油气二次运移

第二节油气二次运移

油气二次运移:是指油气脱离生油岩后，在孔隙度、渗透率较大的储集层中或大的断裂、不整合面中的传导过程，它包括聚集起来的油气由于外界条件的变化而引起的再次运移。

相态:油气从烃源岩经过初次运移进入渗透岩石之后，就开始了二次运移。由于二次运移的介质环境的改变，主要为孔隙空间、渗透率都较大的渗透性多孔介质，毛细管压力变小，渗透率变大，便于孔隙流体（包括水、油、气）的活动。因此，二次运移中油气一般以连续游离相进行运移，应视为多孔介质中的渗流作用。

一、油气二次运移的机理

从物理角度讲，油气二次运移实际上是油气在含水介质中的机械渗流过程。对于单位质量的油气质点受到以下4个力的作用：垂直向下的重力；垂直向上的浮力；水动力和油气在孔隙介质中运移所受的毛细管阻力。

油气的二次运移要看是否具备了运移的条件，首先必须具有一定的油气饱和度，只有当油气饱和度大于临界油气饱和度时，才有相对渗透率和有效渗透率。其次，油柱必须大于临界油柱高度，具有足够的浮力和水动力来克服毛细管阻力。在静水条件下，油体上浮的条件是浮力Fr应大于毛细管阻力差Pc；在动力条件下，油体运移的条件是浮力Fr和水动力Fo之矢量和Eo大于毛细管阻力差Pc；当两者相等时，油气产生聚集。油气的净浮力和水动力的矢量和为油气的力场强度：

Eo=ρw/ρo·Ew-(ρw-ρo)/ρo·g

Eg=ρw/ρg·Ew-(ρw-ρg)/ρg·g

Eo、Eg取决于Ew，即水的力场强度。因此，当水由高势区向低势区流动时，油气也在其力场强度的作用下自发地从油气的高势区向低势区渗流，油气存在势差是二次运移的动力源。

1、二次运移的阻力

二次运移的阻力即孔隙介质对油气的毛细管力。毛细管力取决于储集层孔隙半径、烃和水界面张力、润湿角。影响烃水界面张力的因素主要是烃类成分、温度等，气水界面张力一般比油水界面张力大。据Schowalter（1979）的资料，温度升高，界面张力降低。因此地下高温条件下，烃类所受毛细管力降低。

二次运移途经中的岩石，被认为自沉积到成岩都是充满水的，颗粒表面有一层水的薄膜，因而湿润角可看作为零度，cosθ=1。当石油经过孔隙系统时，油滴要发生变形，在油滴两端的毛细管压力差即为真正的毛细管阻力。

P c= 2γ( 1/γt-1/γp)

式中，γt、γp分别为油滴两端的岩石孔喉半径，为界面张力。

2、二次运移的浮力

浮力是阿基米德浮力。石油地质学中常将浮力与重力同时考虑，并将浮力与重力的代数和称为净浮力。故石油质点的净浮力可用下式表示。

Fr= -ρw/ρo·g + g = -(ρw-ρo)/ρo·g

对于单位面积（S=1）的高度为Z的油柱（丝），净浮力( Fr)为：

Fr= Z·1·ρo·[-(ρw-ρo)/ρo·g ] = -Z·（ρw-ρo)g

式中水、油的密度（ρw和ρo）与g都是相对固定的，因而连续油柱高度（Z）大到一定的程度，净浮力才能克服毛细管阻力而使石油运移。伯格（1975）提出下式来确定石油上浮的临界高度(Zo):

Zo=2γ( 1/γt-1/γp)/（ρw-ρo)g

当储层底部的油在浮力以外的力的作用下积累到油柱高度Z大于Zo时，石油就能上浮，否则不能上浮。当地层倾斜时，浮力将分解成垂直层面和平行层面两个分力，后者将推动石油沿地层上倾方向运移。

（二）水动力

二次运移是在含水的渗透层中进行的，当含水储层的供水区与泄水区之间存在高差时，水将沿位能下降方向发生移动，油气将受到水动力的作用。推动单位质量石油质点运移的水动力值等于：

F o=ρw/ρo·E w

净浮力和水动力的矢量和(Eo)是油气动移的动力。即合力：

Eo = -(ρw-ρo)/ρo·g + ρw/ρo·Ew

其大小决定了油气二次运移的可能性、速率和方向。当水动力（倾斜岩层中水动力的垂直分力）与浮力方向一致时，水动力起到增加浮力的动力作用；当它与浮力方向相反时，水动力减少油体浮力，起到阻力作用。在水平储层中，水动力方向与浮力方向垂直，当油体上浮至顶面为盖层封闭时，浮力的作用消失，此时油体主要靠水平方向的水动力驱动，当水动力大于毛细管阻力时，油气则沿水动力

