1、12022-4-17第一节第一节 天然气成因分类天然气成因分类 第二节第二节 天然气藏形成的地质条件天然气藏形成的地质条件 第三节第三节 气藏类型气藏类型 第四节第四节 气井（气藏）评价气井（气藏）评价 22022-4-17无机成因无机成因有机成因有机成因微生物降解微生物降解热降解热降解热裂解热裂解天然气的形成天然气的形成32022-4-171.1.有机成因有机成因 有机成因气亦称生物成因气（有机成因气亦称生物成因气（Biogenic MethaneBiogenic Methane），泛），泛指沉积岩中由沉积有机质或有机矿物燃料转化而形成的天然指沉积岩中由沉积有机质或有机矿物燃料转化而形成的天
2、然气。气。 目前发现的具有商业价值的绝大多数气藏是有机成因气目前发现的具有商业价值的绝大多数气藏是有机成因气藏。藏。 有机成因气强调成气的原始母质来源于生物，即有机物有机成因气强调成气的原始母质来源于生物，即有机物质。质。根据原始有机母质类型的不同根据原始有机母质类型的不同，有机成因气可划分为：，有机成因气可划分为：油型气和煤成气油型气和煤成气 。42022-4-171） 油型气油型气。油型气亦称腐泥型气，即由富氢的沉积有机质。油型气亦称腐泥型气，即由富氢的沉积有机质在热力作用下以及石油热裂解而生成的天然气，主要包括石在热力作用下以及石油热裂解而生成的天然气，主要包括石油伴生气、凝析油气和热裂
3、解干气。油伴生气、凝析油气和热裂解干气。 2） 煤成气又称腐殖型气煤成气又称腐殖型气，即由含煤岩系中贫氢的陆源有机，即由含煤岩系中贫氢的陆源有机质在热演化过程中形成的热成因气。质在热演化过程中形成的热成因气。52022-4-172 .无机成因无机成因 无机成因气亦称非生物成因气（无机成因气亦称非生物成因气（Abiogenic Methane），），泛指自然界中与有机质无关的作用过程所形成的天然气，主泛指自然界中与有机质无关的作用过程所形成的天然气，主要指地幔中的原生甲烷脱气作用以及高温、高压下（温度一要指地幔中的原生甲烷脱气作用以及高温、高压下（温度一般大于般大于300400）岩石化学反应无机
4、合成的天然气。）岩石化学反应无机合成的天然气。 按按无机气的来源和气体形成特征无机气的来源和气体形成特征，可分为，可分为深源气和岩石深源气和岩石化学反应气。化学反应气。 62022-4-171) 深源气。深源气。深源气亦称为幔源气，系指地幔中原生的气体经深源气亦称为幔源气，系指地幔中原生的气体经脱气作用上升到沉积岩石圈的气体，包括火山喷发作用和沿脱气作用上升到沉积岩石圈的气体，包括火山喷发作用和沿深大断裂或转换断层而上升运移的气体，其中包括烃类和非深大断裂或转换断层而上升运移的气体，其中包括烃类和非烃类气体。烃类气体。地幔脱气作用依其特点可分为地幔脱气作用依其特点可分为： 较高温度、较低压力和
5、高氧逸度条件下的热脱气作用，以较高温度、较低压力和高氧逸度条件下的热脱气作用，以形成形成H2O和和CO2为特征；为特征； 较低温度、较高压力和低氧逸度条件下的冷脱气作用，以较低温度、较高压力和低氧逸度条件下的冷脱气作用，以形成形成CH4和和H2为特征。为特征。72022-4-172)岩石化学反应气。岩石化学反应气。岩石化学反应气系指无机矿物岩石在高岩石化学反应气系指无机矿物岩石在高温热演化过程中形成的气体，包括：温热演化过程中形成的气体，包括： 高温无机化学反应合成的热液甲烷气；高温无机化学反应合成的热液甲烷气； 岩浆岩气，即岩浆岩中由高温化学作用形成的气体，以岩浆岩气，即岩浆岩中由高温化学作
6、用形成的气体，以含含COCO2 2、H H2 2为主，并混有为主，并混有N N2 2、CHCH4 4、H H2 2S S及稀有气体；及稀有气体； 变质岩气，即由变质岩的高温化学作用形成的气体，富变质岩气，即由变质岩的高温化学作用形成的气体，富含含COCO2 2、N N2 2、H H2 2，并混有，并混有CHCH4 4、H H2 2S S及稀有气体；及稀有气体； 无机盐类分解气，如碳酸盐岩高温热解产生无机盐类分解气，如碳酸盐岩高温热解产生COCO2 2，以及硫，以及硫酸盐热化学反应酸盐热化学反应(TSR)(TSR)产生产生H H2 2S S等。等。 岩石化学反应气以非烃气为主岩石化学反应气以非烃
