石油天然气的运移

石油与天然气的运移

石油与天然气是流体，它们具有流动的趋势，只要没有约束条件，它们就会无休止地运动下去，直至到达地表面逸散。那么油气在地下的运动规律是什么？受哪些因素影响？运动的相态、时间、距离和方向是什么？搞清这些问题不仅具有理论意义，更重要的是对油气勘探具指导意义。这是本章要解决的问题。

§1 与油气运移有关的几个基本概念

一、初次运移和二次运移

我们把油气在地下的一切运动称为油气的运移（不称运动是因为它们运动缓慢）。为了表征油气生成后在不同的环境、不同阶段的运移特点，又分为初次运移和二次运移（图4-1）。 油气聚集初次运移生油岩

二次运移

生油岩

输导岩

二次运移

输导岩

初次运移（a）

（b）（a）初次和二次运移早期

（b）

初次和二次运移晚期及油气藏的形成油

气 图4-1油气初次运移和二次运移

初次运移——油气从烃源岩向储集层的排出（或运移）。

二次运移——油气进入储集层以后的一切运移。二次运移包括了成藏前油气在储层或输导层内的运移，也包括了油气藏破坏以后的运移。

二、油气运移的基本方式

油气运移的基本方式是扩散和渗滤。

渗滤是油气以不同的物理相态在浮力或其它动力作用下，由高势区向低势区流动的一种机械运动方式，可用达西渗滤定律来描述。用一个常见的例子来说明渗滤（手上划破一个口子）。

扩散是分子布朗运动的传递过程，是一种分子运动，流体的扩散速度与浓度梯度有关，服从费克（Fick ）第一定律：

J ＝－DgradC （4-1）

式中：

J——扩散速率；D——扩散系数；C——物质浓度。

上式表明，物质的扩散速度与扩散系数、浓度梯度成正比，扩散方向是从高浓度向低浓度扩散。一般分子越小，运动能力越强，扩散系数越大，越易扩散。所以天然气的扩散损失要比石油大的多。人们越来越重视研究天然气的扩散作用。

三、岩石的润湿性

润湿性是指流体附着在固体上的性质，是一种吸附作用。不同流体与不同岩石会表现出不同的润湿性。易附着在岩石上的流体称为润湿流体，反之为非润湿流体。在多相流体共存且不相溶的流体中，润湿体又称之为润湿相，非润湿体称为非润湿相。如在油水两相共存的孔隙中，如果水易附着在岩石上，则水为润湿相，油为非润湿相，岩石具亲水性；反之，则油为润湿相，水为非润湿相，岩石具亲油性。

岩石的润湿性影响着油气在其中的运移难易程度，不同的润湿性造成油水两相在孔隙中的流动方式、残留形式和数量的不同。在亲水岩石中，孔壁及颗粒表面为水所润湿，水会在颗粒表面形成一层薄膜构成液环，油则不能以薄膜形式残留在孔壁上，被挤到孔隙中心部位形成孤立的油珠（图4-2）。这种油珠可以堵塞孔隙喉道，阻碍流体运移，这种现象称“贾敏效应”。而在亲油岩石中，油以薄膜形式附着在孔壁上，成为不能移动的残余油。可见，亲水介质中残留油的数量要比亲油介质中少，但油相在亲水介质中的流动却比在亲油介质中难。

岩石

水

油

水

水

(A)亲水孔隙介质()亲油孔隙介质

图4-2孔隙介质中油水的分布形式

岩石的润湿性取决于矿物组成及流体性质。一般认为沉积岩的大多数为亲水的，因为沉积岩是沉积在水介质中的，水又是极性分子。但对于烃源岩而言，由于本身含有许多亲油的有机质颗粒，又能在一定条件下生成烃类，因此可以认为是部分亲水，部分亲油的中间润湿。

四、油气运移的临界饱和度

前一章已说明，当岩石中存在多相流体时，由于不同流体之间以及流体与岩石之间的相互作用，不同流体会出现不同的相对渗透率。相对渗透率除与岩石绝对渗透率有关外，还与流体的性质和含量有关。对于一定的岩石，存在最低的含水饱和度、含油饱和度或含气饱和度，各种流体低于此值时，它们的有效渗透率为零，即不发生流动。例如Levorson(1954)对亲水砂岩进行油水两相吸排水的实验，结果表明油相的饱和度低于10%时，油相不能运动。在泥岩中测定难度还较大，目前尚无正式发表的资料。Dickey认为，在烃源岩中由于大部分颗粒的内表面已为油所润湿，油相运移的临界饱和度可小于10%，甚至降到1%。油气水共存时，油（气）运移所需的最小饱和度称为油（气）运移的临界饱和度。

五、地层压力、折算压力和测压面

地下储层（或油层）内流体所承受的压力，称为地层压力，亦可称为地层流体压力或孔隙流体压力，Pa。

为直观反映地层压力的大小，工程上常使用水压头的概念，水压头相当于地层压力所能促使地层水上升的高度，表达式为：

h =P ／(w ρg ) （4-2）

式中：

h ——水压头，m ；

P ——地层压力，Pa ；

w ρ——水密度，kg/m 3；

g ——重力加速度，m/s 2。

同一层位各点水压头顶面的连线称该层的测压面，测压面是一个用来反映横向上水压头的变化。在静水条件下，测压面是水平的（图4-3）。在动水条件下，测压面面是倾斜的。 B

C D H 1

H 2静水压面

图4-3单一储集层内静水压面示意图

折算压力是指测点相对于某基准面的压力，在数值上等于由测压点到折算基准面的水柱高度所产生的压力（图4-4）。

图4-4折算压力与水流方向示意图

例如，测点相对于某基准面的高程为Z （注：基准面位于测点之上，Z 取负号，之下为正号）其地层压力为P ，则该点的折算压力P ′为

P ′=Z w ρg+P=(Z+h)P w g

§2 石油与天然气的初次运移

烃源岩生成的油气只有经初次运移，有效地排到储层中，才能使分散状态的油气经二次运移，发生聚集成藏。所以油气的初次运移是油气远景评价的一个重要方面。

一、初次运移的相态

一般认为油的运移相态以游离相为主，水溶相为辅。理由是油在水中的溶解度过低，水不能大量溶解原油。还有人认为油可呈胶束状运移，主要是表面活性剂起作用，但多数人认为表面活性剂数量少，且胶束直径过大，很难通过泥岩细小孔隙。

对于天然气而言，运移相态以水溶相和游离相运移。因为天然气在地下的温度和压力条件下，溶解度增加较大。如果源岩水量多，可能以水溶相为主，若水量较少，则可能以游离相态为主。

此外，石油与烃类气体的互溶性，天然气可溶于石油内运移，轻质油亦可溶于天然气内运移，但这两种相态是次要的。

油气究竟以何种相态运移，取决于温度、压力、孔隙大小及油、气、水的相对含量等。