[科普中国]-油气初次运移

油气物理状态

油气在初次运移中，以什么物理状态流动是目前石油地质学尚未解决的问题之一。

很多学者曾做过大量的实验和推断，归纳起来可分为两大类，即油气以溶解于水的状态运移和油气以原有的相态随水一起运移。不论以哪种物理状态运移，都与水有密切关系。

生油层中的水，主要来源于沉积水和粘土矿物脱水。沉积水是与沉积物一起埋藏下来的原生水，在沉积压实作用下，随着埋藏深度加大，将逐渐被排出。当埋藏深度达到生油门限深度后，泥质生油岩中的沉积水，大部分已成为束缚水，很难为初次运移提供大量的水源。粘土矿物脱水是在成岩过程中，在热力作用下蒙脱石转变为伊利石，同时排出层间结合水，这种水可能是初次运移过程中的主要水源。从图中，可以看到粘土成岩作用与释出水之间的关系。

水源问题解决之后，还要探讨烃类在水中的溶解问题。

在常温下液态烃在水中的溶解度很低，而且不同族分和不同的碳原子数其溶解度又有很大差别，一般来说，芳香烃的溶解度大于环烷烃，环烷烃的溶解度又大于烷烃。当非烃化合物含量比较高时，其溶解度可以大大增加。液态烃在水中的溶解度随温度升高而增加。

综上所述，液态烃大部分以水为运载体，随水一起运移。在生油层中生成的液态烃，多呈油珠状，分散于生油层之中，随着烃类大量生成，油的饱和度及相对渗透率均相应增加，在压实等动力作用下，即可随水从生油层运移到储集层，而少量的液态烃也可能以溶解于水的方式从生油层运移到储集层。气态烃情况则相反，大部分以溶解于水的状态运移，但也可呈气泡或串珠状，从生油层运移到储集层。1

动力初次运移的动力比较多，主要有超压作用、压实作用、水热增压作用、粘土矿物脱水作用、甲烷气的作用等。

1.超压

超压可以促使烃类运移，超压使孔隙度变高成为有效的储层，,超压也可以使盖层破裂形成优势运移通道 ，使油气幕式运移成藏。超压对油气成藏的影响如图1所示。超压可产生烃类运移的动力。当超压达到一定程度便会产生裂缝，为烃类运移提供优势运移通道，烃类进入超压改造的良性储集层，在合适的地质条件下就会聚集成藏。

超压对油气运移的影响主要表现在油气的次运移阶段，主要表现：改善运移通道和成为油气运移的动力因素促使油气运移油气自烃源岩向储储集层的运移成为油气初次运移（柳广弟2009）。油气在烃源岩里主要是以游离相态的形式赋存在烃源岩里，由于烃源岩主要是泥岩和页岩，而众所周知，泥岩空隙的直径很小（一般都是纳米级），因此当烃类想从烃源岩中运移出来时，就必须克服泥岩细小空隙的毛细管阻力，也就是说只有当泥岩与邻近储集层和输导层孔隙流体间的压差超过了油气运移的阻力时 ,油气才能从母岩中排出。因此要想油气从泥岩中运移出来，这时就需要一个外力来作用游离态的烃源岩，使它冲破毛细管力进入到储集层。而异常高压可以为烃类的初次运移提供动力，使油气从烃源岩运移到储集层。

超压压裂促使裂隙形成。超压平衡被突破之后，超压释放破坏了地下岩层的力学平衡，造成岩石破裂，产生微裂隙或微裂缝，这些微裂隙可以成为油气初次运移的通道， 超压带的烃源岩内滞留在孔隙间的烃类可以依此微裂隙进行运移（达江2006）。

2.压实作用

压实作用，指生成油气的沉积物质在上覆沉积负荷的作用下，孔隙缩小，其中流体逐渐被排出的作用。

在压实过程中，沉积物的体积密度不断增加，孔隙度不断减少，孔隙中流体不断被排出。若压实过程中沉积物的基质不变，则排出流体的总体积等压压实前与压实以后沉积物体积之差，即：

式中

——排出水的总体积；

——沉积物压实前的体积；

——沉积物压实后的体积；

——沉积物压实前的孔隙度；

——沉积物压实后的孔隙度。

压实作用又可分为正常压实和欠压实两类。如果孔隙度随上覆沉积物的增加而相应减少，孔隙流体基本保持静水压力，称之为正常压实。如果孔隙中流体在排出过程中受阻或来不及排出，孔隙度不能随上覆沉积物的增加而相应减少，孔隙中的流体将具有高于静水压力的异常值，则称之为欠压实。

查普曼（Chapman，1972）指出，泥岩正常压实排水的主要时期和油气大量生成在时间上的矛盾，使通过正常压实水流载出的油气可能是有限的，但可以通过欠压实作用得到调节。对于较厚的泥岩，由于传导能力的限制，以致在负荷压力下内部的流体不能及时排出，于是造成欠压实，产生异常高压，在油气生成、运移过程中起到很好的作用：

（1）欠压实使孔隙流体的排出受到不同程度的延缓，如果流体的排出正好被推迟到主要生油时期，则将对油气初次运移起到积极作用。

（2）欠压实还使更多的水较长时期处于高压下，这有利于促进有机质的热成熟，也有利于油气在水中的溶解。

（3）欠压实地层中流体的异常高压是驱使油气进行初次运移的潜在动力，这种异常高压远远超过一般正常压实地层的剩余压力，因此在多相流体运移过程中，它可以推动油气去克服毛细管阻力，而且还有可能进一步使岩层产生微裂隙，给油气运移创造更好的条件。但如果为非生油层时，它只能成为最好的压力封闭盖层。

3.水热增压作用

水热增压作用是指由于温度升高、水体膨胀、压力增加而引起流体运移的作用。沉积盆地中生油层的温度将随埋藏深度的增加而增加，生油层中的水，随温度升高，比容加大，体积膨胀。水的膨胀作用，将使生油层内压力增加，促使已生成的烃类从生油层向外运移。

在压实作用下，已生成的油气将从盆地中心向盆地边缘的储集层运移。1

4.粘土矿物脱水作用

在沉积盆地内，常含有大量的粘土岩，它们主要山蒙脱石、伊利石、高岭石和绿泥石等粘土矿物组成。

它们都不同程度地含有层间水，尤其是蒙脱石含水最多。在地层的一定深度范围内，由于热力作用，蒙脱石将失去层间水而转化为伊利石。在此过程中，一方面为生油层中烃类运移提供了深部水源，另一方面由于层间水变成自由水，体积膨胀，使生油层孔隙中流体压力增加，形成异常高压带，成为烃类初次运移的动力。

5.甲烷气的作用

沉积有机质向烃类转化的整个过程中，都伴随有甲烷气的产生，这些甲烷气一部分可溶于孔隙水，另一部分呈游离状态。随着埋藏深度和温度的增加，生油层中甲烷气的数量也增多。由于压实作用使生油岩的孔隙变小，渗透性变差，已生成的甲烷气和其他流体不能及时排出，使层内压力不断增加，形成层内局部高压异常带，使生油层产生微裂缝。为油气运移提供通道和动力。同时，饱和甲烷气的孔隙水在一定压力和温度条件下，可以增溶较多的烃类，溶解的烃类可与孔隙水一起运移出生油层。

此外，渗透压力作用、扩散作用、毛细管力作用等因素，对油气初次运移也有一定的影响。1