4-3油气二次运移

润湿角——是固体表面与液体（空气）或液体—液体界 面之间夹角 (规定从密度大的液体—方算起)。 润湿角(θ)在0-90之间的岩石为水润湿。 润湿角（θ）大于90°为油润湿。 二次运移经过的岩石，被认为自沉积到成岩都是 充满水的，碎屑颗粒表面有一层水膜，因而： θ 角可 看作为零度，即：cosθ=1
浮力流：自由上浮与限制性上浮，呈断续状流动，不要 求含烃饱和度和相渗透率，不能用达西公式表述和计算。
扩散成藏
扩散散失
二、油气二次运移的动力和阻力 动力：浮力、构造应力、水动力、扩散力 阻力：毛细管力、吸附力、水动力
（一） 二次运移的阻力 1.毛细管压力 地下岩石孔隙系统多为水润湿的，游离相油 气在其中运移必然要受到毛细管力的作用。 由于岩石的孔隙和喉道半径不同，油气受到 的毛细管压力大小不同。
静水条件下，油气到达水平运载层顶部后， 在盖层的封闭下油体沿顶界面分散，将不再运移；
如果岩层是倾斜的，油气在聚集到临界高度 时，将在浮力作用下继续向上倾方向运移，直至 到达圈闭聚集起来。
沿上倾方向浮力（F1）的大小与地层倾角有 关。倾角越大，浮力也越大： F1＝Fsinα = Zo(ρw－ρo)gsinα
2、裂缝
裂缝是岩石中没有造成位移的缝隙，是一 种特殊的孔隙，它对改善岩层特别是那些致 密地层的渗透性极为重要。按成因分为：
构造裂缝——构造作用产生的裂隙。具有方向 性并构成组系，常穿层分布，可切割不同岩性地层， 油气穿层运移的良好通道。 成岩裂缝——岩石在成岩和成岩后生作用中形 成的裂隙。不具有方向性，延伸距离短，受层限制， 形状不规则，缝面弯曲，良好的顺层运移通道。
水动力方向与浮力方向相反，为油链运移阻力 水动力方向与浮力方向相同，为油链运移动力
背斜地层中水动力与浮力的配合情况及油气运移方向
（1）水平地层 水动力大于毛细管阻力时，油气沿水动力方向运移
石油二次运移的条件： 油体浮力 ± 水动力 > 毛细管阻力
图：水平地层中油气在水动力推动下的运移
（2）倾斜储集层
运载层中油气在静水条件下的二次运移
2、水动力
（1）水动力类型：
•压实水动力：水流从盆地中心向边缘
•重力水动力：水流从盆地边缘露头区向盆地内部
•水流动方向与油气浮力方向一致：水动力为动力， 反之为阻力。
•压实水动力：
主要来自于盆地内沉积物的压实排水，出现在盆地早
期的持续沉降和差异压实阶段和过程中。
与初次运移相比，二次运移环境：运移通道
粗，毛细管阻力小，流体压力较低，含盐度
较高，油气以游离相为主，气可呈水溶相,浮 力为主要运移动力。
一、油气二次运移的相态和流动类型
1 、二次运移的相态 油气一次运移进入储集层后，条件将发生重要 变化，油气逐渐释放出来。
目前主要认为温度、压力起作用：
压力降低——气态烃释放； 温度降低——液态烃释放。 因此，相态应是以游离相为主，由分散的油 滴→油线→油片→油气藏。
石油天然气地质与勘探
任课人：逄 雯 山东胜利职业学院
第四章 石油和天然气的运移
第一节 油气运移概述
第二节
第三节 第四节
油气初次运移
油气二次运移 油气运移研究方法
二次运移: 油气进入储层之后的一切运移。包括 在储集层内部、沿断层或不整合面、 油气藏调整和破坏的再运移。
第三节
油气二次运移
主要内容：相态、动力和阻力、通道、时期、 方向和距离
1、含义：
是指油气从烃源岩到圈闭过程中所经历
的所有路径网及其相关围岩，包括连通砂体、
断层、不整合及其组合。
油气沿着形态不规则的立体线状输导系
统运移
输导体系涵义一方面明确了输导体系的要 素组成，另一方面暗示了输导体系与烃源岩及 圈闭的关系，即输导体系必须以某种方式连接 烃源岩与圈闭。它是连接油源与圈闭的“桥梁 和纽带”，输导体系的分布规律直接决定着油 气在地下如何运移、在何处成藏以及成藏类型 等。
2、输导体系类型
（1）按运移通道的时空组合特征：
网毯式、“T”型、阶梯型、裂隙型
（2）按主要运载层类型分类：
储集层输导体系、断裂输导体系、不整合输导体系、复式输导体系
