二、油气混合过程

储集层的非均质性和充注过程的差异性，造成圈闭中油气的组分和化合物在侧向和垂向上都具非均质性。正因为油气在空间上存在着这些差异，也就必然存在消除这些差异的混合过程，所以充注和混合是几乎同时存在的两个过程。W.A.England等（1989，1990）认为，圈闭中油气发生混合的机制，主要是密度差混合、浓度差混合以及热对流混合这三种作用。其中以前两种作用最为重要，虽然理论上讲只要存在地温差异就可以发生热对流作用，但相对于圈闭的空间高度和油气藏形成的地质时间而言，储集层中的热对流作用相当缓慢，因而对消除储集层中石油组分的非均匀性作用甚微（图7-17）。

图7-17　油气在圈闭中的混合示意图（据李明诚，2003）

（一）密度差异的混合作用

它实质上是流体密度的差异引起的重力混合作用。烃类向圈闭充注时，储集层顶部是早期聚集的成熟度较低、密度较高的石油，而靠近圈闭充注点的翼部或底部则是后期聚集的成熟度较高、密度较低的石油。结果，在圈闭的高部位存在密度相对较大的石油，而低部位存在密度较小的石油，形成密度倒置。因此，必然发生重质石油往下沉、轻质石油往上浮的作用，直到油气按重力分异完全混合为止。

根据储集层流体流动的模拟实验（England等1989），当储集层的渗透率为100× 10-3μm2、石油的黏度适中时，2km范围内的密度差异可以在1Ma中消除。储集层越好、非均质程度越低，密度差异混合作用的效果越好，所需混合的时间越短。如果目前圈闭中的石油仍存在密度差异，则说明储集层的非均质性很强，其中很可能有泥质条带或碳酸盐胶结条带等屏障存在。

（二）浓度差异的混合作用

实质上就是扩散混合作用，引起这一作用的直接原因是油气组分的浓度差异。与流体的重力混合作用相比较，扩散混合作用是分子运动引起的微观现象，但却是普遍存在、永不停息的作用。其结果是部分或全部消除了侧向上的浓度梯度，在垂向上建立起由重力分异作用形成的浓度梯度。扩散混合作用的效率除与浓度差的大小有关外，还取决于以下几个因素：温度升高扩散混合速度加快，储集层的渗透率变低扩散混合速度降低，烃类的小分子比大分子有较快的扩散混合速度。

据A.S.Mackenzie等（1987，1989）的研究，垂向上短距离的扩散混合作用有较高的效率，1Ma中可以在100m的范围内建立起重力分异的浓度梯度，但在几千米的规模上则需要几十百万年甚至更长的时间。虽然重力混合与扩散混合在圈闭中是同时进行的两种作用，它们共同消除圈闭中油气组分和化合物上的非均质性；但正如上所述，扩散混合只在垂向上100m小范围内比较有效，可以在1Ma内完成，而重力混合也只当储集层具高渗透率时，在建立垂向重力分异时比较有效，可以在0.01～1 Ma完成。对全油田规模上的侧向混合，特别是对非均质性强的低渗透率储集层，这两种混合作用的速率都很缓慢。可见，油田范围的油气非均质性很难通过重力混合及扩散混合作用，在较短的地质时期中达到均质化。因此，人们根据目前油藏中油气的非均质性，不仅可以判断油源和充注方向，还可以推知储集层非均质性程度的强弱以及油气藏形成时期的早晚。