1、第五章 油气储集与运移,大量油气勘探开发实践已证实地下不存在“油湖”、“油河”，油气是储存在那些具有互相连通的孔隙、裂隙的岩层内，好像水充满于海绵里一样。,能够储存和渗滤流体的岩层，称为储集层。 它之所以能够储集油气，是由于具备相对高的孔隙性和渗透性。,第一节 储集层,地壳上所有岩石，甚至像花岗岩、玄武岩那样致密的岩石，都具有孔隙。 空隙是指岩石中未被固体物质所充填的空间，包括孔隙、洞穴和裂缝。 孔隙是指岩石中颗粒（晶粒）间、颗粒（晶粒）内和充填物内的空隙。 岩石中的孔隙，有的是原生的，有的是次生；有的是相互连通的，有的是孤立的。,一 岩石的孔隙性和渗透性,1.岩石的孔隙性,岩石中不同大小的孔
2、隙对流体的储存和流动所起的作用不同，根据孔隙大小及其对流体作用，将孔隙划分为三种类型：(1)超毛细管孔隙 管形孔隙直径 0.5mm (500)， 裂缝宽度 0.25mm(250)。 在自然条件下，流体在其中可以自由流动，服从静水力学的一般规律。 岩石中一些大的裂缝、溶洞及未胶结或胶结疏松的砂层孔隙大部分属于此种类型。,流体受毛细管力的作用不能自由流动，只有在外力大于毛细管阻力的情况下，流体才能在其中流动。 微裂缝和一般砂岩中的孔隙多属于这种类型。,(2)毛细管孔隙 管形孔隙直径：0.50.0002mm(5000.2)， 裂缝宽度介于：0.250.0001mm(2500.1),(3) 微毛细管孔
3、隙 管形孔隙直径 0.0002mm(0.2)， 裂缝宽度 0.0001mm(0.1)。 由于流体与周围介质分子之间的巨大引力，在通常温度和压力条件下，流体在其中不能流动； 粘土、致密页岩中的一些孔隙即属此类型。,岩样中所有孔隙空间体积之和与该岩样总体积的比值，称为该岩石的总孔隙度，以百分数表示。 实际上只有互相连通的孔隙才具实际意义，因为它们不仅能储存油气，而且允许油气渗滤。那些孤立的互不连通的孔隙和微毛细管孔隙，即使储存有油和气，在现代工艺条件下也不能开采出来，没有实际意义。因此，生产实践中又提出了有效孔隙度的概念。,有效孔隙度指那些互相连通的，在一般压力条件下，可以允许流体在其中流动的孔隙
4、体积之和与岩样总体积的比值，以百分数表示。 同一岩石的有效孔隙度小于总孔隙度，对于未胶结的砂层和胶结不致密的砂岩，二者相差不大，而对于胶结致密的砂岩或碳酸盐岩，二者可有很大差别。 目前在生产单位所说的孔隙度，都是指有效孔隙度，但在习惯上常简称为孔隙度。,渗透性指一定压力差下，岩石能使流体通过的能力 严格地讲，自然界一切岩石在足够大压力差下都具一定渗透性。通常我们所称的渗透性岩石与非渗透性岩石，是指在地层压力条件下流体能否通过岩石而言,2.岩石的渗透性,岩石渗透性的好坏以渗透率的数值大小来表示的。,一般来说，孔隙直径小的比直径大的渗透率低，孔隙形状复杂的比形状简单的渗透率低。,沉积岩中，一般情况
5、下，砂岩、砾岩、多孔的石灰岩、白云岩等储集层为渗透性岩层，而泥岩、石膏、硬石膏、泥灰岩等为非渗透性岩层。,岩石中孔隙在流体储存和流动中所起作用不完全相同 某些孔隙在流体储存中起着较大的作用，如较大孔洞 另一些虽然在扩大孔隙容积中所起作用不大，但在沟通孔隙形成通道中却起关键作用，如碎屑岩孔隙与孔隙间的狭窄部分，这部分孔隙称为孔隙喉道,3.岩石的孔隙结构,孔隙结构就是指孔隙和喉道的几何形状、大小、分布及其相互连通的关系。,喉道的粗、细特征严重影响岩石的渗透率。喉道与孔隙的不同配置关系，可以使储集层呈现不同的性质,粗喉大孔高孔高渗； 粗喉小孔中孔中-低渗细喉大孔中孔低渗； 细喉小孔低孔低渗,对于碎屑
