關(guān)鍵詞：油氣運(yùn)移；油氣成藏；油氣倒灌；地層超壓；烴源巖；儲(chǔ)集層；蓋層

引言

地層巖石的孔隙中最初都飽和了地層水，油氣在地層中生成后，會(huì)在浮力的作用下向上運(yùn)移，遇到圈閉后聚集起來(lái)形成油氣藏，遇不到圈閉會(huì)一直向上運(yùn)移，到達(dá)地面后成為油氣苗。油氣向上運(yùn)移是有科學(xué)依據(jù)的，也是有實(shí)踐支持的，油氣苗就是油氣向上運(yùn)移的證據(jù)。

然而，在石油地質(zhì)學(xué)中卻一直存在著油氣倒灌的說(shuō)法[1 3]，即油氣生成后逆著浮力的方向向下運(yùn)移。這方面的研究非常多，如松遼盆地的扶楊油層靠倒灌成藏[4 8]，四川盆地川東北地區(qū)的長(zhǎng)興組礁灘相白云巖油氣靠倒灌成藏[9]，四川盆地的威遠(yuǎn)震旦系氣藏主要靠倒灌成藏[10]，鄂爾多斯盆地存在多處油氣倒灌成藏的情況[11 15]，勝利油區(qū)也有油氣倒灌成藏的例子[16 17]。不同油田的倒灌距離也不相同，有些為幾十米，有些為幾百米甚至上千米。

筆者一直是反對(duì)油氣倒灌的，曾撰文分析油氣運(yùn)移的機(jī)理和油氣倒灌的理論缺陷[18 19]，認(rèn)為油氣倒灌缺乏科學(xué)依據(jù)，也沒(méi)有得到實(shí)踐的支持，迄今為止尚未有人觀察到自然界中的油氣倒灌現(xiàn)象。

王永詩(shī)先生不同意筆者的觀點(diǎn)，他通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察到了油氣倒灌現(xiàn)象的發(fā)生[20]，以此來(lái)證明自然界中存在油氣倒灌的合理性。為了深入探討油氣運(yùn)移的奧秘，本文繼續(xù)深入分析油氣運(yùn)移的機(jī)理，并就王先生實(shí)驗(yàn)中存在的一些問(wèn)題進(jìn)行剖析，希望能夠進(jìn)一步揭示油氣運(yùn)移的真相。

1 油氣生成

地層巖石由骨架顆粒和粒間孔隙組成，孔隙中飽和了水，骨架顆粒中夾雜著一些沉積有機(jī)質(zhì)（干酪根）。干酪根就是所謂的生烴物質(zhì)，它以固體顆粒的形式分散在巖石之中。總有機(jī)碳（Total OrganicCarbon，TOC）含量越高，生烴量就越大。根據(jù)研究，烴源巖對(duì)TOC 的要求并不高[21 22]，1% 就算是好的烴源巖了，即100 個(gè)顆粒中有一個(gè)有機(jī)質(zhì)顆粒就可以成為烴源巖了（圖1）。烴源巖也叫生油層，大多數(shù)的烴源巖都是泥巖，下面也是以泥巖作為烴源巖和以砂巖作為儲(chǔ)集層為例進(jìn)行分析。

干酪根屬于超大分子聚合體，沒(méi)有固定的分子量和明確的分子式[3]，主要由C、H 和O 等元素組成，并通過(guò)C C 和C H 等化學(xué)鍵把它們組合在一起，結(jié)構(gòu)十分穩(wěn)定。油氣分子通常較小，是干酪根分解之后的產(chǎn)物，以烴類物質(zhì)為主，油氣為流體可以流動(dòng)。

干酪根顆粒被地層水包圍，在高溫下慢慢分解（生物氣的生成機(jī)理有所不同，本文暫不討論），分解是從外部枝杈上開(kāi)始的，并逐漸向內(nèi)部發(fā)展，黏土礦物催化劑會(huì)加速分解過(guò)程（圖2）。由于C H 鍵的鍵能比C C 鍵高，因此，C C 鍵比C H 鍵更容易斷裂，這樣才保證了烴類物質(zhì)的穩(wěn)定存在。干酪根的分解也沒(méi)有固定的模式，不同溫度下生成的烴類物質(zhì)也不盡相同，進(jìn)入生烴門限后，較低溫度下生成（分解）的長(zhǎng)鏈烴較多，較高溫度下生成（裂解）的短鏈烴較多，特高溫度下C H 鍵開(kāi)始斷裂，干酪根逐漸石墨化[1 3，21 23]。

