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 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
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=pw/po·Ew-(pw-po)/po·g Eg=pw/pg·Ew-(pw-pg)/pg·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=2Y(1/y:-1/Y) 式中,γt、γp分别为油滴两端的岩石孔喉半径,为界面张力
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。 Pc= 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
运动方向 水动力 毛细管力 重力 二次运移油气质点受力分析示意图 B 4=$歌 (b) 静水(a)、动力(b)环境中同一质点位 置Ew、Eo、Eg示意图 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 F )/ 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·p。[-(p,-p)/p。·g]=-Z·(p,p。)g 式中水、油的密度(p,和p。)与g都是相对固定的,因而连续油柱高度(Z)大
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=2y(1/y:-1/y)/(p.p)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。=p,/p。·E 净浮力和水动力的矢量和(Eo)是油 气动移的动力。即合力: Eo=-(p,-p/p。·g+p,/p。·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
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： Fo=ρw/ρo·Ew 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。 浮力由 浮力与 浮力由 水动力而增强!水动力相反1水动力而增强 聚集的范围 低流体位能及水流方向→ 由于浮力使石油进入和流动方向命 在背斜中浮力与水动力配合的情况 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 动力条件,油体运移的条件是 Fr+Fo> Pc 当Fr+Fo=P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
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
(b) 水 油运动方向 颗粒 颗粒 颗粒 油滴在亲水碎屑岩孔喉中运移示意图 、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
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
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 五、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一老君庙一 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
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。 五、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
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