油气运移规律课件.ppt

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1、,油气在地下的聚集是动态的，它受什么因素的制约？,其运动状态如何？,其运移通道是什么？,运移到何处去？,Migration of oil and natural gas,油气在地下的聚集是动态的，其运动状态如何？ 其运移通道是什么,Section 1 Summarization Section 2 Primary migrationSection 3 Secondary migration,Section 1 Summarization,Section 1 Summarization,油气运移是指油气在地下因自然因素所引起的位置迁移(Migration of oil and natural g

2、as is their position migration by the nature factors underground)。,Section 1 Summarization,油气必须经过运移才能聚集成为油气藏，如今看来好象是一个勿需证明的简单道理。但油气在地下是否存在运移也曾经有过争论。比如，二十世纪四十年代，卡里茨基就积极主张石油原地生成说，即发现石油的地方就是石油生成的地方。他认为砂岩中的石油是其所含的藻类所生成的；甚至认为正是因为砂岩中生成的石油起润滑作用，才导致背斜的形成。,油气必须经过运移才能聚集成为油气藏，如今看来好象,油气运移是与油气成因紧密联系的。无论是有机学派还是无机

3、学派，都存在油气运移问题。 只是不同的油气成因理论对油气运移的方式、动力、途径(mode、power、track)等主张各异。 无机成因学派一般认为深大断裂是油气运移的主渠道；而有机学派则将连通的孔隙、裂缝、断层、不整合面视为油气运移的路径。,油气运移是与油气成因紧密联系的。无论是有机学派,油气运移是形成油气藏的必经过程(necessary course of forming oil and natural gas pool)。按发生运移的时间顺序，把油气从细粒的生油岩向外排出的过程叫做初次运移(The course of oil and natural gas expelled from t

4、he granule source rock is primary migration)。油气脱离母岩后在储集岩孔隙系统或其它通道内传输的过程叫做二次运移(secondary migration)。,油气运移是形成油气藏的必经过程(necessary,另外，油气形成聚集成藏之后，若聚集条件变化而发生再次运移，都称之为二次运移（Secondary migration)。按油气运移的方向又可分为侧向运移和垂向运移，或者顺层运移和穿层运移(along and across migration)。,另外，油气形成聚集成藏之后，若聚集条件变化而发生再次运移，都,与油气成因现代概念相联系的油气运移中，在初

5、次运移的解释上仍存在一些困难，因此有人又从砂岩生油的主张去寻求出路，因为砂岩中的运移解释上容易被人接受，所以并不否认油气在砂岩中的运移。 如韦贝尔（）在对现代沉积研究后指出，只要条件适合，砂岩和粉砂岩也可含有丰富的有机物质，因此生油岩石与储油岩石可以复合一体。,与油气成因现代概念相联系的油气运移中，在初次运移的解,还有安德列耶夫(，1968）认为，从沉积物的沥青含量和成分看，砂质沉积较泥质沉积更可能是生油的。马丁（Martin，1969）研究了海湾地区渐新统弗里欧组后认为，该组中的石油母岩就是成为油层的砂岩。帕拉卡斯（Palcas，1972）等对弗罗里达州科塔瓦切湾159个沉积物样品分析.,还

6、有安德列耶夫(，1968）认为，从沉,他认为，砂层平均含沥青20ppm，泥层含沥青170ppm；虽然前者含量不多，但只要一小部分转化成石油，就可为油藏提供足够的油源。按他们的推算，泥岩占沉积岩总体积的一半，泥岩平均含烃约200ppm，其总量相当于储层中石油的60倍；只要泥岩排出3.3ppm到储层中去即可满足世界石油的储量。 所以他们认为，砂岩不仅是潜在的储集岩，在适当的条件下也是重要的母岩；从砂岩中C19-C32正烷烃奇偶碳分子分布之平滑看，比泥岩中的相应成分更接近于石油，可能就是石油中高分子烃的来源。有些野外观察似乎也支持砂岩可以生油。,他认为，砂层平均含沥青20ppm，泥,。 得克萨斯州米