干酪根并不是直接生成油滴或氣泡，而是將分解出的烴分子直接排放到水中，形成烴的水溶液（圖3）。由于干酪根不斷向水中排放烴分子，因此水的烴濃度會(huì)不斷升高。如果烴濃度低于烴在水中的溶解度，則不會(huì)有油滴或氣泡形成。幸運(yùn)的是，烴在水中的溶解度非常低[1，24]，因此很容易形成烴的過(guò)飽和水溶液。過(guò)飽和水溶液很不穩(wěn)定，烴分子容易聚集和凝結(jié)成分子團(tuán)，并且越聚越大，最后形成油滴或氣泡。但是，形成油滴需要種子，也就是“核”。很顯然，種子就在某些個(gè)干酪根顆粒上，不是所有的干酪根顆粒上都有種子。烴分子圍繞著種子不斷生長(zhǎng)，形成大的油滴或氣泡，浮力使其脫離母體并向上運(yùn)移，然后種子繼續(xù)生長(zhǎng)，形成下一個(gè)油滴或氣泡。這個(gè)過(guò)程與汽水瓶中的氣泡形成過(guò)程完全一樣。油滴只能向上脫離母體，不可能向下脫離母體。向上脫離母體后的油滴，再掉頭向下進(jìn)行倒灌，缺少動(dòng)力的驅(qū)動(dòng)。

由于烴源巖生烴的速度非常慢，需要幾十萬(wàn)年甚至幾百萬(wàn)年才能完成生烴過(guò)程，因此油氣只能以油滴或氣泡的形式排出烴源巖，這與湖底淤泥排出沼氣的形式完全相同。

2 運(yùn)移與流動(dòng)

運(yùn)移與流動(dòng)是兩個(gè)完全不同的概念，油氣運(yùn)移（migration）并不是油氣流動(dòng)（flow）。運(yùn)移是離散介質(zhì)的位置變化，油滴的移動(dòng)就叫運(yùn)移，油滴前后都不是油，而是水（圖4a）。流動(dòng)是連續(xù)介質(zhì)的位置變化，前后都是同一種流體，如水流（圖4b）。流動(dòng)是連續(xù)流，運(yùn)移是離散流或滴流。流動(dòng)是壓（勢(shì)）差驅(qū)動(dòng)的結(jié)果，圖4b 中的p1 必須大于p2 才能產(chǎn)生流動(dòng)。運(yùn)移不需要壓差，只需要浮力即可，圖4a中的油滴運(yùn)移不需要p1 大于p2，在p1 等于p2 的情況下油滴依然可以運(yùn)移。油氣運(yùn)移與鳥(niǎo)類的遷徙（migration）類似，都屬于離散介質(zhì)的位置移動(dòng)，二者使用同一個(gè)單詞。高空中的雨滴下落到地面，并不是因?yàn)楦呖罩械膲毫Ρ鹊孛娓?，而是因?yàn)橹亓ψ饔玫慕Y(jié)果。開(kāi)采過(guò)程中的油氣為連續(xù)相，所以通常說(shuō)油氣流動(dòng)，而不說(shuō)油氣運(yùn)移。成藏過(guò)程中的油氣為離散相，所以通常說(shuō)油氣運(yùn)移，而不說(shuō)油氣流動(dòng)。但很多人把油氣運(yùn)移當(dāng)成油氣流動(dòng)進(jìn)行研究，說(shuō)油氣運(yùn)移需要壓差的驅(qū)動(dòng)，顯然犯了一個(gè)概念錯(cuò)誤。

