第七章 输导层及二次运移

1、第七章 输导层及二次运移本章内容提要： 石油、天然气运移是形成油气聚集的不可缺少的环节。；二次运移的结果是油气聚集，受储层物理性的影响较大。 因此，二次运移的相态、动力、距离、方向、时期等问题是研究的主要内容。 不同输导层类型是主要通道，运移距离有所不同。第一节第一节 石油和天然气的二次运移石油和天然气的二次运移 油气经初次运移进入到储层，就开始了二次运移。初次运移和石油生成密切有关；二次运移与石油的聚集密切相关(油藏的形成)；环境是孔、渗都较大的多孔介质；一般以连续游离相进行运移。二次运移，油气进入储层的一切运移，二次运移紧接初次运移而发生。包括储层内、沿断层、不整合面等通道的运移，聚集与成

2、藏。一、二次运移的相态一、二次运移的相态 油气的次运移进入储层后，条件发生变化，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。二、油气二次运移的动力和阻力二、油气二次运移的动力和阻力（一）受力分析 单位质量的石油质点受到以下4种力的作用：1.重力，大小为g，方向下向；2.浮力，石油质点排开水体的重力，方向向上；3.水动力，静水状态下为零；动水状态下，水动力为(1/owEw)，方向为Ew（水力场强度）；4.毛细管力，大小为(2/c)，方向与运移方向相反（阻力）。1.重力，方向下向；2.浮力，方向向

3、上；3.水动力，静水下零；动水下，水动力为(1/owEw)4.毛细管力，与运移方向相反（二）二次运移的动力浮力、重力和水动力的合力为二次运移的动力。1.净浮力，将浮力与重力代数和称为净浮力。 Fr= -w/o g + g = -（w-o ）/og 静水条件下 ：油(0.65-1.0)，气(0.15-0.5)，水(1-1.2)总是按密度分异，就是浮力作用的结果。单位面积(S=1)，高度为Z的油柱净浮力(Fr)为：Fr=Z1o（w-o）/og = - Z(w-o)g 显然连续油柱高度(Z)大到一定程度，净浮力才能克服毛细管阻力而使石油运移，即净浮力的大小取决于油柱高度。即： F = V(w-o)g

4、2.水动力单位质量石油质点运移的水动力值为： Fo=w/o Ew净浮力和水动力的矢量和(Eo)是动力，因此：Eo= -（w-o）/og + w/oEw（三）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。概念：毛细管力，在水润湿系统中毛细管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。 润湿角，是固体表面与液体空气或液体液体界面之间夹角。()润湿角在0-90之间的岩石为水润湿。(并规定从密度大的液体方算起)。=0为完全润湿；90液体不润湿固体(非润湿相)=180完全不润湿大于90为油润湿(相对于水) 沉积岩中，碎屑颗粒表面有一层水膜，因而

5、角可看作为零度，即，cos=1由毛细管压力方程： Pc=2cos/ rc 可看出, rc三个变量的任何变化都会改变对二次运移的阻力。 显然，只有排替压力大于毛细管力时，油气才能挤入水所占据的孔隙喉道中。 实际上岩石孔隙形态、结构是十分复杂的，当油气从大孔隙进入小孔隙或穿越喉道时，将在油体两端形成毛细压力差(Pc)。由毛细压力差(Pc)： Pc= Pt- Pp= 2cos/rt-2cos/rp = 2cos（1/rt-1/rp）= 2 （1/rt-1/rp）rt喉道半径(小孔隙半径)，rp孔隙半径(大孔隙半径) cos=1，界面张力 显然喉道越细，界面张力越大，界面弯曲程度越高，排替压力越大。对

6、油气的阻挡、封闭能力越强，油气也越难运移。三、油气二次运移的一般规律三、油气二次运移的一般规律（一）油气二次运移的条件1.孔隙中油气饱和度So、Sg必须不小于临界含油气饱和度；2.二次运移的动力必须大于阻力(毛管压力差)；即， 净浮力+水动力毛细管力假设：(油滴、油丝、油片)油柱的载面积为1(单位面积)，长度为L，倾角为，二次运移的条件可表达成： o LSinEo 2（1/rt-1/rp）即， Z(LSin) 2（1/rt-1/rp）/ o Eo 也就是说，油气必须累积到一定的长度或高度，才能克服毛管阻力进行二次运移。二次运移油柱的临界高度：(静水条件) 净浮力=毛细管力由，Z=(LSin)

