石油地質學入門課件（十七）

油氣究竟以何種相態運移，取決於溫度、壓力、孔隙大小及油、氣、水的相對含量等。表現在有機質演化的不同階段，油氣運移的相態可能不同。在低熟階段，由於源岩含水量大，生成的烴類少，膠質、瀝青質含量高，油氣運移的相態應以水溶相為主；成熟期，油氣大量生成，而孔隙水含量較少，油氣主要呈遊離相運移，水為載體，生成的氣部分或大部分溶於石油中運移；生凝析氣階段，氣溶油運移，氣為油的載體；過熟階段，氣以遊離相運移。碳酸鹽岩生成的油氣以遊離相運移為主。

二、油氣初次運移的動力

油氣要從烴源岩中排出，必須要有驅動力。目前認為這種驅動力的就是剩餘壓力。剩餘壓力就是超過靜水柱壓力的那部分壓力。孔隙中的流體在靜水柱壓力下，處於一種壓力平衡狀況，流體是靜止的，一旦壓力超過其靜水柱壓力，就有剩餘壓力存在，若剩餘壓力超過毛管壓力就會使流體流動。產生剩餘壓力的原因（即動力）有如下幾種情況：

（一）壓實作用：

如果一套地層處於壓實平衡狀況，當其上又沉積了一層厚Δh的沉積物時，新沉積物的負荷就要傳遞給下伏地層的孔隙流體中，結果使孔隙流體產生了超過靜水柱壓力的剩餘壓力。在這種壓力下，孔隙流體排出，孔隙體積縮小，沉積物得到壓實。當流體排出一部分，又恢復平衡。就這樣，上覆沉積物不斷沉積，下覆孔隙流體不斷排出。這個過種可以是連續進行，亦可能是間斷進行。

（二）欠壓實作用

泥質岩類在壓實過程中，由於壓實流體排出受阻或未及時排出，泥岩得不到正常壓實，導致孔隙流體承受了部分上覆地層的靜壓力（或沉積負荷），出現孔隙壓力高於其相應的靜水柱壓力的現象稱為欠壓實現象。欠壓實產生的原因是沉積物厚度大，沉積速率快——產生頂底板（正常—砂泥薄互層）。

當欠壓實程度進一步強化，孔隙的剩餘壓力超過泥岩頂底板的抗張強度，則會出現泥岩裂縫，流體排出，壓力釋放，恢復到正常壓實狀態，裂縫閉合；然後隨上覆壓力的加大又會形成超壓，再釋放。這種過程可進行多次，形成脈衝式的排烴機制，有人稱之為「手風琴」式的排烴方式。

（三）蒙脫石脫水

蒙脫石是一種膨脹性粘土，結構水較多，一般含有四個或四個以上的水分子層，按體積計算，這些水可占整個礦物的50%，按重量計可占22%。這些結構水在壓實作用和熱力作用下會有部分甚至全部成為孔隙水，這些新增的流體必然要排擠孔隙原有的流體，起到排烴的作用。

蒙脫石在脫水過程中轉變為伊利石再向綠泥石轉化，這一過程跟溫度壓力有關，其含量隨深度加大而不斷減少，其轉化率增加較快的深度大約是3200m。在泥岩排液困難的情況下，蒙脫石的脫水作用可加大異常孔隙流體超壓。

（四）有機質的生烴作用

乾酪根成熟后可生成大量油氣（包括水）。這些油氣（包括水）的體積大大超過原乾酪根本身的體積，這些不斷新生的流體進入孔隙后，必然不斷排擠孔隙已存在的流體，驅替原有流體向外排出。流體排出不暢時，也會增加流體超壓。

