吳穎昊 吳兆徽

油氣運移之旅

吳穎昊 吳兆徽

我們在油藏中開采石油和天然氣，殊不知那里并非小油滴和小氣泡們的出生地。它們在烴源巖這個“石油釀造缸”中形成，漫長的一生開始了：它們背井離鄉(xiāng)、摸爬滾打，踏上艱辛的旅程尋找新的家園——終于，它們找到一個安定的居所聚集成藏。

從它們離家，到它們來到油藏中儲存起來的整個過程，就是油氣的運移。我們通常把這個過程分成兩個階段：一是小油滴和小氣泡離開烴源巖媽媽來到臨近的儲集層，叫做“初次運移”；二是進入儲集層之后發(fā)生的一切運移，包括它們后來聚集到儲藏室——油氣藏的過程，叫做“二次運移”。初次運移是離開家園的過程，而二次運移則踏上了尋找新家園的旅途。

背井離鄉(xiāng)——初次運移

初生的小油滴、小氣泡總是和水?dāng)y手同行，專家們合稱它們?yōu)椤翱紫读黧w”，這里昵稱它們?yōu)椤靶∫旱巍?。小液滴生活在盆地中，充滿在地下石頭城的每個房間——巖石孔隙里。當(dāng)然，它們的房間并不規(guī)則，而是分散地、星星點點地分布在正在壓實、固結(jié)的烴源巖里。

這種安居樂業(yè)的生活不是很好嗎？究竟是什么促使小油、氣滴們離開家的呢？

手牽手，一起走

——初次運移的相態(tài)

在小液滴踏上旅程之前，我們先看一看它們的旅行狀態(tài)——運移相態(tài)。早在油、氣還在“孕育”時，就被水包圍，出生后它們更是朝夕相處的好伙伴，一定條件下還能互相溶解。旅途中它們相互依偎、扶持著行走，溶解同行的時候我們稱它們水溶相或者油溶相、氣溶相。也有很多時候它們獨自行走，叫做游離相?，F(xiàn)在，讓我們跟隨小液滴一起，踏上旅程吧。

少小離家

——初次運移的動力和方向

（1）天然的榨油機——正常壓實作用

小液滴的房間是由巖石顆粒支撐起來的，然而烴源巖是泥巖，房間不像砂巖那樣牢固，也更容易壓縮而顯得擁擠。當(dāng)盆地沉降，烴源層上面的沉積物加厚變重，下層的泥巖房間就會受到沉重的壓力。樓房的格架（巖石骨架）承受的重壓越來越大，組成泥巖的固體顆粒也就越靠越緊。房間愈發(fā)擁擠，住在其中的小液滴也就越來越“待”不住了，突然，它們遭遇“瞬時剩余壓力”被排擠出來。上覆地層的這種作用就像一部巨大的榨油機。一部分液滴被擠出之后，房間不再擁擠，樓房的重壓也得以釋放，新的“壓實平衡”形成了。剩下的液滴繼續(xù)生活在孔隙中，直到下一次被重壓排擠。這個過程周而復(fù)始，漸漸地，越來越多的小液滴離開了“家”。一般來說，被榨出的油、氣會離開泥巖去往砂巖儲層，離開深處去往淺部，離開盆地中心來到邊緣地區(qū)。它們不僅能進入烴源層上部的儲層，也可進入生油層下部的儲層。

（2）出路靠自己闖——欠壓實作用

并非所有巖石空隙都能像正常壓實過程中那樣縮小，在一些系統(tǒng)較為封閉的泥質(zhì)巖類中，軟的不行就只能“蠻力”解決——來硬的了。同樣是在上覆沉積物變重的情況下，不同的是地下交通阻塞（空隙封閉），家門打不開，液滴們擠得難受卻又堵在房里出不去，這時房間里的流體就承受著“異常高壓”。當(dāng)它們再也無法承受就要“奪門而出”——它們將巖石撐破，順著“微裂隙”流走。放走一些流體之后壓力得以釋放，微裂隙也就重新閉合，直到下次破裂再開啟。就這樣周而復(fù)始，小液滴們一點一點從欠壓實中心處離開，向上、向下流去。

（3）吐水石頭真神奇——蒙皂石脫水作用

地下有種叫做蒙皂石的粘土礦物有種神奇的作用，它可以從自己體內(nèi)“吐”出水來。它產(chǎn)生的水雖然使小小的房間更加擁擠，但是這樣一來，反而配合了欠壓實作用，促進了異常高壓產(chǎn)生微裂隙。它吐出的水還有一個奇特的作用，水一多，小油氣滴如同搭載了交通工具，就可以溶解在水中（水溶相）離開了。