7、特列斯油田，以灰色砂岩产油，砂岩上下均为硬石膏和红色页岩。美国还有一些夹于厚层石膏中的砂岩油藏，石油似乎只能生于砂岩本身。由上可见，砂岩生油确实存在。但估计在形成油气藏中不会占有多大的份额。因为如上推测，尚若砂岩生油能对形成油气藏具有举足轻重的作用的话，地下就很少有空圈闭。那样找油找气就可简化为找圈闭了。客观现实并非如此。看来泥质生油岩的地位是无可替代的；必须面对源于泥质生油岩的初次运移问题。,。 得克萨斯州米特列斯油田，以灰色砂岩产油，砂岩上,Section 2 Primary migration,初次运移问题是油气有机成因说不可分割的组成部分，任何有机成因理论如果不能同时解决好油气初次运移

8、问题，终将功亏一篑。特别是对于晚期成油说来说，初次运移的研究难度相当大，因而也是研究较为薄弱的环节，以致常常成为不同学术派系攻击的把子。,Section 2 Primary migration,目前，晚期生油说已成为油气成因理论的主流，要建立与之适应的油气初次运移机理，主要涉及油气初次运移的动力因素，初次运次中油气的相态，以及初次运移发生的时间等(power factor,oil and natural gas phase, occurring time)。,目前，晚期生油说已成为油气成因理论的主流，要建立与之适应的油,2.1 The geological background of prim

9、ary migration,随着上覆沉积负荷的不断增加下伏先期沉积物逐渐被压实的现象称为压实作用(compaction)。早先引起母岩中的流体（主要是沉积水）向储集层运移的主要因素就是压实作用。,2.1 The geological background,The change of porosity in sandstone and shale with depth（from Athy,1930）,The change of porosity in sand,压实作用的早期，伴随上覆沉积物负荷的增加，泥质沉积物(clay sediments)中孔隙水顺利排出，处于均衡压实状态，排水效率较高。一

10、般在1,000m以内为主要排水阶段（深度为500m时约排出88%），至1,500m（已排出95%的水）排水速率明显减缓，至2,000m渐趋于稳定（至2,500m，98%的水已排出）。,压实作用的早期，伴随上覆沉积物负荷的,随着埋藏深度的增加，泥岩排水效率逐渐降低，导致其孔隙流体排出滞后，因而其流体压力高于静水压力。在流体压力差的作用下，将迫使流体沿压力梯度降落方向从泥岩流入相邻的砂岩，以取得压力均衡。,随着埋藏深度的增加，泥岩排水效率逐渐降低，导致其,按晚期成油说，石油大量生成的门限温度至少要50-60，这在通常地温梯度下即门限深度约为1,500m。在地温梯度较低的地区，该深度更大。显然，主要

11、生油时期超越了主要排水时期。因此，靠均衡压实只能排出少许早期生成的烃，即未成熟油气(immature oil and natural gas)。,按晚期成油说，石油大量生成的门限温度至少要50-,总之，油气大量生成时，经历压实作用的泥质生油岩，泥质矿物质点的排列已经非常紧密，孔径很小，渗透性极差。这就是油气初次运移所处的环境。面对大量油气生成时生油岩所处的地质环境，油气初次运移需要解决的主要是两个问题，一是相态问题，二是通道问题,总之，油气大量生成时，经历压实作用的泥质生油岩，泥质矿物,2.2 The phase of primary migration,大量油气生成时，在上述初次运移的环境中

12、，烃类特别是石油是以什么方式，或者说是以什么相态实现初次运移的呢？石油在初次运移过程中呈现什么相态，一直是含混不清的。曾经提出过的运移方式大致可归为水溶运移说(migration of molecular solution in water)和连续油相运移说(migration by continuous oil phase)。,2.2 The phase of primary migr,2.2.1 Migration by molecular solution in water,曾经提出过的水介质运移方式有：,1) 分子溶液或真溶液(molecular or real solution),2

13、.2.1 Migration by molecular,石油能否以水溶液状态运移，由于油水基本上是不混溶的而一直评价很低。后经研究表明，不仅石油中的轻组分有不同程度的溶解性，在高温下重组分也有一定的可溶性。促使人们要重新评价石油的溶解运移。,石油能否以水溶液状态运移，由于油水基本上是,The solubility of hydrocarbon in water（quote from a secondary source Hobson，1975）,The solubility of hydrocarbon,The solubility in water changes with temperat

