第二節(jié)

油氣二次運移

油氣二次運移:是指油氣脫離生油巖后，在孔隙度、滲透率較大的儲集層中或大的斷裂、不整合面中的傳導(dǎo)過程，它包括聚集起來的油氣由于外界條件的變化而引起的再次運移。

相態(tài):油氣從烴源巖經(jīng)過初次運移進入滲透巖石之后，就開始了二次運移。由于二次運移的介質(zhì)環(huán)境的改變，主要為孔隙空間、滲透率都較大的滲透性多孔介質(zhì)，毛細管壓力變小，滲透率變大，便于孔隙流體（包括水、油、氣）的活動。因此，二次運移中油氣一般以連續(xù)游離相進行運移，應(yīng)視為多孔介質(zhì)中的滲流作用。一、油氣二次運移的機理

從物理角度講，油氣二次運移實際上是油氣在含水介質(zhì)中的機械滲流過程。對于單位質(zhì)量的油氣質(zhì)點受到以下4個力的作用：垂直向下的重力；垂直向上的浮力；水動力和油氣在孔隙介質(zhì)中運移所受的毛細管阻力。

油氣的二次運移要看是否具備了運移的條件，首先必須具有一定的油氣飽和度，只有當油氣飽和度大于臨界油氣飽和度時，才有相對滲透率和有效滲透率。其次，油柱必須大于臨界油柱高度，具有足夠的浮力和水動力來克服毛細管阻力。在靜水條件下，油體上浮的條件是浮力Fr應(yīng)大于毛細管阻力差Pc；在動力條件下，油體運移的條件是浮力Fr和水動力Fo之矢量和Eo大于毛細管阻力差Pc；當兩者相等時，油氣產(chǎn)生聚集。油氣的凈浮力和水動力的矢量和為油氣的力場強度：

Eo=ρw/ρo·Ew-(ρw-ρo)/ρo·g

Eg=ρw/ρg·Ew-(ρw-ρg)/ρg·g

Eo、Eg取決于Ew，即水的力場強度。因此，當水由高勢區(qū)向低勢區(qū)流動時，油氣也在其力場強度的作用下自發(fā)地從油氣的高勢區(qū)向低勢區(qū)滲流，油氣存在勢差是二次運移的動力源。

1、二次運移的阻力

二次運移的阻力即孔隙介質(zhì)對油氣的毛細管力。毛細管力取決于儲集層孔隙半徑、烴和水界面張力、潤濕角。影響烴水界面張力的因素主要是烴類成分、溫度等，氣水界面張力一般比油水界面張力大。據(jù)Schowalter（1979）的資料，溫度升高，界面張力降低。因此地下高溫條件下，烴類所受毛細管力降低。

二次運移途經(jīng)中的巖石，被認為自沉積到成巖都是充滿水的，顆粒表面有一層水的薄膜，因而濕潤角可看作為零度，cosθ=1。當石油經(jīng)過孔隙系統(tǒng)時，油滴要發(fā)生變形，在油滴兩端的毛細管壓力差即為真正的毛細管阻力。

Pc=2γ(1/γt-1/γp)

式中，γt、γp分別為油滴兩端的巖石孔喉半徑，為界面張力。2、二次運移的浮力

浮力是阿基米德浮力。石油地質(zhì)學中常將浮力與重力同時考慮，并將浮力與重力的代數(shù)和稱為凈浮力。故石油質(zhì)點的凈浮力可用下式表示。

Fr=-ρw/ρo·g+g=-(ρw-ρo)/ρo·g

對于單位面積（S=1）的高度為Z的油柱（絲），凈浮力(Fr)為：

Fr=Z·1·ρo·[-(ρw-ρo)/ρo·g]=-Z·（ρw-ρo)g

式中水、油的密度（ρw和ρo）與g都是相對固定的，因而連續(xù)油柱高度（Z）大到一定的程度，凈浮力才能克服毛細管阻力而使石油運移。伯格（1975）提出下式來確定石油上浮的臨界高度(Zo):

Zo=2γ(1/γt-1/γp)/（ρw-ρo)g

當儲層底部的油在浮力以外的力的作用下積累到油柱高度Z大于Zo時，石油就能上浮，否則不能上浮。當?shù)貙觾A斜時，浮力將分解成垂直層面和平行層面兩個分力，后者將推動石油沿地層上傾方向運移。

（二）水動力

二次運移是在含水的滲透層中進行的，當含水儲層的供水區(qū)與泄水區(qū)之間存在高差時，水將沿位能下降方向發(fā)生移動，油氣將受到水動力的作用。推動單位質(zhì)量石油質(zhì)點運移的水動力值等于：

Fo=ρw/ρo·Ew

凈浮力和水動力的矢量和(Eo)是油氣動移的動力。即合力：

Eo=-(ρw-ρo)/ρo·g+ρw/ρo·Ew

其大小決定了油氣二次運移的可能性、速率和方向。當水動力（傾斜巖層中水動力的垂直分力）與浮力方向一致時，水動力起到增加浮力的動力作用；當它與浮力方向相反時，水動力減少油體浮力，起到阻力作用。在水平儲層中，水動力方向與浮力方向垂直，當油體上浮至頂面為蓋層封閉時，浮力的作用消失，此時油體主要靠水平方向的水動力驅(qū)動，當水動力大于毛細管阻力時，油氣則沿水動力方向在儲集層中運移。

