石油天然气地质与勘探

油气在运移过程中必须首先克服毛细管阻力。只有当油气浮力大于毛细管阻力时油气才能移动:

油气自烃源岩运移到运载层(储集层)后,首先储存在底部并逐渐汇集成为具有一定体积的油气体。在静水条件下,当聚集的体积足够大,其产生的浮力足以克服毛细管阻力时,油气体才开始垂直上浮,并逐渐到达运载层顶部。

静水条件下,若岩层是水平的,油气到达运载层顶部后,在盖层的封闭下将不再运移;若岩层是倾斜的,油气在聚集相当于临界高度时,将在浮力作用下继续向上倾方向运移,直至到达圈闭聚集起来,沿上倾方向浮力(F1=Fsinα)的大小受到地层倾角的影响(图4-26)。地层倾角越大,F1越大。

(2)水动力

沉积盆地的水动力主要有两种:由压实作用产生的压实水动力(压实驱动)和由重力作用产生的重力水动力(重力驱动)。

压实驱动的水动力主要来自于盆地内沉积物的压实排水,出现在盆地早期的持续沉降和差异压实阶段和过程中,其流动方向是由盆地中心向盆地边缘呈“离心流”状、由深处向浅处(图4-27)。

重力驱动主要产生于盆地演化的成熟阶段;在重力水动力驱动下,水流方向主要是由盆地边缘的高势区流向盆地中心的低势区。到盆地演化的晚期,盆地地下水基本上处于静水状态,称“滞流盆地”。

(3)构造应力

由地壳运动产生的地应力称为构造应力。构造应力直接或间接为油气二次运移提供动力、通道,主要表现在以下三个方面:

A.构造应力是二次运移的直接驱动力。

B.构造应力为浮力作用和水动力驱动提供条件,并形成运移通道。

C.构造作用产生的异常压力可以造成地下流体势的改变,促使油气运移。构造侧向挤压、断裂作用和刺穿作用等都是形成异常压力的重要因素。

(4)分子扩散力

分子扩散受浓度梯度控制,它总是从高浓度区向低浓度区扩散。

三、油气二次运移的通道和输导体系

油气二次运移的主要通道有连通孔隙、裂隙(缝)、断层(图4-31)和不整合面(图4-32)。储集层的孔隙和裂缝为基本通道;断层为油气垂向运移主通道,还存在横穿断层的侧向运移;

沿不整合面发育的裂缝-孔隙网络系统是油气侧向运移重要通道。

断层作为运移通道主要受断层两盘岩层的对置关系、断层性质、断层活动性、断层产状、断层带的性质等因素的影响。

不整合面作为运移通道的首要条件是其下伏地层是否具有渗透性,其上覆地层必须被不渗透的岩层所封闭。

1.优势运移通道和方向

那些真正发生了运移作用的运载层称之为有效运移通道。有效运移通道空间的大小主要受岩石的组构控制。

优势运移通道是指油气自然优先流经的二次运移通道,是有效通道的一部分,受运载层的连通性和构造形态控制,它决定了油气二次运移的主要方向。

油气沿着形态不规则的立体线状输导系统运移,沿阻力最小路径(运移高速公路)运移。控制优势通道和油气运移方向的因素很多,概括起来有:运载层、运载层及相关地层的构造起伏、断层的阻挡和连通等。

三角洲前缘砂体、滨海砂体、滩坝、近岸水下扇等类型砂体运载层,因其近油源、砂体分布广泛、连续性好、孔渗性好,可以构成良好的优势运移通道,成为油气运移的主要指向区(图4-33)。

断层运载层的几何形态和产状决定垂向运移油气的具体路径,凸面断层使流线汇集形成优势运移通道,凹面断层使流线向上呈发散状,不会形成优势通道(图4-34)。

盖层是形成横向运移通道的重要条件。凸状的盖层形态有利于优势通道的形成,而凹状和平板状的盖层形态则形成分散的运移路径(图4-35)。

盆地结构和形状对油气二次运移的优势方向有重要控制作用.Pratsch(1982)根据盆地结构和形状,总结出不同盆地油气二次运移的优势方向,如图4-36所示,流线聚敛和密集的一侧就是油气运移主路线所在。

