混相润湿为主,毛细管阻力较对较小。 临界含油饱和度大量油气生成会其降低。Dickey认为可低到10%,甚至1%以下。再者,生油期间产生的CO2溶解于油中还可以降低石油的粘度,增强其流动性(Momper,1978)。,关键问题:毛细管阻力和临界饱和度,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。,第四
11、章 石油和天然气的运移,分子扩散是分子本身自由运动的结果,问题在于从数量上看扩散作用到底有多大实际意义。Leythaeuser(1980)认为,扩散作用是天然气运移中的有效方式。而对于液态烃,扩散作用的实际意义要小得多。,第四章 石油和天然气的运移,油气初次运移以连续的游离烃相为主。目前大多数学 者原则上同意连续烃相运移的观点并作了进一步的完善和发展。由原来的通过压实作用实现排烃发展为连续烃相通过微裂缝排烃。这种观点又被称为混相运移,即游离的油(气)相与水相同时渗流。,3、相态演变方式,油气初次运移的相态,决定于源岩的温度、压力、生烃量、孔隙度、溶解度以及岩石的组构等条件,也可以说是地下各种物
12、理、化学因素综合作用的结果。因此说油气初次运移的相态并非唯一的和万能的。它主要是随源岩的埋深和有机质类型的变化而变化。Barker和Tissot提出不同埋深以不同方式进行运移的相态演变方式。,第四章 石油和天然气的运移,未成熟阶段,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相运移;,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。,油气生成和初次运移的几个连续的阶段示意图,初次运
13、移相态随埋深的演变规律主要是水溶相油相气溶相。,第四章 石油和天然气的运移,三、油气初次运移的主要动力和运移方向,第四章 石油和天然气的运移,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 。,、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(流体压力=静水压力)。
14、,第四章 石油和天然气的运移,(一)压实作用,泥岩与砂岩压实特征,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。,第四章 石油和天然气的运移,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。,正常压实作用流体排液过程 处于压实平衡沉积物在其层序之上又沉积了新沉积物时,原地层压力重分配,致使原套地层颗粒重新紧缩排列,孔隙体积进一步缩小,孔隙中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。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
15、。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。,第四章 石油和天然气的运移,在一个不断沉降、不断沉积、不断压实的连续过程中。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。,第四章 石油和天然气的运移,正常压实作用过程中流体排液示意图,a 、上覆沉积物厚度相等剩余压力的大小: dpl=(bo-w)gH只存在垂向压力梯度: dpl/dH=(bow)gH/H = (bow)g 一般来讲,深部沉积
16、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。,正常压实作用排液方向,第四章 石油和天然气的运移,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=(bo-w)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。,第四章 石油和天然气的运移,第四章 石油和天然气的运移,c、 砂泥岩互层的层序 由于泥质沉积物和砂质沉积物的原始
17、结构不同,其抗压性能也不同,在压实过程中泥岩孔隙度丧失得快,说明在相同负荷下泥岩比砂岩排出流体多,所产生的瞬时剩余流体压力比砂岩大, 因此流体运移的方向是由页岩到砂岩。在砂、泥岩互层的情况下, 泥岩中流体的运移方向既有向上的也有向下的,总是指向砂岩, 砂岩中的压实流体只能与所排入的压实流体一起沿砂层做侧向运移。,、欠压实作用,欠压实现象:泥质岩在压实过程中由于压实流体排出受阻或来不及排出,导致了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。,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。,第四章 石油和天然气的运移,欠压实异常高压,在油气生成、
18、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。,第四章 石油和天然气的运移,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
19、,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。热力作用的温度升高,还是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;有助于降低流体粘度;有助于降低油水间界面张力;有助于油气在水中的溶解等。,第四章 石油和天然气的运移,各种流体膨胀的体积速率比,(二) 流体热增压作用,干酪根热降解成烃一方面为初次运移提供了物源,另一方面成烃增压作用也是初次运移内部能量的一个重要来源。干酪根在热降解生成石油和甲烷气体等烃类的同时,也产生大量的水和非烃气体(主要是CO2),而这些烃类和非烃类流体的体积大大超过原来干酪根的体积,因此引起页岩孔隙流体压力大幅度的
20、提高,使异常高压进一步增强,这种压力的增加将导致微裂缝的产生(Hedberg,1980),使石油进入渗透性的载岩和储集层。 干酪根产生的CO2可以大量溶于石油,从而降低石油的粘度和表面张力,改善石油的流动性,提高排烃效率,有利于油气运移。另外,饱和有CH4和CO2气体的孔隙水,在一定的压力和温下可以容载更多的烃类以水相方式运移出生油层。 所以说在烃类生成的时候也孕育了排出烃类的动力,石油的生成与运移是一个必然的连续过程。,第四章 石油和天然气的运移,(三)成烃增压作用,(四)粘土矿物的脱水作用,Powers(1959,1967),Burst(1969)等提出,粘土矿物成岩作用过程中,在热力作用
21、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。,第四章 石油和天然气的运移,研究表明达到一定深度的温度、压力条件下,蒙脱石向伊利石大量转化释放出大量的结合水,同时也引起泥岩体积的突变。含量突变深度与泥岩压实突变阶段的深度一致,约2100-2700米。,蒙脱石脱水与流体异常压力的关系(Bruce,1984),第四章 石油和天然气的运移,Schmidt研究了墨西哥湾沿岸一口井中膨胀型粘土(大部分是蒙脱石)与非膨胀型粘土(伊利石)的比例。图中粘土矿物转化率增加的深度大约是3200米,温度约为3.3。地温梯度也在此处增加,而3200米处又是异常高压的顶部。因此,脱水与成烃高峰
22、期是能呼应的。晚期脱水在关键时刻提供了初次运移的运载工具孔隙水。水的排出仍主要靠压实。 当然,粘土矿物脱水的意义也是局限的,有的盆地几乎不含蒙脱石,如威利斯顿含油气盆地(Dow,1974),碳酸盐岩生油岩 粘土矿物也很少。,第四章 石油和天然气的运移,(五)、扩散作用,只要有浓度差就有扩散作用。生油层中含烃浓度比周围岩石大,烃的扩散方向由生油层指向围岩,与油气运移的方向一致,因此它是进行初次运移的一种动力。 扩散作用在物质转移方面的效率比较低,但是它受客观条件诸如温度、压力、地层的物性以及有机质的成熟度等等的影响比较少。只要有浓度差存在,扩散作用就无时无刻不在发生,甚至在欠压实和异常高压状态下
23、也能毫无阻碍地进行。因此,在漫长的地质时期中,它仍然是一种不可忽视的动力,尤其是气态烃的扩散作用具有更重要的意义。 当地层深埋变得异常致密、流体的渗流很微弱或停止时,扩散作用几乎是流体运移的唯一方式,其重要性就更为突出。对初次运移来说扩散作用总是一个积极因素。,第四章 石油和天然气的运移,轻正烷烃有效扩散系数与烃分子碳原子数的关系,AH组气源岩通过标准体积累积的扩散总量与两个气田甲烷原始储量对比图,扩散系数与轻烃的碳原子数是指数关系(Leythaeuser,19801984),图为组有机质类型和成熟度有所差别的气源岩,按累积扩散量与西加拿大的奇韦尔(Chigwell)气田和荷兰的哈令根(Har
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 石油 天然气 运移改
限制150内