黃傳卿，張金功，席 輝

(1.西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安710069;2.中國(guó)石油測(cè)井油氣評(píng)價(jià)中心，陜西 西安710077)

油氣運(yùn)移是石油地質(zhì)學(xué)研究的熱點(diǎn)且為難點(diǎn)。在上世紀(jì)九十年代之前，油氣運(yùn)移的研究重點(diǎn)是初次運(yùn)移的動(dòng)力、相態(tài)及其過(guò)程等［1－5］。九十年代至今，油氣運(yùn)移的研究方向偏向于運(yùn)移通道路徑等，取得了一些重要的成果［6］。油氣運(yùn)移在盆地演化及其油氣成藏過(guò)程中一直發(fā)生的地質(zhì)事件，是石油地質(zhì)工作者的研究焦點(diǎn)，然而對(duì)于這項(xiàng)工作的開(kāi)展有著不同的認(rèn)識(shí)和思路。本文分析了油氣初次運(yùn)移研究機(jī)制與運(yùn)移方向及前人取得的一些成果，并探討了存在的實(shí)際問(wèn)題和下步發(fā)展方向。

1 初次運(yùn)移的機(jī)制

初次運(yùn)移是指沉積盆地生油巖在熱成熟階段，生油巖排出的烴類等組分物質(zhì)在某種驅(qū)動(dòng)力下從生油巖母體排出至運(yùn)移通道的過(guò)程［7－11］，是油氣二次運(yùn)移成藏的重要紐帶。對(duì)于油氣初次運(yùn)移機(jī)制及模式的研究，歸納起來(lái)包括以下四個(gè)方面:即以油氣相態(tài)為基礎(chǔ)的油氣初次運(yùn)移、以孔隙通道為基礎(chǔ)的油氣初次運(yùn)移、以運(yùn)移動(dòng)力為基礎(chǔ)油氣初次運(yùn)移及以烴類殘留為基礎(chǔ)的油氣初次運(yùn)移。

1.1 以油氣相態(tài)為基礎(chǔ)的初次運(yùn)移機(jī)制

油氣從烴源巖中生產(chǎn)排出過(guò)程中，在地層中運(yùn)移相態(tài)不同，其運(yùn)移方式及成藏之后的分布特診等有所差異。同時(shí)，油氣在地層中運(yùn)移的相態(tài)除了受到原始生氣母質(zhì)類型及演化程度有關(guān)外，還要受到其所處溫度、壓力等環(huán)境條件的影響［12］。因此對(duì)于油氣運(yùn)移相態(tài)及其變化的研究是油氣運(yùn)移研究中的重要研究對(duì)象。

關(guān)于油氣運(yùn)移相態(tài)的研究，前人做了大量的工作，然而今天的研究技術(shù)使得我們對(duì)油氣運(yùn)移相態(tài)有了更為清晰的認(rèn)識(shí)，石油的初次運(yùn)移以油相為主，氣溶相也具有重要性，而擴(kuò)散相對(duì)油氣運(yùn)移成藏意義不大。對(duì)于油氣的初次運(yùn)移，由于其水溶解度大又具擴(kuò)散性，所以水溶相、油溶相、氣相和擴(kuò)散相這幾種相態(tài)均具有重要的意義［13］。前期研究表明，油氣應(yīng)該是以地層壓實(shí)水為媒介，以溶于水的相態(tài)進(jìn)行初次運(yùn)移［14］。這樣既便于解釋分散狀烴類的移動(dòng)，且使生油層中的運(yùn)移簡(jiǎn)單化為單相(水相)滲透，從而避免了可能出現(xiàn)的巨大毛細(xì)管阻力。王新洲［9］(1996)認(rèn)為，液相石油以分子擴(kuò)散方式進(jìn)行的運(yùn)移是不容忽視的。

1.2 以游離相為基礎(chǔ)的油氣初次運(yùn)移

近年來(lái)主張油呈游離相運(yùn)移的人日益增多［15－18］。Dickey(1975)曾比較具體的討論了石油在初次運(yùn)移中可或多或少地呈連續(xù)游離相運(yùn)移的可能性。在實(shí)驗(yàn)中實(shí)體為內(nèi)表面為水潤(rùn)濕的孔隙介質(zhì)，如果其內(nèi)表面有一部分是油潤(rùn)濕的，石油呈游離相流動(dòng)。

