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(1)直接盖层:指紧邻储层之上的封闭岩层。可以是局部性盖层,也可以是区域性盖层。

(2)上覆盖层:指储集岩上覆直接盖层之上的所有非渗透性岩层。一般是指区域性盖层,对区域性的油气聚集和保存起重要作用。直接盖层与上覆盖层常组成叠加复合型盖层。

4.特殊盖层

(1)水合物盖层:甲烷在低温或高压下具有与水形成水合物晶体的习性,它们形成晶体后丧失了全部活动能力。这是一种非常有效的盖层。

(2)沥青盖层:先期油气藏被破坏,储层中的轻质油气逸散,重质沥青滞留在储层中对以后运聚的油气起到了盖层作用。

二、盖层封油气机理

根据盖层阻止油气运移的方式,可把盖层的封闭机理分为物性封闭、异常压力封闭和烃浓度封闭。

1.物性封闭

有些岩石之所以能作为盖层,主要是由于它粒细、致密、孔渗性差、毛细管阻力(Pc)大;排替压力的角度看,即其排替压力(Pd)高。依靠盖层岩石的毛细管压力封堵油气,称毛细管力封闭.

2.超压封闭

在压实过程中,泥岩段顶、底靠近储层处,孔隙水可以充分排出,形成上、下压实段;而中段由于顶底孔喉变小,孔隙流体排出受阻,形成欠压实带,地层孔隙流体压力比其对应的静水压力高,呈现异常高流体压力(超压)特征(图3-33)。依靠盖层异常高孔隙压力封闭油气的机理称之为流体压力封闭,简称超压封闭。超压层往往是物性封闭和超压封闭同时起作用。

超压盖层是一种流体高势层,它能阻止包括油气水在内的任何流体的体积流动,因而是一种更有效的盖层。超压盖层的封盖能力取决于超压的大小,超压越高,其封盖能力越高。

3.烃浓度封闭

烃浓度封闭是指具有一定的生烃能力的地层为盖层,以较高的烃浓度阻滞下伏油气向上扩散运移。这种封闭主要是对以扩散方式向上运移的油气起作用。

三、影响盖层有效性的因素

1.岩性

岩性不同,盖层封盖能力不同。蒸发岩、细粒碎屑岩和富含有机质岩孔喉半径小、排替

压力大(表3-14),封盖性强。其中盐、膏岩为最优质盖层;泥页岩中质纯者封闭性好,含蒙脱石多者封闭性好。

2.韧性

韧性岩石构成的盖层与脆性岩石相比不易产生断裂和裂缝,封闭性更好。

3.厚度

理论上讲,盖层厚度对封闭能力没有直接影响,封闭能力主要取决于盖岩的排替压力。从保存油气的角度,盖层厚度大者更有利。其原因如下:

盖层厚度与封盖能力(烃柱高度)有一定的相关性,对于某具有一定烃柱高度的油(气)藏而言,要求盖层达到一个临界厚度(图3-35)(蒋有录,1998)。

4.连续性

盖层的大范围连续稳定分布对于油气聚集有十分重要的意义。最有利的含气区至少要有一个区域性盖层。面积只有大于油气藏分布范围才能形成有效封闭。盖层面积越大,越有利于形成大油气田。

5.成岩作用及成岩阶段

处于不同成岩阶段的盖层岩石,具有不同的封闭能力。

6.构造运动

构造活动对盖层封闭性有破坏作用,主要表现如下:①地层抬升剥蚀:盖层残厚越小,封闭性越差;②断裂作用破坏盖层封闭性;③岩浆或者岩体等侵入作用,可使盖层拱张破裂。

第四章 油气运移

第一节 油气运移的概念和研究内容

一、油气运移概念及证据

地壳中石油和天然气在各种天然因素作用下发生的流动。称为油气的运移。油气运移可以导致石油和天然气在储集层的适当部位(圈闭)的富集,形成油气藏,这叫做油气聚集。也可以导致油气的分散,使油气藏消失,此即油气藏被破坏。

二、油气运移的阶段划分

根据时间顺序和介质条件的变化,可将油气运移分成两个阶段:初次运移和二次运移。 初次运移是油气在烃源岩中以及自烃源岩向储集层或运载层中的运移。

二次运移是油气进入储集层或运载层后的一切运移(图4-1)。

三、油气运移的基本方式

油气运移的基本方式有两种:渗滤、扩散。在孔渗性差的致密岩层中主要是扩散流,在孔渗性较好的岩层中主要是达西流。

四、岩石的润湿性

岩石的湿润性是指流体在表面分子力的作用下附着固体表面的性质,是一种吸附作用。易附着在岩石上的流体称润湿流体(又称润湿相),不易附着在岩石上的流体称非润湿流体(又称非润湿相)。