7、；F = V(w-o)g ；V=Z1（单位面积）有 Z(w-o)g = 2（1/rt-1/rp）或 Z=2（1/rt-1/rp）/ (w-o)g (动水条件) 净浮力+水动力=毛细管力 Z(w-o)g + dh/dZ Z = 2（1/rt-1/rp） Z(w-o)g - dh/dZ Z = 2（1/rt-1/rp）式中 dh/dZ垂直方向的水势梯度； dh/dZ Z高Z油体上受到的水动力。A.水动力与浮力方向垂直 L dh/dL= 2（1/rt-1/rp）式中 dh/dL水平方向的水势梯度； Ldh/dL长Z油体上受到的水动力。B.水动力与浮力方向斜交 Z(w-o)g = h wg 化简得，

8、Z=w /(w-o)h或表示为， Z=w /(w-o)dh/dXX考虑水流方向： Z= 2（1/rt-1/rp）/(w-o)g+dh/dxx Z= 2（1/rt-1/rp）/(w-o)g-dh/dxx导出石油上浮(二次运移)的临界油柱高度(Zo)公式(Berg，1975) ： Zo= 2（1/rt-1/rp）/(w-o)g (净水) Zo= 2（1/rt-1/rp）/(w-o)g+dh/dxxo (动水) Zo= 2（1/rt-1/rp）/(w-o)g - dh/dxxo 二次运移油柱的临界高度：(静水条件) 净浮力=毛细管力由，Z=(LSin) ；F = V(w-o)g ；V=Z1（单位面积

9、）有 Z(w-o)g = 2（1/rt-1/rp）或 Z=2（1/rt-1/rp）/ (w-o)g (动水条件) 净浮力+水动力=毛细管力 Z(w-o)g + dh/dZ Z = 2（1/rt-1/rp） Z(w-o)g - dh/dZ Z = 2（1/rt-1/rp）式中 dh/dZ垂直方向的水势梯度； dh/dZ Z高Z油体上受到的水动力。 水动力与净浮力方向一致取负值；不一致(相反)时取正值； 油柱实际高度超过Zo时，石油可以上浮(二次运移)，如果储层发生倾斜，则石油积累到大于临界高度(长度)时可加上（减去）流向上倾方向的浮力分力，克服阻力前进(二次运移)。此外： (伯格的公式也被用来计

10、算毛细管压力封闭时所允许的油藏高度和圈闭封闭烃(油、气)柱的最大高度） 无论各点绝对地层压力如何，水的流动方向总是从折算压力高向折算压力低的方向流动。当测压面呈倾斜状时，折算压力都沿测压面倾斜方向有规律地递减，水从供水区向泄水区流动。 所以，储层内液体流动方向，并不决定于层内的绝对地层压力，而是受折算压力所控制。 构造运动力也能促使油气运移，但只是给油气运移创造有利条件。（二）二次运移的通道 二次运移沿着毛细管阻力最小的位置进行。渗透性砂岩以孔隙型通道为主；致密碳酸盐岩以裂缝型通道为主；断层可成为良好运移通道，张性断层好于压性断层，高角度断层有利于运移，断层面有角砾岩且胶结不紧，有利于作通道；

11、不整合面分布具区域性，又能把不同时代、不同岩性的地层勾通起来，有利于运移。 （三）二次运移的时期 一般说是初次运移之后即开始二次运移。二次运移时期受初次运移控制，(因油气进入储层之后超过临界油柱高度之后不可能不流动)；大规模二次运移时期，在主要生油期之后发生的第一次构造运动时期，此时：油气已大量生成；构造运动使地层发生形变，产生构造(褶皱、断裂)，原压力平衡打破，流体压力重新分配。（四）二次运移的方向 总趋势总是沿阻力最小的途径由高能区流向低能区，高势区流向低势区。从盆地构造分析：与生油凹陷相邻的斜坡和隆起是主要指向；长期继承性隆起，且在主要通道上，更有利；在生油凹陷中的局部隆起尤其有利(距离

12、近，油来源方向多，油源足)； 具体到一个地区，运移方向到受到多种因素控制，如生油区位置，构造起伏，岩性变化，裂缝发育，水动力条件等。（五）二次运移的距离 各个盆地很不一致，变化范围大。主要取决于：通道的畅通程度；烃源岩供给的富集程度；盆地的大小及构造的格局、展布等； 我国陆相地层特定环境，一般在在50km之 内，最大约80km(克拉玛依)。海相地层在油源充沛及水动力条件有利情况下，可有较长距离的运移。如美国堪萨斯隆起的一个古潜山带 （六）二次运移的相态 油气初次运移进入储层后，条件发生变化，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