2.输导体系

输导体系是指油气从从烃源岩运移到圈闭过程中所经历的所有路径网及其相关围岩,包括连通砂体、断层、不整合及其组合。

根据油气运移的主通道以及影响油气运移通道的主要因素,可以将输导体系划分为储集层、断裂、不整合及复合四大类输导体系(表4-3);按运移通道的时空组合特征:可以将输导体系划分为4 类:网毯式、“T”型、阶梯型、裂隙型(图4-37)。

四、油气二次运移的主要时期和距离

1.主要时期

二次运移包括三个阶段:油气在到达圈闭之前在运载层中的运移、油气在圈闭范围内的运移和油气藏破坏、改造油气再分布的运移。

油气二次运移的主要时期也就是油气聚集和油气藏形成的主要时期,是油气成藏研究的重要内容。主要运移时期:生油期后第一次大规模构造运动时期,或主要生排烃期后构造相对活动时期。多期构造运动形成多期运移成藏期。

2.区域指向和距离

油气二次运移的总方向由盆地中心向边缘,深层向浅层;主要指向生油凹陷中或邻近地区长期继承性发育的正向构造带。

油气二次运移的距离取决于运移通道、运移动力、圈闭及盖层的有效性、盆地规模、区域构造条件、岩性岩相变化条件等。横向几米~上百公里;垂向几米~几千米。一般大盆地、海相盆地运移距离较长,陆相盆地、断陷盆地运移距离较短。

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。

表4-3 油气输导体系分类表

输导体系类型 储集层输导体系 断裂输导体系 不整合输导体系 运移主通道 连通孔隙、微裂隙、层理面 连通溶蚀孔洞、微裂隙 断层和构造裂缝 构造裂缝 连通的溶蚀孔、洞 连通孔隙、微裂隙、层理面、断层和构造裂缝 复式输导体系 连通孔隙、微裂隙、层理面、连通的溶蚀孔、洞 断层和构造裂缝、连通的溶蚀孔、洞 影响运移通道的地质因素 储层分布与连通,孔洞缝发育,运载层配置关系 断裂性质、发育规模与组合、活动期、断裂带特征、断开地层的泥岩发育程度、与运载层产状关系 不整合发育规模与分布、剥蚀淋滤程度,不整合面性质,与其它运载层配置关系 储集层连通孔隙的发育程度、断层与裂缝的性质和发育特征、不整合的发育与分布,运载层之间的配置关系

第四节 油气运移研究方法

一、有机地球化学研究方法

1.有机地球化学方法研究初次运移

通过研究纵向剖面上地球化学指标的突变,可以确定排油深度、排油时间。正烷烃在排烃过程中有明显的分异作用,低碳数烷烃优先排出;根据烃源岩含烃量由中部向紧邻砂岩顶底两边递减,可以计算排烃率、确定烃源岩有效排烃厚度(Leythaeuser,1984,1986)(图4-6)。

2.有机地球化学方法研究二次运移

有机地球化学方法研究油气的二次运移主要包括油(气)源对比和追踪油气运移路线两方面。一般根据生物标志化合物、正烷烃、碳同位素、族组分等地化指标,进行油源对比,追索油气来源;储层中原油的物性变化和储层沥青的分布特征,可帮助判断石油运移方向。

(1)如果在运移过程中层析作用占主导地位,沿着运移方向:石油被矿物选择性吸附,非烃和芳香烃族分逐渐减少,原油由重变轻、密度和粘度降低;某些生物标记化合物有规律变化;C/C比值逐渐降低,芳香烃中C/C的比值高于烷烃和环烷烃。如图4-39中,由于层析作用占主导,从鸭儿峡向老君庙、石油沟方向,沿运移路径,原油的正烷烃主峰值、OEP值均逐渐降低,∑C22以前/∑C23以后比值逐渐增加,原油相对密度、粘度、含蜡量及凝固点逐渐变小、变低。

(2)如果在运移过程中氧化作用占主导地位,会出现相反的变化规律:沿运移方向,原油由轻变重,石油密度、粘度增大,由稀变稠,其它参数也呈有规律性的变化。

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二、应用地球物理资料和分析测试技术研究油气运移

1.利用压实曲线研究初次运移 2.利用原油孢粉追索油源和运移方向 3.利用荧光显微分析技术研究油气运移

三、实验室模拟方法

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