石油地质学第四章讲稿.doc

第四章 石油和天然气的运移 【提要】油气运移是油气藏形成过程中的重要纽带。渗滤与扩散是油气运移的两种基本方式，前者受势梯度驱动，后者受浓度梯度驱动。油气在源岩中的初次运移和在储集层（或输导层）中的二次运移是油气运移过程中连续而特点不同的两个阶段。压实作用和异常压力对油气的初次运移有重要作用；浮力和水动力对油气的二次运移有重要作用，而归根结底它们都是受构造运动的控制。本章在介绍了与油气运移有关的基本概念后，重点阐述了油气初次运移和二次运移过程的机理和条件，最后对地下流体势分析方法做了专门介绍。 石油和天然气都是流体，它们具有流动的趋势。油气的运移是从其生成那一时刻就开始了，油气可以从源岩运移到储集层（输导层），从储集层运移到圈闭中形成油气藏（图4-1），油气也可以由于地质条件的改变而从圈闭沿输导层运移到别的储层中，再运移再聚集形成次生油气藏，或者通过断层或封闭性差的盖层向上运移到达地表形成油气苗。因此，油气运移贯穿于油气藏的形成、调整和破坏的整个过程。研究油气运移不仅具有理论意义，而且具有重要实际意义，搞清油气运移的特点，特别是其运移的途径、方向和时期对油气勘探有重要的指导意义。因此，油气运移研究是石油地质学的重要问题之一。 第1节 与油气运移有关的几个基本概念 初次运移和二次运移 油气从源岩层向储集层的运移，称为初次运移。 油气进入储层以后的一切运移都称为二次运移（见图4－1）。油气二次运移包括油气在输导层及储集层的运移，也包括油气聚集成藏后由于地质条件的改变所导致的油气再运移过程。 过去，有人把油气藏被破坏后的油气运移称三次运移（Illing,1933)，后来人们发现，油气藏被破坏后的运移与成藏前在输导层或储集层中的运移特点没有明显不同，所以，现在把这一阶段的运移也归于二次运移范畴。 图4－1 油气初次运移和二次运移示意图 （胶片） 二、油气运移的基本方式 渗滤与扩散是油气运移的两种基本方式。但两者的条件和效率不同。 渗滤是一种机械运动方式，流体在渗滤过程中遵守能量守恒定律，它总是由机械能高的地方向机械能低的地方流动。油气渗滤可以用达西定律来描述，即单位时间内液体通过岩石的流量(Q)与通过岩石的截面积(S)、岩石的渗透率(K)及液体压力差(P2-P1)成正比，而与液体的粘度(μ)和液体通过岩石的长度(L)成反比： Q＝[K·S·(P2-P1)]/(L·μ） （4－1） 扩散是分子布朗运动产生的传递过程。当物质存在浓度差时，扩散方向总是从高浓度向低浓度进行。扩散的结果是使浓度梯度达到均衡。流体中的扩散速率与浓度梯度有关，服从费克(Fick)第一定律： J＝-DgradC （4－2） 式中，J为扩散速率，质量/单位面积/单位时间，D为扩散系数，长度2/单位时间，gradC为浓度梯度，1/长度。扩散系数与分子大小有关，也与扩散介质条件有关。 表 4－1 气体在水中的扩散系数（据T.K.修伍德，1988）[63] 分子类型 H2 CO2 CH4 C2H6 C3H8 C4H10 扩散系数（10－7cm2/s 500 192 149 120 97 89 表 4－2 生油岩中轻烃的有效扩散系数（据Leythaeuser，1980）[63] 分子类型 CH4 C2H6 C3H8 iC4H10 NC4H10 C5H12 C6H14 C7H16 C10H22 扩散系数 （10－7cm2/s） 21.2 11.1 5.77 3.75 3.01 1.57 0.82 0.431 0.608 从表中可见，分子越小，扩散能力越强，轻烃具有明显的扩散作用。因此，在研究油气运移时，对于轻烃，特别是气态烃，不能忽视分子扩散方式在其物质传递过程中的作用。 三、岩石的润湿性 润湿性是指流体附着固体的性质，是一种吸附作用。易附着在岩石上的流体称润湿流体，不易附着在岩石上的流体称非润湿流体。在多种互不混溶的流体共存于岩石孔隙中时，润湿流体又称润湿相，非润湿流体又称非润湿相。例如，在油水两相共存的孔隙中，如果水易附着在岩石上，水为润湿相，油为非润湿相，岩石具亲水性；反之，如果油易附着在岩石上，油为润湿相，水为非湿润相，岩石具亲油性。 一般情况下，沉积岩岩石颗粒多数为水润湿，能在颗粒表面上形成吸附水膜。但是，对于烃源岩而言，由于本身含有许多亲油的有机质颗粒，又能在一定条件下生成烃类，因此可以认为是部分亲水、部分亲油的中间润湿。 岩石的湿润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、残留形式和数量不同。在亲水岩石中，孔壁及颗粒