流動(dòng)與運(yùn)移的另外一個(gè)區(qū)別就是，流動(dòng)的速度快，因?yàn)閴翰畲?、?dòng)力強(qiáng)；運(yùn)移的速度慢，因?yàn)楦×π　?dòng)力弱，只能以滴流的形式進(jìn)行。流動(dòng)是從高壓向低壓進(jìn)行的，但低壓并不是只有一個(gè)方向，而是有很多方向，因此，流動(dòng)方向也不止一個(gè)，而是有很多個(gè)，即流動(dòng)是可以分叉的，河流入?？诘姆至骱拥谰褪橇鲃?dòng)分叉的證據(jù)。但運(yùn)移不需要壓差，只需要微弱的浮力（或重力），浮力的方向只有一個(gè)，因此，運(yùn)移的方向也只有一個(gè)，即向上運(yùn)移，遇到障礙后再轉(zhuǎn)為側(cè)向上運(yùn)移，但不會(huì)分叉。油氣運(yùn)移不是壓差驅(qū)動(dòng)的連續(xù)流，而是浮力驅(qū)動(dòng)的離散流，因此，不能用連續(xù)流的勢(shì)理論來(lái)研究油氣運(yùn)移問(wèn)題。自來(lái)水的流動(dòng)可以是連續(xù)流，也可以是滴流，連續(xù)流壓力大，水流急，四處飛濺，流動(dòng)分叉；滴流的速度慢，只能有一條運(yùn)移路線，即阻力最小的方向，見(jiàn)圖5。

3 油氣倒灌

油氣運(yùn)移只能以滴流的形式進(jìn)行，不可能以連續(xù)流的形式進(jìn)行。由于油氣比水輕，因此油氣只能在浮力的作用下向上運(yùn)移。但若烴源巖存在超壓（異常高壓），在烴源巖與上、下地層之間即建立起了壓差，此時(shí)油氣既可以向上（包括側(cè)向上）流動(dòng)，也可以向下（包括側(cè)向下）流動(dòng)，向下流動(dòng)就是所謂的倒灌（圖6）。油氣倒灌屬于壓差驅(qū)動(dòng)的流動(dòng)，而不是浮力驅(qū)動(dòng)的運(yùn)移。超壓是地質(zhì)學(xué)術(shù)語(yǔ)，油藏工程習(xí)慣叫異常高壓[25]。

油氣倒灌時(shí)，烴源巖的孔隙中必定飽和了油，否則，油水共存必然產(chǎn)生重力分異，形成油上水下的流體分布，此時(shí)倒灌的應(yīng)該是水，而不是油。

讓烴源巖孔隙中飽和油是不可能的，因?yàn)樗怀鲞@么多的油。干酪根只有一部分會(huì)轉(zhuǎn)化成油氣[26]，若TOC 為1%，100 個(gè)孔隙中連一個(gè)孔隙都填不滿油氣，不聚集根本沒(méi)有開(kāi)采價(jià)值。

烴源巖不僅生不出這么多的油，也根本不會(huì)有超壓，油氣倒灌的動(dòng)力并不存在。烴源巖（泥巖）是如何產(chǎn)生超壓的，目前主要有兩種觀點(diǎn)：一個(gè)是欠壓實(shí)導(dǎo)致的超壓，另一個(gè)是生烴導(dǎo)致的超壓。其實(shí)，泥巖是一個(gè)開(kāi)放的地層，上下都與更大孔隙的地層相連，其中的超壓很容易通過(guò)排水而釋放掉（圖7）。欠壓實(shí)理論認(rèn)為泥巖物性差，壓實(shí)過(guò)程因排水不暢而憋壓，這個(gè)觀點(diǎn)顯然不正確[27]。如果泥巖不能排水，生烴后也就不能排烴，地下也就沒(méi)有油氣聚集成藏了，這與事實(shí)完全不符。生烴增壓理論認(rèn)為泥巖生烴過(guò)程會(huì)產(chǎn)生超壓[1 3]，這個(gè)觀點(diǎn)也不正確。泥巖中生成的油滴（圖7a），在浮力的作用下會(huì)向上運(yùn)移并排出烴源巖（圖7b），也就不可能憋壓。即使油滴不排出烴源巖，也只能在原地膨脹變大，膨脹向周圍進(jìn)行，并不會(huì)導(dǎo)致油滴的移動(dòng)（圖7c）。只有浮力才有方向，才能牽引油滴向上運(yùn)移。烴源巖是一邊生烴一邊排烴的，而且生烴的速度極慢，不可能憋壓，迄今為止也沒(méi)有實(shí)測(cè)壓力數(shù)據(jù)支持泥巖超壓的說(shuō)法。浮力并不允許油滴靜止不動(dòng)，因此圖7c的情形是不存在的。煤巖地層的有機(jī)質(zhì)含量高，生烴量大，沒(méi)有出現(xiàn)超壓；泥巖地層的有機(jī)質(zhì)含量低，生烴量小，更不可能出現(xiàn)超壓。所謂的烴源巖超壓，都是根據(jù)聲波時(shí)差測(cè)井資料通過(guò)等效深度法計(jì)算出來(lái)的，即高聲波時(shí)差層段對(duì)應(yīng)高孔隙度層段，高孔隙度層段對(duì)應(yīng)超壓層段，也即地層超壓導(dǎo)致了高孔隙度，高孔隙度導(dǎo)致了高聲波時(shí)差。實(shí)際上，異常高壓地層的孔隙度并不見(jiàn)得高，異常低壓地層的孔隙度也不見(jiàn)得低。很多異常高壓油氣藏的孔隙度都很低，因?yàn)楦呖紫抖鹊貙拥拿芊庑圆?，不容易憋壓。高聲波時(shí)差是由固體骨架的性質(zhì)和有機(jī)質(zhì)含量引起的[28]，卻被誤解為了高孔隙度，高孔隙度又被誤解為了高流體壓力。雖然疏松土介質(zhì)的孔隙度隨壓力而變化，但巖石為致密介質(zhì)，其孔隙度與壓力無(wú)關(guān)，只與骨架顆粒的排列方式和粒度分布有關(guān)。把淺層土介質(zhì)的孔隙度變化規(guī)律錯(cuò)誤地應(yīng)用到深層巖石上面，必然得出地層巖石都是超壓的結(jié)論。實(shí)際上，絕大多數(shù)的地層巖石都是正常壓力，只有極少數(shù)的地層巖石因油氣聚集而出現(xiàn)了超壓。聲波時(shí)差曲線通常都是波動(dòng)幅度較大的曲線，而地層壓力曲線通常都是直線，也充分說(shuō)明了地層壓力與聲波時(shí)差沒(méi)有關(guān)系。實(shí)踐證明，等效深度法并不等效[29]。