因此，烴源岩生烴過程也孕育了排烴的動力。由此也可推斷，石油的生成與運移是一個必然的連續過程。

（五）流體熱增壓

當泥岩埋藏比較深，地層溫度增加，流體發生膨脹，增大剩餘壓力，促進流體流動。水隨溫度增加，體積也會發生膨脹，產生水熱增壓作用。書上給出了一條曲線，圖上顯示了隨地溫梯度的加大，水的比容加大，膨脹力加大。如在2000ft深度（6069m），地溫梯度為18℃/km時，水膨脹約3%，在25℃/km時，可脹約7%，36℃/km，脹約15%，這是一個很大的數量。

一般說隨埋藏深度加大，地溫梯度增大，水的比容增大。水的這種膨脹作用促使地下流體的運移，當然也助於烴類的運移。

當烴源岩層處於欠壓實狀態時，欠壓實段有非常高的孔隙度及孔隙水含量。由於水的熱導率低，水本身又不流動，這不利於地下深處的熱流向上傳導，造成異常高的地溫。這種異常高的地溫及異常大的水體積，必然表現出更大的熱膨脹體積。顯然欠壓實段泥岩的熱增壓現象要比正常壓實段更明顯。

此外，烴源岩在演化過程中有新流體的生成，如H2O、油和烴類進入孔隙中必然會加大熱增壓現象。

（六）滲析作用

滲析作用是指在滲透壓差作用下流體會通過半透膜從鹽度低向鹽度高方向運移，直到濃度差消失為止（圖4-5）。

圖4-5滲析作用示意圖

含鹽量差別越大，產生的滲透壓差也越大。Jones計算表明，頁岩與砂岩鹽度相差50000×10-6 時，則可產生4.25Mpa的滲透壓差。如果兩者相差150000×10-6 時，則可產生22.7Mpa的滲透壓差。

在壓實沉積盆地中，地層水的含鹽量隨深度和壓實作用的增加而增加。由於鹽離子易被頁岩吸附過濾，頁岩孔隙水的鹽度常比砂岩孔隙水高。從圖4-6看，頁（泥）岩中水的含鹽量與孔隙度成反比關係，即：含鹽量增加，則孔隙度減少。因此，含鹽量以每層頁（泥）岩的中間部分向邊部增高。含鹽量與滲透壓力之間也成反比關係。鹽量高則滲透壓力低，反之則高。因此，滲透流體運動的方向，是從低含鹽量區向高含鹽量區運移。所以滲析作用也能促進烴類從頁（泥）岩向砂岩運移，是烴類初次運移的動力之一。

圖4-6沙泥岩互層層組中泥岩孔隙度流壓含鹽分佈特徵

（七）其它作用

油氣初次運移的動力還有構造應力、毛細管壓力，擴散作用、碳酸鹽固結和重結晶作用等。

構造應力作用能導致岩石產生微裂縫系統，這利於岩石和有機質吸附烴的解吸作用，特別是對於緻密的烴源岩以及煤系烴源岩的排烴更為重要。另一方面，側向構造擠壓力在導致地層變形過程中，部分應力可傳遞到孔隙流體上，從而促使流體運移。

毛細管力的作用一般表現為阻力。僅在烴源岩層與儲層的界面上才表現為動力。由於兩者的毛管壓力差的（合力）指向儲層，從而推動油氣向儲層排出。

碳酸鹽岩的固結和重結晶作用使其孔隙變小，可促使已存於孔隙中的油氣壓力增大，最終導致岩石破裂，油氣排出。

擴散作用（分子運動）也是油氣運移的動力之一。它是濃度梯度作用下進行的。擴散作用是低分子烴，主要是天然氣的運移方式，它主要造成烴類散失，但在一定條件下亦可形成富集。

