第七章輸導(dǎo)層及二次運(yùn)移

1、第七章 輸導(dǎo)層及二次運(yùn)移本章內(nèi)容提要： 石油、天然氣運(yùn)移是形成油氣聚集的不可缺少的環(huán)節(jié)。；二次運(yùn)移的結(jié)果是油氣聚集，受儲(chǔ)層物理性的影響較大。 因此，二次運(yùn)移的相態(tài)、動(dòng)力、距離、方向、時(shí)期等問(wèn)題是研究的主要內(nèi)容。 不同輸導(dǎo)層類型是主要通道，運(yùn)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(yùn)移石油和天然氣的二次運(yùn)移 油氣經(jīng)初次運(yùn)移進(jìn)入到儲(chǔ)層，就開始了二次運(yùn)移。初次運(yùn)移和石油生成密切有關(guān)；二次運(yùn)移與石油的聚集密切相關(guān)(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(jìn)行運(yùn)移。二次運(yùn)移，油氣進(jìn)入儲(chǔ)層的一切運(yùn)移，二次運(yùn)移緊接初次運(yùn)移而發(fā)生。包括儲(chǔ)層內(nèi)、沿?cái)鄬?、不整合面等通道的運(yùn)移，聚集與成

2、藏。一、二次運(yùn)移的相態(tài)一、二次運(yùn)移的相態(tài) 油氣的次運(yùn)移進(jìn)入儲(chǔ)層后，條件發(fā)生變化，油氣逐漸釋放出來(lái)。目前主要認(rèn)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(yīng)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(yùn)移的動(dòng)力和阻力二、油氣二次運(yùn)移的動(dòng)力和阻力（一）受力分析 單位質(zhì)量的石油質(zhì)點(diǎn)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(diǎn)排開水體的重力，方向向上；3.水動(dòng)力，靜水狀態(tài)下為零；動(dòng)水狀態(tài)下，水動(dòng)力為(1/owEw)，方向?yàn)镋w（水力場(chǎng)強(qiáng)度）；4.毛細(xì)管力，大小為(2/c)，方向與運(yùn)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(dòng)力，靜水下零；動(dòng)水下，水動(dòng)力為(1/owEw)4.毛細(xì)管力，與運(yùn)移方向相反（二）二次運(yùn)移的動(dòng)力浮力、重力和水動(dòng)力的合力為二次運(yùn)移的動(dòng)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(xì)管阻力而使石油運(yùn)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(dòng)力單位質(zhì)量石油質(zhì)點(diǎn)運(yùn)移的水動(dòng)力值為： Fo=w/o Ew凈浮力和水動(dòng)力的矢量和(Eo)是動(dòng)力，因此：Eo= -（w-o）/og + w/oEw（三）二次運(yùn)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(duì)油氣的毛細(xì)管力。概念：毛細(xì)管力，在水潤(rùn)濕系統(tǒng)中毛細(xì)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(rùn)濕角。 潤(rùn)濕角，是固體表面與液體空氣或液體液體界面之間夾角。()潤(rùn)濕角在0-90之間的巖石為水潤(rùn)濕。(并規(guī)定從密度大的液體方算起)。=0為完全潤(rùn)濕；90液體不潤(rùn)濕固體(非潤(rùn)濕相)=180完全不潤(rùn)濕大于90為油潤(rùn)濕(相對(duì)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(xì)管壓力方程： Pc=2cos/ rc 可看出, rc三個(gè)變量的任何變化都會(huì)改變對(duì)二次運(yùn)移的阻力。 顯然，只有排替壓力大于毛細(xì)管力時(shí)，油氣才能擠入水所占據(jù)的孔隙喉道中。 實(shí)際上巖石孔隙形態(tài)、結(jié)構(gòu)是十分復(fù)雜的，當(dāng)油氣從大孔隙進(jìn)入小孔隙或穿越喉道時(shí)，將在油體兩端形成毛細(xì)壓力差(Pc)。由毛細(xì)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(xì)，界面張力越大，界面彎曲程度越高，排替壓力越大。對(duì)