（4）地底熱爐——流體熱增壓作用

當(dāng)盆地沉降，烴源層深度增加，溫度也會增高，這時小液滴就要發(fā)生膨脹。由于流體比巖石顆粒膨脹劇烈，所以溫度的升高幫助流體從巖石顆粒之間往外擠。另外，溫度的增加又使流體黏度減小，變得更易流動，這樣，外榨內(nèi)擠，初生油、氣就離開它們生成的地方。

（5）闖出新天地——有機質(zhì)生烴作用

地下“石油釀造缸”在不斷生成新的油氣，油氣體積比它的原料“干酪根”體積大得多，所以新生流體必然排擠孔隙原有的流體。想想看，就像鼓脹的氣球再充氣就要脹破一樣，即使空隙封閉暫時排不出去，異常高壓也能撐開微裂隙將它們擠出去。

（6）鹽度平衡的使者——滲析作用

流體總是從鹽分少的地方去往鹽分多的地方來維持鹽度平衡。而由于在壓實作用下流體總是從泥巖向砂巖中去，從而砂巖積留的鹽分比泥巖多，滲析作用促使小液滴們從泥質(zhì)巖向砂巖中運移。而對烴源巖本身來說，泥巖邊部比中部壓實快，過濾下的鹽分多，所以滲析作用讓油氣從泥巖內(nèi)部向邊部運移。

（7）人小力量大——擴散作用

有濃度差存在時，烴源巖中的小液滴就能通過分子的不規(guī)則運動擴散到周圍巖石中去。雖然效率低，但是無處不在，尤其是當(dāng)烴源巖孔隙極小，別的作用難以實現(xiàn)時，就顯得非常重要了。

（8）變小的房間——膠結(jié)和重結(jié)晶作用

碳酸鹽巖生油巖層在成巖過程中的膠結(jié)和礦物重結(jié)晶作用也是一種讓孔隙變小的“榨油”動力。這種作用一方面排擠混雜在未結(jié)晶的碳酸鹽巖中的流體，另一方面又造成無數(shù)大大小小的裂縫，給流體的運移、儲集創(chuàng)造了良好條件。

（9）阻力也能變動力——毛細管力

直徑在0.0002～0.5毫米之間的小孔隙，流體已不能在其中自由流動。而艱難中總有出路哇，這時孔壁分子都來幫助流體分子了，毛細管孔隙的毛細作用便施展開來：當(dāng)巖石顆粒親水而不親油時，水比油更易向著孔壁顆粒附著，從而巖石的毛細孔隙中，液體彎曲面的凸面是指向水的（圖2）。這時油水交界面上，水的表面張力F便發(fā)揮毛細管作用，產(chǎn)生將水提拉進毛細管的力F2。毛細孔隙越小，把水拉近自己“體內(nèi)”的力量越大。因此，當(dāng)生油層比儲油層的孔隙小很多時，生油層就通過毛細管把水吸進來，同時，把油、氣向儲油層中排擠。一條條孤立的毛細管能起的作用是非常微小的，分布在廣闊的巖層中難以計數(shù)的毛細管卻形成了一股不可忽視的力量。

可以說，初次運移是各種因素綜合作用的結(jié)果，有動力也有阻力，但是阻力終究是局限而暫時的，如同我們長大成人之后再戀戀不舍也要離開爸爸媽媽，油氣離開烴源巖也是必然要發(fā)生的。

我們走在大路上

——初次運移的通道

油氣初次運移的通道與烴源巖醞釀油氣的成熟程度有關(guān)系。有些年少氣盛的小油氣滴，在未熟—低熟階段就急著離開，它們就從孔隙和微層里面中運移；成熟—過成熟階段的油氣則主要沿微裂縫運移。構(gòu)造運動造成的裂縫為小液滴的運移開辟了道路。斷層活動的重要作用也不言而喻，它就像插入烴源巖中的吸管，一張、一閉，就將流體吸進來、排出去。

奮進的征程——二次運移

經(jīng)過初次運移的小液滴從此離開了家，來到儲集層中，踏上了一生的旅程。儲集層真是個大千世界啊，這里有廣闊的孔隙空間，有各種各樣的構(gòu)造現(xiàn)象，有那么多的縫縫洞洞，有太多太多的道路擺在眼前。每個小液滴都想找到一個容身之所，每個小液滴都想聚集成藏，實現(xiàn)作為油、氣的價值。那么，在這里它會經(jīng)歷什么呢？

三個伙伴要分家

——“油、氣、水”的相態(tài)

