石油天然气的运移

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1、第四章石油与天然气的运移石油与天然气是流体，它们具有流动的趋势，只要没有约束条件，它们就会无休止地运动下去，直至到达地表面逸散。那么油气在地下的运动规律是什么？受哪些因素影响？运动的相态、时间、距离和方向是什么？搞清这些问题不仅具有理论意义，更重要的是对油气勘探具指导意义。这是本章要解决的问题。§1与油气运移有关的几个基本概念一、初次运移和二次运移我们把油气在地下的一切运动称为油气的运移（不称运动是因为它们运动缓慢）。为了表征油气生成后在不同的环境、不同阶段的运移特点，又分为初次运移和二次运移（图4-1）。图4-1油气初次运移和二次运移初次运移——油气从烃源岩向储集层的排出

2、（或运移）。二次运移——油气进入储集层以后的一切运移。二次运移包括了成藏前油气在储层或输导层内的运移，也包括了油气藏破坏以后的运移。二、油气运移的基本方式油气运移的基本方式是扩散和渗滤。渗滤是油气以不同的物理相态在浮力或其它动力作用下，由高势区向低势区流动的一种机械运动方式，可用达西渗滤定律来描述。用一个常见的例子来说明渗滤（手上划破一个口子）。扩散是分子布朗运动的传递过程，是一种分子运动，流体的扩散速度与浓度梯度有关，服从费克（Fick）第一定律：J＝－DgradC（4-1）式中：J——扩散速率；D——扩散系数；C——物质浓度。上式表明，物质的扩散速度与扩散系数、浓度梯度

3、成正比，扩散方向是从高浓度向低浓度扩散。一般分子越小，运动能力越强，扩散系数越大，越易扩散。所以天然气的扩散损失要比石油大的多。人们越来越重视研究天然气的扩散作用。三、岩石的润湿性润湿性是指流体附着在固体上的性质，是一种吸附作用。不同流体与不同岩石会表现出不同的润湿性。易附着在岩石上的流体称为润湿流体，反之为非润湿流体。在多相流体共存且不相溶的流体中，润湿体又称之为润湿相，非润湿体称为非润湿相。如在油水两相共存的孔隙中，如果水易附着在岩石上，则水为润湿相，油为非润湿相，岩石具亲水性；反之，则油为润湿相，水为非润湿相，岩石具亲油性。岩石的润湿性影响着油气在其中的运移难易程度，

4、不同的润湿性造成油水两相在孔隙中的流动方式、残留形式和数量的不同。在亲水岩石中，孔壁及颗粒表面为水所润湿，水会在颗粒表面形成一层薄膜构成液环，油则不能以薄膜形式残留在孔壁上，被挤到孔隙中心部位形成孤立的油珠（图4-2）。这种油珠可以堵塞孔隙喉道，阻碍流体运移，这种现象称“贾敏效应”。而在亲油岩石中，油以薄膜形式附着在孔壁上，成为不能移动的残余油。可见，亲水介质中残留油的数量要比亲油介质中少，但油相在亲水介质中的流动却比在亲油介质中难。图4-2孔隙介质中油水的分布形式岩石的润湿性取决于矿物组成及流体性质。一般认为沉积岩的大多数为亲水的，因为沉积岩是沉积在水介质中的，水又是极性

5、分子。但对于烃源岩而言，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。四、油气运移的临界饱和度前一章已说明，当岩石中存在多相流体时，由于不同流体之间以及流体与岩石之间的相互作用，不同流体会出现不同的相对渗透率。相对渗透率除与岩石绝对渗透率有关外，还与流体的性质和含量有关。对于一定的岩石，存在最低的含水饱和度、含油饱和度或含气饱和度，各种流体低于此值时，它们的有效渗透率为零，即不发生流动。例如Levorson(1954)对亲水砂岩进行油水两相吸排水的实验，结果表明油相的饱和度低于10%时，油相不能运动。在泥岩中测定难度

6、还较大，目前尚无正式发表的资料。Dickey认为，在烃源岩中由于大部分颗粒的内表面已为油所润湿，油相运移的临界饱和度可小于10%，甚至降到1%。油气水共存时，油（气）运移所需的最小饱和度称为油（气）运移的临界饱和度。五、地层压力、折算压力和测压面地下储层（或油层）内流体所承受的压力，称为地层压力，亦可称为地层流体压力或孔隙流体压力，Pa。为直观反映地层压力的大小，工程上常使用水压头的概念，水压头相当于地层压力所能促使地层水上升的高度，表达式为：h=P／(g)（4-2）式中：h——水压头，m；P——地层压力，Pa；——水密度，kg/m3；g——重力加速度，m/s2。同一层位各

7、点水压头顶面的连线称该层的测压面，测压面是一个用来反映横向上水压头的变化。在静水条件下，测压面是水平的（图4-3）。在动水条件下，测压面面是倾斜的。图4-3单一储集层内静水压面示意图折算压力是指测点相对于某基准面的压力，在数值上等于由测压点到折算基准面的水柱高度所产生的压力（图4-4）。图4-4折算压力与水流方向示意图例如，测点相对于某基准面的高程为Z（注：基准面位于测点之上，Z取负号，之下为正号）其地层压力为P，则该点的折算压力P′为P′=Zg+P=(Z+h)Pwg§2石油与天然气的初次运移烃源岩生成的油气只有经