人們?yōu)楹螘?huì)有生烴增壓的想法呢？主要是基于室內(nèi)的生烴實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)時(shí)把干酪根放入密閉的生烴室（黃金管）中，瞬間加熱到400～600 ?C，在15～24 h內(nèi)完成生烴過(guò)程，實(shí)驗(yàn)不僅生烴了，而且還增壓了。

干酪根固體變成流體，密度減小，體積增大，若不限制體積，也不會(huì)增壓，由于黃金管封閉，限制了體積變化，因而增壓了。但是，室內(nèi)的生烴實(shí)驗(yàn)條件與地下完全不同，實(shí)驗(yàn)并沒(méi)有完全模擬地下的生烴過(guò)程：第一，實(shí)驗(yàn)時(shí)干酪根比較集中，而烴源巖的干酪根比較分散；第二，生烴實(shí)驗(yàn)是封閉環(huán)境，限制了體積變化，而烴源巖是開(kāi)放環(huán)境，對(duì)體積變化沒(méi)有限制；第三，實(shí)驗(yàn)生烴時(shí)間短暫，而烴源巖的生烴時(shí)間漫長(zhǎng)；第四，實(shí)驗(yàn)溫度突然升高，而烴源巖的溫度緩慢升高，并且實(shí)驗(yàn)溫度遠(yuǎn)高于地層溫度。由于存在這些差別，很難把實(shí)驗(yàn)結(jié)果外推到地層條件，并斷定烴源巖也會(huì)因生烴而增壓。

若水油密度差為0.4 g/cm3，則由式（3）計(jì)算的地層水向下流動(dòng)的壓力（勢(shì)）梯度為3.92 MPa/km，即100 m 厚的地層至少需要0.392 MPa 的壓差才能讓油滴向下流動(dòng)。若地層滲透率為1 mD，地層水黏度為0.5 mPa·s，則由式（4）計(jì)算的滲流速度為0.007 84 m/Ms，即10 km2 的烴源巖每天需向下排水6 770 m3。若烴源巖排烴時(shí)間為10×104 a，則總共向下排水2 470×108 m3。問(wèn)題來(lái)了，烴源巖有這么多的水可排嗎？地層水排到下面去，哪里可以容納這么多的水？烴源巖下方地層為封閉環(huán)境，上方地層與地面連通為開(kāi)放環(huán)境，顯然向上排水容易，向下排水困難。既然向上排水比向下排水容易，烴源巖為何要向下排水呢？若烴源巖向下排水，下面的地層必然會(huì)出現(xiàn)超壓，這與事實(shí)完全不符，說(shuō)明烴源巖并沒(méi)有向下排水，油氣倒灌自然也不會(huì)發(fā)生。