7、气为主，如中国渤海湾盆地中发，如中国渤海湾盆地中发现的与火山活动有关的现的与火山活动有关的CO2气藏，具有很高的商业价值。气藏，具有很高的商业价值。82022-4-17 气藏地质气藏地质是研究富集天然气地质体的分布规律及地质特是研究富集天然气地质体的分布规律及地质特征，与油田地质平行发展的一门新型科学。征，与油田地质平行发展的一门新型科学。 气藏地质包括气藏地质包括气藏勘探地质气藏勘探地质和和气藏开发地质气藏开发地质。 勘探地质勘探地质，以含油气盆地为工作对象，寻找和发现天然，以含油气盆地为工作对象，寻找和发现天然气田，工作内容是研究盆地内有机质的演化、生气规律，以气田，工作内容是研究盆地内有
8、机质的演化、生气规律，以及盆地内生产生烃的运移、成藏和分布规律。及盆地内生产生烃的运移、成藏和分布规律。 气藏开发地质气藏开发地质研究的对象是针对一个已经发现的含气构研究的对象是针对一个已经发现的含气构造、含气层段研究气藏的地质特点，研究内容包括气藏圈闭造、含气层段研究气藏的地质特点，研究内容包括气藏圈闭特征、储集层空间变化及其储渗参数、流体分布规律；用以特征、储集层空间变化及其储渗参数、流体分布规律；用以指导气藏高效开发。指导气藏高效开发。 92022-4-17一、气源岩一、气源岩 地壳中天然气与石油有着密切的成因联系地壳中天然气与石油有着密切的成因联系。但是，基于。但是，基于烃源岩的类型不
9、同，其干酪根生成石油和天然气（包括凝析烃源岩的类型不同，其干酪根生成石油和天然气（包括凝析油）的数量和比例存在着较大的差异。油）的数量和比例存在着较大的差异。 以陆源高等植物为主的烃源岩一般以生成天然气为主，以陆源高等植物为主的烃源岩一般以生成天然气为主，通常称通常称气源岩气源岩； 以藻类和低等水生生物为主的烃源岩一般以生成液态烃以藻类和低等水生生物为主的烃源岩一般以生成液态烃为主，通常称为为主，通常称为油源岩油源岩。 但随着烃源岩中有机质成熟度增高，形成石油的各类油但随着烃源岩中有机质成熟度增高，形成石油的各类油源岩也是生成天然气的重要气源岩。源岩也是生成天然气的重要气源岩。102022-4
10、-17 根据根据岩相、岩性、有机质类型、可溶组分的组成、烃源岩相、岩性、有机质类型、可溶组分的组成、烃源岩构成和成烃演化特征岩构成和成烃演化特征可将中国的天然气源岩分为可将中国的天然气源岩分为3大类。大类。1）煤系气源岩煤系气源岩 煤系气源岩，包括煤系泥质岩和煤，是富有潜在成烃远煤系气源岩，包括煤系泥质岩和煤，是富有潜在成烃远景的天然气源岩，据统计（戴金星，景的天然气源岩，据统计（戴金星，2000），煤系气源岩生），煤系气源岩生成的天然气已占探明的天然气储量的成的天然气已占探明的天然气储量的64以上。煤系气源岩以上。煤系气源岩的层位分布，主要是石炭一二叠系、三叠系、侏罗系和第三的层位分布，主要
11、是石炭一二叠系、三叠系、侏罗系和第三系。系。112022-4-172 2）泥质岩（非煤系）气源岩泥质岩（非煤系）气源岩 泥质岩是目前中国主要的烃源岩类型，已探明气资源的泥质岩是目前中国主要的烃源岩类型，已探明气资源的大部分储量来自这类烃源岩。已知具有和可能具有成烃潜力大部分储量来自这类烃源岩。已知具有和可能具有成烃潜力的泥质岩层位分布，从中的泥质岩层位分布，从中上元古界至第四系，几乎遍布中上元古界至第四系，几乎遍布中国内陆和沿海海域的沉积盆地。国内陆和沿海海域的沉积盆地。 根据沉积环境、演化特点和对中国天然气资源的实际贡根据沉积环境、演化特点和对中国天然气资源的实际贡献，可以细分为以下献，可以
12、细分为以下两种类型两种类型：一是以中：一是以中新生代湖相沉积新生代湖相沉积为主的泥质气源岩；另一类是以古生代为主的海相沉积的黑为主的泥质气源岩；另一类是以古生代为主的海相沉积的黑色页岩。色页岩。122022-4-17 湖相泥质气源岩以暗色泥岩、页岩、粉砂质泥岩和油页湖相泥质气源岩以暗色泥岩、页岩、粉砂质泥岩和油页岩等为主，主要分布于准噶尔鄂尔多斯、松辽与酒西以及渤岩等为主，主要分布于准噶尔鄂尔多斯、松辽与酒西以及渤海湾、南襄、江汉、苏北等盆地和沿海海域。海湾、南襄、江汉、苏北等盆地和沿海海域。 海相泥质气源岩主要发育于下古生界的寒武系和志留系海相泥质气源岩主要发育于下古生界的寒武系和志留系，据
13、统计，中国的非煤系泥质岩中，据统计，中国的非煤系泥质岩中48.5属于属于型干酪根范型干酪根范畴，畴，22.9为为型干酪根，而型干酪根，而型干酪根只占型干酪根只占28.6.132022-4-17 3） 碳酸盐岩气源岩碳酸盐岩气源岩 碳酸盐岩是中国重要的天然气源岩类型，集中连片分布碳酸盐岩是中国重要的天然气源岩类型，集中连片分布面积达面积达300104km2以上，其层位分布从中以上，其层位分布从中上元古界至三上元古界至三叠系，侏罗系和第三系也有小范围分布。叠系，侏罗系和第三系也有小范围分布。 海相碳酸盐岩主要有各种石灰岩和白云岩，分布于中国海相碳酸盐岩主要有各种石灰岩和白云岩，分布于中国南方、华北
