1、第六章 石油與天然氣運(yùn)移第二節(jié) 油氣初次運(yùn)移初次運(yùn)移：是指生油層中生成的石油和天然氣，從生油層向儲(chǔ)集層(或輸導(dǎo)層)中的運(yùn)移。是油氣脫離烴源巖的過程，又稱為排烴。 一、初次運(yùn)移的介質(zhì)條件（一）油氣初次運(yùn)移的動(dòng)力 1.烴源巖的壓實(shí)壓實(shí)作用：隨著上覆車技負(fù)荷的不斷增加，下伏先期沉積物逐漸被壓實(shí)的現(xiàn)象。欠壓實(shí)作用：泥質(zhì)巖類在壓實(shí)過程中，由于壓實(shí)流體排出受阻或未及時(shí)排出，泥巖得不到正常壓實(shí)，導(dǎo)致孔隙流體承受了部分上覆地層的靜壓力（或沉積負(fù)荷），出現(xiàn)孔隙壓力高于其相應(yīng)的靜水柱壓力的現(xiàn)象。排液方向均一泥巖的層序剩余壓力的大小: El=（bo-w）glo 一般來講，深部沉積物的剩余流體壓力大于淺處的剩余流體壓

2、力，在均一巖性的層序里流體一般是向上運(yùn)移排出的如果新沉積物的厚度在橫向上有變化，那么由上式不難看出水平剩余流體壓力梯度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于垂向上的剩余流體壓力梯度，往往只是1/2001/20，因此，大部分流體沿垂直方向向上運(yùn)移，只有很少一部分流體沿水平方向運(yùn)移。砂頁巖互層的層序 由于泥質(zhì)沉積物和砂質(zhì)沉積物的原始結(jié)構(gòu)不同，其抗壓性能也不同，在壓實(shí)過程中泥巖孔隙度喪失得快，說明在相同負(fù)荷下泥巖比砂巖排出流體多，所產(chǎn)生的瞬時(shí)剩余流體壓力比砂巖大，因此流體運(yùn)移的方向是由頁巖到砂巖。在砂、泥巖互層的情況下，泥巖中流體的運(yùn)移方向既有向上的也有向下的，總是指向砂巖，砂巖中的壓實(shí)流體只能與所排入的壓實(shí)流體一起沿砂層做側(cè)向

3、運(yùn)移。(2)欠壓實(shí) 查普曼（Chapman，1972）指出，泥巖正常壓實(shí)排水的主要時(shí)期和油氣大量生成在時(shí)間上的矛盾，使通過正常壓實(shí)水流載出的油氣可能是有限的，但可以通過欠壓實(shí)作用得到調(diào)節(jié)。對(duì)于較厚的泥巖，由于傳導(dǎo)能力的限制，以致在負(fù)荷壓力下內(nèi)部的流體不能及時(shí)排出，于是造成欠壓實(shí)，產(chǎn)生異常高壓，在油氣生成、運(yùn)移過程中起到很好的作用： （1）欠壓實(shí)使孔隙流體的排出受到不同程度的延緩，如果流體的排出正好被推遲到主要生油時(shí)期，則將對(duì)油氣初次運(yùn)移起到積極作用。 （2）欠壓實(shí)還使更多的水較長(zhǎng)時(shí)期處于高壓下，這有利于促進(jìn)有機(jī)質(zhì)的熱成熟，也有利于油氣在水中的溶解。 （3）欠壓實(shí)地層中流體的異常高壓是驅(qū)使油氣進(jìn)

4、行初次運(yùn)移的潛在動(dòng)力，這種異常高壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過一般正常壓實(shí)地層的剩余壓力，因此在多相流體運(yùn)移過程中，它可以推動(dòng)油氣去克服毛細(xì)管阻力，而且還有可能進(jìn)一步使巖層產(chǎn)生微裂隙，給油氣運(yùn)移創(chuàng)造更好的條件。 但如果為非生油層時(shí)，它只能成為最好的壓力封閉蓋層。壓實(shí)沉積物的孔隙度隨深度加大而減小，一般情況下孔隙度與深度之間呈指數(shù)關(guān)系，即： 0e-CZ式中： 為深度Z處的巖石孔隙度； 0為沉積物在地表的原始孔隙度；e為自然對(duì)數(shù)底；C為因次常數(shù)，代表正常壓實(shí)趨勢(shì)的斜率。（3）蒙脫石脫水蒙脫石是一種膨脹性粘土，結(jié)構(gòu)水較多，一般含有四個(gè)或四個(gè)以上的水分子層，按體積計(jì)算，這些水可占整個(gè)礦物的50%，按重量計(jì)可占22%。這些