6、岩储集层，一般是有效孔隙度越大，其渗透率越高，渗透率随着有效孔隙度的增加而有规律地增加。,4.孔隙度与渗透率的关系,储集层有多种类型：碎屑岩储集层、碳酸盐岩储集层和其他岩类储集层三大类；其中以碎屑岩储集层、碳酸盐岩储集层为主。,二 储集层的类型,包括砂岩、砂砾岩、砾岩、粉砂岩等碎屑沉积岩 是世界油气田主要储层类型之一，也是我国最重要的储层类型。 例如，我国的大庆、胜利、大港、科威特的布尔干苏联的萨莫特洛尔等著名油气田的生产层皆属此类,1.碎屑岩储集层,储集空间主要是碎屑颗粒间的孔隙，是在沉积和成岩过程中逐渐形成的，属于原生孔隙。 在碎屑岩成岩以后，受后期构造运动的作用，可以形成一些裂缝、节理、
7、属于次生孔隙，在碎屑岩的储集空间类型中居次要地位。 粒间孔隙是碎屑岩储集层的主要储集空间类型.,世界各地碎屑岩储集层以砂岩为主，其次为砾岩。 它们可在许多环境中发育，形成各类储集体，主要有冲积扇砂砾岩体、河流砂岩体、三角洲砂岩体、滨浅湖相砂岩体、滨海砂岩体、浅海砂岩体、深水浊积砂岩体和风成砂岩体等类型。 由于沉积条件差异，不同环境下形成的砂岩体在形态、规模、颗粒大小、矿物成分、分选和磨园等方面都存在较大差异，因此，在储集物性方面差异也较大。,碳酸盐岩储集层构成的油气田常常储量大、产量高，易形成大型油气田。世界目前所确认的七口日产量达到一万吨以上的油井，都是碳酸盐储集层。 波斯湾盆地、俄罗斯伏尔
8、加-乌拉尔含油气区等世界重要产油气区的储层都以碳酸盐岩为主。我国四川和鄂尔多斯盆地碳酸盐岩层系中也发现了大中型气田,2.碳酸盐岩储集层,碳酸盐岩的储集空间分为原生孔隙、溶洞和裂缝， 与砂岩储集层相比，碳酸盐储集层储集空间类型多、次生变化大，具有更大的复杂性和多样性。,（1）碳酸盐岩原生孔隙的形成与分布 原生孔隙的类型及其成因,粒间孔隙指碳酸盐颗粒之间的孔隙。粒内孔隙指碳酸盐颗粒内部的孔隙，又称为生物体腔孔隙。生物骨架孔隙由造礁生物如珊瑚等生长时形成的骨架间的孔隙生物钻孔孔隙由某些生物的钻孔所形成的孔隙，较为少见。鸟眼孔隙透镜或不规则状孔隙，由于气泡、干缩或溶解而成。 晶间孔隙指碳酸盐岩矿物晶体
9、之间的孔隙。,（2）碳酸盐岩溶蚀孔隙的形成与分布 溶蚀孔隙（溶孔)是碳酸盐矿物或伴生的其它易溶矿物被地下水、地表水溶解后形成的孔隙。,溶洞指溶解作用超出了原来颗粒的范围，不受原来组构的控制，形成大小不等、形状不规则的洞穴。 溶孔和溶洞的发育程度决定于岩石本身的溶解度和地下水的溶解能力,（3）碳酸盐岩的裂缝 裂缝是碳酸盐岩中储集空间的一种重要类型，如我国西南地区一些碳酸盐岩油气田的形成往往与裂缝有关。中东伊朗著名的阿斯马利石灰岩油气储集层，也是裂缝型的，从中钻成了三口万吨井。,裂缝的成因类型 依据裂缝的成因可分为：构造裂缝、成岩裂缝、沉积-构造裂缝、压溶裂缝、溶蚀裂缝。 裂缝成因类型不同，分布规
10、律和控制因素也不同,裂缝发育的内因是岩石的脆性。 脆性大的岩层裂缝发育。 岩石脆性受成分、结构、层厚及其组合、成岩后生变化等因素的影响。,背斜高点、长轴、扭曲和断层带等部位是裂缝最发育的地方。因此搞清地下构造形态是提高钻探成功率的关键,这类储集层的岩石类型尽管很多，但在世界油气总储量中只占很小的比例，意义远不如碎屑岩和碳酸盐岩储集层。,3.岩浆岩、变质岩、泥页岩储集层,火山岩储集层：主要指火山喷发岩形成的储集层。,结晶岩储集层：指各种岩浆岩和变质岩类有不同程度结晶。当这些结晶岩受长期强烈风化，在其表层常出现风化孔隙带，使岩石的孔隙性和渗透性大大增加，成为油气储集的良好场所，多分布在基岩侵蚀面上