14、、四川盆地以及塔里木盆地等。此外，四川盆地南方、华北、四川盆地以及塔里木盆地等。此外，四川盆地侏罗系、江汉和渤海湾盆地等的第三系中，也有湖相碳酸盐侏罗系、江汉和渤海湾盆地等的第三系中，也有湖相碳酸盐岩发育。岩发育。142022-4-17二、储集岩二、储集岩（1）岩石类型）岩石类型 天然气要求储集岩物性低，地壳中各个时代的岩石都可天然气要求储集岩物性低，地壳中各个时代的岩石都可以称为它的储集岩。然而，并非是所有的岩石都能形成一定以称为它的储集岩。然而，并非是所有的岩石都能形成一定规模的、有商业价值的气藏。规模的、有商业价值的气藏。 已发现的天然气藏储集岩的岩石类型主要有已发现的天然气藏储集岩的岩
15、石类型主要有碳酸盐岩类碳酸盐岩类（主要是白云岩）、陆源碎屑岩类（主要是砂岩）及火山岩（主要是白云岩）、陆源碎屑岩类（主要是砂岩）及火山岩类类等等3大类。其中最普遍的是碳酸盐岩和陆源碎屑岩。大类。其中最普遍的是碳酸盐岩和陆源碎屑岩。152022-4-17（2）空隙类型）空隙类型 空隙是储集层中储、渗空间的总称，它由空隙是储集层中储、渗空间的总称，它由孔隙、洞穴、孔隙、洞穴、裂缝、喉道裂缝、喉道4个部分组成。个部分组成。1）孔隙）孔隙 孔隙指岩石中颗粒（晶粒）间、颗粒（晶粒）内和填隙孔隙指岩石中颗粒（晶粒）间、颗粒（晶粒）内和填隙物内的空间。岩石孔隙空间最主要的构成是孔隙和喉道。通物内的空间。岩石
16、孔隙空间最主要的构成是孔隙和喉道。通常将岩石颗粒（或晶粒）包围着较大的空间称为孔隙，一般常将岩石颗粒（或晶粒）包围着较大的空间称为孔隙，一般长长 宽小于宽小于10 1。按孔隙成因，可分为原生和次生两大类。按孔隙成因，可分为原生和次生两大类。按孔径大小分类，分为大孔（。按孔径大小分类，分为大孔（0.52mm）、中孔（）、中孔（0.250.5mm）、小孔（）、小孔（0.010.25mm）、微孔（小于）、微孔（小于0.01mm）4类。表征岩石孔隙发育程度的参数是孔隙度。类。表征岩石孔隙发育程度的参数是孔隙度。表表7-1 孔隙划分表孔隙划分表172022-4-172）洞穴）洞穴 洞穴又称溶洞。孔径超过
17、洞穴又称溶洞。孔径超过2mm，长，长 宽小于宽小于10 1的孔的孔隙为洞穴。隙为洞穴。 按洞径大小可按洞径大小可分为：小洞（分为：小洞（210mm）、中洞（）、中洞（10500mm）、大（巨）洞（大于）、大（巨）洞（大于500mm）。）。 按成因按成因可分为孔隙性洞穴、裂缝性洞穴、砾（粒）间洞可分为孔隙性洞穴、裂缝性洞穴、砾（粒）间洞穴、易溶物洞穴。穴、易溶物洞穴。182022-4-17孔隙性洞穴孔隙性洞穴：孔隙被溶蚀扩大而成的洞穴。：孔隙被溶蚀扩大而成的洞穴。裂缝性洞穴裂缝性洞穴：裂缝充填物被溶蚀而形成的洞穴，一般多呈串：裂缝充填物被溶蚀而形成的洞穴，一般多呈串珠状。珠状。砾（粒）间洞穴砾（
18、粒）间洞穴： 砾（粒）间孔隙溶蚀扩大而成。砾（粒）间孔隙溶蚀扩大而成。易溶物洞穴易溶物洞穴：石膏、盐岩等斑块被溶蚀而成的洞穴。：石膏、盐岩等斑块被溶蚀而成的洞穴。192022-4-173）裂缝）裂缝 裂缝是天然气藏储集层中重要的储、渗空间，其长裂缝是天然气藏储集层中重要的储、渗空间，其长 宽宽大于大于10 1。裂缝发育程度、组系，是表征储集层各向异性。裂缝发育程度、组系，是表征储集层各向异性的重要指标。的重要指标。 按缝宽大小可分为按缝宽大小可分为：巨缝（大于：巨缝（大于1000mm）、大缝（）、大缝（101000mm）、中缝（）、中缝（110mm）、小缝（）、小缝（0.11mm）。按）。按成
19、因可分为：构造缝、成岩缝、溶蚀缝等。成因可分为：构造缝、成岩缝、溶蚀缝等。202022-4-174）喉道）喉道 喉道是指两个颗粒（晶粒）之间连通的狭窄通道，长喉道是指两个颗粒（晶粒）之间连通的狭窄通道，长 宽大于宽大于10 1。它是储集层，特别是孔隙型储集层渗流能力。它是储集层，特别是孔隙型储集层渗流能力的主要通道。喉道的大小和形态主要取决于岩石的颗粒接触的主要通道。喉道的大小和形态主要取决于岩石的颗粒接触关系、胶结类型以及颗粒本身的形状和大小。关系、胶结类型以及颗粒本身的形状和大小。碎屑岩常见的碎屑岩常见的喉道类型有喉道类型有： 孔隙缩小型喉道；孔隙缩小型喉道； 缩颈型喉道；缩颈型喉道； 片
