B
深度
准噶尔盆地中部地区超压流体天然水力破裂通道
4.0 40
压力/ MPa 60 80 100 120
TRACE1390
气 烟 筒
气 烟 筒
深度/km
4.4 J1s
4.8 J1b
破 裂 压
力
（3）扩散
扩散是分子布朗运动产生的传递过程。当物质存在 浓度差时，扩散方向总是从高浓度向低浓度进行。
流体中的扩散速率与浓度梯度有关，服从费克第一
③异常高压的排烃作用
欠压实 蒙脱石脱水 生烃增压 流体热增压 … …
烃源岩封闭
形成异常高压
形成微裂缝
超过破裂极限
微裂缝闭合
孔隙流体排出
（3）烃类浓度梯度(扩散作用）
烃源岩与储集层之 间存在浓度差： 扩散作用
费克
第一 J D • gradC
定律 J为扩散速率， D为扩散系数， gradC为浓度梯度
❖干酪根演化生成液态烃和气态烃 ❖产物体积比干酪根体积多2－3倍
d.流体热增压作用
❖任何流体都具有热胀冷缩的性质 ❖在封闭的条件下，孔隙流体的热 膨胀，必然造成孔隙压力的增加
L点(已封闭)： 压力300bar 增加（1000m，25℃） 沿等容线增加压力
M点(已封闭)： 压力720bar
❖热增压是异常高压形成的重要因素
相态：Ⅰ型：油溶气 油相
Ⅲ型：独立气 气溶油
c.高成熟阶段
烃源岩：埋藏深、 孔渗性很差、 含水极少
烃类型：湿气
相态： 独立气相 气溶油相
d.过成熟阶段
烃源岩：无孔渗性 不含水
烃类型：干气
相态：分子扩散、气相
油气运移的相态总结：
①石油主要是以游离相态运移的； ②水溶相态和游离相态对天然气的初次运移都是 重要的，天然气还可以呈扩散状态运移
油（气）水同时存在时，油（气）相运移所需的 最小饱和度称为油（气）运移的临界饱和度。
例如，Levorsen(1954) 油水两相吸排水实验结果表明，亲水的砂岩中， 油相的饱和度低于10％时，油相不能流动。
Dickey(1975)认为，在源岩中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％，甚至可降到1％。
（2）静水压力： 静止水柱产 生的压力（重量）称为静水压 力
P w gh
（3）静岩压力：地下岩石的重量 产生的压力，又称为地静压力
（4）正常地层压力： 如果地下某一深度的地层压力 等于(或接近）该深度的静水压 力，则称该地层具有正常地层 压力
（5）异常地层压力： 如果某一深度地层的压力明显高于或低于静水压力， 则称该地层具有异常地层压力。
天然气 石油
水
典型的背斜油气藏
固体矿产－煤：
从沉积→成岩 →成矿其位置 基本保持不变
P1
排2油藏
?
N
0 N2d
1000
0 4 8 12km
N1t
2000
J+T
3000 N1s
4000 E
5000 K2
K1
6000 J2
深度 （m）
J1
Ro: 0.8%
Ro: 1.0%
Ro: 0.5%
排2
第四章 石油和天然气的运移
二、 石油和天然气的初次运移
油气初次运移（primary migration) 初次运移的环境：烃源岩环境，低孔隙度、低渗透率
初次运移问题：
①石油是如何从低孔低渗的烃源岩中运移出来的， 动力？通道？
②烃源岩中含水很少，初次运移的相态是什么？
1、油气初次运移的相态
(1)石油初次运移相态 ①游离相(油相）
蒙脱石的特点： (Al,Mg)2[Si4O10](OH2)•nH2O 蒙脱石含有层间水 2－4个水分子层 层间水具有较高的密度
❖蒙脱石向伊利石发生转化是地质过程的一种普遍现象
蒙脱石转化为伊利石后： 伊利石不含层间水 层间水转化为自由水后 体积发生膨胀形成异常高压
c.有机质的生烃作用(烃类生成形成异常高压)
油气从源岩层向储集层的运移，称为初次运移(primary migration) 。
油气进入储层以后的一切运移都称为二次运移(secondary migration) 。
2、地层压力与异常地层压力
Terzaghi（1923）在士力学实验中确立如下关系式： S=σ+P
式中 S—上覆沉积的负荷压力； σ—作用在下伏岩石基质上的有效应力； P—下伏岩石中的孔隙流体压力。
❖ 扩散对轻烃（天然气）的运移具有重要意义， 但对于液态烃意义不大。
3、油气初次运移的通道
孔隙和微裂缝 ①孔隙
烃源岩正常压实阶段， 静水压力，孔隙暢通 ②微裂缝 Snarsky(1962):