14、ure about two full oils （1，5）and four pulled top oils（6，3，2，4）（from Price，1976）,The solubility in water chang,分子溶解时，同类烃分子中随烃类的分子量的增大溶解度显著减小，例如，在25的温度下，烃分子增加一个碳原子，对于正烷烃溶解度降低75%，对于芳香烃也降低70%（麦考里夫，1979）。在423K（150）的高温下也呈现几乎同样的倾向。,分子溶解时，同类烃分子中随烃类的分子量的增大,石油呈真溶液运移还必须解决如何脱溶的问题。据认为，溶解于水中的烃类运移到储层后，可因温度、压力的降低和含

15、盐度的增加等环境因素的变化而从溶液中解脱出来。但烃呈溶解态的生油岩与所谓脱溶的储层间温差、压差以及含盐度差别有多大，是正差还是负差等都是不确定因素，脱溶机理令人置疑。,石油呈真溶液运移还必须解决如何脱溶的问题。据,2)胶体溶液(colloid solution),化学上把分散粒子直径在10-7cm的叫真溶液，把10-5cm的叫乳浊液，而把介于其间的叫胶体溶液。胶体溶液的分散粒子不是分子，而是分子聚合体，有别于真溶液。石油在水中呈胶粒（亦称胶束）状态运移最早是由贝克（Baker，1959）提出来的。贝克认为，皂胶粒对烃的溶解有增溶作用。皂是有机盐。当皂分子达到一定浓度后就可以在水中形成胶体聚合体

16、，即胶粒(micelle)。,2)胶体溶液(colloid solution),The structure of micelle（from Baker,1959）,The structure of soap micelle clusters about hypothesis of soap migration,The structure of micelle,？ 如达不到临界胶束浓度（CMC）就形不成胶束。为了达到CMC，25时就需要500ppm（普赖斯，1978）。而且随温度上升CMC显著增大，在90时就需要8,300ppm以上。但地层水中一般只含2-30ppm的增溶剂。,？ 如达不到临界胶

17、束浓度（CMC）就形不成胶束。为,此外，中性胶束的平均直径为500nm（1nm=10-3m），离子胶束为6.4nm（Baker，1962；1967）。与此相对，据欣奇（1978）的资料，通常页岩孔隙的直径平均为1-3nm，另据亨特（1979）的资料为5-10nm（200m深处的泥岩）。很明显，中性胶束要通过生油岩的孔隙是困难的。离子胶束的通过也不是完全没有问题。因此，呈胶体溶液运移即使有也只是在很局限的范围。,此外，中性胶束的平均直径为500nm（1nm=10-3m）,3)乳溶液(emulsion solution),采油时的油田水常呈乳浊液(emulsion)，人们由此联想而将乳浊液列为石油

18、初次运移的相态。卡特米尔（1978）推测，在高温下，随着油水表面张力的接近，可能会出现各种油水混合的分散相。并且此时油水两相间表面张力之低，足以使流体通过细小的毛管。,3)乳溶液(emulsion solution) 采油,主要生油阶段泥质岩的孔隙大多小于5m，而天然乳浊液中的油珠直径，据吉尔金松等人的资料1-50m。太小的孔隙乳浊液通过也是有困难的。况且在地层条件下什么因素可以导致乳浊液的形成也不是很清楚。故呈乳浊液运移的现实性令人怀疑。 以水为媒介的运移，首先要有使运移发生和所需运移量得以满足之水量的存在。,主要生油阶段泥质岩的孔隙大多小于5m，而,如上所述，大量石油生成时压实水已无从利用

19、；泥质生油岩中孔隙水非常有限，且在细小的孔隙中相当部分是不能自由流动的吸附水（adsorption water)。 以呈真溶液运移为例，琼斯首先在各类油田求出储集岩中实际的石油量与生油岩中可能存在的水量，接着按溶解运移求出石油对水所需要的最小溶解度，认为威里斯顿盆地和洛杉矶盆地的石油量，石油需要对水的最小溶解度分别为15,000-50,000ppm和100,000ppm。这显然是不可能达到的。现测量到的溶解度，生油岩排出水量体积要大于整个压实作用排出的正常水量，才能满足一个盆地已知的原油储量。这当然是违背事实的。可以说，以水为载体的运移是困难重重。,如上所述，大量石油生成时压实水已无从利用；泥