也有人認(rèn)為油氣倒灌是通過(guò)垂向斷層進(jìn)行的[30 33]，斷層的滲透率非常高，若滲透率為10 D，則由式（4）計(jì)算的滲流速度為78.400 00 m/Ms，即每天向下流動(dòng)6.77 m，這么高的滲流速度肯定要向下排出巨量的水，這種事情當(dāng)然也不會(huì)發(fā)生。況且，斷層事先都灌滿了水，油氣進(jìn)入之后肯定要向上運(yùn)移，為何要向下運(yùn)移呢？在加長(zhǎng)礦泉水瓶的水中滴入一滴油，即刻就能看到油滴向上運(yùn)移，絕不可能看到油滴向下運(yùn)移。另外，油氣是如何運(yùn)移進(jìn)入垂向斷層的呢？既然油氣可以水平運(yùn)移進(jìn)入垂向斷層，為何不能垂向運(yùn)移進(jìn)入上覆地層呢？水平方向沒(méi)有壓力梯度，水平運(yùn)移的動(dòng)力明顯弱于垂向運(yùn)移的動(dòng)力，垂向有浮力作為運(yùn)移動(dòng)力，油氣會(huì)沿著最難流動(dòng)的方向進(jìn)行運(yùn)移嗎？當(dāng)然不會(huì)。根據(jù)Darcy 定律，壓力梯度決定運(yùn)移的方向，滲透率決定運(yùn)移的快慢，油氣倒灌顯然違背了滲流力學(xué)的基本原理。

問(wèn)題的關(guān)鍵是，地層水向下流動(dòng)的壓力梯度，即烴源巖向下排水的動(dòng)力或超壓從何處而來(lái)？

4 超壓地層

什么樣的地層會(huì)出現(xiàn)超壓呢？答案只有一個(gè)，只有封閉的地層才會(huì)出現(xiàn)超壓，開(kāi)放的地層不會(huì)出現(xiàn)超壓，因?yàn)榱黧w的流動(dòng)會(huì)平衡地層壓力。打開(kāi)瓶蓋的汽水瓶不會(huì)出現(xiàn)超壓，擰緊瓶蓋的汽水瓶才會(huì)出現(xiàn)超壓。地層也都是如汽水瓶一樣的容器，只是靠孔隙儲(chǔ)存流體而已，但地層沒(méi)有瓶蓋一樣的東西來(lái)封閉流體。泥巖地層為開(kāi)放地層，當(dāng)然不會(huì)出現(xiàn)超壓（圖8）。若地層水因某種原因超壓了，則會(huì)在壓差的驅(qū)動(dòng)下向外流動(dòng)，從而把超壓釋放掉。

假設(shè)地層水的靜水壓力為10 MPa，超壓后的地層壓力達(dá)到20 MPa，壓力系數(shù)為2.0。顯然，地層壓力比周圍地層高了10 MPa，即超壓10 MPa。水在地層孔隙中的流動(dòng)滿足Poiseuille 公式[34]

超壓地層中的水會(huì)按照式（5）向外流動(dòng)，再結(jié)合物質(zhì)平衡方程，就可以計(jì)算出地層超壓的釋放曲線（圖9）。對(duì)于孔隙半徑為10 nm、厚度為50 m 的地層，2.0 的超壓在不到2 000 a 的時(shí)間內(nèi)就釋放完了，從而成為了常壓地層。這個(gè)時(shí)間在地質(zhì)歷史上就是一瞬，換句話說(shuō)，地層中的超壓無(wú)法長(zhǎng)期保存，或者說(shuō)現(xiàn)在的泥巖地層中根本不存在超壓。

有人說(shuō)盆地快速沉積或差異壓實(shí)會(huì)因排水不及時(shí)而導(dǎo)致地層超壓。其實(shí)，盆地沉積的速度或地層壓實(shí)的速度都趕不上水流的速度，與地層水的黏度相比，多孔介質(zhì)巖石產(chǎn)生流變的黏度為天文數(shù)字[35]，二者不能相提并論。也就是說(shuō)，地層巖石憋壓的速度趕不上地層水泄壓的速度，以至于人們很少能夠測(cè)量到地層水的超壓。目前所說(shuō)的泥巖超壓，都是用聲波時(shí)差計(jì)算出來(lái)的[36]，并不真實(shí)存在。