20、状片状或弯片状喉道；或弯片状喉道； 管束状喉道（管束状喉道（图图7-1）。）。 碳酸盐储集岩喉道碳酸盐储集岩喉道类型较复杂，按类型较复杂，按气成因类型气成因类型可分为：可分为： 管状喉道；管状喉道； 孔隙缩小喉道；孔隙缩小喉道； 片状喉道（片状喉道（图图7-2）。）。 图图 7-1 碎屑岩孔隙喉道类型碎屑岩孔隙喉道类型（a）喉道是孔隙的缩小部分；（）喉道是孔隙的缩小部分；（b）可变断面收缩部分是喉道；）可变断面收缩部分是喉道；（c）片状喉道；（）片状喉道；（d）弯片状喉道；（）弯片状喉道；（e）管状喉道）管状喉道 图图7-2 碳酸盐岩基块的喉道类型碳酸盐岩基块的喉道类型（a）管状喉道；（）管状
21、喉道；（b）孔隙的缩小部分成为喉道；（）孔隙的缩小部分成为喉道；（c）片状喉道）片状喉道232022-4-17（3）储集岩的物性参数）储集岩的物性参数1）孔隙度（）孔隙度（） 孔隙度是表征储集岩孔隙发育程度的参数，是最基本的孔隙度是表征储集岩孔隙发育程度的参数，是最基本的物性参数之一。它指岩石的总孔隙体积与岩石总体积之比，物性参数之一。它指岩石的总孔隙体积与岩石总体积之比，用百分数表示。分为绝对孔隙度、有效孔隙度、连通孔隙度用百分数表示。分为绝对孔隙度、有效孔隙度、连通孔隙度等。等。总连通连通VV/242022-4-172）渗透率（）渗透率（K） 在压差作用下，岩石允许流体通过的性质称为岩石的
22、渗在压差作用下，岩石允许流体通过的性质称为岩石的渗透性。用以衡量流体渗过岩石能力的大小，就是岩石的渗透透性。用以衡量流体渗过岩石能力的大小，就是岩石的渗透率。率。 岩石的渗透率取决于喉道的大小及其形态。一般可分为岩石的渗透率取决于喉道的大小及其形态。一般可分为绝对渗透率、相对渗透率、有效渗透率绝对渗透率、相对渗透率、有效渗透率等等3种。种。绝对渗透率绝对渗透率：当单相流体充满岩石孔隙、流体不与岩石发生：当单相流体充满岩石孔隙、流体不与岩石发生任何物理、化学反应，且流体的流动符合达西定律时，所测任何物理、化学反应，且流体的流动符合达西定律时，所测得的岩石对流体的渗透能力称为该岩石的绝对渗透率。得
23、的岩石对流体的渗透能力称为该岩石的绝对渗透率。252022-4-17有效渗透率有效渗透率：亦称相渗透率，指当岩石孔隙为多相流体通过：亦称相渗透率，指当岩石孔隙为多相流体通过时，岩石对每一种流体的渗透率。油、气、水的有效渗透率时，岩石对每一种流体的渗透率。油、气、水的有效渗透率分别用符号分别用符号Ko、Kg、Kw表示。表示。相对渗透率相对渗透率：岩石孔隙为多相流体所饱和时，指岩石对各种：岩石孔隙为多相流体所饱和时，指岩石对各种流体的有效渗透率与该岩石的绝对渗透率的比值。流体的有效渗透率与该岩石的绝对渗透率的比值。 绝对渗透率绝对渗透率是与流体性质无关而仅与岩石本身孔隙结构是与流体性质无关而仅与岩
24、石本身孔隙结构有关的物性参数。有关的物性参数。 有效渗透率和相对渗透率不仅与岩石性质有关，而且与有效渗透率和相对渗透率不仅与岩石性质有关，而且与流体的性质和饱和度有关。流体的性质和饱和度有关。262022-4-173）饱和度）饱和度 饱和度是度量岩石中孔隙所含流体饱满程度的物性参数饱和度是度量岩石中孔隙所含流体饱满程度的物性参数。是指在单位孔隙体积内，油、气、水所占的体积百分数。是指在单位孔隙体积内，油、气、水所占的体积百分数。含油饱和度、含气饱和度、含水饱和度分别用符号含油饱和度、含气饱和度、含水饱和度分别用符号So，Sg，Sw表示：表示：当储集层中油、气、水并存时，当储集层中油、气、水并存
25、时，pooVVS/pwwVVS/pggVVS/1gwoSSS272022-4-17三、盖层三、盖层 天然气的盖层天然气的盖层，是指储集层上覆对天然气散失具有明显，是指储集层上覆对天然气散失具有明显阻滞作用（遮挡作用）的岩层阻滞作用（遮挡作用）的岩层 。 公认的最理想的盖层为泥质岩（公认的最理想的盖层为泥质岩（ 粘土岩、页岩、泥岩粘土岩、页岩、泥岩 ）和）和 蒸发岩（硬石膏、石膏、岩盐），致密碳酸盐岩和永蒸发岩（硬石膏、石膏、岩盐），致密碳酸盐岩和永冻层也是良好的盖层。冻层也是良好的盖层。 习惯上将直接覆盖在气层上方的盖层称为习惯上将直接覆盖在气层上方的盖层称为直接盖层直接盖层，而，而将其上覆的