在壓力和毛細管力的作用下，剛進入儲層的油、氣、水仍然保持著在生油層中那種相互混雜的“密切關(guān)系”，但一遇適當(dāng)條件，三個好伙伴就要“分家”了?；煸谝黄鸬挠秃退虮戎夭煌l(fā)生分離的現(xiàn)象叫“重力分異”，原因在于一種液體對另一種液體有浮力。有浮力托著，游離的氣就上浮到油的上面，而游離相的油將浮到水的上面。但那些溶解在油和水中的氣則只有壓力低于飽和壓力時才能從溶劑中脫出，和油、水發(fā)生重力分異。油、氣、水就這樣逐漸分離。它們一面分離，一面自然而然地與自己的同類匯聚在一起，建立各自“新的家園”。

條條大路通羅馬

——二次運移的通道

二次運移的道路比初次運移要大而通暢地多，主要是連通孔隙，裂縫、斷層和不整合面。在連通孔隙中，將孔隙們連通起來的狹窄通道叫“喉道”，喉道越大，小油滴運動起來也就越容易。巖石中的各種裂縫對小液滴來說簡直就是寬廣的“交通大道”，有了這些裂縫，流體就可以直接從中流過，在巖石中運移也就容易了許多。而油氣要在垂直方向上運移，很大程度上歸功于斷層。它不僅可以沿著斷層面走，有時還可以穿過斷層從一盤到另一盤去。不整合面也可以幫助小液滴“橫著走”，在儲層中側(cè)向運移。

玉手揚鞭馬兒跑

——二次運移受力多

在儲集層這個新天地里，誰會讓小液滴沉淪不前？誰會攙扶著小液滴繼續(xù)走下去？它們最終會立足在哪里？

（1）亦敵亦友——毛細管力

毛細管力是個搖擺不定的兩面派，一會兒當(dāng)阻力，一會兒當(dāng)動力。小油滴經(jīng)過孔隙系統(tǒng)時要穿越喉道，浮力托著它變形擠進去，這時就遇到困難了，毛細管力不讓小油滴進。好在小油滴下面的浮力大，還是擠進喉道中來。誰知當(dāng)小油滴要離去時，毛細管力倒成了好幫手，它協(xié)助動力一起將小油滴向外推，讓它順順利利從一個孔隙到達另一個孔隙。

（2）黏人的膠水——吸附力

有些巖石顆粒總想把油氣分子留在身邊，它用吸附力把它們黏在自己身上，始終是妨礙油氣運移的阻力。

（3）乘勢前進——水動力

水流在盆地中流動，一般是壓實或者重力的作用結(jié)果。被蓋層和底層所夾著的一層層砂層，就像埋在地下的一根根大管子?！肮茏印眱啥寺冻隹诘暮０胃叨扔胁顒e時，管中的水就要流動。如果入口處有水源源不斷地補充，巖層中的水就不斷流向出口。當(dāng)小油氣滴遇到這種水動力，就會一面滲流、一面發(fā)生重力分異，進行著二次運移。

（4）如有神助——構(gòu)造應(yīng)力

構(gòu)造運動可以把原來水平的巖層弄得高低起伏，左傾右拱，形成背斜；可以撕開巖層、裂出口子，形成裂縫和斷層；可以將能量傳遞，讓各種動力得以將油氣運移。構(gòu)造應(yīng)力直接或間接地幫助著小液滴。

（5）騰云駕霧升仙境——浮力

當(dāng)四周的水流靜止時，浮力托舉著小液滴向上浮起。此刻它的心情就像飛天的嫦娥一般忐忑——上面會是什么樣呢？遇到水平地層的小油滴怕是不太幸運，它們到達儲集層的頂部就分散開來，無法形成有價值的油氣藏。而如果巖層是傾斜的，那么這種期待簡直令人戰(zhàn)栗——它不斷沿著傾斜方向向上，向上，最終到達類似背斜這樣的圈閉——漂泊的旅程宣告終結(jié)，小油滴終于形成了油氣藏，在廣闊的地下找到了自己的立足之地。

功成圓滿——聚集成藏

小油滴、小氣泡經(jīng)歷初次運移、二次運移，從生油層進入儲層，又在儲集層中繼續(xù)運移。遍歷彎彎曲曲、又細又小的縫縫洞洞，它們中很大一部分散失掉了，另一些幸運兒在浮力、水動力等力量的共同作用下，被運進倉庫保存下來，成為一座座天然的地下油、氣藏（圖3），等待地質(zhì)勘探者去探尋。

[1] 王大銳，齊興宇，等. 走進石油1：探索地下石油奧秘——石油地質(zhì)[M]. 石油工業(yè)出版社，2006-06：72-87.

[2] 蔣有錄，查明. 石油天然氣地質(zhì)與勘探 [M]. 石油工業(yè)出版社，2006-05：136-173.