油气二次运移机理研究进展 油气成藏动力学的研究进展
周波1，2 金之钧1 王毅1
（1.中国石化石油勘探开发研究院，北京100083；2.中国地质大学能源学院，北京100083）
摘要 本文从油气运移动力学机理出发，主要从几个方面阐述油气二次运移的动力学机理。首先阐述油气运移的通道变化规律，并用含油饱和度值来界定运移通道的范围。然后讨论影响油气运移的各个因素，将影响油气运移的各种因素综合为毛管力、黏滞力和浮力3个力之间的关系，并用Bo数和Ca数两个无量纲数对几个力之间的关系进行探讨。进一步探讨目前存在的几种油气运移的模式：稳定式、指进式和优势式，并对不同模式所代表的流体运移机理进行了阐述，指出了不同运移模式中含油饱和度的变化规律。为研究者更深刻地认识油气运移的机理提供了基础。
关键字 研究进展 逾渗理论 二次运移
Advance in the Study of Secondary Oil Migration
ZHOU Bo1，2，JIN Zhi-jun1，WANG Yi1
（1.Exploration and Production Research Institute，SINOPEC，Beijing 100083；2.China University of Geosciences，Beijing100083）
Abstract In this article，the dynamic regime of secondary oil migration is discussed in different angles.Firstly the changes of the oil migration pathway are analysis and the oil saturation in pathway is chose to judge the variation of the pathway.Then the factors which affect the oil migration pathway are analyzed.All the factors are unversed by three forces：capillary force，viscous force and the buoyancy force，and the three forces are instead of two parameters，Bond number and the Capillary number.In the end three migration modes are discussed，it is stable migration mode，fingering mode and advance mode.And the migration discipline in different mode is expressed by the oil saturation.The research will provide the basis for the understanding of the dynamic regime of the oil migration.
Key words research advance percolation theory secondary oil migration
油气运移是石油地质学研究的重要内容，也是实际勘探中要解决的重要问题。在含油气盆地形成演化、油气藏形成-破坏的全过程中，油气运移始终起着重要的纽带作用［1］。作为流体矿产，石油必须通过一定距离的运移才有可能聚集成藏，运移是最能体现油气作为流体矿产本质的关键环节。长期以来，油气运、聚、散过程的重要性一再为人们强调，但至今仍是油气地质的薄弱环节。近年来，优势路径的提出［2～6］，逾渗理论的应用［7～10］，新的实验手段如X射线吸收法、超声波技术、核磁共振技术［11，12］，以及地球化学资料、油源对比等新方法的应用［13］，都使得油气二次运移的研究思路、方法和手段发生了巨大变化。这些为油气二次运移动力学机理的研究提供了可能性。本文主要从油气运移的动力学机理出发，阐述近年来在油气运移的影响因素、运移模式和运移机理方面的新认识。
1 油气运移相态
油气二次运移是指油气由生油层进入输导层后的一切运移［14～15］。研究表明，石油二次运移以游离相为主，水溶相占次要地位。
2 油气运移动力和阻力
油气在进入输导层后，主要在构造应力、浮力、水动力和毛细管力等一种或者几种力的作用下进行二次运移，然后在圈闭之中聚集［2，16～21］。其中，浮力始终是油气运移的原始动力，而水动力和毛细管力是动力还是阻力取决于岩石的物理状态和油气和水动力流动方向的相互关系。区域的构造应力则是产生浮力和水动力的根本动力。
3 油气运移通道
在二次运移过程中，除了输导层内的连通孔隙外，裂缝、断层以及不整合面都可以作为油气运移的通道［1］。近年的研究使人们相信，油气在盆地内的二次运移是一个极不均一的过程［2，17，22～24］。即便是在均匀的孔隙介质内，油气的运移也只沿着通道内有限的范围发生，其体积大约只占全部输导层的1%～10%［2～4，25］。张发强等［5］提出路径概念，将运移发生时油气在运移通道内占据的有限空间定义为路径。在盆地尺度上，二次运移路径的直径可能仅为数米［2］。而且，运移路径一旦形成，在流速变化不大的情况下，后续油气将主要通过该路径向前运移［5］。油气沿着优势通道（路径）运移过程的研究使人们认识到，在二次运移过程中烃的损失量可能很小［2，3，4，25］。但即便如此，对于二次运移发生的临界油气饱和度及运移后在通道上残留烃量的讨论却一直未有定论［26］，其变化的幅度从20%到1%［2，18，25］。
4 影响油气运移的主要因素
