第五章 石油和天然气的运移思维导图(1)

天然气是指自然界中天然存在的一切气体，包括大气圈、水圈、和岩石圈中各种自然过程形成的气体（包括油田气、气田气、泥火山气、煤层气和生物生成气等）。

第五章 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
  • 烃源岩：油气生成的地方
  • 油气藏：油气聚集的地方
  • 油气运移
    • 时间顺序和介质条件
      • 初次运移:油气自烃源岩层向储集层的运移
      • 二次运移:油气进入储集层以后的一切运移
  • 界面现象
    • 界面：在自然界中，两相间的接触表面，称为界面。常见的有：固-固、液-液、固-气、固-液和液-气界面。
    • 界面现象：在相界面发生的物理化学现象称为界面现象。
    • 界面张力：不相溶的两相界面处产生的张力。它特指气—液或气—固界面间的张力。
  • 岩石的润湿性与毛细管力
    • 润湿性：流体附着固体的性质。
      • 接触角
        • θ＝0：称完全润湿
        • θ<90：称润湿
        • θ>90：称不润湿
      • 润湿作用：是指固体表面的一种流体被另一种液体取代的一种作用。
      • 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
    • 毛细管压力
      • 定义：在两种互不混溶的流体的弯曲界面处，由于界张力的存在，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
      • 方向：毛细管力的方向总是指向非润湿相。
    • 岩石的润湿性对油气运移的影响
      • 亲水岩石中：水附着在孔隙壁上，油在孔隙中心，油的运动必须克服毛细管力
      • 亲油岩石中：油附着在孔隙壁上，水在孔隙中心，油的运动不受毛细管力的阻碍
  • 溶解和扩散
    • 溶解作用：溶解是两种或两种以上物质混合而成为一个分子状态的均匀相的过程
    • 扩散作用：主要是分子扩散，即当物质存在浓度差时，物质在浓度梯度的作用下从高浓度区向低浓度区转移以达到浓度平衡的一种物质传递过程。
• 第二节 地层压力及其分布
  • 地层压力的概念
    • 地层压力：地下多孔介质中流体所承受的压力，亦称孔隙压力或流体压力。 P＝ρwgh
    • 静水压力：静止水柱产生的压力（重量）称为静水压力，是由连通在地层孔隙中的水柱所产生的压力，正常压实情况下静水压力等于正常的地层压力。P＝ρwgh
    • 地静压力：是由上覆沉积物的基质和孔隙空间流体的总重量所引起的压力，又称静岩压力，s =ρrgh
    • 破裂压力： 导致岩层发生破裂的压力，通常约为静岩压力的85％
    • 正常地层压力和异常地层压力
      • 正常地层压力： 地层压力约等于静水压力
      • 异常地层压力：地层压力>>或<<静水压力
      • 异常高压：＞静水压力
      • 异常低压：＜静水压力
      • 剩余压力或超压：在异常高压情况下，将地层压力与同深度静水压力的差值
      • 压力梯度：地层压力随深度的变化率，即每增加一定的深度地层压力增加的量，Pa/m。
      • 地静压力梯度：每增加1m沉积物所增加的压力，Pa/m，约为0. 23×105Pa/m。
      • 静水压力梯度：上覆水柱增加1m所增加的压力，Pa/m，约为0. 1×105Pa/m。
  • 异常压力的成因
    • 异常高压的成因
      • 孔隙空间外部趋于使孔隙空间压缩变小的作用，孔隙空间内部趋于使孔隙流体体积增大的作用
      • 与地层孔隙空间压缩有关的作用：压实与欠压实作用、构造挤压作用（烃源岩超压、储层超压）
      • 与孔隙流体体积增大有关的作用：黏土矿物脱水、烃类生成、流体热膨胀作用等（烃源岩超压）
      • 超压流体垂向或侧向传导作用：当砂岩储层由于垂向或侧向上输导体与更高超压流体囊连通时，通过超压流体的注入导致砂岩孔隙中流体压力的增大
      • 流体密度差：水介质中有油气存在的地方（油气藏中）总能引起一定的超压，其大小与烃-水密度差及烃柱高度成正比。
      • 水头差（假超压）：在地上高处出露的含水层所具有的水头比地下低处的计算水头高，从而形成水头差，这样实际地层压力比由潜水面高程换算的地层压力高，这种压差也就是地下含水层的超压。
    • 异常低压的成因
      • 构造抬升与降温作用
        • 抬升-剥蚀孔隙反弹与流体收缩
        • 不稳定组分水化作用引起的扩容
        • 断裂与岩性封闭作用
      • 地下流体流动作用