油氣的二次運移首先必須具有一定的油氣飽和度，只有當油氣飽和度大于臨界油氣飽和度時，才有相對滲透率和有效滲透率。其次，油柱必須大于臨界油柱高度，具有足夠的浮力和水動力來克服毛細管阻力。

靜水條件，油體上浮的條件是:

Fr

＞

Pc

動力條件，油體運移的條件是：

Fr+Fo

＞

Pc

當Fr+Fo=Pc時，油氣產(chǎn)生聚集。因此，當水由高勢區(qū)向低勢區(qū)流動時，油氣也在其力場強度的作用下自發(fā)地從油氣的高勢區(qū)向低勢區(qū)滲流，油氣存在勢差是二次運移的動力源。二、油氣二次運移的通道

1、孔隙系統(tǒng)

滲透性巖石的孔隙系統(tǒng)是最廣泛、最基本的二次運移通道。在靜水條件下，油氣微滴可能從滲透性巖層底部向頂部累積，當累積到一定數(shù)量后，便可在層內(nèi)發(fā)生側(cè)向的順層運移。

2、斷層和裂縫面

斷層既可作為油氣的遮擋條件而造成斷層圈閉，也可成為油氣二次運移的通道，特別在穿層和垂向運移中具有獨特的作用。

3、裂縫系統(tǒng)

裂縫系統(tǒng)對于改善孔隙間的連通性和滲透性，尤其對于改善致密巖石的滲透性具有重要意義。構(gòu)造裂縫邊緣平直，具有一定的方向和組系，往往不受層面限制，延伸較遠，是穿層運移的主要通道；成巖裂縫的特點是受層理限制，多平行層面，形狀不規(guī)劃，縫面有彎曲，是儲集層內(nèi)運移的重要通道。碳酸鹽巖中裂縫是重要的二次運移通道。

4、不整合面

不整合面分布具有區(qū)域性，故它對于油氣作遠距離運移具有特別重要的意義。它能把不同時代、不同巖性的地層勾通起來。因此，是垂向穿層運移的重要通道。三、油氣二次運移的指向及意義

機理:油、氣、水的力場分布對油氣二次運移的方向起著直接控制作用。油氣勢差是二次運移的動力源。

大方向:油氣質(zhì)點所受到的主要動力是浮力或浮力和水動力的合力。在含油氣盆地中，如果在靜水條件下，油氣主要沿著浮力方向運移，在動水條件下，則沿著浮力和水動力的合力方向，所以油氣二次運移總的來說是垂直向上的，當受到遮擋時，則沿著上傾方向。在沉積盆地中，生油區(qū)一般位于凹陷的最深處，與之相鄰的斜坡和隆起是二次運移的主要指向。

小方向:具體的運移路線是沿著各種通道的最小阻力方向，它受儲層的巖性變化、地層不整合以及斷層分布等因素的控制和影響。因此，位于凹陷附近的隆起帶及斜坡帶，特別是長期繼承性隆起帶中良好儲層常常控制著油氣的初始分布。

有利含油遠景區(qū)：隆起帶的高點、斷層兩側(cè)、不整合面上下、大型儲集體系分布區(qū)。

注意：構(gòu)造運動?？墒沟貙影l(fā)生褶皺斷裂，改變其原有產(chǎn)狀，引起油氣的再分布。掌握盆地構(gòu)造現(xiàn)有格局和歷史發(fā)展，可以預(yù)測油氣的區(qū)域分布。當然油氣在地下的運移過程是一個相當復(fù)雜的過程，特別是對于經(jīng)歷多期構(gòu)造運動，油氣產(chǎn)生多次再分布的盆地，油氣的分布也是相當復(fù)雜的，要具體情況具體分析。四、二次運移中油氣性質(zhì)的變化

1、色層效應(yīng)

二次運移的距離取決于運移通道、烴源情況等。在二次運移過程中，油氣要發(fā)生一些性質(zhì)和數(shù)量上的變化。二次運移中石油的高分子量成分以及極性成分易被礦物表面吸附，輕烴和無極性成分可自由通過。即產(chǎn)生天然的色層效應(yīng)。色層效應(yīng)的結(jié)果往往是使石油的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)、卟啉及釩鎳等重金屬減少，輕組分相對增多，在烴類中烷烴增多，芳烴相對減少，烷烴中低分子烴相對增多，高分子烴相對減少。反映到物理性質(zhì)上，表現(xiàn)為密度變小、顏色變淡、粘度變小。

圖為酒西盆地自青西凹陷向鴨兒峽—老君廟—石油溝方向，原油正烷烴主峰值和鎳卟啉逐漸降低，C22-和C23+正烷烴比值逐漸增加，以及密度、粘度、含蠟量和凝固點逐漸減小。

2、氧化