方向在储集层中运移。

油气的二次运移首先必须具有一定的油气饱和度，只有当油气饱和度大于临界油气饱和度时，才有相对渗透率和有效渗透率。其次，油柱必须大于临界油柱高度，具有足够的浮力和水动力来克服毛细管阻力。

静水条件，油体上浮的条件是: Fr ＞ Pc

动力条件，油体运移的条件是： Fr+Fo ＞ Pc

当Fr+Fo = Pc时，油气产生聚集。

因此，当水由高势区向低势区流动时，油气也在其力场强度的作用下自发地从油气的高势区向低势区渗流，油气存在势差是二次运移的动力源。

二、油气二次运移的通道

1、孔隙系统

渗透性岩石的孔隙系统是最广泛、最基本的二次运移通道。在静水条件下，油气微滴可能从渗透性岩层底部向顶部累积，当累积到一定数量后，便可在层内发生侧向的顺层运移。

2、断层和裂缝面

断层既可作为油气的遮挡条件而造成断层圈闭，也可成为油气二次运移的通道，特别在穿层和垂向运移中具有独特的作用。

3、裂缝系统

裂缝系统对于改善孔隙间的连通性和渗透性，尤其对于改善致密岩石的渗透性具有重要意义。构造裂缝边缘平直，具有一定的方向和组系，往往不受层面限制，延伸较远，

是穿层运移的主要通道；成岩裂缝的特点是受层理限制，多平行层面，形状不规划，缝面有弯曲，是储集层内运移的重要通道。碳酸盐岩中裂缝是重要的二次运移通道。

4、不整合面

不整合面分布具有区域性，故它对于油气作远距离运移具有特别重要的意义。它能把不同时代、不同岩性的地层勾通起来。因此，是垂向穿层运移的重要通道。

三、油气二次运移的指向及意义

机理:油、气、水的力场分布对油气二次运移的方向起着直接控制作用。油气势差是二次运移的动力源。

大方向:油气质点所受到的主要动力是浮力或浮力和水动力的合力。在含油气盆地中，如果在静水条件下，油气主要沿着浮力方向运移，在动水条件下，则沿着浮力和水动力的合力方向，所以油气二次运移总的来说是垂直向上的，当受到遮挡时，则沿着上倾方向。在沉积盆地中，生油区一般位于凹陷的最深处，与之相邻的斜坡和隆起是二次运移的主要指向。

小方向:具体的运移路线是沿着各种通道的最小阻力方向，它受储层的岩性变化、地层不整合以及断层分布等因素的控制和影响。因此，位于凹陷附近的隆起带及斜坡带，特别是长期继承性隆起带中良好储层常常控制着油气的初始分布。

有利含油远景区：隆起带的高点、断层两侧、不整合面上下、大型储集体系分布区。注意：构造运动常可使地层发生褶皱断裂，改变其原有产状，引起油气的再分布。掌握盆地构造现有格局和历史发展，可以预测油气的区域分布。当然油气在地下的运移过程是一个相当复杂的过程，特别是对于经历多期构造运动，油气产生多次再分布的盆地，油气的分布也是相当复杂的，要具体情况具体分析。

四、二次运移中油气性质的变化

1、色层效应

二次运移的距离取决于运移通道、烃源情况等。在二次运移过程中，油气要发生一些性质和数量上的变化。二次运移中石油的高分子量成分以及极性成分易被矿物表面吸附，轻烃和无极性成分可自由通过。即产生天然的色层效应。色层效应的结果往往是使石油的胶质、沥青质、卟啉及钒镍等重金属减少，轻组分相对增多，在烃类中烷烃增多，芳烃相对减少，烷烃中低分子烃相对增多，高分子烃相

对减少。反映到物理性质上，表现为密度变小、颜色变淡、粘度变小。

图为酒西盆地自青西凹陷向鸭儿峡—老君庙—石油沟方向，原油正烷烃主峰值和镍卟啉逐渐降低，C22-和C23+正烷烃比值逐渐增加，以及密度、粘度、含蜡量和凝固点逐渐减小。

2、氧化作用

二次运移中依具体介质环境的变化，还可发生脱气、晶出等其他效应。特别值得注意的是氧化作用，它可使石油的胶状物质增加，轻组分相对减少，环烷烃增加，烷烃和芳烃相对减少，密度、粘度也随之加大，其效果大致与色层效应相反。不过二次运移中的氧化作用通常要被色层效应所抵消，只有当石油接近地表或当大气借助于断层或地层水而与石油沟通时，氧化作用才可占优势。