6、油氣的阻擋、封閉能力越強(qiáng)，油氣也越難運(yùn)移。三、油氣二次運(yùn)移的一般規(guī)律三、油氣二次運(yùn)移的一般規(guī)律（一）油氣二次運(yùn)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(yùn)移的動(dòng)力必須大于阻力(毛管壓力差)；即， 凈浮力+水動(dòng)力毛細(xì)管力假設(shè)：(油滴、油絲、油片)油柱的載面積為1(單位面積)，長(zhǎng)度為L(zhǎng)，傾角為，二次運(yùn)移的條件可表達(dá)成： o LSinEo 2（1/rt-1/rp）即， Z(LSin) 2（1/rt-1/rp）/ o Eo 也就是說(shuō)，油氣必須累積到一定的長(zhǎng)度或高度，才能克服毛管阻力進(jìn)行二次運(yùn)移。二次運(yùn)移油柱的臨界高度：(靜水條件) 凈浮力=毛細(xì)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(dòng)水條件) 凈浮力+水動(dòng)力=毛細(xì)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(shì)梯度； dh/dZ Z高Z油體上受到的水動(dòng)力。A.水動(dòng)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(shì)梯度； Ldh/dL長(zhǎng)Z油體上受到的水動(dòng)力。B.水動(dòng)力與浮力方向斜交 Z(w-o)g = h wg 化簡(jiǎn)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(dǎo)出石油上浮(二次運(yùn)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(dòng)水) Zo= 2（1/rt-1/rp）/(w-o)g - dh/dxxo 二次運(yùn)移油柱的臨界高度：(靜水條件) 凈浮力=毛細(xì)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(dòng)水條件) 凈浮力+水動(dòng)力=毛細(xì)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(shì)梯度； dh/dZ Z高Z油體上受到的水動(dòng)力。 水動(dòng)力與凈浮力方向一致取負(fù)值；不一致(相反)時(shí)取正值； 油柱實(shí)際高度超過(guò)Zo時(shí)，石油可以上浮(二次運(yùn)移)，如果儲(chǔ)層發(fā)生傾斜，則石油積累到大于臨界高度(長(zhǎng)度)時(shí)可加上（減去）流向上傾方向的浮力分力，克服阻力前進(jìn)(二次運(yùn)移)。此外： (伯格的公式也被用來(lái)計(jì)

10、算毛細(xì)管壓力封閉時(shí)所允許的油藏高度和圈閉封閉烴(油、氣)柱的最大高度） 無(wú)論各點(diǎn)絕對(duì)地層壓力如何，水的流動(dòng)方向總是從折算壓力高向折算壓力低的方向流動(dòng)。當(dāng)測(cè)壓面呈傾斜狀時(shí)，折算壓力都沿測(cè)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(dòng)。 所以，儲(chǔ)層內(nèi)液體流動(dòng)方向，并不決定于層內(nèi)的絕對(duì)地層壓力，而是受折算壓力所控制。 構(gòu)造運(yùn)動(dòng)力也能促使油氣運(yùn)移，但只是給油氣運(yùn)移創(chuàng)造有利條件。（二）二次運(yùn)移的通道 二次運(yùn)移沿著毛細(xì)管阻力最小的位置進(jìn)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(yùn)移通道，張性斷層好于壓性斷層，高角度斷層有利于運(yùn)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(shí)代、不同巖性的地層勾通起來(lái)，有利于運(yùn)移。 （三）二次運(yùn)移的時(shí)期 一般說(shuō)是初次運(yùn)移之后即開始二次運(yùn)移。二次運(yùn)移時(shí)期受初次運(yùn)移控制，(因油氣進(jìn)入儲(chǔ)層之后超過(guò)臨界油柱高度之后不可能不流動(dòng))；大規(guī)模二次運(yùn)移時(shí)期，在主要生油期之后發(fā)生的第一次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)時(shí)期，此時(shí)：油氣已大量生成；構(gòu)造運(yùn)動(dòng)使地層發(fā)生形變，產(chǎn)生構(gòu)造(褶皺、斷裂)，原壓力平衡打破，流體壓力重新分配。（四）二次運(yùn)移的方向 總趨勢(shì)總是沿阻力最小的途徑由高能區(qū)流向低能區(qū)，高勢(shì)區(qū)流向低勢(shì)區(qū)。從盆地構(gòu)造分析：與生油凹陷相鄰的斜坡和隆起是主要指向；長(zhǎng)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(lái)源方向多，油源足)； 具體到一個(gè)地區(qū)，運(yùn)移方向到受到多種因素控制，如生油區(qū)位置，構(gòu)造起伏，巖性變化，裂縫發(fā)育，水動(dòng)力條件等。（五）二次運(yùn)移的距離 各個(gè)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(gòu)造的格局、展布等； 我國(guó)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(dòng)力條件有利情況下，可有較長(zhǎng)距離的運(yùn)移。如美國(guó)堪薩斯隆起的一個(gè)古潛山帶 （六）二次運(yùn)移的相態(tài) 油氣初次運(yùn)移進(jìn)入儲(chǔ)層后，條件發(fā)生變化，油氣逐漸釋放出來(lái)。目前主要認(rèn)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(yīng)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(yùn)移的結(jié)果(變化) 二次運(yùn)移的最終結(jié)果是停止運(yùn)移，在圈閉中聚集成藏。油氣在通過(guò)巖層運(yùn)移中，可看作是穿過(guò)一個(gè)天然的色柱層，產(chǎn)生色層效應(yīng)。(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(xué)成分都產(chǎn)生一定的變化規(guī)律。為我們提供了一個(gè)用地球化學(xué)方法研究油氣運(yùn)移的方向。 以吸付為主的二次運(yùn)移，表現(xiàn)出隨運(yùn)移距離增加：非烴化合物含量減少，輕組分相對(duì)增加；烴類內(nèi)烷烴相對(duì)增多，芳烴相對(duì)減少；高分子化合物減少，低分子烴類相對(duì)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(jī)包裹體反映的信息也有相應(yīng)的變化。 應(yīng)當(dāng)指出，如運(yùn)移中有氧化