      • 流体散失作用
        • ①天然气的扩散作用 ②断裂和不整合面的压力释放作用
      • 流体密度差
  • 沉积盆地压力分布
    • 异常压力流体封存箱：沉积盆地中具有异常压力、相互不连通的独立的流体密封单元
    • 封隔层：封存箱边界起封闭作用的地质体
    • 流体封存形成形成机理：1. 岩性封隔；2. 成岩封隔；3. 断裂封隔
• 第三节 石油和气然气的初次运移
  • 油气初次运移的相态
    • 石油
      • (1)游离相(油相）；(2)气溶油相；(3)水溶相；(4)分子扩散相 。
    • 天然气
      • （1）水溶相；（2）游离气相；（3）油溶气相；（4）分子运移（扩散相）。
  • 影响油气初次运移相态的主要因素：
    • ①烃源岩的有机质类型；
    • ②烃源岩的埋深： 孔、渗、孔喉直径；
    • ③地层中孔隙水的多少；
    • ④地层的温度、压力状态。
  • 油气初次运移的主要动力：
    • 1.压实作用产生的瞬时剩余压力；
    • 2. 烃源岩的异常高压；
    • 3.烃类浓度梯度(扩散作用）
    • 4.构造应力。
  • 压实流体排出方向
    • 1.沉积物等厚，垂向运移；
    • 2.楔状沉积物，从厚处向薄处运移， 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。
  • 烃类浓度梯度(扩散作用）：烃源岩与储集层之间存在浓度差
  • 构造应力：构造应力也可以导致岩石致密而产生流体的异常高压。因此，烃源岩生烃期的构造活动期也往往是初次运移的主要时期。
  • 油气初次运移的通道：
    • 1.孔隙 ：烃源岩正常压实阶段，静水压力，孔隙暢通；
    • 2.微裂缝；
    • 3.缝合线；
    • 4.层理面和干酪根网络。
• 第四节 石油和气然气的二次运移
  • 二次运移的相态
    • 石油二次运移的相态
      • 游离相态：油珠、油线、连续油相
    • 天然气二次运移相态
      • 游离相态：气泡、气柱、连续气相
      • 水溶相态：溶解气
  • 油气二次运移过程中的力
    • 1. 毛细管力：从喉道向孔隙，从小孔隙向大孔隙
    • 2. 浮力和重力：在水平地层中，油垂直向上运移至储层平面；在倾斜地层中，油沿储层顶面向上倾方向运移
    • 3. 水动力
      • 静水压力状态：各点剩余压力相等，地层水不流动，没有水动力。
      • 水头（水压头）：地层压力能使水从测点向上升的高度（静水柱高度）
      • 测压面：连接同一层位各点水压头顶面的连线。 这是一个想象的面。静水条件则为水平的，动水条件下则为倾斜的。
      • 水的流动方向：从剩余压力高值区流向剩余压力低值区，而与其地层压力的大小无关。
      • 水的流动规律
        • 压实流盆地：以压实水流为主的盆地。
        • 重力流盆地：大气水流 : 构造运动造成地层出露，大气水渗入形成的水流
  • 油气二次运移通道和输导体系
    • 类型
      • 微观上：孔隙和裂缝
      • 宏观上：输导层、断层和不整合面
    • 输导层：具有发育的孔隙、裂缝或孔洞等运移基本空间 的渗透性地层
    • 断层
      • 断层通道：沿断层面分布的破碎带，发生沿断层面的运移
      • 断裂破碎带具有一定的孔隙度和渗透率
    • 不整合面
      • 不整合面的三层结构：底砾岩、风化壳、风化淋滤带
    • 输导体系与运移方式
      • 输导体系：从烃源岩到圈闭的油气运移通道的空间组合
      • 输导体系的构成：
        • 单一型的输导体系：由输导层、断层、不整合等通道单独构成
        • 复合型的输导体系：砂体－断层输导体系、不整合－断层输导体系
      • 输导体系类型和与油气运移方式
  • 油气二次运移的方向
    • 影响油气二次运移的方向主要地质因素：浮力、毛细管力（阻力）、水动力（压力）
    • ①在浮力作用下，油气运移方向主要受地层产状和区域构造格局(坳陷和隆起的分布）的控制
    • ②油气运移的大方向由盆地中心向盆地向边缘运移，从凹陷区向隆起区运移
    • ③位于坳陷附近的隆起带及斜坡带是油气运移的主要指向
    • ④长期继承性发育的古隆起带对油气的聚集最为有利
  • 油气二次运移的距离：二次运移的距离与区域构造条件、岩性岩相变化、运移动力条件有关。
  • 油气二次运移的时期
    • 微观上：油气二次运移与初次运移是连续的，同时发生。
    • 宏观上：大规模的油气二次运移发生在主要生油期之后的第一次区域性构造运动时期。