泥巖地層孔隙中的水不會(huì)超壓（圖8），因?yàn)樗c外面地層連通，會(huì)及時(shí)平衡地層壓力。若圖8 地層孔隙中的水換成油，當(dāng)然也不會(huì)超壓。連續(xù)相的流體都不會(huì)超壓，都能通過(guò)流體的流動(dòng)來(lái)自動(dòng)平衡地層壓力。當(dāng)然，泥巖地層的孔隙中不會(huì)都是油，但可以都是水。

對(duì)于均質(zhì)的地層或均勻的孔隙，不管是砂巖還是泥巖，都不會(huì)有油，因?yàn)橛蜁?huì)在浮力的作用下運(yùn)移出去。砂巖與泥巖的主要區(qū)別就是砂巖的孔隙大，泥巖的孔隙小。砂巖與泥巖組合在一起即成為非均質(zhì)地層，圖10 就是由生儲(chǔ)蓋組合起來(lái)形成的非均質(zhì)地層油氣運(yùn)移聚集機(jī)理圖。非均質(zhì)地層的孔隙為非均勻孔隙，當(dāng)初也都飽和了地層水。當(dāng)油滴從烴源巖小孔隙向儲(chǔ)集層大孔隙運(yùn)移時(shí)，沒(méi)有任何障礙，連門檻壓力都沒(méi)有，可以順利進(jìn)入儲(chǔ)集層。但是，當(dāng)油滴從儲(chǔ)集層大孔隙向蓋層小孔隙運(yùn)移時(shí)就有障礙了，毛管壓力卡住了油滴，油滴無(wú)法繼續(xù)運(yùn)移，只好聚集起來(lái)形成油氣藏（圖10）。蓋層是通過(guò)毛管壓力封堵油氣的[37]，毛管壓力起到了汽水瓶蓋的作用。毛管壓力對(duì)油氣運(yùn)移不起作用，是因?yàn)榫鶆蚩紫吨杏偷雾?、底端的毛管壓力大小相等，方向相反，其合力?，但毛管壓力對(duì)油氣聚集成藏卻起到了至關(guān)重要的作用。油氣可以由小孔隙運(yùn)移進(jìn)入大孔隙，卻不能由大孔隙運(yùn)移進(jìn)入小孔隙，這就是油氣運(yùn)移的奇妙之處，也是油氣能夠聚集成藏的理論基礎(chǔ)。

當(dāng)巖石親水時(shí)，毛管壓力朝下，可以封堵油氣；當(dāng)巖石親油時(shí)，毛管壓力朝上，不僅不能封堵油氣，還加速了油氣的散失。因此，地層巖石的親水性成就了石油工業(yè)[37]。當(dāng)然，油氣必須在非均質(zhì)地層中才能聚集成藏，地層的非均質(zhì)性也是油氣聚集成藏的必要條件，均質(zhì)地層不能聚集油氣。