物理模拟实验发现，石油的二次运移过程受颗粒粒度、表面润湿性、注入压力（原始油柱高度）和流体性质等多种因素的影响［2，4，6，26］。为综合地考虑各种影响因素对两互不相溶流体在孔隙介质中的排替方式，David Wilkinson将所有的影响因素综合为毛管力、黏滞力和浮力。最后提出用Bo数和Ca数来综合二次运移过程中不同影响因素［7，8］。图1为改变浮力大小时油气运移路径的变化，可以看出随着浮力值的变化，油气运移路径也随着变化。图2为改变毛管力大小时油气运移路径的模拟图，从图可以看出，改变毛管力大小时，油气运移的路径会发生变化。根据前人研究，用Bo数和Ca数来综合浮力、毛管力和黏滞力可以涵盖所有影响油气运移的物理因素。
图1 改变浮力大小获得的运移数值模拟结果示意图
从a到c浮力值的大小逐渐增加。图中，红色的部分为运移的路径，白色的部分为运移的通道［Zhou，2006］
图2 改变毛管力大小获得的运移数值模拟结果示意图
从a到c毛管力值的大小逐渐变小。图中，红色的部分为运移的路径，白色的部分为运移的通道［Zhou，2006］
5 油气运移的模式
Lenormand［9］等利用侵入逾渗理论，在不考虑浮力的情况下，通过大量物理实验将两相流动过程划分为3种模式：毛管指进式、黏滞力指进式和稳定运移模式，并提出两个模型。一个模型认为，当注入速度或注入压力较大时，所有后续压力大于阻力的喉道都被突破，这时油气整体前进，产生的运移模式为稳定运移模式和黏滞力指进模式；另一个模型认为，当注入速度很小时，两相渗流过程符合逾渗理论的原则，油只沿阻力最小的部位突破，这时油气呈指状前进，产生的运移模式为毛管指进模式。由于其未考虑浮力作用，因此对运移的分析并不全面。Meakin［9，27～28］等针对油气运移两相流动的过程，考虑了当流体流动符合逾渗模型时的流体流动，通过大量物理实验和数学模拟，认为油气运移过程应该分为毛管指进模式和优势式运移模式。优势运移模式和指进运移模式的运移规律各不相同。将流体运移的不同模式统一到一个系统的原则下，Tukunaga［26］根据物理实验，利用两个无量纲数（Bond数和Ca数），绘制了一个油气运移相图，将油气运移模式划分为稳定运移模式和非稳定运移模式，但是，Tukunaga的实验数据太少，只是对两种极端的运移模式进行了定性的描述，没有界定两种模式之间的界限。罗晓容［5，6］（图3）等根据物理实验获得了3种油气运移模式：即稳定模式、指进模式和优势式运移模式，侯平［29］等在前面基础上对毛管数的计算方法进行了校正，同样获得稳定运移模式、指进运移模式和优势式运移模式。
图3 不同油气注入速率条件下的油气运移模式变化［6］
a—活塞式运移模式；b—指进式运移模式；c—优势式运移模式
6 油气运移的机理
在阐述油气运移的机理之前，有必要对目前油气运移的研究方法进行一个简单的回顾。目前用来描述油气二次运移过程的方法基本上分为3类：①基于流体势原理［2，16，18，30］，利用构造法线来对油气运移过程进行定性分析；②基于达西渗流方程的有限元法、差分方程、物质守恒原理等方法［31～32］；③基于流体非均一流动的各种流动模型［7～9，27，33］。即在很多情况下，流体的流动过程不再是一个连续的流动过程，这时候流体的流动规律也不可能用流体势原理或者达西渗流方程来描述，因此提出了新的流动模型。从上述的描述方法可以看出，流体势方法和达西渗流方程方法都必须有一个前提，也就是流体的流动必须是一种连续流动，如果流体的流动属于非均一性的流动，那么流体势方法和达西渗流方程方法就不适用于描述流体流动过程，根据前人的研究，这时候，侵入逾渗模型就可以用来描述油气运移的过程。
在前文描述到的3种运移模式中，稳定式运移模式属于达西渗流方程描述范围，其流体流动规则符合连续流动的流动规则，而指进式运移和优势式运移都是一种不连续流动的过程，都属于侵入逾渗理论描述的范围。根据目前的研究结果，当运移模式为稳定式时，流体流动的整体含油饱和度值为80%，为稳定值，当油气运移模式为指进式运移时，含油饱和度只受运移尺度的影响，二者存在关系式：S0∝L-0.5。当油气运移模式为优势式运移时，含油饱和度和Bo数存在关系式：
因此，可以将目前的油气运移机理总结为两种类型，即连续流动型运移和非连续流动运移，连续流动型运移的基本原理就是达西渗流方程，代表运移模式为稳定式运移；而非连续性流动的基本流动规则符合侵入逾渗理论运移规律，代表运移模式为指进式运移和优势式运移。
另外，前文提到，运移路径上的含油饱和度一直没有定论，从本文分析的结果可以看出，油气运移的含油饱和度在不同的运移规律下是不同的，这应该就是为什么一直无法获得确切的运移路径含油饱和度值的原因。
参考文献
［1］张厚福等.我国油气运移的研究现状与展望.石油大学学报（自然科学版），2000.24（4）：1～5.
［2］Schowalter T T.Mechanics of secondary hydrocarbon migration and entrapment.AAPG Bulletin，1979，63（5）：723～760.
［3］Dembicki H J，Anderson M J.Secondary migration of oil：experiments supporting efficient movement of separate，buoyancy oil phase along limited conduits.AAPG Bulletin，1989，73（8）：1018～1021.
［4］Catalan L，Xiaowen F，Chatzis I，et al.An experimental study of secondary oil migration.AAPG Bulletin，1992，76：638～640.
［5］张发强等.石油二次运移的模式及其影响因素.2003，25（1）：67～74.
