第七章輸導層及二次運移

1、第七章 輸導層及二次運移本章內(nèi)容提要： 石油、天然氣運移是形成油氣聚集的不可缺少的環(huán)節(jié)。；二次運移的結(jié)果是油氣聚集，受儲層物理性的影響較大。 因此，二次運移的相態(tài)、動力、距離、方向、時期等問題是研究的主要內(nèi)容。 不同輸導層類型是主要通道，運移距離有所不同。第一節(jié)第一節(jié) 石油和天然氣的二次運移石油和天然氣的二次運移 油氣經(jīng)初次運移進入到儲層，就開始了二次運移。初次運移和石油生成密切有關；二次運移與石油的聚集密切相關(油藏的形成)；環(huán)境是孔、滲都較大的多孔介質(zhì)；一般以連續(xù)游離相進行運移。二次運移，油氣進入儲層的一切運移，二次運移緊接初次運移而發(fā)生。包括儲層內(nèi)、沿斷層、不整合面等通道的運移，聚集與成

2、藏。一、二次運移的相態(tài)一、二次運移的相態(tài) 油氣的次運移進入儲層后，條件發(fā)生變化，油氣逐漸釋放出來。目前主要認為溫度、壓力起作用：壓力降低氣態(tài)烴釋放；溫度降低液態(tài)烴釋放。 因此，相態(tài)應是以游離相為主，由分散的油滴油線油片油氣藏。二、油氣二次運移的動力和阻力二、油氣二次運移的動力和阻力（一）受力分析 單位質(zhì)量的石油質(zhì)點受到以下4種力的作用：1.重力，大小為g，方向下向；2.浮力，石油質(zhì)點排開水體的重力，方向向上；3.水動力，靜水狀態(tài)下為零；動水狀態(tài)下，水動力為(1/owEw)，方向為Ew（水力場強度）；4.毛細管力，大小為(2/c)，方向與運移方向相反（阻力）。1.重力，方向下向；2.浮力，方向向

3、上；3.水動力，靜水下零；動水下，水動力為(1/owEw)4.毛細管力，與運移方向相反（二）二次運移的動力浮力、重力和水動力的合力為二次運移的動力。1.凈浮力，將浮力與重力代數(shù)和稱為凈浮力。 Fr= -w/o g + g = -（w-o ）/og 靜水條件下 ：油(0.65-1.0)，氣(0.15-0.5)，水(1-1.2)總是按密度分異，就是浮力作用的結(jié)果。單位面積(S=1)，高度為Z的油柱凈浮力(Fr)為：Fr=Z1o（w-o）/og = - Z(w-o)g 顯然連續(xù)油柱高度(Z)大到一定程度，凈浮力才能克服毛細管阻力而使石油運移，即凈浮力的大小取決于油柱高度。即： F = V(w-o)g

4、2.水動力單位質(zhì)量石油質(zhì)點運移的水動力值為： Fo=w/o Ew凈浮力和水動力的矢量和(Eo)是動力，因此：Eo= -（w-o）/og + w/oEw（三）二次運移的阻力 油氣在多孔介質(zhì)中最主要的阻力是孔隙介質(zhì)對油氣的毛細管力。概念：毛細管力，在水潤濕系統(tǒng)中毛細管油氣界面所產(chǎn)生的指向石油的壓力。其大小取決于孔隙半徑，烴、水界面張力、潤濕角。 潤濕角，是固體表面與液體空氣或液體液體界面之間夾角。()潤濕角在0-90之間的巖石為水潤濕。(并規(guī)定從密度大的液體方算起)。=0為完全潤濕；90液體不潤濕固體(非潤濕相)=180完全不潤濕大于90為油潤濕(相對于水) 沉積巖中，碎屑顆粒表面有一層水膜，因而

5、角可看作為零度，即，cos=1由毛細管壓力方程： Pc=2cos/ rc 可看出, rc三個變量的任何變化都會改變對二次運移的阻力。 顯然，只有排替壓力大于毛細管力時，油氣才能擠入水所占據(jù)的孔隙喉道中。 實際上巖石孔隙形態(tài)、結(jié)構是十分復雜的，當油氣從大孔隙進入小孔隙或穿越喉道時，將在油體兩端形成毛細壓力差(Pc)。由毛細壓力差(Pc)： Pc= Pt- Pp= 2cos/rt-2cos/rp = 2cos（1/rt-1/rp）= 2 （1/rt-1/rp）rt喉道半徑(小孔隙半徑)，rp孔隙半徑(大孔隙半徑) cos=1，界面張力 顯然喉道越細，界面張力越大，界面彎曲程度越高，排替壓力越大。對