圖10 中的儲(chǔ)集層孔隙沒(méi)有灌滿油氣，油、水相壓力相差不大，不足以形成超壓。當(dāng)烴源巖生成的油氣繼續(xù)運(yùn)移進(jìn)入儲(chǔ)集層，并且越聚越多，儲(chǔ)集層灌滿油氣之后，油的壓力最終超過(guò)地層水而形成超壓，超出的部分被毛管壓力所抵消（圖11）。油氣超壓是油滴聚并、油氣聚集的結(jié)果。油氣超壓，地層水并未超壓，仍是常壓。地層水為連續(xù)相，超壓很容易被釋放，而油氣被地層水分割包圍，容易形成超壓。如果油氣繼續(xù)進(jìn)入，以至于油水壓差超過(guò)了蓋層的毛管壓力，蓋層則會(huì)散失一部分油氣，以保證壓力的平衡。超壓并不會(huì)壓裂地層，因?yàn)樗锌紫锻瑫r(shí)超壓，一個(gè)孔隙超壓被周圍孔隙的超壓所平衡。蓋層的毛管壓力大小決定了儲(chǔ)集層的儲(chǔ)油限度，也決定了儲(chǔ)集層的超壓幅度。儲(chǔ)集層超壓，烴源巖并未超壓。烴源巖生成的油氣都運(yùn)移走了，因而不會(huì)出現(xiàn)超壓，烴源巖因生烴而增加的壓力都轉(zhuǎn)移為儲(chǔ)集層的超壓了。烴源巖中的常壓油氣能夠在儲(chǔ)集層中形成超壓油氣藏，或者烴源巖中的低壓油氣能夠在儲(chǔ)集層中形成高壓油氣藏，這就是石油科學(xué)最神奇的地方。如果油氣運(yùn)移是連續(xù)流，地層中就沒(méi)有油水界面和毛管壓力了，也就不會(huì)有油氣聚集和超壓形成了，這與事實(shí)完全不符。很多人用壓差驅(qū)動(dòng)的連續(xù)流來(lái)分析油氣運(yùn)移過(guò)程，認(rèn)為油氣藏超壓了，烴源巖就必定超壓，而且超壓幅度更大，顯然是對(duì)油氣運(yùn)移和成藏機(jī)理的深度誤解。由于有機(jī)質(zhì)生氣的體積增量比生油大，因此，超壓氣藏也比超壓油藏多。超壓只是一種暫時(shí)的壓力狀態(tài)，時(shí)間長(zhǎng)了就會(huì)釋放而成為常壓，因?yàn)橛蜌鈺?huì)通過(guò)分子擴(kuò)散作用慢慢散失掉。因此，新生的超壓油氣藏比古油氣藏多。

所謂的封閉地層，只是針對(duì)油氣而言的，泥巖地層并不能封堵地層水，只能封堵油氣。泥巖是隔油層，而不是隔水層，水可以穿過(guò)泥巖地層自由流動(dòng)。泥巖地層也不能封堵油氣分子，只能封堵油氣相，這也是石油科學(xué)很奇特的地方。儲(chǔ)集層砂體越小，密封性就越好，越容易形成封閉地層。儲(chǔ)集層砂體越大，密封性就越差，越不容易形成封閉地層。

頁(yè)巖是由無(wú)數(shù)個(gè)厘米或毫米量級(jí)的微型砂巖地層（砂條）和泥巖地層（基質(zhì)）交互層疊形成的巖石類型，砂條為微儲(chǔ)層，基質(zhì)為蓋層和生油層，砂條鑲嵌在泥巖之中成為微型巖性圈閉（圖12） [38]。有些頁(yè)巖中的微裂縫、微孔洞和碳酸鹽巖條帶也可以作為微儲(chǔ)層。若沉積有機(jī)質(zhì)發(fā)育了大量孔隙，也可以成為微儲(chǔ)層。頁(yè)巖的宏觀分層現(xiàn)象不明顯，微觀分層現(xiàn)象明顯，頁(yè)理是其顯著特征?；|(zhì)生成的油氣短距離運(yùn)移進(jìn)入砂條后聚集起來(lái)，成為頁(yè)巖油氣藏。頁(yè)巖地層的生儲(chǔ)蓋配置良好。頁(yè)巖油氣藏宏觀上為自生自儲(chǔ)，微觀上為異地成藏。頁(yè)巖油氣藏是由無(wú)數(shù)個(gè)微型巖性油氣藏組成的大型油氣藏，屬于典型的離散型油氣藏。砂條之間的孔隙連通，油氣不連通，砂條是基本的儲(chǔ)集單元。砂條是尺度極小的砂體，密封性能極好，油氣不容易散失，以至于很多頁(yè)巖油氣藏都具有異常高壓。頁(yè)巖本身也是烴源巖，頁(yè)巖生成的油氣，一部分在頁(yè)巖內(nèi)部聚集起來(lái)形成油氣藏，即源內(nèi)成藏；一部分運(yùn)移出來(lái)在頁(yè)巖外面聚集起來(lái)形成油氣藏，即源外成藏，其余的就都散失掉了。地質(zhì)構(gòu)造不是頁(yè)巖油氣分布的控制因素，即不是頁(yè)巖地層的高部位含油、低部位含水。頁(yè)巖是非均質(zhì)泥巖，泥巖是均質(zhì)頁(yè)巖，均質(zhì)泥巖無(wú)法聚集油氣，非均質(zhì)頁(yè)巖可以聚集油氣。頁(yè)巖的滲透性極差，開(kāi)采頁(yè)巖油氣必須采用水平井加多級(jí)壓裂的方式把盡量多的砂條連通起來(lái)才有產(chǎn)量。