［6］Luo X，Zhang F，Miao S，et al.Experimental verification of oil saturation and losses during secondary migration.Journal of Petroleum Geology，2004，27（3）：29～39.
［7］Wilkinson D.Percolation model of immiscible displacement in the presence of buoyancy forces.Physical Review A，1984，30：520～531.
［8］Wilkinson D.Percolation effects in immiscible displacement.Physical Review A，1986，34：1380～1391.
［9］Lenormand，Zarcone R，Touboul E.Numberical models and experiments on immiscible displacements in porous media.Journal of Fluid Mechanics，1987，189：165～187.
［10］Wagner G，Birovljev A，Meakin P，et al.Fragmentation and migration of invasion percolation cluster：experiments and simulations.Physical Review E，1997，55（6）：7015～7029.
［11］Thomas M M，Clouse J A.Scaled physical model of secondary oil migration.AAPG Bulletin，1995，79：19～29.
［12］苗胜等.核磁共振成像技术在油气运移路径观察与分析中的应用.石油学报，2004，25：44～47.
［13］李素梅等.八面河地区原油烃源岩中甾类化合物的分布特征及其应用.地球科学，2002，27：711～717.
［14］曾溅辉等.正韵律砂层中渗透率级差对石油运移和聚集影响的模拟实验研究.石油勘探与开发，2000，27（4）：102～105.
［15］李明诚等.油气运移研究的现状与发展.石油勘探与开发，1994，21（2）：1～7.
［16］Hubbert M K.Entrapment of petroleum under hydrodynamic conditions.AAPG Bulletin，1953，37：1954～2026.
［17］Berg R R.Capillary pressure in stratigraphic traps.AAPG Bulletin，1975，59（6）：939～959.
［18］England D A，et al.The movement entrapment of petroleum fluid in the subsurface.Journal of Geologyical Society，London，1987，114：327～347.
［19］Weidner D E，Schwartz L W.An experimental and numerical investigation of buoyancy-driven twophase displacement.Phys.Fluids A，1991，3（9）：2076～2080.
［20］查明等.扩散排烃模拟研究及其应用.石油大学学报，1997，14～19.
［21］陶一川等.盆地烃类运移二维二相流动数学模型分析与应用实例.地球科学，1993，20（3）：314～321.
［22］McNeal R P.Hydrodynamic entrapment of oil and gas in Bisti field，San Juan County，New Mexico.AAPG Bulletin，1961，45：315～329.
［23］Harms J C.Stratigraphic traps in a valley fill，western Nebraska.AAPG Bulletin，1966，50：2119～2149.
［24］Smith D A.Theoretical considerations of sealing and non-sealing faults.AAPG Bulletin，1966，50：363～374.
［25］Hirsch L M，Thompson A H.Minimun saturatioins and buoyancy in secondary migration.AAPG Bulletin，1995，79：696～710.
［26］Tokunaga T，Mogi K，Matsubara O，et，al.Buoyancy and interfacial force effects on two-phase displacement patterns：an experimental study.AAPG Bulletin，2000，84：65～74.
［27］Paul Meakin，et al.Invasion percolation in a destabilizing gradient.Physical review A，1991，46：3357～3368.
［28］Ewing R P and Berkowitz B.A generalized growth model for simulating initial migration of dense non-aqueous phase liquids.Water Resources Research.1998，34（4）：611～622.
［29］侯平.石油二次运移路径的模式分析.中国科学（D辑），2004，34（增刊Ⅰ）：162～168.
［30］Hindle A D.Petroleum migration pathways and charge concentratioin：a three-dimensional model.AAPG Bulletin，1997，81：141～148.
［31］Rhea L，Person M，marsily G D et al.Geostatistical models of secondary oil migration within heterogeneous carrier beds：a theoretical example.AAPG Bulletin，1994，78，1679～1691.
［32］Bethke C M，Reed J D，Oltz D F.Long-range petroleum migration in the Illinois Basin.AAPG Bulletin，1991，75（50）：925～945.
［33］Y Meheust，G Lovoll，K J Maloy，J Schmituhl.Interface scaling in a two-dimensional porous media under combined viscous.gravity and capillary effects.Physical Review E，2002，66：051603.
