油氣運移

地殼中石油和天然氣在各種天然因素作用下發生的流動。稱為油氣的運移。油氣運移可以導致石油和天然氣在儲集層的適當部位(圈閉)的富集,形成油氣藏,這叫做油氣聚集。也可以導致油氣的分散,使油氣藏消失,此即油氣藏被破壞。

基本介紹

  • 中文名:油氣運移
  • 含義石油天然氣在地殼中的移動
  • 原因:天然因素作用下發生的流動
  • 基本方式:滲濾、擴散
簡介,證據,基本方式,初次運移,綜述,假說,相態,時期和距離,二次運移,

簡介

石油天然氣在地殼中的移動。油、氣在生油層中生成時,呈分散狀態分布,經運移後才在儲集層中聚集形成油氣 藏。油氣藏遭破壞後,也可能由於油氣的運移而形成次 生油氣藏 ,或由於油氣沿裂縫、孔隙滲出或隨地下水流至地表(見油氣顯示)。油氣運移研究的主要內容包括運移的相態、動力、方向和時期等問題,了解這些問題對找油有重要意義。通常根據油氣運移的方式、動力等將整個油氣運移過程分為初次運移和二次運移兩個階段。
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證據

油氣運移的證據有很多:①地表發現的油氣苗,顯然是地下石油和天然氣通過一定的通道(斷裂、不整合面等)向上運移的結果;②油氣是在烴源岩中生成的,卻在儲集層中儲集。油氣所在位置發生了變動;③烴源層中生成的是分散狀態的油氣分子,而到了油氣富集區,油氣卻呈聚集狀態;④油氣藏中油、氣、水按比重分異現象,也是油氣運移的結果;⑤另外,從油源區到成藏區,化合物分布有規律漸變,顯然也與油氣運移有關。

基本方式

油氣運移的基本方式有兩種:滲濾、擴散。在孔滲性差的緻密岩層中主要是擴散流,在孔滲性較好的岩層中主要是達西流。
滲濾作用是一種機械運動,整體流動,遵守能量守恆定律,由機械能高的地方向機械能低的地方流動。
擴散作用為分子運動,從高濃度向低濃度,使濃度梯度達到均衡;擴散係數與分子大小有關,分子越小,擴散能力越強,輕烴具有明顯的擴散作用。成藏後的擴散流主要表現為油氣的散失。

初次運移

綜述

石油和天然氣在生油層中向鄰近儲集層的運移,為運移的第一階段,稱初次運移。生油層中的有機質處於分散狀態,呈微粒狀分布在岩石顆粒之間,或為薄膜狀吸附在顆粒表面。所以剛形成的油和氣也是分散於原始母質之中。通常認為,油氣初次運移的主要動力是地層靜壓力、地層被深埋所產生的熱力以及粘土礦物的脫水作用。發生初次運移的主要時期為晚期生油階段,與之相應的為晚期壓實階段(相應深度為1500~3000米)。初次運移的狀態主要為水溶。碳酸鹽岩生油層中油氣的運移,可能以氣溶為主。
20世紀60年代乾酪根熱降解晚期生油理論確立後,給初次運移帶來兩個嚴重的問題:一是生烴岩層成熟時一般已進入壓實晚期,此時正常壓實泥岩的孔隙很小,其視直徑約為5~10毫微米,如再減去孔隙兩邊的吸附水層的厚度,與烴類分子的大小相差無幾,油氣如何從泥質岩層中運移出來;二是在親水介質如此小的孔隙中,毛細管壓力差約為6×10帕,油氣如何克服這一阻力而運移。大多數學者認為生烴岩層中的異常高壓力是排烴的主要動力。生烴岩層中的異常高壓力主要由6個方面造成:①泥質沉積欠壓實作用;②水熱增壓作用;③滲透壓力的作用;④粘土脫水作用;⑤岩石的膠結和重結晶作用;⑥烴類的生成作用等。儘管如此,人們對初次運移仍存在著很多困惑不解的問題。