26、盖层称为将其上覆的盖层称为间接盖层间接盖层。 282022-4-17 盖层岩石的封闭性是一个相对的概念，它的好坏取决于盖层岩石的封闭性是一个相对的概念，它的好坏取决于地层状态下天然气驱动力能否克服岩石的各种阻力的平衡关地层状态下天然气驱动力能否克服岩石的各种阻力的平衡关系，气藏的最终形成是这种动平衡的结果。无论是直接盖层系，气藏的最终形成是这种动平衡的结果。无论是直接盖层或是间接盖层都会因沉积环境（沉积相）变迁引起岩性的变或是间接盖层都会因沉积环境（沉积相）变迁引起岩性的变异和厚度的差别，从而导致对天然气向上逸散阻滞作用的不异和厚度的差别，从而导致对天然气向上逸散阻滞作用的不同。同。29202
27、2-4-17天然气通过盖层的扩散作用天然气通过盖层的扩散作用 天然气在地层中的扩散特点如下：天然气在地层中的扩散特点如下： 1）天然气扩散的总趋势是指向地表天然气扩散的总趋势是指向地表。 从理论上讲，在同等条件下，地表处的天然气的浓度最从理论上讲，在同等条件下，地表处的天然气的浓度最小（几乎为零），因而各气藏或含气层与地表之间的浓度差小（几乎为零），因而各气藏或含气层与地表之间的浓度差总是最大。总是最大。302022-4-17 2）岩性和厚度对天然气的阻滞作用岩性和厚度对天然气的阻滞作用。 天然气在地下岩石中扩散是无孔不入的，几乎没有任何天然气在地下岩石中扩散是无孔不入的，几乎没有任何岩石可以
28、完全阻挡住这种扩散。气藏上覆各类地层对气藏的岩石可以完全阻挡住这种扩散。气藏上覆各类地层对气藏的扩散都会产生不同的阻滞作用。在同等条件下，扩散系数小扩散都会产生不同的阻滞作用。在同等条件下，扩散系数小、厚度薄的盖岩的扩散量有时不低于扩散系数大、但厚度大、厚度薄的盖岩的扩散量有时不低于扩散系数大、但厚度大的非盖岩的扩散量，说明厚度对扩散的阻滞作用有时更为重的非盖岩的扩散量，说明厚度对扩散的阻滞作用有时更为重要。要。312022-4-17 （3）扩散时间对扩散量的重要贡献扩散时间对扩散量的重要贡献。 由于气藏天然气向上散失永不止息的特点，扩散的时间由于气藏天然气向上散失永不止息的特点，扩散的时间很
29、大程度上决定论扩散量的大小。当扩散量大于生烃量时，很大程度上决定论扩散量的大小。当扩散量大于生烃量时，扩散的持续性使气藏天然气随时间的推进而趋于散失殆尽；扩散的持续性使气藏天然气随时间的推进而趋于散失殆尽；反之，当生烃量大于扩散量时，气藏仍然得以保存，如深盆反之，当生烃量大于扩散量时，气藏仍然得以保存，如深盆气、第四系浅层生物气。因而，在评价气藏天然气的扩散损气、第四系浅层生物气。因而，在评价气藏天然气的扩散损失时，正确确定气藏的成藏时间最为关键，它与不同组合盖失时，正确确定气藏的成藏时间最为关键，它与不同组合盖岩的扩散系数、厚度及其烃浓度的分布所构成的一个相互制岩的扩散系数、厚度及其烃浓度的
30、分布所构成的一个相互制约的时空动态平衡，其最终结果才能描绘出扩散的主要特点约的时空动态平衡，其最终结果才能描绘出扩散的主要特点和规律。和规律。322022-4-17 （4）烃源岩演化进程中的浓度屏蔽作用烃源岩演化进程中的浓度屏蔽作用。 不少盖层本身就是烃源岩，它所产生的天然气会导致浓不少盖层本身就是烃源岩，它所产生的天然气会导致浓度的增加，既可形成新的扩散源，又可抑制下伏天然气向上度的增加，既可形成新的扩散源，又可抑制下伏天然气向上的扩散，这就是所谓的上覆烃源岩的浓度屏障（上覆气藏对的扩散，这就是所谓的上覆烃源岩的浓度屏障（上覆气藏对下伏气藏同样也可形成浓度屏障）。下伏气藏同样也可形成浓度屏障
31、）。332022-4-17四、天然气运移四、天然气运移1.天然气的初次运移天然气的初次运移 天然气从生成到开始进入二次运移阶段是靠初次运移来天然气从生成到开始进入二次运移阶段是靠初次运移来衔接的。衔接的。 从天然气成因可知，各类有机质在还原环境下，自埋藏从天然气成因可知，各类有机质在还原环境下，自埋藏一开始就有天然气产出，直到进入始末演化阶段天然气才逐一开始就有天然气产出，直到进入始末演化阶段天然气才逐渐消亡。可以说天然气的省城贯穿于有机质演化的全过程。渐消亡。可以说天然气的省城贯穿于有机质演化的全过程。 342022-4-17 各类有机质在进入生油门限后都有液态烃产出，各类有机质在进入生油门