油气二次运移的机理~
运移机理是油气二次运移、聚集研究中的核心问题之一，涉及到油和气的运移相态，临界条件，动力学特征，储集空间的微观性质和油、气、水间的相互驱替机制等。
（一）油气运移相态
与初次运移相似，运移相态也是二次运移研究中的难题之一。从石油地质作用的机理来看，初次运移与二次运移是难以完全分开的两个阶段，它们既有区别又有联系。一方面，二次运移是初次运移的继续，二次运移开始阶段的相态势必然受到初次运移相态的影响；另一方面，二次运移所发生的环境与生油、气层环境有较大的不同，故油气在运载层等介质中运移时所呈现的相态又与初次运移有明显的区别。因此，对初次运移相态研究所取得的认识是进行二次运移相态研究的基础。
根据目前的研究，认为油和气初次运移的相态主要有水相和烃相。但因油和气的性质不同，它们所表现的相态也有差别。目前对初次运移相态的认识主要有：
① 烃溶于水（G.I.Admas,1903;M.J.Munn,1909;A.W.Mccoy,1918;L.C.Price,1976等）；
② 烃呈胶束状（E.G.Baker,1959,1967;R.J.Cordell,1973等）；
③ 烃呈游离相（P.A.Dickey,1975;K.Magara,1978;D.H.Welte等，1981）；
④ 扩散相（Sokolov,1956;Hinch,1978;D.Leythaeuser,1980,1982;B.Krooss等，1987,1988,1992；郝石生等，1991；李明诚，1994等）；
⑤ 干酪根三维网络运移（C.D.McAuliffe,1978,1979）；
⑥ 油溶相或气溶相（郝石生，1993;Sokolov,1963;Tissot,1987）；
⑦ 高温、高压环境下油气呈混溶相（张义纲，1994），等等。
然而，影响油气运移相态的因素是复杂的，在不同的地史阶段也可能呈现出不同的相态，尤其是天然气初次运移相态的多样化；但在某一特定条件下可能以某一种相态为主。油和天然气，由于它们溶解性的差异，可导致运移相态的很大不同。石油在不同的温度和压力下，其溶于水的能力有所不同，但与天然气相比，油在水中的溶解度要比气小得多（J.M.Hunt,1986），即随温度升高而增大，并随水的盐度增大而减小。压力的升高对液态烃在水中的溶解度的减小也有一定影响。在生油窗范围内（如60～110℃），石油的溶解度不超过100×10-6。如果以水溶相运移，石油的溶解度至少也要达到8000×10-6，实际上这在200℃以上也是难以达到的。因此，对于液态烃来说，在油气的主要生成深度范围内（1500～4500m），以独立烃相运移可能是主要的方式；在此范围以上，液态烃（油）可能有水溶液相运移，部分也可能以胶束溶液方式运移（李明诚，1987）；在深度较大、压力较高时（如异常高压带），则可能以混合相运移方式为主。
常压下，天然气在水中的溶解度要比石油大100倍，在地下温压条件下则更大。这说明水溶相是天然气运移的一种重要方式，而且水溶相运移还可避免亲水介质中的毛细管阻力，是最方便的运移方式。据Sokolov（1956）研究，常温、常压下，甲烷在油中的溶解度比在水中大9倍，乙烷则比在水中大25～45倍，丙烷比在水中大近1000倍，并随压力增加而增大。可见，当源岩中有油存在时，气将优先于溶于其中，并以油为载体运移（李明诚，1994）。
由于天然气的特性，在初次运移中可表现出比油更丰富的运移方式，因而在各演化阶段，也有以一种相态为主的运移特征。李明诚（1992）认为，油型气和煤型气在不同的成熟阶段，可呈现不同的运移相态（图1-2）。郝石生等（1993）研究了天然气在水中的溶解度及天然气的运移相态，表明天然气在初次运移过程中，以水溶气、油溶气、游离气运移的比例为1∶0.40∶0.91；在未成熟阶段，水溶气与游离气的比例为1∶0.19；在成熟阶段，水溶气、游离气、油溶气的比例为1∶2.42∶1.23（图1-3）。
图1-2 石油与天然气运移相态纵向演变示意图（据李明诚，1992，略改）
图1-3 廊固凹陷下第三系天然气初次运移相态分布图（据郝石生等，1993，略改）
很多研究都表明，油以独立相态发生初次运移时，必须达到10%～30%的饱和度才能发生流动，而天然气的临界运移饱和度要达到5%～10%左右。尽管气-水界面张力比油-水大，毛细管阻力也大，但游离气无需进行相态转化就能直接运移、成藏。因此，天然气以游离气体方式进行运移仍是最重要的方式之一。
总之，从现有的证据来看，液态烃呈独立相态运移的可能性更大，而气态烃以水溶相和游离气相运移的可能是主要的，扩散相则是天然气独有的运移相态；在高温、高压条件下（如“封存箱”环境），油和气还可呈混溶相运移。目前，大多数人的认识，在原则上基本是一致的。
油气二次运移的最终结果是油气的聚集，这意味着油气在二次运移的主要阶段上是以独立相态运移为主。目前的一些研究结果也表明，天然气在二次运移过程中仍以游离相为主，如郝石生等（1993）研究冀中地区坝县凹陷下第三系天然气二次运移相态时发现，沙三段天然气以水溶相、游离相、油溶气相二次运移的比例为1∶7.02∶2.17，沙四段为1∶12.05∶1.49。这些数值比成熟阶段初次运移时游离气的比例还要高2.9～5倍。这清楚地表明，水溶性比油高得多的天然气在二次运移中以游离气相占绝对优势，由此不难解释油在二次运移中以独立油相运移的特性。