11、。,泥质岩储集层 泥质岩与碎屑岩往往呈互层，分布广泛 泥质岩孔隙很小，属微毛细管孔隙，流体在地层压力条件下不能在其中流动，排替压力往往大于地层压力，只有那些比较致密性脆的泥质岩，如页岩、钙质泥岩等在构造力作用下产生了较密集的裂缝，或泥质岩中含有易溶成分如石膏、盐岩等，经地下水溶蚀形成溶孔、溶洞时，才能形成储集层，且其局限性很大，储集条件也较差。,盖层是指位于储集层之上能够封隔储集层使其中的油气免于向上逸散的细粒、致密岩层。 与储层作用相反，盖层的作用是阻碍油气逸散。它能够封盖油气是由于具备相对低的孔隙度和渗透率。,第二节 盖层的类型及其封盖机制,一、盖层的定义和特征,盖层的好坏，直接影响着油气
12、在储集层中的聚集效率和保存时间。盖层发育层位和分布范围直接影响油气田分布的层位和区域。,储集层和盖层是油气聚集成藏所必需的两个基本要素,不同研究者从不同角度将盖层分为不同的类型,二、盖层的类型,膏盐类盖层：是一类最佳盖层。世界上天然气储量约35%与膏盐类盖层有关。包括石膏、硬石膏和岩盐。泥质岩类盖层：是油气田中最常见的一类盖层。分布最广、数量最多,几乎产于各种沉积环境。世界上大多数油气田的盖层均属此类。碳酸盐岩类盖层：由碳酸盐参半,或为主,或纯由碳酸盐组成的一类非渗透性岩层。但碳酸盐岩易被水淋滤、溶蚀形成缝洞。,特殊盖层水合物盖层：甲烷在低温或高压下具有与水形成水合物晶体的习性，它们形成晶体后
13、丧失了全部活动能力。这是一种非常有效的盖层。沥青盖层：先期油气藏被破坏，储层中的轻质油气逸散，重质沥青滞留在储层中对以后运聚的油气起到了盖层作用。,根据盖层阻止油气运移的方式可把盖层的封闭机理分为物性封闭、异常压力封闭和烃浓度封闭。（1）物性封闭 物性封闭是指依靠盖层岩石的毛细管力对油气运移的阻止作用。可称为毛细管力封闭。,三、盖层的封闭机理,毛细管压力封闭是盖层封油气最普遍的机理。 一般它只能阻止游离相油气的进一步运移，难以封堵水溶相及扩散方式运移的油气。,油气要通过盖层运移必须排替其中的水，克服毛细管压力的阻力才能进入其中。如果驱使油气运移的浮力未能克服阻力，则油气就被遮挡于盖层之下。 岩
14、石越致密，孔喉半径越小，具有的毛细管压力越大，封堵油气能力越大，因此盖层多是细粒的岩性,（2）超压封闭 异常高压指地层孔隙流体压力高于对应的静水压力 超压盖层实际上是一种流体高势层，它能阻止包括油气水在内的任何流体的体积流动，它不仅能阻止游离相油气运动，也能阻止溶有油气的水流动，从这个角度看，超压盖层是一种更有效的盖层。,（3）烃浓度封闭 指具有一定的生烃能力的地层以较高的烃浓度阻滞下伏油气向上扩散运移。 主要对以扩散方式向上运移的油气起作用。,能起烃浓度封闭的盖层，实际上就是烃源岩，它同样具有毛细管压力封闭。随生烃量增加有时会产生异常高压，这样也会表现出流体压力封闭作用。所以烃源岩作盖层时有
15、更好的封闭效果。,（4）影响盖层有效性的因素盖层的岩性 最常见的盖层是页岩、泥岩、盐岩、石膏等。 页岩、泥岩盖层常与碎屑岩储集层并存；盐岩、石膏盖层多发育在碳酸盐岩剖面中；构造变动微弱地区裂缝不发育，致密的泥灰岩及石灰岩也可充当盖层,韧性 韧性岩石与脆性岩石相比不易产生断裂和裂缝。 蒸发岩的韧性最大，因此蒸发岩发育的含油气盆地多形成大型油气田。,盖层厚度 实际盖层的厚度一般从几十米到几百米。 排替压力不够大时，加大厚度能够弥补这一不足。 前苏联学者提出盖层厚度的有效下限标准为25m。,不同地区不同岩性地质条件差异，盖层厚度也不同。松辽盆地泥岩厚度小于20m者一般不能作为盖层；高木顶气田610m