6、油氣的阻擋、封閉能力越強，油氣也越難運移。三、油氣二次運移的一般規(guī)律三、油氣二次運移的一般規(guī)律（一）油氣二次運移的條件1.孔隙中油氣飽和度So、Sg必須不小于臨界含油氣飽和度；2.二次運移的動力必須大于阻力(毛管壓力差)；即， 凈浮力+水動力毛細管力假設：(油滴、油絲、油片)油柱的載面積為1(單位面積)，長度為L，傾角為，二次運移的條件可表達成： o LSinEo 2（1/rt-1/rp）即， Z(LSin) 2（1/rt-1/rp）/ o Eo 也就是說，油氣必須累積到一定的長度或高度，才能克服毛管阻力進行二次運移。二次運移油柱的臨界高度：(靜水條件) 凈浮力=毛細管力由，Z=(LSin)

7、；F = V(w-o)g ；V=Z1（單位面積）有 Z(w-o)g = 2（1/rt-1/rp）或 Z=2（1/rt-1/rp）/ (w-o)g (動水條件) 凈浮力+水動力=毛細管力 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垂直方向的水勢梯度； dh/dZ Z高Z油體上受到的水動力。A.水動力與浮力方向垂直 L dh/dL= 2（1/rt-1/rp）式中 dh/dL水平方向的水勢梯度； Ldh/dL長Z油體上受到的水動力。B.水動力與浮力方向斜交 Z(w-o)g = h wg 化簡得，

8、Z=w /(w-o)h或表示為， Z=w /(w-o)dh/dXX考慮水流方向： Z= 2（1/rt-1/rp）/(w-o)g+dh/dxx Z= 2（1/rt-1/rp）/(w-o)g-dh/dxx導出石油上浮(二次運移)的臨界油柱高度(Zo)公式(Berg，1975) ： Zo= 2（1/rt-1/rp）/(w-o)g (凈水) Zo= 2（1/rt-1/rp）/(w-o)g+dh/dxxo (動水) Zo= 2（1/rt-1/rp）/(w-o)g - dh/dxxo 二次運移油柱的臨界高度：(靜水條件) 凈浮力=毛細管力由，Z=(LSin) ；F = V(w-o)g ；V=Z1（單位面積

9、）有 Z(w-o)g = 2（1/rt-1/rp）或 Z=2（1/rt-1/rp）/ (w-o)g (動水條件) 凈浮力+水動力=毛細管力 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垂直方向的水勢梯度； dh/dZ Z高Z油體上受到的水動力。 水動力與凈浮力方向一致取負值；不一致(相反)時取正值； 油柱實際高度超過Zo時，石油可以上浮(二次運移)，如果儲層發(fā)生傾斜，則石油積累到大于臨界高度(長度)時可加上（減去）流向上傾方向的浮力分力，克服阻力前進(二次運移)。此外： (伯格的公式也被用來計

10、算毛細管壓力封閉時所允許的油藏高度和圈閉封閉烴(油、氣)柱的最大高度） 無論各點絕對地層壓力如何，水的流動方向總是從折算壓力高向折算壓力低的方向流動。當測壓面呈傾斜狀時，折算壓力都沿測壓面傾斜方向有規(guī)律地遞減，水從供水區(qū)向泄水區(qū)流動。 所以，儲層內(nèi)液體流動方向，并不決定于層內(nèi)的絕對地層壓力，而是受折算壓力所控制。 構造運動力也能促使油氣運移，但只是給油氣運移創(chuàng)造有利條件。（二）二次運移的通道 二次運移沿著毛細管阻力最小的位置進行。滲透性砂巖以孔隙型通道為主；致密碳酸鹽巖以裂縫型通道為主；斷層可成為良好運移通道，張性斷層好于壓性斷層，高角度斷層有利于運移，斷層面有角礫巖且膠結(jié)不緊，有利于作通道；

11、不整合面分布具區(qū)域性，又能把不同時代、不同巖性的地層勾通起來，有利于運移。 （三）二次運移的時期 一般說是初次運移之后即開始二次運移。二次運移時期受初次運移控制，(因油氣進入儲層之后超過臨界油柱高度之后不可能不流動)；大規(guī)模二次運移時期，在主要生油期之后發(fā)生的第一次構造運動時期，此時：油氣已大量生成；構造運動使地層發(fā)生形變，產(chǎn)生構造(褶皺、斷裂)，原壓力平衡打破，流體壓力重新分配。（四）二次運移的方向 總趨勢總是沿阻力最小的途徑由高能區(qū)流向低能區(qū)，高勢區(qū)流向低勢區(qū)。從盆地構造分析：與生油凹陷相鄰的斜坡和隆起是主要指向；長期繼承性隆起，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(距離

