第六章石油與天然氣運(yùn)移第一節(jié)油氣運(yùn)移概述一、基本概念油氣運(yùn)移：指石油、天然氣在某種自然動力的驅(qū)使下在地殼中發(fā)生位置的轉(zhuǎn)移。初次運(yùn)移：為油氣自生油巖向儲集巖中的運(yùn)移；二次運(yùn)移：油氣進(jìn)入儲集層以后的一切運(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。(1)正常壓實(shí)

壓實(shí)作用過程中流體的排出實(shí)際上是由于剩余流體壓力的作用。剩余流體壓力是指超過靜水壓力的地層壓力。沉積物在達(dá)到壓實(shí)平衡的層序之上又沉積了新沉積物，此時顆粒要重新緊縮排列，孔隙體積要縮小，就在這些變化的瞬間，孔隙流體就要承受部分由顆粒產(chǎn)生的有效壓應(yīng)力，使流體產(chǎn)生了超過靜水壓力的剩余壓力。正是在剩余壓力作用下孔隙流體才得以排出，排出后孔隙流體又恢復(fù)了靜水壓力，沉積物又達(dá)到新的壓實(shí)平衡?？梢姡@種剩余壓力只發(fā)生在壓實(shí)平衡與達(dá)到新的壓實(shí)平衡之間的瞬時，所以應(yīng)當(dāng)叫做瞬時剩余壓力。但在一個不斷沉降、不斷沉積、不斷壓實(shí)的連續(xù)過程中也可叫做剩余壓力。因?yàn)檎簩?shí)過程就是：由壓實(shí)平衡到瞬時不平衡再到平衡的過程，而孔隙流體壓力則是由靜水壓力到瞬時剩余壓力再到靜水壓力的連續(xù)過程。在這過程中流體不斷排出、孔隙體積不斷減小，如果流體的排出時烴源巖已經(jīng)成熟成烴，即可實(shí)現(xiàn)初次運(yùn)移。其排液的方向視不同的沉積層序而不同。排液方向

均一泥巖的層序

剩余壓力的大小:

El=（ρbo-ρw）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1/200～1/20，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)排水的主要時期和油氣大量生成在時間上的矛盾，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期，則將對油氣初次運(yùn)移起到積極作用。

（2）欠壓實(shí)還使更多的水較長時期處于高壓下，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)行初次運(yùn)移的潛在動力，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，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：Ф

＝Ф0e-CZ式中：Ф

為深度Z處的巖石孔隙度；Ф0為沉積物在地表的原始孔隙度；e為自然對數(shù)底；C為因次常數(shù)，代表正常壓實(shí)趨勢的斜率。（3）蒙脫石脫水蒙脫石是一種膨脹性粘土，結(jié)構(gòu)水較多，一般含有四個或四個以上的水分子層，按體積計(jì)算，這些水可占整個礦物的50%，按重量計(jì)可占22%。這些結(jié)構(gòu)水在壓實(shí)作用和熱力作用下會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，也會增加流體超壓。因此，烴源巖生烴過程也孕育了排烴的動力。由此也可推斷，石油的生成與運(yùn)移是一個必然的連續(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。水隨溫度增加，體積也會發(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）、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10～50nm計(jì)算，其毛細(xì)管阻力為12～2.4MPa。（3）油氣的浮力（四）初次運(yùn)移的想態(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)移時的物理相態(tài)，是整個初次運(yùn)移研究中的一個核心問題，也是一個很有爭論的問題。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(1963～1978)、Price(1976～1989)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，以起到對烴增溶的作用，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就呈分散狀油相運(yùn)移，飽和度高時就呈連續(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，是定量評價含油氣盆地的基礎(chǔ)。（1）石油相態(tài)演變對于富含Ⅰ、Ⅱ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。對于富含Ⅲ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)演變對于富含Ⅰ、Ⅱ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。對于富含Ⅲ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。石油與天然氣初次運(yùn)移相態(tài)的根本區(qū)別就在于：石油運(yùn)移的相態(tài)比較單一，主要是油相和氣溶相；天然氣運(yùn)移可以是水溶相、油溶相、氣相和擴(kuò)散相，而且每種相態(tài)在不同的階段都具有重要性。（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)移的時期原則上說，在油氣生成之后，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、儲組合型式有關(guān)。（3）排烴距離

排烴距離取決于上下層段儲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，中間流體不能及時排出，油氣滯留于生油層中。蒂索和威爾特（1971）對阿爾及利亞泥盆系生油巖研究，發(fā)現(xiàn)只有距儲層上下各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20～30m，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、動力不足、地層吸附）并不能全