[科普中國(guó)]-油氣初次運(yùn)移

油氣物理狀態(tài)

油氣在初次運(yùn)移中，以什么物理狀態(tài)流動(dòng)是目前石油地質(zhì)學(xué)尚未解決的問(wèn)題之一。

很多學(xué)者曾做過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)和推斷，歸納起來(lái)可分為兩大類，即油氣以溶解于水的狀態(tài)運(yùn)移和油氣以原有的相態(tài)隨水一起運(yùn)移。不論以哪種物理狀態(tài)運(yùn)移，都與水有密切關(guān)系。

生油層中的水，主要來(lái)源于沉積水和粘土礦物脫水。沉積水是與沉積物一起埋藏下來(lái)的原生水，在沉積壓實(shí)作用下，隨著埋藏深度加大，將逐漸被排出。當(dāng)埋藏深度達(dá)到生油門限深度后，泥質(zhì)生油巖中的沉積水，大部分已成為束縛水，很難為初次運(yùn)移提供大量的水源。粘土礦物脫水是在成巖過(guò)程中，在熱力作用下蒙脫石轉(zhuǎn)變?yōu)橐晾?，同時(shí)排出層間結(jié)合水，這種水可能是初次運(yùn)移過(guò)程中的主要水源。從圖中，可以看到粘土成巖作用與釋出水之間的關(guān)系。

水源問(wèn)題解決之后，還要探討烴類在水中的溶解問(wèn)題。

在常溫下液態(tài)烴在水中的溶解度很低，而且不同族分和不同的碳原子數(shù)其溶解度又有很大差別，一般來(lái)說(shuō)，芳香烴的溶解度大于環(huán)烷烴，環(huán)烷烴的溶解度又大于烷烴。當(dāng)非烴化合物含量比較高時(shí)，其溶解度可以大大增加。液態(tài)烴在水中的溶解度隨溫度升高而增加。

綜上所述，液態(tài)烴大部分以水為運(yùn)載體，隨水一起運(yùn)移。在生油層中生成的液態(tài)烴，多呈油珠狀，分散于生油層之中，隨著烴類大量生成，油的飽和度及相對(duì)滲透率均相應(yīng)增加，在壓實(shí)等動(dòng)力作用下，即可隨水從生油層運(yùn)移到儲(chǔ)集層，而少量的液態(tài)烴也可能以溶解于水的方式從生油層運(yùn)移到儲(chǔ)集層。氣態(tài)烴情況則相反，大部分以溶解于水的狀態(tài)運(yùn)移，但也可呈氣泡或串珠狀，從生油層運(yùn)移到儲(chǔ)集層。1

動(dòng)力初次運(yùn)移的動(dòng)力比較多，主要有超壓作用、壓實(shí)作用、水熱增壓作用、粘土礦物脫水作用、甲烷氣的作用等。

1.超壓

超壓可以促使烴類運(yùn)移，超壓使孔隙度變高成為有效的儲(chǔ)層，,超壓也可以使蓋層破裂形成優(yōu)勢(shì)運(yùn)移通道 ，使油氣幕式運(yùn)移成藏。超壓對(duì)油氣成藏的影響如圖1所示。超壓可產(chǎn)生烴類運(yùn)移的動(dòng)力。當(dāng)超壓達(dá)到一定程度便會(huì)產(chǎn)生裂縫，為烴類運(yùn)移提供優(yōu)勢(shì)運(yùn)移通道，烴類進(jìn)入超壓改造的良性儲(chǔ)集層，在合適的地質(zhì)條件下就會(huì)聚集成藏。

超壓對(duì)油氣運(yùn)移的影響主要表現(xiàn)在油氣的次運(yùn)移階段，主要表現(xiàn)：改善運(yùn)移通道和成為油氣運(yùn)移的動(dòng)力因素促使油氣運(yùn)移油氣自烴源巖向儲(chǔ)儲(chǔ)集層的運(yùn)移成為油氣初次運(yùn)移（柳廣弟2009）。油氣在烴源巖里主要是以游離相態(tài)的形式賦存在烴源巖里，由于烴源巖主要是泥巖和頁(yè)巖，而眾所周知，泥巖空隙的直徑很?。ㄒ话愣际羌{米級(jí)），因此當(dāng)烴類想從烴源巖中運(yùn)移出來(lái)時(shí)，就必須克服泥巖細(xì)小空隙的毛細(xì)管阻力，也就是說(shuō)只有當(dāng)泥巖與鄰近儲(chǔ)集層和輸導(dǎo)層孔隙流體間的壓差超過(guò)了油氣運(yùn)移的阻力時(shí) ,油氣才能從母巖中排出。因此要想油氣從泥巖中運(yùn)移出來(lái)，這時(shí)就需要一個(gè)外力來(lái)作用游離態(tài)的烴源巖，使它沖破毛細(xì)管力進(jìn)入到儲(chǔ)集層。而異常高壓可以為烴類的初次運(yùn)移提供動(dòng)力，使油氣從烴源巖運(yùn)移到儲(chǔ)集層。

超壓壓裂促使裂隙形成。超壓平衡被突破之后，超壓釋放破壞了地下巖層的力學(xué)平衡，造成巖石破裂，產(chǎn)生微裂隙或微裂縫，這些微裂隙可以成為油氣初次運(yùn)移的通道， 超壓帶的烴源巖內(nèi)滯留在孔隙間的烴類可以依此微裂隙進(jìn)行運(yùn)移（達(dá)江2006）。