32、限后都有液态烃产出，一方面一方面液态烃要溶解天然气，另一方面在进入高成熟期后，未被排液态烃要溶解天然气，另一方面在进入高成熟期后，未被排出的液态烃开始发生裂解生成天然气。出的液态烃开始发生裂解生成天然气。 因此，过成熟期以前天然气运移同液态烃运移是密切相因此，过成熟期以前天然气运移同液态烃运移是密切相关的，在研究天然气的初次运移机制时，既要考虑烃源岩在关的，在研究天然气的初次运移机制时，既要考虑烃源岩在成岩成岩后生作用下流体运移通道的演化机制，又要考虑有后生作用下流体运移通道的演化机制，又要考虑有机质生烃演化的油气特征同运移通道演化之间的匹配关系。机质生烃演化的油气特征同运移通道演化之间的匹配
33、关系。据此，大体归为据此，大体归为压实、微裂缝合扩散压实、微裂缝合扩散3种排烃机制种排烃机制。352022-4-17（1）压实排烃机制）压实排烃机制 压实作用压实作用是沉积物的主要成岩作业之一，它是机械压实是沉积物的主要成岩作业之一，它是机械压实和化学压实作用的总称。沉积物在压实力（包括地静压应力和化学压实作用的总称。沉积物在压实力（包括地静压应力和地动压应力）作用下，发生孔隙流体减少、孔隙度降低、和地动压应力）作用下，发生孔隙流体减少、孔隙度降低、岩石密度增加、体积减小、颗粒发生变形、破裂、甚至颗粒岩石密度增加、体积减小、颗粒发生变形、破裂、甚至颗粒和演示发生局部溶解和充填等现象。泥质和碎屑
34、沉积物的机和演示发生局部溶解和充填等现象。泥质和碎屑沉积物的机械压实作用，在成岩过程中是非常明显的，其机制被用于油械压实作用，在成岩过程中是非常明显的，其机制被用于油气运移的研究。气运移的研究。 362022-4-17 化学压实是化学压实是“碳酸盐岩早期固结成岩碳酸盐岩早期固结成岩”观点，远不能解观点，远不能解释占岩石体积释占岩石体积4070的的CaCO3等胶结物来源问题时，才等胶结物来源问题时，才逐渐被认识到的一种重要成岩现象。据大量的野外观察和实逐渐被认识到的一种重要成岩现象。据大量的野外观察和实际资料证实，随着埋藏深度的增加，机械压实有逐渐被化学际资料证实，随着埋藏深度的增加，机械压实有
35、逐渐被化学压实所取代的趋势。伴随成岩作用和有机地球化学的深入研压实所取代的趋势。伴随成岩作用和有机地球化学的深入研究，机械压实和化学压实作用的排流（包括烃类）机制越来究，机械压实和化学压实作用的排流（包括烃类）机制越来越引起广大的油气地质家的重视。越引起广大的油气地质家的重视。372022-4-17 无论是机械压实还是化学压实，其直接结果是岩石孔隙无论是机械压实还是化学压实，其直接结果是岩石孔隙体积的减少和孔隙流体的排出。这无疑说明在沉积物埋藏较体积的减少和孔隙流体的排出。这无疑说明在沉积物埋藏较浅、孔隙度较高时期，孔隙压实率降低，排出水量减少，而浅、孔隙度较高时期，孔隙压实率降低，排出水量减
36、少，而在此时多数烃源岩才开始进入生烃高峰，特别是进入成气高在此时多数烃源岩才开始进入生烃高峰，特别是进入成气高峰时排水量更小。峰时排水量更小。这会产生两种机械排烃效应这会产生两种机械排烃效应：其一是地静：其一是地静载荷造成的压实作用，使孔隙度继续降低而排出孔隙水及其载荷造成的压实作用，使孔隙度继续降低而排出孔隙水及其溶解在水中的烃类物质。其二，一部分游离烃被越来越小的溶解在水中的烃类物质。其二，一部分游离烃被越来越小的孔隙喉道所堵塞，当孔隙流体压力超过岩石的破裂压力时，孔隙喉道所堵塞，当孔隙流体压力超过岩石的破裂压力时，就会发生微裂缝烃排烃，由此可能存在以压实排烃为主逐渐就会发生微裂缝烃排烃，
37、由此可能存在以压实排烃为主逐渐过渡到以微裂缝排烃为主的阶段。过渡到以微裂缝排烃为主的阶段。382022-4-17（2）微裂缝排烃机理）微裂缝排烃机理 赫德伯格（赫德伯格（Hedberg）等人认为，甲烷的大量生成是产）等人认为，甲烷的大量生成是产生微裂缝和推动烃类运移的主要动力。这是由于甲烷大量生生微裂缝和推动烃类运移的主要动力。这是由于甲烷大量生成时期，烃源岩已被压实得较致密，孔隙喉道被游离烃堵塞成时期，烃源岩已被压实得较致密，孔隙喉道被游离烃堵塞的情况下，在继续压实、水热增压、粘土矿物转化脱出层间的情况下，在继续压实、水热增压、粘土矿物转化脱出层间水、干酪根热膨胀等因素的联合作用下，当孔隙压
38、力超过岩水、干酪根热膨胀等因素的联合作用下，当孔隙压力超过岩石的力学强度时，就会产生烃，再次开启，循环往复，呈间石的力学强度时，就会产生烃，再次开启，循环往复，呈间歇性地排入储集层。这种排烃方式不受孔隙喉道和流体相态歇性地排入储集层。这种排烃方式不受孔隙喉道和流体相态的限制，较好地解释碳酸盐岩生油层的油气初次运移问题。的限制，较好地解释碳酸盐岩生油层的油气初次运移问题。 392022-4-17 斯纳尔斯基（斯纳尔斯基（SnarskySnarsky）最早提出，如果致密页岩孔隙）最早提出，如果致密页岩孔隙流体压力达到静水压力的流体压力达到静水压力的1.421.422.42.4倍时，就可超过岩石的倍
