石油与天然气地质学 第三节 油气二次运移

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：
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。
四 油气在二次运移中的相态
1.石油二次运移的相态与转换
2.天然气二次运移的相态与转换
对天然气的二次运移来说虽也存在水溶相、油溶相、 气相和扩散相这四种运移相态，但它们的重要性却有 明显的差别，这是因为二次运移的相态的重要与否也 要从聚集的角度来衡量。
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。
油气总是沿优势通 道运移，所以优势 通道就是二次运移 的指向。在以浮力 和水动力为主要动 力的驱动下，油气 二次运移的方向总 是循着阻力最小的 路径由高势区向低 势区运移。
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。
（3）扩散力
烃类只要存在着浓度差，烃类的分子扩散就可以在任 何时空中发生。
2.二次运移的阻力
油气二次运移中最主要和最普遍的阻力就是毛细管压 力。（第一节已讲）
三、二次运移的其它问题
（一）二次运移的时期
二次运移是初次运移的继续，二者常常是连续 过程，或者说几乎是同时发生的。在此时，除 少部分油气会沿原有倾斜地层向上倾方向运移， 大部分会分布于水平地层的储层顶部。大规模 的二次运移时期应该是在主要生油期之后或同 时发生的第一次构造运动时期。
（二）二次运移的方向
三、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。
（四）二次运移主要模式
1.多相渗流模式 对于地下孔隙水中呈连续烃相的油气，二次运 移过程中的渗流大多是油、气、水三相渗流。 多相流体渗流最合理和方便的表述是用水势描 述油、气势。
油气的势差是 二次运移的动 力源，油气总 是自发从高势 区力是烃 浓度差，因此烃源岩 是烃类扩散的源头。 烃类的扩散同样也经 历了初次和二次运移 的全过程，并最终到 达地表面而散失（图 6－34）。
第三节 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。
（1）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。
F＝V（ρw-ρog)g 式中F为浮力，N；V为连续油的体积，m3；ρw为地层 水的密度，ρog为地下水油气密度，kg/m3；g为重力加
速度，9.8m/s2.
如果把体积V换成单位面积乘高（Z），则上式变为：
地层中的水动力可以由差异压实作用和重力作用而产 生，并形成压实水动力和重力水动力。
压实水动力和重力水动力
两种水动力一般是随盆地 演化先后产生（图6－ 22），并可在地层剖面 上呈旋回式出现。
在地层倾斜情况下，存在水动力沿地层上倾或下倾方 向运动两种情况，其作用亦可表现为阻力或动力两种 结果。
水动力不仅影响二 次运移动力的大小， 而且还影响着油气 运移的方向。
F＝Z（ρw-ρog)g
在自由水重或自由水面 之上任一高度的油气所 受到的浮力，实际上就 等于该高度的静水压力 与静油压力之差（图6 －20）
当地层倾斜时（图6－21） 其浮力公式表示为：
F＝Z（ρw-ρog)g .sina
浮力作用与油滴数量关系
(a)
(b)
(c)
（2）水动力
水动力是推动地层孔隙水流动的动力。因此，它也是 推动水溶相油气或密度与水接近的重质油进行二次运 移的主要动力。
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。
二、二次运移的机制与模式
（一）二次运移的主要动力与阻力 1.二次运移的主要动力 一方面，油气以游离相进行二次运移，在静水条件下 其动力主要是浮力，在动水条件下除浮力外，水动力 视其大小和方向有不同程度的作用；对天然气来说， 无论是游离相运移还是水溶相运移，都存在有分子扩 散力。