（二）油气二次运移的临界条件
初次进入运载层的烃并非能立刻呈连续相，也并非有足够的浮力即刻向上运移，而是在聚集到一定浓度和烃柱高度或长度时，才能在浮力或水动力作用下逐渐上升，并向运载层的顶部集中；随后在运移动力作用下沿运载层继续作侧向或垂向流动。因此，要使油气继续运移，必须具备一定的初始烃饱和度和烃柱高度。
1.临界油气饱和度
烃类以连续相发生二次运移时，要求有一定的烃饱和度。C.D.McAuliffe（1979）认为，如果从运载层到圈闭的通道上油气残余饱和度低于20%～30%，独立油相二次运移就会受到限制，甚至不可能发生。当沿着运载层的上部或下界面含油饱和度达到20%～30%时，独立相态的烃才能在浮力作用下发生二次运移。T.T.Schowalter（1979）,L.Catalan等（1992）,Selle等（1993）,M.M.Thomas和J.A.Clouse（1994）通过模拟实验证实，油相二次运移需要的最低饱和度分别为10%、10%～30%、10.4%～10.6%和5%～15%；而P.Ungerer等（1990）等则认为，油饱和度在0.5%～4%就可发生二次运移；W.A.England（1987）等也提出运载层中至少要达到20%～30%的含油饱和度才能形成连通的运移通道。这部分油饱和度主要是以残余油的形式沿运移通道损失了。根据在运移路径上的钻井资料，有时可以发现储层中都有残余油。总的看来，油相发生二次运移的临界饱和度为10%～30%，这对大多数运载层是合适的。
对天然气二次运移也有相似的认识，因气与油物理性质的差异，其运移临界饱和度也不同。Hevorson（1967）用双相渗滤实验证实，非润湿相的气饱和度要达到5%～10%时才能产生气相运移；T.T.Schowalter（1979）也认为，5%～10%的气饱和度足以产生“亮点”异常，说明这些气还没有形成连通的气焰，故气临界饱和度应达到10%以上；郝石生（1994）认为，以10%作为气开始运移的饱和度适用于大多数储集岩。
2.临界油柱高度和长度
（1）静水条件
在静水条件下，油气一旦进入运载层，浮力便成为主要驱动力。油体受到的净浮力Fw与油、水的密度差有关：
断陷盆地油气二次运移与聚集
在油刚进入储层时，岩石孔隙是被水润湿的，油所受到的毛细管力为：
断陷盆地油气二次运移与聚集
因此，油必须克服运载层孔隙的毛细管力才能向上浮动，即油体本身与毛细管力要达到一定的压差，即：
断陷盆地油气二次运移与聚集
式中：z——油体的高度（cm或m）；
ρw——水密度（g/cm3）;
ρo——石油密度（g/cm3）；
σ——油-水界面张力（10-5N/cm）;
rt——孔隙半径（cm）;
rp——油体半径（cm）;
g——重力加速度（980cm/s2）。
当浮力和毛细管力达到平衡时，此时油体的高度称为二次运移的临界油柱高度zc：
断陷盆地油气二次运移与聚集
若σ＝35×10-5N/cm，油水密度差为0.1g/cm3，油在细砂岩（颗粒直径约为0.2mm）中运移时，则油串向上运移所需要的最小高度约为3m，而在中—粗粒砂岩中运移需要的油串高度仅为0.35cm。对于气体，当气、水密度差为1.0g/cm3（地下条件）时，需要的气柱高度约为0.3m。可以看出，在相同的条件下气体的运移比油要容易；相反，气体在储层中的保存要比油要难。
在静水条件下，当连续的烃相达到上浮的临界高度时便开始向运载层顶部运移，并在盖层的封闭下，油体沿顶界面分散，当聚集到相当于油体的临界高度时才继续沿运载层的上倾方向运移。此时，运移的临界值实际上是油体沿运载层顶界运移的临界长度Lc：
断陷盆地油气二次运移与聚集
式中，Pc为运移前缘的毛细管压力，a为运载层的倾角。α越大，运移所需要的长度越小，也即，在相同条件下倾角大的部位石油易于运移，这一结论已被L.Catalan等人的模拟实验所证实。
（2）动水条件
实际上，油气二次运移是在水动力、浮力和毛细管力同时作用下进行的，运移的方向和聚集的部位将取决于这3种力的大小和方向。在动水条件下，由于存在测势面梯度，故要使连续的油体运移或聚集，还要附加一个临界油柱高度（R.R.Berg,1975）:
断陷盆地油气二次运移与聚集
式中： ——测势面梯度；
x0——油体的水平宽度。
因此，在水动力、浮力和毛细管力作用下油体发生二次运移时的临界高度为：
断陷盆地油气二次运移与聚集
即：
断陷盆地油气二次运移与聚集
式中，“±”号代表水流方向，当水动力方向与浮力一致时（上倾水流）取“-”，即水动力增加了浮力作用；当水动力方向与浮力相反时（下倾水流）取“﹢”，即水动力减小了浮力作用（图1-4）。不难看出，水动力作用在特定条件下也会起不同的影响，当下倾水流大到一定程度时会完全抵消浮力驱动，致使油体沿上倾方向的运移遭到破坏；当上倾水流足够大时，则要求有较高排替压力的封闭层；否则，油将通过封闭层而逸散。
图1-4 下倾水流含水层中油串平衡示意图（据K.Berg,1975）
当水流平行于油体和运载层流动时，油相发生运移时所需要的水力梯度为：
断陷盆地油气二次运移与聚集
式中：α——油体的倾角；
L——连续油相的长度。
从上式可知，L愈大，所需要的水力梯度就愈小，因而在相同条件下，长油串可能运移，而短油串却不能。