输导体系类型 储集层输导体系 碳酸盐岩型 张性断层型 断层和构造裂缝 断裂输导体系 压扭性断层型 裂缝型 角度不整合型 不整合输导体系 平行不整合型 储集层－断层型 复式输导体系 储集层－不整合型 连通孔隙、微裂隙、层理面、 断层和构造裂缝 连通的溶蚀孔、洞 断层和构造裂缝、 连通的溶蚀 孔、洞 储集层连通孔隙的发育程度、 征、不整合的发育与分布，运 载层之间的配置关系 连通孔隙、微裂隙、层理面、 断层与裂缝的性质和发育特 连通的溶蚀孔、洞 构造裂缝 连通溶蚀孔洞、微裂隙 运载层类型 连通碎屑岩型 运移主通道 连通孔隙、微裂隙、层理面 影响运移通道的地质因素 储层分布与连通，孔洞缝发 育，运载层配置关系 断裂性质、发育规模与组合、 活动期、断裂带特征、断开地 层的泥岩发育程度、 与运载层 产状关系 不整合发育规模与分布、 剥蚀 淋滤程度，不整合面性质，与 其它运载层配置关系
由毛细管压力方程： Pc=2δcosθ/ rc，可看出δ,θ, rc三个变量
的任何变化都会改变对二次运移的阻力。当石油经过孔隙系统， 从大孔隙进入小孔隙或穿越喉道时，油滴要发生变形，在油体 两端形成毛细压力差 (△Pc) 。只有排替压力大于毛细管力差时， 油气才能挤出孔隙喉道中的水发生运移。
1 1 Pc 2 cos r r p t
道，还能把不同时代、不同岩性的生、储岩层连通 起来形成多种类型的不连续的生储盖组合。
准噶尔盆地西北缘以不整合为运移通道的油气运移示意图
运载层的组合关系
a储集层间的组合；b储集层与断层的组合；c断层间的组合； d不整合与储集层的遮挡组合；e储集层与不整合的超覆组合；f不整合间的组合
（二）油气输导体系
3、断层
断层可作为油气二次运移的良好通道。 油气以断层作为通道的运移有两种方式：一 是横穿断层的横向运移，一是沿断层面的垂 向运移。断层能否作为运移通道取决于自身
的封闭性。
横穿断层运移与沿断层面垂向运移示意图
（据R.E.Chapman，1983修改）
4、地层不整合面
不整合面作为运移通道的首要条件是其下伏地 层具有渗透性，其上覆地层被不渗透的岩层所封闭。 不整合面代表着地层曾经历过区域性的的地壳运动
σ：油水界面张力；rt：孔隙的喉道半径；rp：孔隙的半径
把石油体积V换成单位面积的高度，则石油运移
的临界高度：
Zo = [2σ(1/rt－1/rp)] / [(ρw－ρo)g ] 石油在储层中开始运移的条件：油柱高度大于 临界高度。临界气柱高度： Zg = [2σ(1/rt－1/rp)] / [(ρw－ρg)g ]
油气在岩石中会选择最小阻力方向通道运移， 即沿最大孔隙和喉道所组成的路径运移。
（一）二次运移的阻力
油气在多孔介质中最主要的阻 力是孔隙介质对油气的毛细管力 毛细管力：在水润湿系统中，毛细 管中油气界面所产生的指向石油的 压力。其大小取决于孔隙半径，烃 水界面张力、润湿角。 毛细管压力的
方向由润湿相指向非润湿相（如由水指向 油）。
（1）水动力作用下的二次运移：
压实水动力作用下油气运移的大方向与浮力作 用下油气运移的大方向基本一致，促进了油气在浮 力作用下的二次运移及在地层中的原始聚集与分布。 在局部地区（构造），水的流动可以沿水平地
层作水平运动，也可沿倾斜地层向下或沿上倾方向
运动。水动力是动力还是阻力，看水流动方向与浮
力方向是否一致。
毛细管阻力与浮力相对抗，直到变形的油珠的曲率半径在 上端与下端相等，才能在浮力作用下向上运移。
图: 一滴油珠在水润湿的地下环境中通过孔隙喉道运移
盒子长1.83m，厚约10cm，宽 约30cm，内装满浸水的砂子 a：将三堆油注入水浸砂中， 每堆油大小约10cm，互不连结， 浮力不足，油滴停滞不动 b：加入一些油，使三堆油互 相连接汇合，其上部有指状油 流开始向上浮起，油堆体积增 大，浮力随之增大，足以克服 阻力，而上浮运移 c：几小时后，整个油堆都上 图: 奇尔曼.A.希尔的一个试验的三个 浮运移到盒子的顶部聚集，在 连续阶段，说明浮力的作用与油滴数 下部只残留了很少很小的油滴 量的关系
2．吸附力
吸附是流体与固体分子之间作用的一种界面现 象。岩石的岩性、矿物组成、结构、粒度及烃类性 质都是影响吸附力的重要因素。 油气与岩石颗粒接触的两相界面越大，吸附作用 越强，吸附量也就越多。泥质颗粒比面积大，较碎 屑储集岩有更大的吸附力。
烃类的吸附性还与烃类性质和分子结构有关，一 般来说随分子量的增大吸附能力也增加，正构体烃 比异构体烃的吸附能力大。