20、质生油岩中孔隙水,2.2.2 Migration by continuous oil phase,大量石油生成时生油岩的埋藏深度已处于压实作用的晚期，泥岩孔隙中所剩下的自由水(free water)已经不多了，而且相当部分以结构(structure water)水形式存在。,2.2.2 Migration by continuous,在上述情况下，生油岩中很少有能流动的水可资利用。这是前面以水为载体的初次运移方式行不通的关键所在。 正因为自由水的量少反而可使生成的石油有可能达到其流动的临界饱和度(critical saturation)，于是在压力作用下可呈连续油相排出母岩。,在上述情况下，生

21、油岩中很少有能流动的水可资利,现已知道，在富含有机质的泥岩中，油和有机质可以占据相当部分孔隙空间，并呈簿膜状蒙盖着大部分的矿物表面，顺层面方向的矿物表面尤其如此，因而使泥岩具有很大的亲油性。据经验估计，孔隙完全油湿（oil-wet)所需的最低有机质含量为30%（Byramjce，1967）。在此条件下，油可以像水从水湿(water-wet)岩石中排出那样从页岩中排出。但要达到这样的条件对、型干酪根来说几乎是不可能的。,现已知道，在富含有机质的泥岩中，油和有机质可,需要考虑的问题是，母岩中的石油要成为连续油相必须经过由分散的油滴或油珠到集中的过程。当油珠通过细小的毛细孔道时将会遇到很大的阻力(r

22、esistance)，即毛细管压力(capillary pressure)，,需要考虑的问题是，母岩中的石油要成为连续油相,Pp=2cos/rp（孔隙pore中的毛细管压力，方向向上） Pt=2cos/rt（喉道throat中的毛细管压力，方向向下）孔喉毛细管压力差为：Pc=2cos(1/rt-1/rp) 其中：为油水界面张力 为润湿角 rp 、rt 分别为孔喉半径 只有得到能克服这一差值的外力油珠才能通过喉道。这种外力可以是浮力，也可以是各种原因造成的水压力。,Pp=2cos/rp,单一的浮力为外力油珠通过喉道的过程：a.浮力不足以使油珠变形迫使其进入喉道，油珠与周围的水处于平衡状态；b.油

23、珠上浮受到阻力-喉道毛细管压力，在浮力作用下油珠变形，上端进入喉道；c.浮力继续克服阻力，至油珠上下两端弯液面半径相等，毛细管压力亦相等，油珠借助浮力向上运移通过喉道；d.油珠上端半径大于下端半径，此时上端毛细管压力小于下端毛细管压力，毛细管压力差的方向与浮力一致，油珠迅速由喉道运移进入上方孔隙。,单一的浮力为外力油珠通过喉道的过程：a.浮力不足以,显然，喉道越细小阻力必然越大，逾越也就更加困难。 再则，成油深度上泥质岩石的孔隙直径大多小于5nm ，而油珠的直径据韦尔特（Welte）估计应在1-100m之间，微小的孔隙很难允许油珠通过。此外油相的出现还有个脱吸附的问题。,显然，喉道越细小阻力必

24、然越大，逾越也就更加困难。,The connection of porosity and pore diameter in shale(from Welte，1972 modification)1nm=10-9m=10-3m=10A,The connection of porosity and,菲利比（1974）认为，只有在成油晚期形成的石油达到了一定的数量（比如绝对含量700ppm）之后，才能解脱有机质的吸附成为单独的油相。蒙培尔也认为，大规模的油相运移只有当有机质产生了850ppm的可抽提物时才能开始。要求石油在孔隙中要达到20-30%的临界饱和度油相才能流动，则必须母岩体积的7.5%为有

25、机质并转化为石油（McAuliffe，1970）。在自然界这样的生油岩罕见。,菲利比（1974）认为，只有在成油晚期形成的石油达到了一定的,巴克（1979）提出，石油在结构水最弱的孔隙中心可以形成烃的网络。随着烃类不断生成，在满足页岩和有机质的吸附能力之后，烃类会形成游离的小油滴在孔隙中心聚集，最后至少部分可以相互连接起来，形成连续的所谓孔隙中心网络。然后在流体热膨胀和油气生成所造成的压力下被挤出孔隙。,巴克（1979）提出，石油在结构水最弱的孔隙,The formation of hydrocarbon network in the middle of pores(from Barker，1