5、結(jié)構(gòu)水在壓實(shí)作用和熱力作用下會(huì)有部分甚至全部成為孔隙水，這些新增的流體必然要排擠孔隙原有的流體，起到排烴的作用。蒙脫石在脫水過程中轉(zhuǎn)變?yōu)橐晾傧蚓G泥石轉(zhuǎn)化，這一過程跟溫度壓力有關(guān)，其含量隨深度加大而不斷減少，其轉(zhuǎn)化率增加較快的深度大約是3200m。在泥巖排液困難的情況下，蒙脫石的脫水作用可加大異?？紫读黧w超壓。（4）有機(jī)質(zhì)的生烴作用干酪根成熟后可生成大量油氣（包括水）。這些油氣（包括水）的體積大大超過原干酪根本身的體積，這些不斷新生的流體進(jìn)入孔隙后，必然不斷排擠孔隙已存在的流體，驅(qū)替原有流體向外排出。流體排出不暢時(shí)，也會(huì)增加流體超壓。因此，烴源巖生烴過程也孕育了排烴的動(dòng)力。由此也可推斷，石油

6、的生成與運(yùn)移是一個(gè)必然的連續(xù)過程。（5）流體熱增壓 當(dāng)泥巖埋藏比較深，地層溫度增加，流體發(fā)生膨脹，增大剩余壓力，促進(jìn)流體流動(dòng)。水隨溫度增加，體積也會(huì)發(fā)生膨脹，產(chǎn)生水熱增壓作用。 一般說隨埋藏深度加大，地溫梯度增大，水的比容增大。水的這種膨脹作用促使地下流體的運(yùn)移，當(dāng)然也助于烴類的運(yùn)移。此外，烴源巖在演化過程中有新流體的生成，如H2O、油和烴類進(jìn)入孔隙中必然會(huì)加大熱增壓現(xiàn)象。（六）滲析作用滲析作用是指在滲透壓差作用下流體會(huì)通過半透膜從鹽度低向鹽度高方向運(yùn)移，直到濃度差消失為止 。滲析作用示意圖 （七）其它作用油氣初次運(yùn)移的動(dòng)力還有構(gòu)造應(yīng)力、毛細(xì)管壓力，擴(kuò)散作用、碳酸鹽固結(jié)和重結(jié)晶作用等。（二）、

7、初次運(yùn)移的途徑 油氣初次運(yùn)移的主要途徑有孔隙、微層理面和微裂縫。在未熟低熟階段，運(yùn)移的途徑主要是孔隙和微層理面但在成熟過成熟階段油氣運(yùn)移途徑主要是微裂縫。（三）.初次運(yùn)移的阻力（1）分子間的吸著力油氣分子與烴源巖礦物表面分子間的吸著力包括吸收、化學(xué)吸收和物理吸附三個(gè)層次上的分子作用力。（2）毛細(xì)管阻力除去吸著的烴類以外，進(jìn)入孔隙空間中的烴類要以游離相進(jìn)行初次運(yùn)移還必須克服巨大的毛細(xì)管阻力。若以烴源巖微孔孔徑為1050nm計(jì)算，其毛細(xì)管阻力為122.4MPa。（3）油氣的浮力（四）初次運(yùn)移的相態(tài)及演變初次運(yùn)移的相態(tài)是指油氣在地下發(fā)生運(yùn)移時(shí)的物理相態(tài)，是整個(gè)初次運(yùn)移研究中的一個(gè)核心問題，也是一個(gè)很

8、有爭(zhēng)論的問題。石油初次運(yùn)移的相態(tài)主要有：水溶相、連續(xù)油相、氣溶相和擴(kuò)散相。天然氣初次運(yùn)移的相態(tài)主要有：水溶相、連續(xù)氣相、油溶相和擴(kuò)散相。1、水溶相運(yùn)移 分子溶液即石油或天然氣分子完全溶解于孔隙水中成為溶液狀態(tài)進(jìn)行初次運(yùn)移。主要代表Admas(1903)、Lewis(1924)、Baker(1960)、McAuliffe(19631978)、Price(19761989)等。 膠體溶液的分散粒子不是單分子，而是有機(jī)酸(R桟OOH)分子聚合體，它們的分子一端有親油的烴鏈，另一端有親水的極性鍵，極性端因親水而向外，非極性端因親油而向內(nèi)，在膠束中心的親油部分就可以增溶一部分烴類，以起到對(duì)烴增溶的作用，