Dickey指出假如孔隙水大部分是結(jié)構(gòu)水，那么石油在可流動(dòng)的總孔隙流體中的飽和度就會(huì)很高，可能達(dá)到50%以上。在此情況下，巖石對(duì)油的相對(duì)滲透率將增大，這樣在壓實(shí)時(shí)油就會(huì)先于水而排出，此時(shí)石油呈油線狀運(yùn)移。Magara(1981)根據(jù)上述思想繪制了一個(gè)油相運(yùn)移的模式圖(圖1)。表明隨壓實(shí)作用的增大，頁(yè)巖的絕對(duì)滲透率不斷下降，水的相對(duì)滲透率隨之減小，而油的相對(duì)滲透率卻增大。Magara以頁(yè)巖壓實(shí)中期作為最有利于油相運(yùn)移的階段，因?yàn)樵谠撾A段的油相滲透率已增大，而頁(yè)巖絕對(duì)滲透率尚未達(dá)到最低值。

圖1 連續(xù)油相運(yùn)移模式示意圖(據(jù)Magara，1977)

Tissot認(rèn)為初次運(yùn)移的相態(tài)隨地下條件的不同而改變，主要與埋深有關(guān)，如圖2所示，隨著深度的增加，油氣運(yùn)移相態(tài)從水溶相、油相至氣相的變化趨勢(shì)。

圖2 生油巖中油、水?dāng)?shù)量隨埋深的變化以及發(fā)生油相運(yùn)移的可能性(據(jù)Tissot，1987)

1.3 以運(yùn)移通道為基礎(chǔ)的油氣初次運(yùn)移

烴源巖中油氣運(yùn)移的通道有三種:即由烴源巖礦物構(gòu)成的孔隙網(wǎng)絡(luò)，主要由單個(gè)礦物顆粒的大小控制，可簡(jiǎn)單分成孔隙和喉道兩部分;長(zhǎng)條狀的，一般遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)單一礦物顆粒大小的裂隙通道;由連續(xù)分布的有機(jī)質(zhì)格架構(gòu)成的有機(jī)網(wǎng)絡(luò)。

1.3.1 油氣在孔隙網(wǎng)絡(luò)中的運(yùn)移

油氣通過(guò)孔隙網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)移與泥巖壓實(shí)階段有密切的關(guān)系，不同的學(xué)者從不同的角度，把泥質(zhì)沉積物根據(jù)不同的壓實(shí)階段，對(duì)孔隙度的變化影響因素做了具體的對(duì)比分析。

砂巖中多相流體流動(dòng)的許多實(shí)驗(yàn)表明，對(duì)于其中某一相的相對(duì)滲透率取決于該相在孔隙中的相對(duì)含量。如上所述，如果砂巖孔隙中既含油又含水，那么只有在石油大約占孔隙體積的20%以上時(shí)，它才能與水一起流動(dòng)。如果其含量小于20%左右，則在毛細(xì)管力作用下石油將分散成球形小滴。假定這些小油滴比孔隙之間的通道大，通過(guò)通道時(shí)小油滴必須變形(圖3)。這就要求在小油滴的兩邊有壓差存在，該壓差要比所有想象的伴隨流體流動(dòng)的壓差大得多。如果石油呈長(zhǎng)彈丸狀或細(xì)脈狀，其兩端的壓差就會(huì)比石油呈小滴狀時(shí)更大(Hobson，1954)。

圖3 小油滴通過(guò)剛性孔隙體系示意圖

在F點(diǎn)小油滴內(nèi)的壓力為3磅，它R點(diǎn)的壓力大得多，因?yàn)榘霃絩F’比rR’小得多。這樣就可促使小油滴離開(kāi)孔隙喉道(據(jù)Hobson，1954)

1.3.2 通過(guò)裂縫網(wǎng)絡(luò)的初次運(yùn)移

目前，以微裂隙作為油氣初次運(yùn)移主要通道的觀點(diǎn)日益獲得了人們的承認(rèn)。最先提出流體從生油巖通過(guò)微裂隙逸出機(jī)理的可能是Snarsky(1961)，他認(rèn)為“由于生油巖壓實(shí)、巖石彈性變形以及油與水的彈性，同時(shí)再加上溫度與構(gòu)造力的增大，巖層內(nèi)部孔隙壓力可升高到比巖石的壓力大得多。這種壓力可引起巖石破裂和裂隙的擴(kuò)大，油氣便可沿著這樣形成的通道運(yùn)移，進(jìn)入具靜水壓力的孔隙性與滲透性地層中”。

圖4 開(kāi)啟泥巖裂縫帶流體運(yùn)移分析圖(據(jù)張金功等，1996)

張金功等(1996)認(rèn)為異常超孔隙流體壓力作用下的微裂隙排烴是油氣初次運(yùn)移的最重要機(jī)制。埋藏狀態(tài)下異常超壓帶內(nèi)，泥巖裂縫在垂向和橫向上均有分布，在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)保持張開(kāi)狀態(tài)，同時(shí)進(jìn)行著大規(guī)模的流體運(yùn)移，直至泥巖排液趨于停止時(shí)，裂隙才會(huì)閉合(圖4)。同時(shí)在“油氣初次運(yùn)移模擬技術(shù)研究”時(shí)提出，在泥巖壓實(shí)階段，泥巖孔隙流體壓力升高至一定值，超過(guò)了泥巖破裂極限，就會(huì)使泥巖中產(chǎn)生微裂隙，導(dǎo)致孔隙流體迅速排出，壓力相應(yīng)釋放。伴隨著壓實(shí)作用的增強(qiáng)，泥巖流體的排出，最終導(dǎo)致裂隙閉合，使泥巖進(jìn)入了一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的階段。