26、979),The formation of hydrocarbon n,莫帕尔（1978）认为生油岩中的有机质不是均匀分散在矿物基质间，而是沿层理面呈簿片状发育，有时有机质如簿毡状，有机质转化成一定量的石油的同时，石油形成连续的油相进行第一次运移。,莫帕尔（1978）认为生油岩中的有机质不是均,有些人则提出母岩中的残余有机质（干酪根）可以作为石油运移的介质。干酪根在水湿页岩中形成憎水的连续网络，而由有机质生成的石油就可以沿着这个有机网络运移出去，与水的运动不发生任何关系。这被形象地称之为烛芯假说(wick hypothesis)。,有些人则提出母岩中的残余有机质（干酪根）可以,。 这一思路早于

27、二十世纪五十年代末由希尔提出，七十年代受到希考克、菲利普等人的支持。更有积极支持者麦考里夫（1979）曾用扫描电镜观察去掉矿物质的干酪根，发现其呈现为立体的网络结构；并认为含有机质1-6%的页岩就能充分发育这种网络结构。麦氏估算，油在有机质中的饱和度达到2.5-10%时，就能脱吸附而发生流动。导致油流动的压力差可来自压实作用、油气生成作用以及流体热膨胀作用等。网络在顺层方向的发育一般是相当完整的，而在第三度空间上只有少数内部连接。在生油岩低限（有机质0.5-1%）的页岩中不足以形成三维连通网络。,。 这一思路早于二十世纪,拥护溶解运移的普赖斯（Price，1976）认为此种学说不适用于海湾沿岸

28、产油盆地，且多数页岩不足以形成干酪根网络结构。就连积极推进油相运移的琼斯（1978）也认为该学说对有机质含量少的海湾沿岸古近纪、新近纪难于解释。,拥护溶解运移的普赖斯（Price，1976）,油的相对渗透率随含油饱和度的增高而增大。在压实作用达到大量水已经被排走时，油的渗透率及相对渗透率为油提供了特别有利的单相运移条件（Dickey，1775；Magara，1978a） 。至少要生油母岩中油足够丰富和充分集中时，油才呈连续单相被排泄出来，这是一种完全可能的设想。大多数研究者都接受这个设想。,油的相对渗透率随含油饱和度的增高而增大。在,The sketch map of simulation e

29、xperiment in oil phase migration,油的相对渗透率随含油饱和度的增高而增大。在压实作用达,2.2.3气体溶液运移 (migration in gas solution),在特定的温度和压力条件下，液烃可以溶解于气体之中。凝析气田的存在就是证明。索柯洛夫等人（1963）的实验也表明，在大约二、三米深处的温压下，有相当数量的液烃，尤其是烷烃和环烷烃可溶于CO2、CH4以及其它气体之中。在压力很大时，液烃混合物逆蒸发的临界温度要比其单个组分低得多。,2.2.3气体溶液运移,据索柯洛夫和儒次等人的研究和估算，在40-80MPa和70-200的较高温、高压条件下，109m3

30、天然气能溶解和携带1-8105t轻质油。气体溶液的形成不仅需要一定的温压条件，而且还需要数十倍于液相的气体。因此，这只能出现在深部。,据索柯洛夫和儒次等人的研究和估算，在40-8,意大利的Malossa凝析气田产层深6,100m，压力105MPa，温度153。据推测在这样的条件下，直到C13的液烃都可溶解在气体之中。困难在于气体通过含水孔隙时同样要遇到毛细管压力的阻碍；气体溶液所能运移的石油组分是很有限的；再说油藏中并非总有巨量的气体。,意大利的Malossa凝析气田产层深6,综观上述石油初次运移的各种相态，从各含油盆地已经聚集起来的石油考虑，只有连续油相运移才能与其成分和数量达成一致。因而似

31、乎拥护连续油相运移者亦占据主流。然而，任何想把某一机制视为唯一和万能的，都将违背自然界的现实。随时间和条件的变化不同机制将有机而谐调地发挥其作用，有些细节研究难度较大，要完全弄清楚还有待时日。必须明确，石油是成分十分复杂的有机混合物，它的每一组分未必都要遵循统一的运移模式从母岩析出。,综观上述石油初次运移的各种相态，从各含油盆地已经,2.3 Phases of primary migration for natural gas,天然气能溶于水，在石油中的溶解度很大。因此地层中的孔隙水和石油都可作为天然气运移的载体。天然气也可呈独立相态运移（including molecular diffusi