39、时，就可超过岩石的力学强度而发生破裂。蒂索和威尔特的实验也证实了地下形力学强度而发生破裂。蒂索和威尔特的实验也证实了地下形成微裂缝的可能，并显现出孔隙压力增大，裂缝张开；孔隙成微裂缝的可能，并显现出孔隙压力增大，裂缝张开；孔隙压力释放，裂缝闭合的过程。油气通过微裂缝发生初次运移压力释放，裂缝闭合的过程。油气通过微裂缝发生初次运移可能的相态是油气混相方式，即可呈游离相态，也可呈互溶可能的相态是油气混相方式，即可呈游离相态，也可呈互溶相态。相态。402022-4-17（3）扩散排烃机理）扩散排烃机理 烃源岩轻烃扩散模型是天然气初次运移扩散方式的具体烃源岩轻烃扩散模型是天然气初次运移扩散方式的具体描
40、述，它是基于烃源岩处于生气阶段的气态烃浓度，要明显描述，它是基于烃源岩处于生气阶段的气态烃浓度，要明显高于相邻储集层的浓度建立的。高于相邻储集层的浓度建立的。 油气初次运移是极其复杂的过程，上述油气初次运移是极其复杂的过程，上述3种机理只是所种机理只是所有初次运移机理中的一部分，而且往往是多种机理同时发生有初次运移机理中的一部分，而且往往是多种机理同时发生，如生储集层之间只要有浓度差就会发生扩散排烃，可以贯，如生储集层之间只要有浓度差就会发生扩散排烃，可以贯穿整个生烃过程，而较浅埋深时又会发生压实排烃，随埋深穿整个生烃过程，而较浅埋深时又会发生压实排烃，随埋深增加压实排烃逐渐向裂缝排烃的过渡。
41、目前对这些排烃机理增加压实排烃逐渐向裂缝排烃的过渡。目前对这些排烃机理同时进行模拟是非常困难的，只能按阶段以某种主要机理进同时进行模拟是非常困难的，只能按阶段以某种主要机理进行简化处理。行简化处理。412022-4-172.天然气的二次运移与聚集天然气的二次运移与聚集 油气二次运移的相态对定量研究油气运聚规律至关重要油气二次运移的相态对定量研究油气运聚规律至关重要。因为处于水溶相的气对聚集成藏无意义，只有呈游离相的。因为处于水溶相的气对聚集成藏无意义，只有呈游离相的气对成藏才有意义，液态烃也是如此。研究何时何地才有游气对成藏才有意义，液态烃也是如此。研究何时何地才有游离烃类的出现及时空演化规律
42、，不仅涉及烃源岩的初次运移离烃类的出现及时空演化规律，不仅涉及烃源岩的初次运移，还涉及烃类在流体势场作用下溶解、脱出的动平衡状态。，还涉及烃类在流体势场作用下溶解、脱出的动平衡状态。一旦有游离烃出现后，就会产生储集层孔隙喉道的毛细管堵一旦有游离烃出现后，就会产生储集层孔隙喉道的毛细管堵塞效应。游离烃能否在储集层中运移，取决于作用于游离烃塞效应。游离烃能否在储集层中运移，取决于作用于游离烃的总和力能否克服毛细管阻力。的总和力能否克服毛细管阻力。422022-4-17（1）油气二次运移方式及其阶段性讨论）油气二次运移方式及其阶段性讨论 图图7-3展示了压实盆地继承性古隆起天然气运移的阶段性展示了压
43、实盆地继承性古隆起天然气运移的阶段性。在压实早期，进入储集层的天然气全部溶于地层水，为水。在压实早期，进入储集层的天然气全部溶于地层水，为水相运移（相运移（图图a）；随着压实程度的提高，排水量逐减而生气量）；随着压实程度的提高，排水量逐减而生气量增加，储集层中烃浓度也随之增大，在古隆起方向开始产生增加，储集层中烃浓度也随之增大，在古隆起方向开始产生游离气。但未达到游离气。但未达到10的饱和度，仅为微小气泡的运移（能的饱和度，仅为微小气泡的运移（能穿越喉道的气泡）和烃源岩气烃的补充，不可能形成较大气穿越喉道的气泡）和烃源岩气烃的补充，不可能形成较大气量的聚集（量的聚集（图图b）；）； 43202
44、2-4-17 一旦孔隙中游离气饱和度达到一旦孔隙中游离气饱和度达到10以上时，开始产生气以上时，开始产生气丝运移，在古隆起高部位形成气的聚集（丝运移，在古隆起高部位形成气的聚集（图图c）；到压实晚期）；到压实晚期，生气量剧增，含气饱和度向古隆起方向明显增大，在气源，生气量剧增，含气饱和度向古隆起方向明显增大，在气源丰富的条件下有的地方可达丰富的条件下有的地方可达55以上，发生纯气相的运移，以上，发生纯气相的运移，最有利于天然气的聚集；在古隆起上斜坡含气饱和度为最有利于天然气的聚集；在古隆起上斜坡含气饱和度为1055的地段，次级构造圈闭也可形成聚集而成藏（的地段，次级构造圈闭也可形成聚集而成藏（