16、厚石膏盖层就能封隔独立的商业气藏。所以膏盐地层比粘土岩的封隔性更好。 盖层厚度大，不易被小断层错断，不易形成连通裂缝；流体不易排出，从而形成异常压力，封闭能力增加。因此越厚越有利,连续性 大范围连续稳定分布对油气聚集有重要意义 有利的含气区至少要有一个区域性盖层。面积只有大于油气藏分布范围才能形成有效封闭。 盖层面积越大，越有利于形成大油气田。,第三节 油气初次运移,油气在地层条件下的移动称为油气运移。油气运移的现象普遍存在。,有人把油气藏被破坏后的油气运移称三次运移。,油气从源岩层向储集层的运移，称为初次运移油气进入储集层以后的一切运移称二次运移,油气初次运移和二次运移示意图（据B.P.Ti
17、ssot 1987),烃源岩生成的油气，最初是呈分散状态存在于烃源岩层中的。要形成有商业价值的油气藏，就必须经过运移和聚集的过程，而初次运移是这一运移过程的第一步,对于石油的初次运移，尽管存在水溶相与游离相运移之争，但现在越来越多的人已经承认游离相运移占主导地位，水溶相居次要地位。 对于天然气初次运移的相态，目前争论不多，一般认为，它可以呈水溶相和游离相运移。 另外，在某些条件下，油可溶于气体中，气可溶于油中进行初次运移。,一、油气初次运移的相态,从运动力学角度，水溶相是最理想的运移状态，水溶液沿细小的孔隙喉道运移，基本不存在毛细管阻力 水溶相运移存在的问题首先是由于液态烃类(石油)大量溶解于
18、水中是比较困难的。,1.水溶相运移,虽然随温度升高液态烃溶解度增加，但在生油温度60150区间内，石油在水中的溶解度也不过几ppm到几十ppm，最高也不过一百多ppm，根据物质平衡原理计算，根据生油岩可利用的一切水的数量，如此低的溶解度要形成目前已知的石油储量是远远不够。,石油以水溶相运移存在许多无法解释的问题，因此现在坚持这种观点的人已越来越少。 但对天然气而言情况则大不一样。天然气在水中有较大的溶解度，例如，Bonham(1978)测定，在7MPa压力下，温度37.8时，天然气在地下水的溶解度可达1.55 m3/m3。天然气在水中的溶解度是随压力的增加而增加的。因此，天然气可呈水溶相运移。
19、当然，能否以水溶相运移，还要看有无相应的水量。,游离油相和游离气相包括分散状和连续状 越来越多人认为游离相是石油初次运移最重要的 其证据有： ）对生油岩进行显微观察时，发现有游离相石油存在于烃源岩孔隙或裂隙中。,2.游离相运移,）较厚烃源岩中可测定出色层效应，只有游离相运移才能出现色层效应。也只有这种运移相态才能解释烃源岩生成大量油气的排出。,天然气则主要呈游离相形式进行运移。,石油与烃类气体有互溶性，即天然气可以溶解于石油中，石油也可溶于天然气中。 许多油田所含的伴生气多是天然气溶于石油中，后来地质条件变化而脱气的结果，同样，许多气田含凝析油也是油反溶于气中的很好例证。,3.油溶气相、气溶油
20、相运移,油气在地下究竟呈什么相态进行初次运移，不同地区、不同岩性、不同深度情况下油气运移的相态是不同的。,4.油气初次运移的相态演化,二、油气初次运移的动力及方向,1.压实作用,压实作用是沉积物最重要的成岩作用之一。压实导致颗粒重新紧缩排列，孔隙水排出，孔隙度减少，岩石密度增加。 不同岩性压实特征不同，碳酸盐易发生胶结作用，压实作用影响较小；压实早期对泥岩的影响较对砂岩的更显重要。02000m范围内页岩孔隙度随深度的变化速率很快，而砂岩则基本稳定。,砂泥岩互层剖面中，压实使泥岩孔隙度减小得比砂岩快，相同负荷下比砂岩排出流体多，流体的运移方向是由泥页岩到砂岩。,尽管砂岩同样要被压实，但由于压实程