32、on、air bubble and continuous gas phase）。,2.3 Phases of primary migrati,2.3.1 Water-soluble gas phase,天然气在水中的溶解性已在第一章讨论过，简略归纳如下： 1) 气态烃在水中的溶解度比石油大得多，且随碳数增加而减小。2) 压力对天然气的溶解度有明显影响，溶解度随压力增加而增大。,2.3.1 Water-soluble gas phase,The table about solubility of hydrocarbon increases with C number decrease in wa

33、ter（from McAuliffe etc.,1963-1978）,The table about solubility of,4) 气态烃在水中的溶解度随含盐度增加而减小。 5) 水中溶有CO2时，对气态烃，特别是CH4有明显的增溶作用。,3) 温度对气态烃溶解度的影响较为复杂，在温度较低（75）时，溶解度随温度上升而减小；在较高温度（75）时，溶解度随温度上升而增大。,4) 气态烃在水中的溶解度随含盐度增加而减小。,压力对天然气增溶作用显著，在埋深较大的地层水中，特别是异常高压带及其下的地层水中，常有丰富的高压水溶气资源。天然气呈水溶液状态运移依据充分，因而广为人们所接受。但这并非唯一相

34、态。,压力对天然气增溶作用显著，在埋深较大的地层水,2.3.2 Oil-soluble gas phase,天然气在石油中的溶解度极大，特别是高压油层中1m3原油可以溶解数百乃至上千米3以上的天然气。因此，天然气与石油一起形成时，常呈油溶气相进行运移。大量天然气加入可以使石油密度减小，粘度降低，大大增加石油的流动性和运移能力。,2.3.2 Oil-soluble gas phase,2.3.3 Independence gas phase,1) Air bubble 以气泡运移仅限于表层沉积物中，湖泊、海洋沉积物和气泉中都可以看到这种现象。当沉积物孔隙水中聚集的天然气压力达到或超过上覆水柱的压

35、力时，即可呈气泡向上运移。显然，气泡运移主要是早期生物成因气。,2.3.3 Independence gas phase1,2) Molecular diffusion 天然气分子扩散是建立在天然气浓度差基础上的，当母岩中生成的天然气达到一定数量，使母岩系统内外达到一定的浓度差时，分子扩散就会发生。分子扩散的强度除浓度差这一基本因素外，还与扩散介质的性质有关。由气源岩与砂岩储集层（即砂、页岩）簿互层组成的岩性组合扩散作用最为明显。,2) Molecular diffusion,据D.Lcythacuscr（1980-1982）对格陵兰西部两口岩心井的轻烃地球化学研究表明，气态烃以扩散方式进行的

36、初次运移是一个很有效的过程。C1-C7烷烃的有效扩散系数（D值）约为10-6-10-9cm2/s（表）。扩散系数与轻烃的碳原子数呈指数关系 。据D.Lcythacuscr的推算，200m厚的气源岩，通过1,000km2面积进行扩散，在2106a内累积的扩散量足以形成象荷兰格罗宁根和加拿大奇伟尔那样的大气田。,据D.Lcythacuscr（1980-19,Diffusion coefficient of light hydrocarbon across shale saturated by water,Diffusion coefficient of light,The graph about

37、effective diffusion coefficient and C atomicity of hydrocarbon molecule of light n-alkyl（from D.Leythacuser,1982,true data from 1980）,The graph about effective diff,通过扩散运移出的气体成分与源岩中气体成分有明显的差异。泥岩中的气体成分C1约占50%，而运移到相邻砂岩中的气体C1占80-90%（Vander Weide,1977；Hinch,1978）。,通过扩散运移出的气体成分与源岩中气体成分有明显的差异,3) Continuou

38、s gas phase 成岩早期形成的生物成因气，由于埋藏较浅，以气泡方式运移到达沉积物表层后，大多向水体中或大气中逸散，难于形成连续的气相。随着埋藏深度的增加，继续生成的生物成因气及其后的热解成因气，在数量超过孔隙水的溶解限度时，即可出现连续的游离气相。,3) Continuous gas phase,连续气相运移主要出现在成油期后的成气阶段。此时一方面除干酪根热解生气外，成油阶段先期生成的液态烃亦将热裂解形成天然气，故该阶段形成的天然气量大；另一方面，由于压实作用孔隙水尤其是自由水减少，同时热裂解作用又使液态石油减少，亦即天然气运移可资利用的载体减少，促成连续气相运移成为天然气运移的主要相