成藏动力学自提出以来，经过近十年的研究和相关学科的不断发展，在盆地形成的地球动力学背景和盆地（充填）动力学、成烃动力学、排烃动力学、流体输导系统、油气成藏机理与充注历史分析等各个方面已经取得了重要进展。
1.盆地形成的地球动力学背景和盆地（充填）动力学
板块构造学说的产生和发展使盆地研究找到了新的切入点，人们通过板块构造理论重新认识沉积盆地的成因与演化。进入20世纪90年代，D′kinson（1993）率先强调了盆地研究的集中点应该由盆地类型研究转向盆地形成演化的动力过程研究。李思田等（1995）基于盆地与板块构造格架的关系提出了众多盆地分类方案。盆地动力学研究的目的在于认识盆地的成因，通过定量分析反映盆地动力过程的参数，以阐明各种盆地动力学控制因素的联合、复合作用及演化中的过程序列，了解盆地演化与发生在深部，包括地壳和岩石圈以下物质的状态和过程之间的关系以及板块相互作用过程中所造成的成盆区应力场。
盆地（充填）动力学的研究依靠层序地层学、事件地层学、构造—地层分析、精确定年技术（高分辨率古生物学和同位素技术）互相结合，构成等时地层格架，盆地中沉积体系三维配置加上时间关系研究的四维系统理论和研究的方法。这些不同学科、不同分支理论和方法体系的密切结合，使盆地（充填）动力学过程的研究产生了飞跃。高分辨率事件地层学的研究精度比传统生物地层学方法提高数十倍甚至上百倍，对有效预测盆地烃源岩和输导体系的分布具有重要意义。
2.成烃动力学
按照Tissot（1978）干酪根降解生烃理论，油气的成因主要是地下的沉积有机质在热力作用下的化学反应过程。根据温度与时间的相互补偿原则，成烃热模拟和化学反应动力学模型计算对大多数典型烃源岩干酪根的成烃研究有了很大发展。沈忠民（1999）、卢双舫（2000）等提出了多种动力学模型，如总包又可细分为总包一级动力学模型、分段一级动力学模型和总包多级动力学模型、最大反应速率模型、平行一级反应模型、无数平行一级反应模型、以沥青为中间产物的平行连续反应模型和活化能随转化率变化模型等。目前，有机质成烃动力学的研究不仅能从动力学的角度加深对有机质成烃过程的理解，更重要的是为油气生成量的计算提供了一种重要方法。
3.排烃动力学
近十几年来，国内外许多学者在烃源岩排烃机理方面进行了深入系统地研究。在排烃相态方面，石油和天然气有所不同。郝石生（1994）等通过气水高温、高压实验和分子扩散实验分析，认为水溶相和分子扩散对天然气排烃具有重要贡献。李明诚（2000）认为油气藏中聚集的主要是油相和气相，石油以油相、气溶相，天然气以气相、油溶相运移最为有效。在排烃相态方面，目前人们对泥岩烃源岩的压实排烃动力形成比较统一的认识，Leythauser等（1994, 1995）、张博全等（1995）、刘德汉（1996）等认为化学压实作用为碳酸盐岩烃类排驱到输导层或直接进入储层提供动力。由于烃源岩物性差、孔隙流体容易形成异常高压，微裂缝排烃往往是烃源岩主要的排烃方式。王新洲、周迪贤（1994）对济阳坳陷研究发现，烃源岩孔隙度＞10%才可引起自然水力压裂，否则一定要有油气增压的加入才有可能。Berg等（1999）通过对密闭系统的烃源岩孔隙体积、油气生成和压力之间关系的模拟研究认为，深度在2900m，有机碳含量低于0.7%的烃源岩，即使有机质的产烃率达到100%也难以形成微裂缝排烃。相比之下，对于高渗透性岩石，由于流体的流动降低了剩余流体体积，而不会使其在生烃过程中的剩余压力很大；低渗透性烃源岩中有机质含量高、产烃率大时，孔隙压力可能增大到足以造成破裂，从而产生裂缝并提高渗透率，剩余的油气就可以从这些裂缝中逸出。目前，烃源岩排烃的定量研究已经取得重要进展，如石广仁等（1996）在动力学方面通过建立地质模型和数学模型来定量评价烃源岩的排烃史，陈义才等（2002）根据烃源岩在生烃、排烃过程中烃类产物的质量守恒原理，将压实、扩散、水溶和微裂缝排烃系统地结合在一起，建立了多种排烃机理的微分数学方程，采用有限差分法模拟求解压实—扩散排烃模型。
4.地层流体压力预测
地层流体压力研究的核心是异常地层压力的形成、分布及其与油气藏形成与分布之间的关系，它是成藏动力学系统研究和划分的依据之一。现今流体压力研究主要进展表现在利用测井及地震资料预测异常地层压力。Bowers（1994）提出了一种不需要建立正常趋势线而用有效应力与声波速度之间的原始加载及卸载曲线方程直接计算有效应力、进而由有效应力定律确定地层压力的方法。古流体压力与油气的运聚具有更密切的联系。相对于静水压力，沉积盆地可出现超压或异常低压，其中超压具有更普遍的意义。超压是沉积盆地演化过程中的动态现象。尽管超压的发育与多种因素（包括不均衡压实、生烃作用、水热增压、粘土矿物脱水、构造应力等）有关，Hunt（1998）对非强挤压背景地区，提出了产生大规模超压的两种机制，即压实不均衡和生烃作用。
5.油气运聚的动力学机制及类型划分
油气成藏的动力学机制是复杂的，类型划分方案也是多样的。
康永尚、郭默杰（1998）提出流体运移的6种动力源：深部动力、沉积过程中产生的自源动力、热力、地应力、水动力、浮力。不同的动力源产生的动力有不同的作用方向：深部动力、热力与地应力的作用方向是由深部到浅部；沉积过程中产生的自源动力、沉积压实流体水动力的作用方向由高势区到低势区，由深部到浅部，由盆地中心向盆地边缘；浮力的方向是由深部到浅部；地表淋滤水动力方向是由浅层到深层，从盆地边缘向盆地中心，与压实流体的运动方向相反。在流体动力学中，热力、地应力、水动力和浮力的水动力学机制研究进展迅速。