13、以游离相为主，由分散的油滴油线油片油气藏。（七）二次运移的结果(变化) 二次运移的最终结果是停止运移，在圈闭中聚集成藏。油气在通过岩层运移中，可看作是穿过一个天然的色柱层，产生色层效应。(主要是某些矿物表面吸付作用) 因此，油气的物理性质，化学成分都产生一定的变化规律。为我们提供了一个用地球化学方法研究油气运移的方向。 以吸付为主的二次运移，表现出随运移距离增加：非烃化合物含量减少，轻组分相对增加；烃类内烷烃相对增多，芳烃相对减少；高分子化合物减少，低分子烃类相对增加；密度、粘度降低，颜色变浅；碳同位素变轻(即13C/12C减少)；有机包裹体反映的信息也有相应的变化。 应当指出，如运移中有氧化

14、作用参加，则在运移方向上会出现与上述规律相反的变化。第二节第二节 地下流体势分析地下流体势分析一、流体势的概念 地层水被局限在隔水层之间，它遵循热力学第二定律，即自发地从机械能高的地方流向机械能低的地方。 机械能包括压能、动能、位能三项，可用伯诺里方程表示：vdp+1/2mq1 2+mgZ1=vdp+1/2mq22+mgZ2+w Huabbert(1940)将单位质量的流体所具有的机械能之和，定义为流体的热()。即： = gZ+ dp/+q2/2 由于地下流体的渗流速度极其缓慢(1cm/s)，故动能项可看作零。密度可视为定值，压能项中的积分号可取消。因此上方式可简化为： =gZ+P/在静水条件

15、下， P =whg w=gZ+P/w=gZ+whg/w=g(Z+h)=gHh为某点A到测势面的距离(深度)，Z为某点到基准面的高程，H为测势面到基准面的距离(水头)通常根据定义式，水势、油势、气势分别为： o=gZ+P/o g=gZ+P/G w=gZ+P/W水势w可由hw表示， Hw= Z+P/gW水势w可改写为， w=gZ+P/W=g hw同样， o=gZ+P/o =g ho g=gZ+P/G =g hg二、势梯度与流体运移方向 Hubbrt把单位质量流体受到力定义为力场强度，用E表示 E= - grad由上式得 Ew=g- grad p/w Eo=g- grad p/o Eg=g- gra

16、d p/g静水条件下， Ew=g- grad p/w= g- g w /w=0 Eo=g- grad p/o= g- g w /o = -(w-o)g/ o Eg=g- grad p/g = g- g w /g = -(w-g)g/ g动水条件下， Ew=g- grad p/w+Fw Eo=g- grad p/o+(w/o) Fw Eg=g- grad p/g +(w/g) Fw三、相对流体势与油气的运移和聚集 E.C.Dahlberg(1982,1995)在流体势的概念的基础上，提出了相对流体势概念，并用来分析油气运移和聚集的方向和部位。即UVZ方法：由水势得： P=o(w-gZ)代入油势为

17、：o=gZ+ w(w-gZ)/ o = o/w(w)- (w-o)/ o gZ)将水头与水势、油头与油势代入分别为： hog = (w/o) hwg - (w-o)/ o gZ或 o/ (w-o) ho= w / (w-o)hw-Z令 Uo = o/ (w-o) ho Vo= w / (w-o)hw 则， Uo = Vo Z Ug = Vg Z就是所谓的UVZ公式。第三节第三节 油气输导层的型式 根据生、储、盖组合类型，输导层型式和运移距离，可分为以下几种型式：孔隙型输导层裂缝型输导层断层型输导层不整合面型输导层 根据生、储、盖组合类型，输导层型式和运移距离，可分为基本型式加复合型：1.短-中距离侧向运移连续组合内的短-中距离侧向运移 如果在成烃范围内存在有利的组合及良好圈闭，油气经过较短距离(几几十公里)侧向运移，形成较大特大规模的油气聚集，如大庆长垣。不连续组合内的短-中距离侧向运移 油气沿不整合面和断裂经短-中距离侧向和垂向运移，聚集于潜山高部位的储集体中，如冀中油田。2.较长距离的侧向运移连续型组合内较长距离的侧向运移 一般储层横向较稳定，侧向输导能力强，油气均可向上倾方向作较长运移(数