促使油氣運移的動力是多種多樣的，但在烴源岩有機質熱演化生烴過程中，各種作用力的類別、作用時間和大小是不同的。總體來說，在中—淺層，壓實作用為主要動力。此時，烴源岩孔隙度高，原生孔隙水較多，成岩作用以壓實作用為主，生成的生物甲烷氣及少量的未熟、低熟石油在壓實作用下隨水排出。在中—深層，因大量原生孔隙水被排出，泥岩的孔隙和滲透率變小，流體滲流受阻，而此時，有機質開始大量生烴，蒙脫石大量脫水，加上高溫流體增壓，造成了孔隙壓力不斷增加，形成異常高的孔隙壓力，而這種壓力超過烴源岩的強度時，就會產生微裂縫，排出流體。所以，此階段的排烴主要動力為異常孔隙流體超壓。它是欠壓實、生烴作用、流體增壓、蒙脫脫水的綜合效應。

三、初次運移的途徑

油氣初次運移的主要途徑有孔隙、微層理面和微裂縫。

在未熟—低熟階段，運移的途徑主要是孔隙和微層理面；但在成熟—過成熟階段油氣運移途徑主要是微裂縫。

四、油氣初次運移模式

油氣運移的模式主要有正常壓實排烴模式、異常壓力排烴模式、擴散模式。三者在相態、動力、途徑均有差異。

（一）未熟—低熟階段正常壓實排烴模式

此階段，烴源岩層埋深不大，生成油氣的數量少，源岩孔隙水較多，滲透率高，油氣可部分呈遊離相態，部分呈水溶相態，在壓實作用下，通過源岩孔隙運移到儲集層中。

（二）成熟—過成熟階段異常壓力排烴模式

在此階段，烴源岩層已被壓實，孔隙水較少，滲透率較低，烴源岩排液不暢。而此時正是有機質大量生成油氣，孔隙水不足以完全溶解所有油氣，大量油氣呈遊離狀態。同時蒙脫石脫水作用、熱增壓作用等因素導致孔隙流體壓力不斷增加，形成流體異常高壓，成為排烴的主要動力。

當生油岩孔隙網路內部建立起的壓力增高還不足以引起岩石產生微裂縫時，如果孔隙喉道不太窄，或因為存在著連續的有機質相和有乾酪根三維網路而使得毛細管壓力並不太大，那麼，油就可以從生油岩中被慢慢驅出，不需要裂縫存在。在這種情況下，油氣在異常壓力作用下被驅動應是一個連續的過程。

當孔隙流體壓力很高而導致烴源岩產生微裂縫，這些微裂縫與孔隙連接，則形成微裂縫—孔隙系統。在異常高壓驅動下，油氣水通過微裂縫—孔隙系統向烴源岩外湧出。當排出部分流體后，壓力下降，微裂縫閉合。待壓力恢復升高和微裂縫重新開啟后，又發生新的涌流。這一階段，油氣水就是以一種間歇式、脈衝式（有人稱之為手風琴式）不連續的方式進行混相涌流。

這兩種連續油氣運移過程和脈衝式不連續相運移過程是異常壓力增高過程中的兩個階段，兩者可以相互轉化，周期性發生，且以後者為主。

（三）輕烴擴散輔助運移模式

輕烴特別是氣態烴，具較強的擴散能力。儘管這是一種分子運動，效率較低，但因其具有普遍性，具時間上的連續性是不容忽視的。輕烴擴散到儲層后，可發生轉相，成為水溶相或遊離相。擴散也可以造成烴類的大量損失。

五、烴源岩有效排烴厚度

烴源岩所生成的油氣，因受各種因素的控制（如厚度大、滲透率小、動力不足、地層吸附）並不能全部排出，只有與儲層相接觸的一定距離內的生油層中的烴才能有效地排出來。能有效地排出烴類的生油層厚度，稱為有效的厚度。一般在30m±。不同地區有效厚度是不完全相同的。在評價生油岩時，可利用岩心含瀝青化學資料分析研究排烴效果，區分有效生油岩層與死生油岩層。前者指生油岩不僅產生油氣，且排驅了有商業價值的油氣；後者指儘管產生油氣，但生成的油氣沒有排驅到儲集層中，而是被圈死在烴源層中。

可見，最優越的生油層是與儲集層呈互層關係的生油層，過厚的塊狀泥岩並不是最有利的生油層。