六、地静压力、地层压力、静水压力、测压面

静岩压力是指由上覆沉积物或上覆岩层的重量所引起的压力,也称上覆岩层压力。当上覆沉积物每增加单位厚度时所增加的压力为静岩压力梯度(图4-3)。

静水压力是由静水重量所造成的压力。当水柱增加单位高度时所增加的压力为静水压力梯度(图4-3)。

地下渗透性地层中所含流体承受的压力称为地层压力或孔隙流体压力。高于或低于静水压力值的地层压力为异常压力.

第二节 油气初次运移

目前石油地质学上所讨论的油气初次运移,主要指以有机成因晚期成油占主导的前提下,油气的初次运移。而油气要从烃源岩中排出,需要许多因素的配合,比如温压条件、孔渗条件、相态、驱动力、通道等等。

总体上,油气初次运移的温度应与生成油气时温度相近,可能在50-250℃±。对应的深度取决于地温梯度。

油气初次运移发生于孔渗条件很差的烃源岩中,即油气要从烃源岩中排出,需要克服巨大的毛细管阻力。

一、油气初次运移的相态

一般说来,石油初次运移的相态主要有水溶相、油相和气溶相。

1.水溶相运移

石油呈水溶相运移是指石油溶解在水中呈真溶液或胶体溶液进行初次运移。

2.游离相——油气初次运移最重要的相态

所谓游离相运移是指石油(天然气)在烃源岩中呈分散或连续状的游离油相、气相进行初次运移,并在外力作用下随地层水一起排出,包括分散油相和连续油相。分散油(气)相和连续油(气)相的区别就在于孔隙中的含油(气)饱和度,饱和度很低时就呈分散相,饱和度高时就呈连续油相。

至压实中期,进入生油门限后,烃源岩开始大量生油气,烃饱和度和相对渗透率增大,油中溶解的烃气和CO2气又大大降低了它的粘度,使其流动能力增强,从而使石油以一种细而连续的油丝式的连续油相运移成为可能。

另外,石油与烃类气体有互溶性,因此天然气可溶解于石油中,以油相(油溶气相)形式运移,石油也可溶于天然气中以气相(气溶油相)方式运移。它们都是游离相形式。

3.扩散相

分子的扩散作用对气体和轻烃是有效的,而对石油尤其是C10以上的重组分则几乎没有意义。高温能增加石油在岩石孔隙水中的扩散系数(王新洲等,1996)。

4.初次运移相态演化

油气初次运移相态取决于烃源岩类型、温度和压力、埋深、孔隙度大小及孔隙水含量、有机质类型及其生烃量等。

随着深度增加,页岩类沉积物各种物理参数也不断变化(图4-7),不同岩性、不同演化阶段运移相态不同。对于泥质烃源岩,在低成熟阶段,埋深较浅,孔隙度较大,地层水较多,生烃量较少且胶质、沥青质含量高,油气的初次运移以水溶相运移最有可能,水作为载体,生物成因气丰富时,所生成的生物甲烷气也可以游离相运移;在生油高峰阶段,油气大量生成,孔隙水不足,油气主要以游离相运移,其中气体多溶于油中,呈油溶气相运移;在生凝析气阶段,主要以气溶油相运移,气作为石油的载体;在过成熟干气阶段,烃源岩大量生气,以游离气相运移(图4-8)。

二、油气初次运移的动力和方向

驱使油气从烃源岩向运载层运移的动力主要有正常压实产生的剩余流体压力、欠压实作用、蒙脱石脱水作用、流体热增压作用、有机质的生烃作用、渗析作用等。

1.正常压实产生的剩余流体压力 (1)瞬时剩余流体压力与正常压实状态

当上覆地层产生新的沉积物时,其重力载荷促使下伏地层颗粒更紧缩排列,孔隙体积缩小,在这一变化瞬间,孔隙流体承受了部分由颗粒产生的有效压应力,使流体产生了超过静水压力的瞬时剩余压力。瞬时剩余流体压力的大小与上覆新沉积物厚度和密度有关,