田世澄（1997）等根据流体动力学系统的开放程度分4种类型：①强开放的重力驱动型，由造山运动导致的地形高差引起的重力驱动流占主导地位；②弱开放的压实驱动型系统，压实驱动是流体动力学系统的主要动力源；③相对封闭的流体封存箱型，热力和地应力对封闭系统的增压和破裂起关键作用；④滞流型，没有一种动力对油气运移发生重要作用，仅见于深盆低压气藏（深盆气）。
田世澄、张树林（1996,1999）、李莜瑾（1999）根据动力学特征或封闭条件将成藏动力学系统划分为开放型、封闭型、半封闭型3种类型；根据压力特征，又可分为超压成藏动力学系统、常压成藏动力学系统和低—负压成藏动力学系统；根据油源特征，还可划分为自源成藏动力学系统、他源成藏动力学系统和混源成藏动力学系统。而张树林等划分为单源、双源和三源3种成藏动力学系统。实际应用中常要考虑以上三个方面的因素，并且常在前面冠以生油凹陷的名称，以示地区和范围，故划分的成藏动力学系统常采用复合命名法。
6.流体输导系统
在含油气盆地中，砂岩和某些碳酸盐岩、不整合面、断裂等构成流体输导系统。在不同尺度上有效地预测各种输导体的流体行为和输导能力是成藏动力学研究的基础。输导系统研究的进展主要表现在砂体分布及输导能力预测和断裂流体行为的深入研究两个方面。由于沉积学、高分辨率层序地层学、地震盐隆预测和地层模拟技术的发展和综合应用，砂岩型输导层分布的预测能力已明显提高。Giles（1997）系统论述了不同地质条件下流体的流动、物质搬运和能量传递及其成岩效应，为砂岩输导能力的有效预测奠定了基础。此外，断层的结构、输导能力和流体行为的研究取得了长足的进展。断层带的流体输导能力和流体沿断层的垂向运移取决于断裂带的结构、断层的力学性质及活动强度等。Hooper（1991）、Roberts（1996）等认为流体沿断裂带的运移可能是幕式的，而且在超压盆地中，流体沿断裂带的幕式运移可能引起局部温度、压力异常。O′Brien（1999）等提出断裂在活动期具有较强的流体输导能力，晚期构造运动引起的断裂活化亦可明显增强断裂的流体输导能力，诱发大规模的流体运移，并控制油气的分布。
7.油气运移路径和运移主通道
油气在储层中二次运移路径十分复杂，但总是沿着毛细管阻力小的有利路径进行运移。Schowalter（1979）认为，烃类在运载层中运移，仅通过运载层上部几英尺的厚度。在均质条件下，运移通道位于运载层顶部，残余油也集中在运载层的顶部，而不是分布在整个运载层中。从盆地规模看，油气沿运载层垂直于地层走向朝上倾方向运移时，也主要集中在有限的运移通道上。England等（1987,1993）认为油气二次运移主要集中在少数“高速公路”上，只占运载层的空间比例约10%左右。近年来，Catalan（1992）、Carruthers（1995）、Thomas（1995）、Hindle（1997）、曾溅辉（2000）等对油气的二次运移过程进行了大量的模拟实验和数值模拟研究证明：①油气二次运移只通过局限的通道进行，油气运移空间可能只占据整个输导层的1%～10%；②输导层油气的运移路径受控于输导层顶面或封闭层底面的三维几何形态；③在生烃凹陷及其附近，油气运移路径形成密集的网络，而远离生烃凹陷，运移路径逐渐汇集。郝芳等（2000）根据油气二次运移的主要动力（浮力和水动力），利用射线追踪（ray trace）技术，可以从生烃凹陷出发对油气运移路径和主通道进行三维预测。
8.油气充注历史
油藏注入史研究是油藏地球化学研究的内容之一，其基本原理是根据流体非均质判断油气运移的通道方向、推断油气充注的时间。因此，油藏注入史研究对认识油气成藏过程也有重要作用。就单一油藏而言，同一油源不同时期产生的石油以及不同源岩同一时期产生的石油在组分上均具有内在的差异性。当石油向储层注入时，受到诸多因素的影响，因此有明显的非均质性。England等（1987）通过Fortiers油田的地球化学研究，首次将人们早已认识到的油藏流体非均质性现象与成藏研究结合起来，提出了油藏充注与原油混合模式。近年来，Hoffmann（1988）、Bodnar（1990）以及我国学者王铁冠（1997）、潘长春（1998）、宋长玉（2002）等在油藏注入史研究主要采用流体包裹体分析技术，并在很多地区或油田得到广泛应用。
9.成藏动力学系统的定量模拟
成藏动力学系统的定量模拟的目的是恢复油气成藏的演化历史，追踪油气运聚的动态过程。随着油气成藏密切相关的各种化学动力学和流体动力学过程和模型研究的不断深入，盆地演化和油气生成、运移和聚集过程的模拟技术不断改进。二、三维盆地模拟系统可作为成藏动力学系统定量模拟研究的基础。目前盆地模拟技术对稳态流体的模拟较为成熟，对幕式流体的模拟尚待改进。尽管目前的模拟技术作为预测油气分布的有效工具尚待完善，但计算机模拟为石油地质学家认识和再现地质历史中油气成藏的化学动力学和流体动力学过程提供了有效的工具。
油气的运移和聚集
答：因此，仍然可以说明早第三纪是油气运移速度较快的时期。对油气二次运移通道而言，储层、不整合面和断裂都可作为通道。通常，渗透性较好的储层是油气侧向运移的主要通道，油气二次运移和聚集物理模拟实验结果也表明，隔层下部砂层是油侧向运移的重要通道。据曾溅辉等人[98]对沾化凹陷的研究，油气沿着侧向发生...
