第二節(jié)

油氣二次運(yùn)移

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

相態(tài):油氣從烴源巖經(jīng)過(guò)初次運(yùn)移進(jìn)入滲透巖石之后，就開始了二次運(yùn)移。由于二次運(yùn)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(xì)管壓力變小，滲透率變大，便于孔隙流體（包括水、油、氣）的活動(dòng)。因此，二次運(yùn)移中油氣一般以連續(xù)游離相進(jìn)行運(yùn)移，應(yīng)視為多孔介質(zhì)中的滲流作用。一、油氣二次運(yùn)移的機(jī)理

從物理角度講，油氣二次運(yùn)移實(shí)際上是油氣在含水介質(zhì)中的機(jī)械滲流過(guò)程。對(duì)于單位質(zhì)量的油氣質(zhì)點(diǎn)受到以下4個(gè)力的作用：垂直向下的重力；垂直向上的浮力；水動(dòng)力和油氣在孔隙介質(zhì)中運(yùn)移所受的毛細(xì)管阻力。

油氣的二次運(yùn)移要看是否具備了運(yùn)移的條件，首先必須具有一定的油氣飽和度，只有當(dāng)油氣飽和度大于臨界油氣飽和度時(shí)，才有相對(duì)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(dòng)力來(lái)克服毛細(xì)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(xì)管阻力差Pc；在動(dòng)力條件下，油體運(yùn)移的條件是浮力Fr和水動(dòng)力Fo之矢量和Eo大于毛細(xì)管阻力差Pc；當(dāng)兩者相等時(shí)，油氣產(chǎn)生聚集。油氣的凈浮力和水動(dòng)力的矢量和為油氣的力場(chǎng)強(qiáng)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(chǎng)強(qiáng)度。因此，當(dāng)水由高勢(shì)區(qū)向低勢(shì)區(qū)流動(dòng)時(shí)，油氣也在其力場(chǎng)強(qiáng)度的作用下自發(fā)地從油氣的高勢(shì)區(qū)向低勢(shì)區(qū)滲流，油氣存在勢(shì)差是二次運(yùn)移的動(dòng)力源。

1、二次運(yùn)移的阻力

二次運(yùn)移的阻力即孔隙介質(zhì)對(duì)油氣的毛細(xì)管力。毛細(xì)管力取決于儲(chǔ)集層孔隙半徑、烴和水界面張力、潤(rùn)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(xì)管力降低。

二次運(yùn)移途經(jīng)中的巖石，被認(rèn)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(rùn)角可看作為零度，cosθ=1。當(dāng)石油經(jīng)過(guò)孔隙系統(tǒng)時(shí)，油滴要發(fā)生變形，在油滴兩端的毛細(xì)管壓力差即為真正的毛細(xì)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(yùn)移的浮力

浮力是阿基米德浮力。石油地質(zhì)學(xué)中常將浮力與重力同時(shí)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(diǎn)的凈浮力可用下式表示。

Fr=-ρw/ρo·g+g=-(ρw-ρo)/ρo·g

對(duì)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(duì)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(xì)管阻力而使石油運(yùn)移。伯格（1975）提出下式來(lái)確定石油上浮的臨界高度(Zo):

Zo=2γ(1/γt-1/γp)/（ρw-ρo)g

當(dāng)儲(chǔ)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(shí)，石油就能上浮，否則不能上浮。當(dāng)?shù)貙觾A斜時(shí)，浮力將分解成垂直層面和平行層面兩個(gè)分力，后者將推動(dòng)石油沿地層上傾方向運(yùn)移。

（二）水動(dòng)力

二次運(yùn)移是在含水的滲透層中進(jìn)行的，當(dāng)含水儲(chǔ)層的供水區(qū)與泄水區(qū)之間存在高差時(shí)，水將沿位能下降方向發(fā)生移動(dòng)，油氣將受到水動(dòng)力的作用。推動(dòng)單位質(zhì)量石油質(zhì)點(diǎn)運(yùn)移的水動(dòng)力值等于：

Fo=ρw/ρo·Ew

凈浮力和水動(dòng)力的矢量和(Eo)是油氣動(dòng)移的動(dòng)力。即合力：

Eo=-(ρw-ρo)/ρo·g+ρw/ρo·Ew

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

油氣的二次運(yùn)移首先必須具有一定的油氣飽和度，只有當(dāng)油氣飽和度大于臨界油氣飽和度時(shí)，才有相對(duì)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(dòng)力來(lái)克服毛細(xì)管阻力。

靜水條件，油體上浮的條件是:

Fr

＞

Pc

動(dòng)力條件，油體運(yùn)移的條件是：

Fr+Fo

＞

Pc

當(dāng)Fr+Fo=Pc時(shí)，油氣產(chǎn)生聚集。因此，當(dāng)水由高勢(shì)區(qū)向低勢(shì)區(qū)流動(dòng)時(shí)，油氣也在其力場(chǎng)強(qiáng)度的作用下自發(fā)地從油氣的高勢(shì)區(qū)向低勢(shì)區(qū)滲流，油氣存在勢(shì)差是二次運(yùn)移的動(dòng)力源。二、油氣二次運(yùn)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(yùn)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(dāng)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(yùn)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(yùn)移的通道，特別在穿層和垂向運(yùn)移中具有獨(dú)特的作用。

3、裂縫系統(tǒng)

裂縫系統(tǒng)對(duì)于改善孔隙間的連通性和滲透性，尤其對(duì)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(yuǎn)，是穿層運(yùn)移的主要通道；成巖裂縫的特點(diǎn)是受層理限制，多平行層面，形狀不規(guī)劃，縫面有彎曲，是儲(chǔ)集層內(nèi)運(yùn)移的重要通道。碳酸鹽巖中裂縫是重要的二次運(yùn)移通道。

4、不整合面

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

機(jī)理:油、氣、水的力場(chǎng)分布對(duì)油氣二次運(yùn)移的方向起著直接控制作用。油氣勢(shì)差是二次運(yùn)移的動(dòng)力源。

大方向:油氣質(zhì)點(diǎn)所受到的主要?jiǎng)恿κ歉×蚋×退畡?dòng)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(yùn)移，在動(dòng)水條件下，則沿著浮力和水動(dòng)力的合力方向，所以油氣二次運(yùn)移總的來(lái)說(shuō)是垂直向上的，當(dāng)受到遮擋時(shí)，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(yùn)移的主要指向。

小方向:具體的運(yùn)移路線是沿著各種通道的最小阻力方向，它受儲(chǔ)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(zhǎng)期繼承性隆起帶中良好儲(chǔ)層常常控制著油氣的初始分布。

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

注意：構(gòu)造運(yùn)動(dòng)常可使地層發(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(cè)油氣的區(qū)域分布。當(dāng)然油氣在地下的運(yùn)移過(guò)程是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的過(guò)程，特別是對(duì)于經(jīng)歷多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，油氣產(chǎn)生多次再分布的盆地，油氣的分布也是相當(dāng)復(fù)雜的，要具體情況具體分析。四、二次運(yùn)移中油氣性質(zhì)的變化

1、色層效應(yīng)

二次運(yùn)移的距離取決于運(yùn)移通道、烴源情況等。在二次運(yùn)移過(guò)程中，油氣要發(fā)生一些性質(zhì)和數(shù)量上的變化。二次運(yùn)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(wú)極性成分可自由通過(guò)。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(duì)增多，在烴類中烷烴增多，芳烴相對(duì)減少，烷烴中低分子烴相對(duì)增多，高分子烴相對(duì)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(diǎn)逐漸減小。

2、氧化