39、态。,连续气相运移主要出现在成油期后的成气阶段。此,综上所述，天然气运移的相态是多种多样的，各种相态的天然气运移都可以有一定的效果。这与石油须在主成油阶段后才开始运移，且以连续油相运移为主要运移相态有着明显的差别。这种差别是造成天然气在分布上与石油既有联系又有明显差异的重要原因之一。但就形成聚集的天然气来说，还是应以连续气相运移起主导作用。,综上所述，天然气运移的相态是多种多样的，各种相态,综观前述，油气初 次运移的相态不是一个孤立的问题，必须结合成烃演化阶段、相应的压实程度、水的丰度、增溶因素，以及温度压力等物理化学条件的变化通盘考虑。,综观前述，油气初 次运移的相态不是一个孤立,实际上无论

40、以什么相态、什么方式运移，客观上都存在大量油气要从母岩运移出来与运移通道狭小的矛盾。目前对解决这一矛盾较为流行的思路是异常高压导致生油岩产生微裂缝，为油气初次运移提供通道(Abnormal high pressure leads source rocks to produce microfracturing that provides chunnels for oil and natural gas)。,2.4 Factors bringing primary migration,实际上无论以什么相态、什么方式运移，客观上,2.4.1 Non-equilibrium compaction an

41、d abnormal formation high pressure 查普曼（Chapman，1972）首先提出，石油大量生成与流体大量排出在时间上的矛盾可以通过泥岩的非均衡压实作用得到调节。 均衡压实作用一方面需要负荷压力，另一方面还需要相应的流体排出 ；这样才能使流体压力与静水压力取得平衡。,2.4.1 Non-equilibrium compacti,但对于较厚（查普曼认为应大于60m）的泥岩而言，由于泥岩层顶底附近排水在先，先行压实，致使泥岩层中部的水排出不畅，以致在负荷压力下内部的流体不能及时排出；因而保持了偏高的孔隙率，呈现为欠压实状态；对整个泥岩层来说则处于非均衡压实状态。贮存在

42、泥岩层中部孔隙中的流体要承担较大的负荷压力，即除静水压力外还要分担部分静岩压力，于是泥岩层中部流体压力就出现异常高压。,但对于较厚（查普曼认为应大于60m）的泥岩而,The distribution graph of porosity、fluid pressure、salinity of hole water in shale between sand and shale,The distribution graph of por,2.4.2 Mechanism of strengthening abnormal high pressure 1) Thermodynamic function

43、随着温度的升高，特别是进入生油门限以后，泥岩中的有机质将受热降解产出大量液态和气态产物。这一过程本身就是导致流体体积和压力增加的因素，从而产生排出的潜势。按照蒙培尔（Momper，1978）的估计，有机质转化产出的液态物质占原始有机质体积的25%，产出气态物质的体积则远远大于此数。这些产物尤其是气体，具有很大的热膨胀系数，在温度继续增加时将进一步发生体积和压力的增长。,2.4.2 Mechanism of streng,随着深度的增加，泥岩中的流体受热膨胀，体积增大；同时矿物颗粒亦受热膨胀，产生更大的孔隙空间。但它们的膨胀系数是不同的。据布瑞德莱（Bradley）的资料，在增温时纯水和盐水的体

44、积增长分别为岩石孔隙容积增长的40倍和80倍；油和气更高，分别为200倍和800倍。据保守数据，石英的热膨胀为水的1/15（据Skinner，1966），以此作为粘土热膨胀（不易测得）的近似值计，如果水与岩石颗粒的体积比大于1:15（相当于孔隙率为6%），那么水的膨胀就可超过岩石颗粒的膨胀。,随着深度的增加，泥岩中的流体受热膨胀，体积增大；,纯水在地表的比容为1，当埋深到5,000m深处时，按25/km的地温梯度计，则比容将增至1.05 ，即体积要增加5%。实际上，由于地下水常是含盐的，生油岩中并伴有油气，且地温梯度常大于该值，所以体积的增长远不止此数。由热膨胀而多出的这部分孔隙流体，在流体传