油气运移的同位素示踪
答：这种张开、闭合多次发生，油气通过微裂隙的初次运移也就多次发生。研究证明，在初次运移(从油、气源岩向储集岩的运移)和二次运移(在储集岩中的运移)中油气继续发生地球化学变化。油气二次运移是指石油和天然气进入储集层以后的所有运移。其运移方向一方面取决于可渗透性地层的产状，如储集层的物性变化...
油气二次运移过程中油气泄露的原因
答：1、运输的过程中存在油气挥发、火灾、管道腐蚀等安全隐患，其中管道腐蚀所造成的影响是巨大的。2、油气二次运移受到三个力的作用，即浮力、水动力和毛细管阻力差，油气二次运移的方向取决于这三个力的合力。
油气成藏动力学的研究进展
答：近年来,Catalan(1992)、Carruthers(1995)、Thomas(1995)、Hindle(1997)、曾溅辉(2000)等对油气的二次运移过程进行了大量的模拟实验和数值模拟研究证明:①油气二次运移只通过局限的通道进行,油气运移空间可能只占据整个输导层的1%～10%;②输导层油气的运移路径受控于输导层顶面或封闭层底面的三维几何形态;③在生烃...
二次运移的介质条件
答：二次运移是初次运移的接续，二次运移的输导体系主要是结构较粗的砂岩或其他孔隙性岩层。其孔隙的直径相对较大，是地下水活动的主要途径，又常有大气降水的补给，运移条件与初次运移有很大差异，其影响因素也相对要简单些。与烃源岩相比，储集层具有较大的孔径和孔隙空间、低流体压力、低地温、高盐度和弱...
研究区成藏动力学特征的研究
答：该系统对油气成藏的决定作用主要体现在它的动力学特征,涉及成藏的动力和阻力、油气的初次运移和成藏过程中油水交替机理等方面。 (一)成藏动力与成藏阻力分析 被烃源岩包裹的浊积砂体,油气经过初次运移进入岩性圈闭后,无需进行大规模的二次运移,只需要经过油气水重力分异作用即可在高部位成藏。但是砂体最终能否...
石油运移和次生变化
答：石油和天然气在形成后必须经过运移、聚集才能形成油气藏。在初次 (在油源岩向储集岩的运移)和二次运移 (在储集岩中的运移)中油气继续发生地球化学变化。大部分生油岩都是细粒沉积岩,由于受到埋藏压力作用,岩石的空隙度非常低,因此,一旦生油岩中油气达到饱和,液态和气态烃就会排出,人们对油气的运移机制...
油气运移的水动力场特征
答：从某种意义上讲,查明生油凹陷内沉积成因水的形成、分布和运动特点,是掌握油气藏分布和油气成藏规律必不可少的研究内容。沉积成因水虽然是有源之水,但并非“取之不尽,用之不竭”的,查明它的储量和动态变化,是全面地评价、合理地开发油气资源的重要依据的一个方面。 石油与天然气的二次运移,是在构造动力与地形等...
基本概念
答：油气运移是指地壳内的石油、天然气在自然因素所引起的某些动力作用下发生的位置迁移。油气运移是形成油气藏的必经过程。Illing ( 1933) 首次将油气运移划分为初次运移、二次运移和三次运移，并把油气自烃源岩向储集层中的运移定义为初次运移，把油气在邻近烃源岩的储集层中的运移以及形成第一次油气的...
气相迁移的过程
答：因此某些金属在气相中的溶解、迁移是特定环境中的一种重要成矿机制,从而为我们研究矿床成因提供了一条新思路。 包志伟(2007)在总结了金属气相运移的规律之后,根据金属元素在火山喷气中的含量、热液矿床流体包裹体、熔融包体的最新证据以及有关金属元素在蒸气中的溶解度实验研究进展,对热液矿床成矿过程中金属气相运移的...