1.3.3 通過(guò)有機(jī)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)移

McAuliffe(1978)在支持油相運(yùn)移的基礎(chǔ)上，根據(jù)前人的研究提出干酪根網(wǎng)絡(luò)運(yùn)移模式。他認(rèn)為在干酪根中生成的油氣達(dá)到一定濃度后，就可以沿干酪根網(wǎng)絡(luò)運(yùn)移到儲(chǔ)集層。這一模式強(qiáng)調(diào)油氣在生油巖中的運(yùn)移和水是互不相干的過(guò)程。油沿著干酪根網(wǎng)絡(luò)運(yùn)移，水沿著巖石的孔隙運(yùn)移。同時(shí)認(rèn)為石油在干酪根中運(yùn)移不受水的限制，可以不考慮水的數(shù)量和排水狀況，因此石油通過(guò)干酪根運(yùn)移可以在整個(gè)生油時(shí)期中不停地進(jìn)行。Momper(1978)認(rèn)為，生油巖中的有機(jī)質(zhì)不是分散在巖石基質(zhì)之中，而是沿層理面呈薄氈狀分布。因此，干酪根網(wǎng)絡(luò)一般在二維空間比較完整，在三維空間中相互連接比較少。由于生油時(shí)間長(zhǎng)，運(yùn)移速度慢，因此三維空間里干酪根網(wǎng)絡(luò)稀疏的連接，已足夠把油氣運(yùn)移到儲(chǔ)集層或裂隙中去。

由于這種運(yùn)移方式不受水的限制又沒(méi)有巨大的毛細(xì)管阻力，顯然通過(guò)干酪根網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)移是重要的運(yùn)移方式。

1.4 以驅(qū)動(dòng)力為基礎(chǔ)的油氣運(yùn)移

地質(zhì)條件的非均質(zhì)性和各種構(gòu)造活動(dòng)使得油氣運(yùn)移和聚集的過(guò)程復(fù)雜化，如較大的水動(dòng)力作用，輸導(dǎo)層和儲(chǔ)集層的巖性、物性的空間變化，斷裂的分隔和連通等等［19，20］。目前雖然人們多傾向了游離相是油氣初次運(yùn)移的主要形式這種觀點(diǎn)，但在對(duì)促使其運(yùn)移的動(dòng)力方面卻仍存在著一些分歧。如前所述，游離相的油氣在泥質(zhì)巖中受著巨大毛細(xì)管阻力的束縛，所以必須有足夠的驅(qū)動(dòng)力才能克服這一阻力，使油氣沿著泥質(zhì)巖的細(xì)小孔徑進(jìn)行運(yùn)移。

根據(jù)研究趨勢(shì)，揭示地層異常高壓形成機(jī)理，將使泥巖與附近的儲(chǔ)集層、輸導(dǎo)層之間，甚至在泥巖本身的不同部位之間形成明顯的壓力差，當(dāng)壓差足以克服泥巖細(xì)小孔隙的毛細(xì)管阻力時(shí)，其中的流體便會(huì)發(fā)生移動(dòng)。若此時(shí)已有油氣生成，初次運(yùn)移即可實(shí)現(xiàn)。流體自泥巖的排出作用，也是壓力釋放的過(guò)程，其結(jié)果必將導(dǎo)致孔隙流體壓力的降低和泥巖的補(bǔ)充壓實(shí);當(dāng)隨著流體排出壓差降低到小于毛細(xì)管阻力時(shí)，流體排出作用即行停止;而待壓力再集蓄到足夠高時(shí)，流體又可重新排出。