孔隙中的流体压力，两者互相作用、互相传递，形
成岩石统一的压力系统。 构造应力直接或间接为油气二次运移提供动力、 通道。为油气二次运移创造了有利条件。
3、构造应力
（1）构造应力是二次运移的直接驱动力。
构造应力使岩石发生应变，使岩石骨架压
缩，岩石颗粒和孔隙变形，变形过程的
作用力传递给孔隙中的流体，使其压力升
高，形成高势区，驱使油气向低势区运移。
3、构造应力
（2）构造应力为浮力作用和水动力驱动提
供条件，并形成运移通道。构造应力可以
形成褶皱、断裂，使地层产生翘倾，形成
供水区和泄水区，使得油气可在浮力和水
动力作用下运移。构造运动所形成的断裂
和不整合又是良好的运移通道。
3、构造应力
（3）构造作用产生的异常压力可以造成地
或沉积间断，往往使下伏地层遭受风化剥蚀和溶解
淋滤，形成区域性稳定分布的高孔高渗古风化壳或
古岩溶带，有利于油气长距离运移。若不整合面上
覆地层不具备封闭性，则地层不整合就只能成为类 似一般具孔渗性的地质单元。
4、地层不整合面
不整合的分布具有区域性，在ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ空上具有稳定
性，不仅能大面积汇集油气并形成长距离的运移通
推动石油顺水流运移的水动 力：
Pw = L dp/dl 水压梯度越大，油柱长度 越大，水动力作用越大。 ①上倾水流，Pw与浮力方 向相反，阻碍作用。 ②下倾水流，与浮力方向 相同，加速油气运移。
图：在倾斜储集层中水动力 对油体运移的影响
3、构造应力
——由地壳运动产生的地应力。
作用在岩石骨架中的压力，而地层压力是岩石
地层在盆地边缘往往出露并与大气水相通，形成由盆地边缘
向盆地中心重力流，并在盆地中心穿层排泄，区域地下水
表现为“向心流”的特征。——“重力流盆地”。
•滞流盆地：到盆地演化的晚期，盆地地下水基本上处 于静水状态，无流体能量交换。——滞流盆地
盆地演化过程 中的水动力
（据Coustau， 1977）
2、水动力
通常在同一个时期，盆地中心的地层厚、沉积物负荷大，
边部地层较薄、沉积物负荷较小，由此产生差异压实水流，
其流动方向是由盆地中心向盆地边缘呈“离心流”
状、由深处向浅处。
盆地中地下水测势面在盆地中心和深部最高，向边缘和 浅部降低，形成凹（洼）陷区指向边缘的区域地下水动力
场。——压实流盆地
•重力水动力：
主要产生于盆地演化的成熟阶段。 随着盆地沉降的停滞和进一步的成岩变化，压实作用变得 越来越不明显，加上后期的地壳运动使得地层翘倾、褶皱，
（二） 二次运移的动力
1、浮力
在地层水环境中，由于油、气、水存在密度差， 因此游离相的油、气将受到浮力的作用，其大小可 用阿基米德定律求得：
F浮力＝ V（ρw－ρo)g
式中： V——油相体积； ρw、ρo——水、油的密度； g——重力加速度
浮力大于毛细管阻力，油气才能运移： V（ρw－ρo)g > 2σ(1/rt－1/rp)
下流体势的改变，促使油气运移。构造侧
向挤压、断裂作用和刺穿作用等都是形成
异常压力的重要因素。
4.分子扩散力
分子扩散主要受浓度梯度控制，从高浓度 区向四周低浓度区扩散。在运移过程中或油气
藏形成以后，天然气通过上覆盖层的扩散将导致气 藏的破坏。 分子扩散力的效率比油气渗滤来说小几个数量
级，更多的情况视破坏作用。在致密地层中，分子
扩散可能是二次运移的主要动力和方式。
三、油气二次运移的通道与方向
（一）油气二次运移的通道 连通孔隙
基本 通道
裂缝 断层：垂向运移主通道
不整合面：侧向运移重要通道
1、连通孔隙
储集层的连通孔隙是油气二次运移的基 本通道。连通孔隙的多少取决于岩层有效 孔隙度的大小。不连通的孔隙中烃类只发 生分子扩散。流体通过连通孔隙的能力取 决于岩石的孔隙喉道结构。喉道半径越大、 孔隙半径与喉道半径的差值越小渗透率越 大，越有利于油气运移。
2、二次运移的流动类型
渗
流——地层孔隙中流体在压差或势差作用所发生
的流动， 浮力流——油气在密度差作用下，在地层孔隙水中的 上浮 扩散流——流体在浓度差作用下所产生的分子扩散
渗 流：单相渗流和多相渗流，呈连续状流动，要求
烃饱和度和相渗透率，可用流体势和达西公式来研究和定 量计算。
典型储集岩油—水两相的相对渗透率曲线