45、输条件好时必将及时向外排出；在流体传导条件不畅时，则将转化为异常高压，推迟排出。,纯水在地表的比容为1，当埋深到5,000m深,油气运移规律课件,2) Dehydration of clay,随着埋藏的加深，泥岩不仅发生机械压实，而且其粘土矿物还要发生成岩变化。泥岩中常见的粘土矿物主要是蒙脱石、伊利石和高岭石。海相条件大多以蒙脱石和伊利石占优势。泥岩中的粘土矿物颗粒由若干粘土单层组（结晶）所组成。,2) Dehydration of clay 随着埋,Diagenetic change about Compaction and dehydration of smectitic clays,Di

46、agenetic change about Compac,The relation of smectite change in compaction course and hydrocarbon formation and ejectment1-脱水变化；2-烃类的主要生成和可能排出阶段；3-混合黏土；4-伊利石；5-蒙脱石,The relation of smectite chang,据沃纳（Warner，1964）计算，蒙脱石、伊利石和高岭石的比表面积分别为800、90和15cm2/g，而蒙脱石的内表面积远大于外表面积(分别为700和100cm2/g)。这就决定了蒙脱石向伊利石转化为一脱水

47、过程。,据沃纳（Warner，1964）计算，蒙脱石、伊利,对于粘土成岩脱水阶段的划分不尽统一，但都承认在埋藏晚期还有机会形成脱水高潮。这正是油气初次运移与粘土成岩作用的结合点。据佩里和豪尔（Perry and Hower，1972）对海湾地区浅层粘土的研究，从未见到单纯的蒙脱石相，蒙脱石总是与伊利石组成不同比例的混合层，通常蒙脱石占70%以上。他们将脱水分为四段 ：,对于粘土成岩脱水阶段的划分不尽统一，但都承认,The stages partition of clays diagenism dehydration (from Perry and Hower,1972),The stages

48、partition of clays,假若浅处蒙脱石含量占混合层的75%，经晚期脱水后还有20%残留，那么整个成岩转化中将有55%的蒙脱石释放出层间水。如果某沉积物含有80%的粘土级（5m）矿物，其中75%为混合层；又知蒙脱石含有二层层间水时（经第阶段脱水之后剩余的），水的重量约占其20%，该水将在晚期全部脱出；这样，沉积物脱出的层间水总量应为：180%75%55%20%，即为沉积物原重量（除去孔隙水）的6.6%。以岩石的密度为2.5g/cm3计，释放出的层间水量为：2.56.6%,即为沉积物原始体积的16.5%。,假若浅处蒙脱石含量占混合层的75%，经晚期脱,总之，在埋藏的晚期由于粘土矿物的

49、成岩转化，将有占被压实沉积物体积约10-15%（据J.F.Burst）的水从粘土矿物层间释放到孔隙空间中成为自由水。它们在负荷压力下势必要向外排出。 鲍尔和伯斯特分别提出层间水的密度为1.4和1.5g/cm3，比孔隙中的自由水密度大。因而脱出后必将发生体积膨胀。果真如此的话，就有可能助长异常高压，并直接促进运移。,总之，在埋藏的晚期由于粘土矿物的成岩转化，将,综上所述，油气生成、粘土脱水、水热膨胀，都与温度有关。其共同点是：都有增加孔隙流体体积和压力的潜势。斯塔尔斯基（.，1970）认为，这种压力一旦超过岩石的机械阻抗便可形成微裂缝。这时，流体将循之逸出；直到压力减小到使微裂缝重新闭合。通过微

50、裂缝这样反复张合，烃类就不断从其母岩中析出。蒂索曾用实验证实了微裂缝发生的可能性。这种机制对碳酸盐生油岩可能更有意义。,综上所述，油气生成、粘土脱水、水热膨胀，都与温,温度的升高从许多方面促进油气初次运移。除上所述之外，温度还有助于解脱被吸附的烃类；有助于降低流体粘度；有助于降低油水间界面张力；在主要深度范围内还有助于气烃的溶解；以及有助于烃在水中的溶解等。,温度的升高从许多方面促进油气初次运移。除上所述之外，温,粘土矿物层间水的排出对油气初次运移还有如下有利之处：这种再生的孔隙水矿化度低，具有较高溶解烃的能力（,1971）；层间水脱出后颗粒体积减小，可改善孔、渗性能，便于流体排出（Corde