2.壓實(shí)作用

壓實(shí)作用，指生成油氣的沉積物質(zhì)在上覆沉積負(fù)荷的作用下，孔隙縮小，其中流體逐漸被排出的作用。

在壓實(shí)過(guò)程中，沉積物的體積密度不斷增加，孔隙度不斷減少，孔隙中流體不斷被排出。若壓實(shí)過(guò)程中沉積物的基質(zhì)不變，則排出流體的總體積等壓壓實(shí)前與壓實(shí)以后沉積物體積之差，即：

式中

——排出水的總體積；

——沉積物壓實(shí)前的體積；

——沉積物壓實(shí)后的體積；

——沉積物壓實(shí)前的孔隙度；

——沉積物壓實(shí)后的孔隙度。

壓實(shí)作用又可分為正常壓實(shí)和欠壓實(shí)兩類。如果孔隙度隨上覆沉積物的增加而相應(yīng)減少，孔隙流體基本保持靜水壓力，稱之為正常壓實(shí)。如果孔隙中流體在排出過(guò)程中受阻或來(lái)不及排出，孔隙度不能隨上覆沉積物的增加而相應(yīng)減少，孔隙中的流體將具有高于靜水壓力的異常值，則稱之為欠壓實(shí)。

查普曼（Chapman，1972）指出，泥巖正常壓實(shí)排水的主要時(shí)期和油氣大量生成在時(shí)間上的矛盾，使通過(guò)正常壓實(shí)水流載出的油氣可能是有限的，但可以通過(guò)欠壓實(shí)作用得到調(diào)節(jié)。對(duì)于較厚的泥巖，由于傳導(dǎo)能力的限制，以致在負(fù)荷壓力下內(nèi)部的流體不能及時(shí)排出，于是造成欠壓實(shí)，產(chǎn)生異常高壓，在油氣生成、運(yùn)移過(guò)程中起到很好的作用：

（1）欠壓實(shí)使孔隙流體的排出受到不同程度的延緩，如果流體的排出正好被推遲到主要生油時(shí)期，則將對(duì)油氣初次運(yùn)移起到積極作用。

（2）欠壓實(shí)還使更多的水較長(zhǎng)時(shí)期處于高壓下，這有利于促進(jìn)有機(jī)質(zhì)的熱成熟，也有利于油氣在水中的溶解。

（3）欠壓實(shí)地層中流體的異常高壓是驅(qū)使油氣進(jìn)行初次運(yùn)移的潛在動(dòng)力，這種異常高壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)一般正常壓實(shí)地層的剩余壓力，因此在多相流體運(yùn)移過(guò)程中，它可以推動(dòng)油氣去克服毛細(xì)管阻力，而且還有可能進(jìn)一步使巖層產(chǎn)生微裂隙，給油氣運(yùn)移創(chuàng)造更好的條件。但如果為非生油層時(shí)，它只能成為最好的壓力封閉蓋層。

3.水熱增壓作用

水熱增壓作用是指由于溫度升高、水體膨脹、壓力增加而引起流體運(yùn)移的作用。沉積盆地中生油層的溫度將隨埋藏深度的增加而增加，生油層中的水，隨溫度升高，比容加大，體積膨脹。水的膨脹作用，將使生油層內(nèi)壓力增加，促使已生成的烴類從生油層向外運(yùn)移。

在壓實(shí)作用下，已生成的油氣將從盆地中心向盆地邊緣的儲(chǔ)集層運(yùn)移。1

4.粘土礦物脫水作用

在沉積盆地內(nèi)，常含有大量的粘土巖，它們主要山蒙脫石、伊利石、高嶺石和綠泥石等粘土礦物組成。

它們都不同程度地含有層間水，尤其是蒙脫石含水最多。在地層的一定深度范圍內(nèi)，由于熱力作用，蒙脫石將失去層間水而轉(zhuǎn)化為伊利石。在此過(guò)程中，一方面為生油層中烴類運(yùn)移提供了深部水源，另一方面由于層間水變成自由水，體積膨脹，使生油層孔隙中流體壓力增加，形成異常高壓帶，成為烴類初次運(yùn)移的動(dòng)力。

5.甲烷氣的作用

沉積有機(jī)質(zhì)向烴類轉(zhuǎn)化的整個(gè)過(guò)程中，都伴隨有甲烷氣的產(chǎn)生，這些甲烷氣一部分可溶于孔隙水，另一部分呈游離狀態(tài)。隨著埋藏深度和溫度的增加，生油層中甲烷氣的數(shù)量也增多。由于壓實(shí)作用使生油巖的孔隙變小，滲透性變差，已生成的甲烷氣和其他流體不能及時(shí)排出，使層內(nèi)壓力不斷增加，形成層內(nèi)局部高壓異常帶，使生油層產(chǎn)生微裂縫。為油氣運(yùn)移提供通道和動(dòng)力。同時(shí)，飽和甲烷氣的孔隙水在一定壓力和溫度條件下，可以增溶較多的烴類，溶解的烴類可與孔隙水一起運(yùn)移出生油層。

此外，滲透壓力作用、擴(kuò)散作用、毛細(xì)管力作用等因素，對(duì)油氣初次運(yùn)移也有一定的影響。1