2 初次運(yùn)移方向分析

目前對(duì)初次運(yùn)移方向的研究相對(duì)居多，烴源巖內(nèi)的運(yùn)移方向以垂向運(yùn)移為主。上世紀(jì)五、六十年代，“源控論”是油氣初次運(yùn)移的一個(gè)觀點(diǎn)，提出油氣為短距離運(yùn)移。后來(lái)對(duì)初次運(yùn)移方向研究眾多，一些學(xué)者提及油氣質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)理論，認(rèn)為轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)中的油氣質(zhì)點(diǎn)總是要朝著能使自身轉(zhuǎn)動(dòng)慣量減少的方向移動(dòng)，地球的自轉(zhuǎn)促使油氣質(zhì)點(diǎn)向兩極移動(dòng)，地球的公轉(zhuǎn)促使油氣質(zhì)點(diǎn)向北極移動(dòng)［21］。有的學(xué)者提出壓實(shí)作用可以使其中的流體向上和向下兩個(gè)方向運(yùn)移，向下運(yùn)移的油氣，在下方儲(chǔ)集層中形成油氣藏，這就是“倒灌”現(xiàn)象，這種成藏模式就是所謂的“頂生式”生儲(chǔ)蓋組合［22，23］。然而“倒灌”說(shuō)缺少動(dòng)力的驅(qū)動(dòng)，壓實(shí)作用可以使其中的流體向上和向下兩個(gè)方向運(yùn)移是不可能發(fā)生的［24］。至此，有些研究者就提出初次運(yùn)移的方向是向上的，不會(huì)向下運(yùn)移［25］。

可見(jiàn)目前很多學(xué)者認(rèn)為泥巖壓差作用導(dǎo)致油氣初次運(yùn)移發(fā)生向上、向下的運(yùn)移方向，對(duì)于烴源巖來(lái)說(shuō)，其平行層面方向與垂直層面方向的滲透性差異很大程度上影響了初次運(yùn)移的主要方向。

3 初次運(yùn)移存在問(wèn)題及研究方向

油氣運(yùn)移在地層中的過(guò)程是一個(gè)十分復(fù)雜的地質(zhì)現(xiàn)象，同樣也是一個(gè)技術(shù)難度甚大的研究領(lǐng)域，涉及知識(shí)面廣。為了將油氣運(yùn)移研究引向深入，使基礎(chǔ)理論研究提高到世界先進(jìn)水平，同時(shí)要緊密聯(lián)系實(shí)際，更好地為油氣勘探開(kāi)發(fā)服務(wù)。

生烴增壓形成的裂縫作為油氣運(yùn)移實(shí)驗(yàn)引出了一個(gè)重要問(wèn)題，即泥巖裂縫中油氣是在如何保存以及泥巖裂縫油氣藏的構(gòu)造格局特征是什么(即是否符合重力分異原則)這導(dǎo)致了對(duì)泥巖裂縫油氣藏蓋層(隔層)及構(gòu)造格局的地質(zhì)分析。結(jié)果表明，泥巖裂縫油氣藏的蓋層或隔層有兩類，一類是非滲透性的泥頁(yè)巖或鹽巖、膏鹽等，一類是含油氣的砂巖或其它滲透性巖層，其中含油氣砂巖可具有氣水倒置現(xiàn)象。

總之，含油氣盆地關(guān)于油氣初次運(yùn)移的研究處于初級(jí)階段，很多方面尚未取得認(rèn)識(shí)，有待于完善、發(fā)展。根據(jù)目前含油氣盆地的研究狀況及研究進(jìn)展，筆者認(rèn)為關(guān)于初次運(yùn)移研究今后的重點(diǎn)研究方向有以下幾個(gè)方面:(1)針對(duì)油氣初次運(yùn)移相態(tài)的不確定性，應(yīng)該建立和完善多種相態(tài)運(yùn)移體系，針對(duì)其研究過(guò)程更為具體;(2)裂縫作為油氣運(yùn)移的主要運(yùn)移通道之一，其封閉性評(píng)價(jià)方法的研究可作為下一步研究重點(diǎn)方向;(3)應(yīng)該重點(diǎn)對(duì)盆地及所屬的烴源巖進(jìn)行地質(zhì)與地球化學(xué)方面開(kāi)展研究，并通過(guò)量化手段對(duì)研究成果進(jìn)行概括、歸納，為建立研究初次運(yùn)移的簡(jiǎn)易可行的實(shí)驗(yàn)方法提供更多的幫助。

4 結(jié)語(yǔ)

油氣初次運(yùn)移的研究是石油地質(zhì)領(lǐng)域的一個(gè)難題，目前研究水平仍然處在探索階段。針對(duì)本文上述的介紹，油氣初次運(yùn)移在石油地質(zhì)領(lǐng)域的理論和勘探實(shí)踐方面的重要已經(jīng)凸顯。這樣就告知我們，今后的研究方向及研究目的有了明確的指向。無(wú)論是運(yùn)移相態(tài)、運(yùn)移通道，還是運(yùn)移動(dòng)力、運(yùn)移方向，都是研究的重點(diǎn)。因此，今后的研究過(guò)程必須建立新的理論體系，系統(tǒng)地為油氣初次運(yùn)移研究服務(wù)。作為石油工作者探索真理需要決心和勇氣，更要扎扎實(shí)實(shí)地開(kāi)展工作，勇于探索，勇于實(shí)踐，需要為科學(xué)獻(xiàn)身的精神。

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