45、图图d）。）。随着演化程度的增高，有利于天然气聚集的连续气相运移的随着演化程度的增高，有利于天然气聚集的连续气相运移的范围，从古隆起高部位向坳陷区方向扩大。范围，从古隆起高部位向坳陷区方向扩大。 图图7-3 天然气运移方式的演化及成藏的一般模式天然气运移方式的演化及成藏的一般模式 452022-4-17 （2）油气的二次运移与聚集规律）油气的二次运移与聚集规律 决定油气聚集程度因素：决定油气聚集程度因素：油气丰度、运移方向、运移形油气丰度、运移方向、运移形态和圈闭条件态和圈闭条件4个方面。个方面。 1）油气丰度）油气丰度 油气丰度，不是指油气初次运移至储集层的量，而是指油气丰度，不是指油气初次
46、运移至储集层的量，而是指进入储集层的这些油气在水动力场的作用下汇流的单宽流量进入储集层的这些油气在水动力场的作用下汇流的单宽流量。某一地史时期评价层（目的层）的单宽流量的展布状态，。某一地史时期评价层（目的层）的单宽流量的展布状态，实际上反映了可供油气聚集的物质的多寡。有机质演化的进实际上反映了可供油气聚集的物质的多寡。有机质演化的进程在一定程度上反映在各期单宽流量上。当成油的高峰期时程在一定程度上反映在各期单宽流量上。当成油的高峰期时，油的单宽流量值一定较大；而在成气高峰时，则气的单宽，油的单宽流量值一定较大；而在成气高峰时，则气的单宽流量值较高。流量值较高。462022-4-17 2）运移
47、方向）运移方向 油气运移方向，从目的层的油气势等值线图可以很清楚油气运移方向，从目的层的油气势等值线图可以很清楚地展现出来。它不仅能反映油气从告势区向地势区运移的总地展现出来。它不仅能反映油气从告势区向地势区运移的总的趋势，而且势等值线的形态特征反映出油气可能的汇流地的趋势，而且势等值线的形态特征反映出油气可能的汇流地带。油气势汇流区越低，聚集环境就越好；低势散流区要比带。油气势汇流区越低，聚集环境就越好；低势散流区要比低势汇流区的聚集环境差。因此，各期的油气势分布图可以低势汇流区的聚集环境差。因此，各期的油气势分布图可以作为聚集程度评价的环境指标。作为聚集程度评价的环境指标。472022-4
48、-173 3）运移相态）运移相态 仅从油气的单宽流量和油气运移方向还不足以反映油气仅从油气的单宽流量和油气运移方向还不足以反映油气形成聚集的条件，因为油气是否能形成聚集，不仅决定于油形成聚集的条件，因为油气是否能形成聚集，不仅决定于油气丰度和运移的方向，还决定于油气在运移过程中的相态环气丰度和运移的方向，还决定于油气在运移过程中的相态环境。当某地质环境下只存在游离气，则油、气均可形成聚集境。当某地质环境下只存在游离气，则油、气均可形成聚集；如果只有游离气相存在，可能只形成气的聚集；当油气全；如果只有游离气相存在，可能只形成气的聚集；当油气全部都处于溶解态，又不具备分离的条件时，则油气不可能形部
49、都处于溶解态，又不具备分离的条件时，则油气不可能形成聚集。因此相态是油气能否形成聚集的先决条件。成聚集。因此相态是油气能否形成聚集的先决条件。482022-4-174 4）圈闭条件）圈闭条件 这里所指圈闭，是对构造圈闭而言。油气势的分布状态这里所指圈闭，是对构造圈闭而言。油气势的分布状态与同期古构造面貌基本一致，多数时期坳（凹）陷中心的油与同期古构造面貌基本一致，多数时期坳（凹）陷中心的油气势高，而古隆起或古构造的高部位的油气势低。也就是说气势高，而古隆起或古构造的高部位的油气势低。也就是说油气势面的地势区形态特征，在一定程度上反映了古构造高油气势面的地势区形态特征，在一定程度上反映了古构造高
50、部位的形态。一般情况下，各个时期目的层的古孔隙度的分部位的形态。一般情况下，各个时期目的层的古孔隙度的分布于古构造的起伏基本一致，隆起高的部位要比低部位的孔布于古构造的起伏基本一致，隆起高的部位要比低部位的孔隙度高。用地势区等值线图分析古构造圈闭条件和储集层好隙度高。用地势区等值线图分析古构造圈闭条件和储集层好坏是有裨益。坏是有裨益。492022-4-17五、天然气圈闭五、天然气圈闭 圈闭是指地壳中油气聚集的自然场所。任何一个圈闭都圈闭是指地壳中油气聚集的自然场所。任何一个圈闭都必须具备必须具备3个要素：个要素：即储集层、盖层和侧向遮挡（或封堵）即储集层、盖层和侧向遮挡（或封堵）。 储集层的空