9、主要代表Baker(1959)、Cordel(1973)。2、游離相運(yùn)移 油相運(yùn)移是油氣呈游離的油相從烴源巖中滲流排出，當(dāng)孔隙中含油飽和度很低時(shí)就呈分散狀油相運(yùn)移，飽和度高時(shí)就呈連續(xù)油相運(yùn)移。 分子擴(kuò)散是分子本身自由運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，問題在于從數(shù)量上看擴(kuò)散作用到底有多大實(shí)際意義。Leythaeuser（1980）認(rèn)為，擴(kuò)散作用是天然氣運(yùn)移中的有效方式。而對(duì)于液態(tài)烴，擴(kuò)散作用的實(shí)際意義要小得多。3.初次運(yùn)移相態(tài)的演變運(yùn)移相態(tài)是研究初次運(yùn)移的中心問題，也是初次運(yùn)移特征的主要標(biāo)志。它體現(xiàn)了烴類運(yùn)移的性質(zhì)是滲流還是擴(kuò)散流，并決定著初次排烴量的大小和效率，是定量評(píng)價(jià)含油氣盆地的基礎(chǔ)。（1）石油相態(tài)演變對(duì)于富含

10、、 干酪根的腐泥型烴源巖石油初次運(yùn)移主要相態(tài)隨埋深的演變主要是水溶相 油相 氣溶相 擴(kuò)散相。對(duì)于富含型干酪根的腐殖型烴源巖石油初次運(yùn)移主要相態(tài)隨埋深的演變主要是水溶相 氣溶相 氣相 擴(kuò)散相。（2）天然氣相態(tài)演變對(duì)于富含、干酪根烴源巖中的腐泥氣的初次運(yùn)移相態(tài)縱向演變是水溶相 油溶相 氣相 擴(kuò)散相。對(duì)于富含型干酪根烴源巖和煤系地層中的腐殖氣（煤型氣）來說，初次運(yùn)移相態(tài)的縱向演變是水溶相 氣相 擴(kuò)散相。（五）初次運(yùn)移基本模式油氣初次運(yùn)移可以歸納為三種最基本模式：正常壓實(shí)模式、異常壓力模式、擴(kuò)散模式，其它模式都是這三種模式的延展。（六）、初次運(yùn)移的其它問題（1）初次運(yùn)移的時(shí)期原則上說，在油氣生成之后，

11、只要具備了排烴的條件，就有可能發(fā)生初次運(yùn)移。所以，油氣主生成期是初次運(yùn)移發(fā)生期的最早時(shí)間。（2）初次運(yùn)移的方向初次運(yùn)移的方向取決于油氣初次運(yùn)移的驅(qū)使因素和通道特征。烴源巖內(nèi)的孔隙壓差是最重要的驅(qū)使因素，這個(gè)壓力差的方向主要是垂向的，側(cè)向變化居次要地位；受最小應(yīng)力S3（一般為水平的）控制的微裂縫方向也是近垂直的，所以，初次運(yùn)移的方向主要是垂向的。但實(shí)際運(yùn)移方向常與生、儲(chǔ)組合型式有關(guān)。（3）排烴距離 排烴距離取決于上下層段儲(chǔ)層與生油層壓力差的大小及排液通道的暢通情況。當(dāng)生油層較厚時(shí)，中間流體不能及時(shí)排出，油氣滯留于生油層中。蒂索和威爾特（1971）對(duì)阿爾及利亞泥盆系生油巖研究，發(fā)現(xiàn)只有距儲(chǔ)層上下各14m的距離內(nèi)能運(yùn)移出去。也就是說烴源巖排烴的有效厚度為2030m，如果在厚的生油層中有許多砂巖夾層，將大大增加排烴的有效厚度。 排烴效率是指烴源巖排出烴的質(zhì)量與生烴的質(zhì)量百分比。烴源巖中排出油氣的效率是很低的。（4）烴源巖有效排烴厚度烴源巖所生成的油氣，因受各種因素的控制（如厚度大、滲透率小、動(dòng)力不足、地層吸附）并不能全部排出，只有與儲(chǔ)層相接觸的一定距離內(nèi)的生油層中的烴才能有效地排出來。能有效地排出烴類的生油層