14、作用參加，則在運(yùn)移方向上會(huì)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(shì)分析地下流體勢(shì)分析一、流體勢(shì)的概念 地層水被局限在隔水層之間，它遵循熱力學(xué)第二定律，即自發(fā)地從機(jī)械能高的地方流向機(jī)械能低的地方。 機(jī)械能包括壓能、動(dòng)能、位能三項(xiàng)，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(jī)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(dòng)能項(xiàng)可看作零。密度可視為定值，壓能項(xiàng)中的積分號(hào)可取消。因此上方式可簡(jiǎn)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(diǎn)A到測(cè)勢(shì)面的距離(深度)，Z為某點(diǎn)到基準(zhǔn)面的高程，H為測(cè)勢(shì)面到基準(zhǔn)面的距離(水頭)通常根據(jù)定義式，水勢(shì)、油勢(shì)、氣勢(shì)分別為： o=gZ+P/o g=gZ+P/G w=gZ+P/W水勢(shì)w可由hw表示， Hw= Z+P/gW水勢(shì)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(shì)梯度與流體運(yùn)移方向 Hubbrt把單位質(zhì)量流體受到力定義為力場(chǎng)強(qiáng)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(dòng)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(duì)流體勢(shì)與油氣的運(yùn)移和聚集 E.C.Dahlberg(1982,1995)在流體勢(shì)的概念的基礎(chǔ)上，提出了相對(duì)流體勢(shì)概念，并用來(lái)分析油氣運(yùn)移和聚集的方向和部位。即UVZ方法：由水勢(shì)得： P=o(w-gZ)代入油勢(shì)為

17、：o=gZ+ w(w-gZ)/ o = o/w(w)- (w-o)/ o gZ)將水頭與水勢(shì)、油頭與油勢(shì)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(dǎo)層的型式 根據(jù)生、儲(chǔ)、蓋組合類型，輸導(dǎo)層型式和運(yùn)移距離，可分為以下幾種型式：孔隙型輸導(dǎo)層裂縫型輸導(dǎo)層斷層型輸導(dǎo)層不整合面型輸導(dǎo)層 根據(jù)生、儲(chǔ)、蓋組合類型，輸導(dǎo)層型式和運(yùn)移距離，可分為基本型式加復(fù)合型：1.短-中距離側(cè)向運(yùn)移連續(xù)組合內(nèi)的短-中距離側(cè)向運(yùn)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(guò)較短距離(幾幾十公里)側(cè)向運(yùn)移，形成較大特大規(guī)模的油氣聚集，如大慶長(zhǎng)垣。不連續(xù)組合內(nèi)的短-中距離側(cè)向運(yùn)移 油氣沿不整合面和斷裂經(jīng)短-中距離側(cè)向和垂向運(yùn)移，聚集于潛山高部位的儲(chǔ)集體中，如冀中油田。2.較長(zhǎng)距離的側(cè)向運(yùn)移連續(xù)型組合內(nèi)較長(zhǎng)距離的側(cè)向運(yùn)移 一般儲(chǔ)層橫向較穩(wěn)定，側(cè)向輸導(dǎo)能力強(qiáng)，油氣均可向上傾方向作較長(zhǎng)運(yùn)移(數(shù)