21、度相对小，其压实流体不能进入泥岩，只能在砂岩层中做侧向运移,砂泥岩互层剖面中压实流体的运移方向,泥质岩压实过程中，由于压实流体排出受阻，孔隙体积不能随上覆负荷增加而减小，出现孔隙流体压力高于其相应的静水压力的现象称欠压实现象。 当欠压实程度强化，孔隙压力超过泥岩的承受强度，则会出现泥岩破裂，结果超压流体会通过泥岩微裂缝涌出，达到排液目的，随着流体排出，孔隙超压被释放，泥岩回到正常压实状态。,2.欠压实作用,欠压实带中流体的排出方向（据Magara,1968）,欠压实带中异常高压驱动油气水的排出方向是从欠压实中心向上下排出的。,蒙脱石是一种膨胀性粘土，一般含有四个以上水分子层，可占整个矿物的50
22、%。 这些结构水在压实和热力作用下会有部分甚至全部成为孔隙水，这些新增的流体必然要排挤孔隙原有的流体，从而起到排烃作用。,3.蒙脱石脱水作用,泥岩埋藏加深，其可压实比例减小，此时地层温度增加，流体发生膨胀，这种膨胀使泥岩层内压力增大，从而促进流体运动。,4.流体热增压作用,干酪根成熟后能形成大量油气(包括水)。 干酪根所形成的油气(包括水)的体积大大超过原干酪根本身的体积，这些不断新生的流体进入孔隙中，必然不断排挤孔隙已存在的流体，驱替原有流体向外排出 当流体不能及时排出时，则会导致孔隙流体压力增大，出现异常压力排烃作用。,5.有机质的生烃作用,渗析是在渗透压差作用下流体通过半渗透膜从盐度低向
23、盐度高方向运移，直到浓度差消失为止。,渗析作用示意图,6.渗析作用,含盐量与孔隙度成反比，含盐量从每层页(泥)岩的中间部分向边部增高 所以渗析作用能促进烃类从页(泥)岩向砂岩中运移，是烃类初次运移的动力之一。,油气初次运移的动力还有构造应力作用、毛细管压力、扩散作用、碳酸盐岩胶结和重结晶作用等。,7.其他作用,8.烃源岩排烃动力演变 促使油气初次运移的动力多种多样，在源岩有机质热演化生烃过程不同阶段，主要排烃动力有差异 中浅层深度，压实作用为主要动力； 中深层以异常压力为主要动力，由于油气大量生成主要发生在中深层，因此，异常压力更显得重要。,油气从源岩层向储集层中运移的途径主要有孔隙、微层理面
24、和微裂缝。 在源岩低成熟-未成熟阶段，运移的途径主要是孔隙和微层理面；源岩成熟-过成熟阶段油气运移的途径主要是微裂缝。,三 油气初次运移的通道,烃源岩生成的油气，由于受各种因素制约（例如源岩厚度很大、渗透率很小、排烃动力不足等）并不是全部都能运出源岩层。 只有与储集层接触的一定距离内生油层中的烃类才能排出来。这段厚度就是生油层排烃的有效厚度，实例中生油层有效排烃厚度约为28m(上、下距储集层各14m)。 不同地区烃源岩有效排烃厚度有所不同。,四 烃源岩有效排烃厚度,有效生油岩层：指生油岩不仅已经产生油气，而且排驱了有商业价值的油气。,石油和天然气进入储集层以后的一切运移，都称之为二次运移。 它