孔隙压力达到静水压力的1.42-2.4倍 岩石就会产生微裂缝
Momper(1978)：
孔隙压力达到上覆静岩压力的80%， 就能形成垂直裂缝。
水溶相运移存在的问题
a.石油在水中的溶解度很低 ； b.生油期烃源岩含水很少; c.无法形成商业性石油聚集； d.无法解释碳酸盐岩油气初次运移问题
怀俄明州 法姆尔原 油
阿拉 斯加 原油
里迪 河原 油尤尼恩 文奈原 易油斯安 那州阿 姆瑟湖 原油
支持游离相运移的证据 显微观察的证据：
a. 石油以游离相存在于 烃源岩孔隙系统
颗粒＋流体
b.压实欠平衡状态
新沉积物的沉积增加了上覆压力 岩石骨架颗粒进一步重新排列 孔隙压力超过静水压力，
形成瞬时剩余压力 孔隙流体排出
c.沉积物恢复压实平衡状态
①
②
③
①
颗粒＋流体
新沉积物的沉积
欠平衡状态
瞬时剩余压力
流体排出
流体压力降低
压实平衡状态
静水压力
压实平衡状态与欠平衡状态的交替和循环
②压实流体排出方向
流体不能及时排出，
Ze
泥岩孔隙体积不能随上覆负荷的
Z
增加而有效地减小，
从而使泥岩孔隙流体承担了一
Z
部分上覆颗粒的重量，

正 常压实 曲线
欠压实 曲线
出现泥岩孔隙度高于正常压实泥岩的孔隙度、
孔隙流体压力高于正常静水压力的现象， 称为欠压实现象
b.蒙脱石脱水作用
❖蒙脱石向伊利石的转化是地质过程的一种普遍现象
5000
辽东湾地区地层压力与埋深关系
深度(m)
预测压力(MPa)
30
60
90
120
测井资料预测地层压力 地震资料预测地层压力 静水压力趋势线
常压带
第一超压带 第一压力过渡带
第二超压带(П1)
第二超压带(П2) 第二压力过渡带
第三超压带
②烃源岩（泥岩）异常高压的成因
a.欠压实作用
由于泥岩孔渗性降低，导致孔隙
（6）压力系数：某一深度的地层 压力与该深度静水压力的比值。
压力系数>1：异常高压 压力系数<1：异常低压 （7）破裂压力：导致岩层发生破
裂的压力，通常约为静岩压力的85 ％。
3、油气运移的基本方式
稳态渗滤、非稳态幕式与扩散是油气运移的三种 种基本方式。
（1） 稳态渗滤 流体在孔隙介质中的流动称为渗滤。 达西定律来描述：Q＝[K·S·(P2-P1)]/(L·μ) (Q) ：单位时间内液体通过岩石的流量 (S)：通过岩石的截面积、 (K)：岩石的渗透率 (P2-P1)：液体压力差 (μ)：液体的粘度 (L)：液体通过岩石的长度
石油和天然气都是流体，它们具有流动的趋势。油气可以 从源岩运移到储集层（输导层），从储集层运移到圈闭中形 成油气藏，油气也可以由于地质条件的改变而从圈闭沿输导 层运移到别的储层中，再运移再聚集形成次生油气藏，或者 通过断层或封闭性差的盖层向上运移到达地表形成油气苗。
一、油气运移有关的几个基本概念
1、初次运移和二次运移的概念
a.沉积物等厚，垂向运移(向上) b.楔状沉积物，从厚处向薄处运移，
从盆地中心向盆地边缘运移 c.砂泥互层：从泥岩→砂岩
d.碎屑岩盆地压实流体运移规律： 从泥岩向砂岩， 从深部向浅部， 从盆地中心向盆地边缘。
(2)烃源岩内部的异常高压
0
a.沉积盆地异常高压十分普遍 0
1000
2000
3000
4000
震源 正断层
5 5 km 0
不同C 逆类冲带 型盆地中最连大流速续：0稳.1—1态m挤/压a 流体F 压流力封存动箱 的驱动压力机封存制箱间和无流样动 式
2 0 km 20
(据Garven, 199P51 ) P2
P3
P5
P4
2
km
200 km 0
（2）非稳态幕式：超压流体流动
压 力/MPa
0
25
Hubbert和Rubey（1959）将该关系用于固结的岩石中，证明 即使在孔隙度为1%的基岩中，该关系式也是有效的。说明上覆沉 积负荷压力总是为下伏基质骨架和孔隙流体共同支撑。
（1）地层压力（formation pressure) ：地下多孔介 质中流体所承受的压力，亦称孔隙压力或流体压力
单位：帕斯卡(Pa) 或常用兆帕(MPa)
4、油气初次运移的阶段性与运移模式
烃源岩 演化阶段
未熟－低熟
成熟-高 成熟阶段
动力
相态
压实作用 瞬时剩余压力
水溶相 游离相
异常高压
游离相 混相
过成熟阶段
扩散作用 异常高压
分子
通道
排烃 模式
孔隙
微裂缝 微孔隙
压实排 烃模式
典型稳态流体流动：地下水的渗滤
A 褶皱和逆冲带 抬升的前陆
最大流速：1—10m/a