假說

圍繞著上述問題,人們提出了各種有關初次運移機理的假說。最著名的有L.C.普賴斯(1976)的水溶液運移假說;E.G.貝克(1967)、R.J.科德爾(1973)的膠束溶液運移假說;E.E.布雷(1980)的甲烷二氧化碳氣體容載運移假說;P.A.迪基(1975)、真柄欽次(即K.馬格拉,1977)的連續油相運移假說;C.巴克(1978)的孔隙中心網路運移假說;C.D.麥考利夫(1978)的乾酪根網路運移假說;D.萊塔蘇爾(1982)的氣相擴散運移假說;S.尼格利亞(1979)的氣相溶液運移假說;B.P.蒂索(1978)、H.D.赫德伯格(1980)的微裂隙運移假說。概括起來可以分為水相運移和油(氣)相運移兩大類。

相態

水相運移的特點是以水為載體,在親水介質中不受毛細管阻力的限制是最省功的運移方式。但有兩方面的問題:①不能滿足物質平衡計算的要求,例如洛杉磯盆地現已發現的石油如果都是水相運移的結果,則要求油在水中的溶解度要達到100000~150000ppm(10~15%),然而即使在200℃以上原油的實際溶解度也不過幾十個ppm;②石油聚集的成分與易溶於水的成分不匹配,芳烴比烷烴易溶於水,然而在聚集的石油中芳烴卻不多。多數人認為,水相運移不是石油初次運移的主要方式。但是,天然氣在水中的溶解度很大,水相運移可能是天然氣運移的主要方式。
油(氣)相運移在數量上和效率上可以滿足當今發現的油氣聚集。生油岩孔隙的顯微觀察也證明有游離相態的烴類存在。但也遇到難於解決的問題:①油氣在親水介質中運移如何克服巨大的毛細管阻力;②在雙相(或多相)的流動中,石油如何達到臨界運移飽和度。臨界運移飽和度在砂岩中為20~30%,在泥岩中目前尚無測定,在生油泥岩中,可降到10%,甚至1%。
在各種初次運移的機理中,比較流行的是微裂隙運移。А.Н.斯納爾斯基(1963)認為,當地層壓力超過靜水壓力1.42~2.5倍時,岩石就要產生破裂。蒂索和D.H.韋爾特(1978)把岩石破裂與排烴作用聯繫起來,認為生油岩層在異常高壓力作用下可以產生微裂隙,使具高壓的孔隙流體(包括烴類)得到釋放,壓力降低後微裂隙關閉,這樣就形成周而復始的間歇性排烴。赫德伯格(1980)進一步強調了甲烷等氣體在產生微裂隙和間歇性排烴方面的作用。但是到目前為止,還沒有一種機理能夠解決所有的矛盾而適用於各種地質情況。看來不同情況下有不同的模式也許就是客觀真實的反映。

時期和距離

初次運移的時期,一般認為是在油氣大量生成或稍後的時期,通常的深度是在1500~3500米之間。油氣最重要的初次運移時期在晚期壓實階段,與晚期生油階段相對應。真柄欽次等(1977)在加拿大、日本和奈及利亞等地,利用烴類中的碳與總有機碳的比值變化來確定運移期。一般該比值有隨埋深增加的趨勢,其中比值突然減少的異常段, 被認為是初次運移的深度(或時期)。除此之外,類異戊二烯烴/正烷烴比值等也可以作為指示運移發生深度的標誌。
關於初次運移的距離,蒂索和R.佩列特(1971)根據阿爾及利亞泥盆系生油頁岩的研究,發現只在靠近儲集層14米範圍內烴類和非烴含量才有變化,因而推測生油岩中只有距儲集岩上下共28米距離內的烴才能運移出來,也就是生油岩的有效厚度為28米。這一數值是來自對某一生油頁岩的研究。如果生油岩中有許多砂岩夾層或生油岩中發育裂縫,則將大大增加排烴的有效厚度。

二次運移

油氣進入儲集層後的一切運移稱二次運移。它是油氣運移的第二階段,是初次運移的繼續。二次運移包括:油氣在儲集層內部的運移;沿斷層、不整合面等通道進入另一儲集層的運移;已形成的油氣聚集在條件變化時所引起的再次運移。
二次運移的動力主要是水力、浮力和毛細管力,運移狀態主要為游離相態。油氣在二次運移中的主要通道有儲集層的孔隙、裂縫、斷層、不整合面。
油氣運移的主要方向和距離一方面取決於可滲透性地層的產狀;一方面取決於地層水動力和浮力的大小和方向。顯然,這些因素是由區域構造背景決定的。

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