25、包括油气在储集层内部的运移，以及油气沿断层或不整合面等通道所进行的运移，也包括已经形成的油气藏由于圈闭条件的改变，引起油气再运移而导致油气藏的调整和破坏过程。 二次运移是初次运移的继续。,第四节 油气二次运移,目前普遍认为二次运移石油主要呈游离相，天然气可呈游离相和水溶相。 二次运移的不同时期游离相石油的相态有所差异。 在初期，油粒较小，显微的和亚显微的油粒比较多。 随着运移过程发展，这些分散的小油粒逐渐相连，最终形成连续的油珠或油条进行运移。,一、油气二次运移的相态,油气在二次运移过程中由于温压条件的改变，也会发生相态变化： 溶解在石油或水中的天然气，从深层运移至浅层或地层抬升后，由于温压的
26、降低会从石油或水中释出，成为独立的气相； 深层以气溶相运移的石油，运移至浅层也会发生凝析作用而转变为油相。,二、油气二次运移的动力,促使油气二次运移的因素和动力很多，归纳起来，主要动力为：浮力、水动力、构造运动力。 二次运移中毛细管力始终作为阻力，水动力在某些情况下也作为油气二次运移的阻力。 油气二次运移的过程就是这些动力和阻力相互作用的结果。,1.浮力,石油和天然气的密度比水小，因此游离相的油气在水中存在浮力，浮力的大小与油气密度和体积有关。例如，油相的浮力为： F V（wo)g 式中： F浮力；V油相体积；w 水的密度；o 石油的密度。 浮力的方向垂直向上。在水平地层条件下，油气垂直向上运
27、移至储盖层界面；在地层倾斜情况下，油气则沿储层上倾方向运移。,2.水动力,储集层内是充满水的，油气进入储集层后要受水压作用。水的流动可以沿水平地层作水平运动、也可以沿倾斜地层向下倾或沿上倾方向运动。 水动力在油气运移过程中是起动力或是阻力作用，要看水流动方向与油气浮力方向是否一致而定。,水平地层情况下，水动力与浮力垂直，油（气）体上浮至输导层顶部被盖层所封闭后，如果水动力大于储层毛细管阻力时，油气则沿水动力方向运移。,水平地层中油气在水动力推动下的运移,背斜地层中水动力与浮力的配合情况 及油气运移方向,在地层上倾方向与水流方向相同的背斜一翼，水动力和浮力方向一致，水力起动力作用；而在背斜的另一
28、翼，水动力和浮力方向相反，水力起阻力作用。,3.构造运动力 地壳运动可使岩层变形或变位，造成各种褶皱和断裂，并驱使沉积物中所含流体发生运移。 构造运动可以形成断层、裂缝等二次运移的良好通道 构造运动力使岩石发生应变，应变涉及岩石颗粒变形和孔隙变形，这一变形过程，必然会把作用力传递到其中所含的流体，驱使油气向受力减弱方向运移，直接促使油气运移。,4.油气二次运移中各种力的相互作用 在油气二次运移过程中，浮力、构造运动力总是作为动力；毛细管力总是作为阻力；而水动力既可成为动力，又可成为阻力。,1.方向 从盆地整体上看，油气运移的方向，总是由盆地中心向盆地边缘运移。因为一般情况下，源岩位于盆地中心，
29、埋深较大。 地壳中的石油和天然气，总是沿着阻力最小的方向运移，这是油气在储集层中运移的规律。,三、二次运移的方向、通道、距离和时期,我国油气勘探的实践证明，一些含油气丰富的油气田，都是位于生油凹陷附近油气运移的主要方向上。,东营凹陷中的一些油气田也都是分布在主要生油区的周围，在油气运移的主要方向上。,2.通道 石油和天然气在二次运移中的主要通道有储集层的孔隙、裂缝、断层和不整合面。3.距离 从我国目前所发现的油气田情况看，它们多有靠近沉积中心(油源区或生油凹陷)分布的特点，即所谓“源控论”。 因此，可以认为油气二次运移的距离不是很大的,我国部分含油气盆地油气运移距离,4.时期 二次运移是初次运移的继续，初次运移和二次运移常常是连续的过程，也就是说，油气生排烃时期与二次运移时期几乎是同时发生的。 但是在一般情况下，大规模的二次运移时期，应该是在主要生油期之后或同时所发生的第一次构造运动时期。,