12、近，油來源方向多，油源足)； 具體到一個地區(qū)，運移方向到受到多種因素控制，如生油區(qū)位置，構造起伏，巖性變化，裂縫發(fā)育，水動力條件等。（五）二次運移的距離 各個盆地很不一致，變化范圍大。主要取決于：通道的暢通程度；烴源巖供給的富集程度；盆地的大小及構造的格局、展布等； 我國陸相地層特定環(huán)境，一般在在50km之 內(nèi)，最大約80km(克拉瑪依)。海相地層在油源充沛及水動力條件有利情況下，可有較長距離的運移。如美國堪薩斯隆起的一個古潛山帶 （六）二次運移的相態(tài) 油氣初次運移進入儲層后，條件發(fā)生變化，油氣逐漸釋放出來。目前主要認為溫度、壓力起作用：壓力降低氣態(tài)烴釋放；溫度降低液態(tài)烴釋放； 因此，相態(tài)應是

13、以游離相為主，由分散的油滴油線油片油氣藏。（七）二次運移的結(jié)果(變化) 二次運移的最終結(jié)果是停止運移，在圈閉中聚集成藏。油氣在通過巖層運移中，可看作是穿過一個天然的色柱層，產(chǎn)生色層效應。(主要是某些礦物表面吸付作用) 因此，油氣的物理性質(zhì)，化學成分都產(chǎn)生一定的變化規(guī)律。為我們提供了一個用地球化學方法研究油氣運移的方向。 以吸付為主的二次運移，表現(xiàn)出隨運移距離增加：非烴化合物含量減少，輕組分相對增加；烴類內(nèi)烷烴相對增多，芳烴相對減少；高分子化合物減少，低分子烴類相對增加；密度、粘度降低，顏色變淺；碳同位素變輕(即13C/12C減少)；有機包裹體反映的信息也有相應的變化。 應當指出，如運移中有氧化

14、作用參加，則在運移方向上會出現(xiàn)與上述規(guī)律相反的變化。第二節(jié)第二節(jié) 地下流體勢分析地下流體勢分析一、流體勢的概念 地層水被局限在隔水層之間，它遵循熱力學第二定律，即自發(fā)地從機械能高的地方流向機械能低的地方。 機械能包括壓能、動能、位能三項，可用伯諾里方程表示：vdp+1/2mq1 2+mgZ1=vdp+1/2mq22+mgZ2+w Huabbert(1940)將單位質(zhì)量的流體所具有的機械能之和，定義為流體的熱()。即： = gZ+ dp/+q2/2 由于地下流體的滲流速度極其緩慢(1cm/s)，故動能項可看作零。密度可視為定值，壓能項中的積分號可取消。因此上方式可簡化為： =gZ+P/在靜水條件

15、下， P =whg w=gZ+P/w=gZ+whg/w=g(Z+h)=gHh為某點A到測勢面的距離(深度)，Z為某點到基準面的高程，H為測勢面到基準面的距離(水頭)通常根據(jù)定義式，水勢、油勢、氣勢分別為： o=gZ+P/o g=gZ+P/G w=gZ+P/W水勢w可由hw表示， Hw= Z+P/gW水勢w可改寫為， w=gZ+P/W=g hw同樣， o=gZ+P/o =g ho g=gZ+P/G =g hg二、勢梯度與流體運移方向 Hubbrt把單位質(zhì)量流體受到力定義為力場強度，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靜水條件下， 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動水條件下， Ew=g- grad p/w+Fw Eo=g- grad p/o+(w/o) Fw Eg=g- grad p/g +(w/g) Fw三、相對流體勢與油氣的運移和聚集 E.C.Dahlberg(1982,1995)在流體勢的概念的基礎上，提出了相對流體勢概念，并用來分析油氣運移和聚集的方向和部位。即UVZ方法：由水勢得： P=o(w-gZ)代入油勢為

17、：o=gZ+ w(w-gZ)/ o = o/w(w)- (w-o)/ o gZ)將水頭與水勢、油頭與油勢代入分別為： 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 則， Uo = Vo Z Ug = Vg Z就是所謂的UVZ公式。第三節(jié)第三節(jié) 油氣輸導層的型式 根據(jù)生、儲、蓋組合類型，輸導層型式和運移距離，可分為以下幾種型式：孔隙型輸導層裂縫型輸導層斷層型輸導層不整合面型輸導層 根據(jù)生、儲、蓋組合類型，輸導層型式和運移距離，可分為基本型式加復合型：1.短-中距離側(cè)向運移連續(xù)組合內(nèi)的短-中距離側(cè)向運移 如果在成烴范圍內(nèi)存在有利的組合及良好圈閉，油氣經(jīng)過較短距離(幾幾十公里)側(cè)向運移，形成較大特大規(guī)模的油氣聚集，如大慶長垣。不連續(xù)組合內(nèi)的短-中距離側(cè)向運移 油氣沿不整合面和斷裂經(jīng)短-中距離側(cè)向和垂向運移，聚集于潛山高部位的儲集體中，如冀中油田。2.較長距離的側(cè)向運移連續(xù)型組合內(nèi)較長距離的側(cè)向運移 一般儲層橫向較穩(wěn)定，側(cè)向輸導能力強，油氣均可向上傾方向作較長運移(數(shù)