由上面的分析可以看出，泥巖中沒(méi)有油氣，也不存在超壓。但石油地質(zhì)和測(cè)井研究人員經(jīng)常通過(guò)聲波時(shí)差測(cè)井資料把泥巖地層的壓力預(yù)測(cè)成超壓[1，39 40]，并將其用于指導(dǎo)鉆井作業(yè)，鉆井人員會(huì)根據(jù)超壓數(shù)據(jù)提高泥漿密度，以避免鉆井過(guò)程中發(fā)生井噴。泥巖的滲透性極差，不可能發(fā)生井噴，提高泥漿密度必然就提高了鉆井作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)，油井可能因此會(huì)被壓漏而釀成工程事故。礦場(chǎng)上的慘痛教訓(xùn)需要科研人員汲取?？蒲腥藛T只進(jìn)行壓力預(yù)測(cè)，而不進(jìn)行實(shí)踐檢驗(yàn)的研究方法是不可取的。雖然泥巖地層的壓力不容易實(shí)測(cè)，但關(guān)井時(shí)間足夠長(zhǎng)，比如關(guān)井10 a，還是可以測(cè)量到的，為何大家只演繹故事、而不去實(shí)測(cè)地層壓力進(jìn)行驗(yàn)證呢？有人用頁(yè)巖油氣的壓力進(jìn)行驗(yàn)證，也有人用泥巖中砂巖夾層油氣的壓力進(jìn)行驗(yàn)證，其實(shí)都是不正確的。封閉地層的油氣可以超壓，但地層水不會(huì)超壓，必須用地層水的實(shí)測(cè)壓力進(jìn)行驗(yàn)證才能說(shuō)明問(wèn)題。實(shí)際上，泥巖地層的壓力根本不需要實(shí)測(cè)，測(cè)量了上、下砂巖地層的壓力之后，中間插值就是泥巖地層的壓力。泥巖地層的壓力與上、下砂巖地層的壓力是平衡的，若不平衡，就會(huì)有流體流動(dòng)，很快就會(huì)達(dá)到平衡。用聲波時(shí)差預(yù)測(cè)地層壓力不僅缺乏科學(xué)依據(jù)，還會(huì)誤導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐。

如果區(qū)域性的巨厚膏鹽巖層把盆地分割成了上、下兩個(gè)地層系統(tǒng)，下面則成了完全封閉的地層系統(tǒng)[41]，膏鹽巖層非常致密，不僅能封堵油氣，還能封堵地層水。這樣一來(lái)，下面的地層系統(tǒng)因?yàn)閴簩?shí)過(guò)程無(wú)法排水就會(huì)整體出現(xiàn)超壓（圖13）。自然界中的膏鹽封隔并不多，常見(jiàn)的封隔還是泥巖封隔。

如果盆地存在區(qū)域性的異常低壓，封閉地層中的油氣相對(duì)于地層水來(lái)說(shuō)依然會(huì)出現(xiàn)相對(duì)超壓。如鄂爾多斯盆地的地層水壓力系數(shù)為0.70 左右，而頁(yè)巖油的壓力系數(shù)為0.85[26]，雖然壓力系數(shù)都很低，但頁(yè)巖油卻出現(xiàn)了相對(duì)超壓。

5 油氣運(yùn)移實(shí)驗(yàn)

由于烴源巖的生烴速度極慢，熱演化生烴深度極大，因此，自然界中的油氣運(yùn)移過(guò)程很難直接觀察。很多研究人員對(duì)油氣運(yùn)移過(guò)程進(jìn)行了室內(nèi)物理模擬[20，42 45]，試圖再現(xiàn)自然條件下的油氣運(yùn)移，以便了解油氣運(yùn)移和聚集成藏過(guò)程。初衷都很好，但結(jié)果卻出現(xiàn)了較大的偏差。

王先生設(shè)計(jì)了兩個(gè)油氣倒灌物理模擬實(shí)驗(yàn)[20]：以斷裂為運(yùn)移通道的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃鸵怨羌苌绑w為運(yùn)移通道的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的原理都是一樣的，只是倒灌的通道不同，一個(gè)是斷層，一個(gè)是砂體，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示了油氣可以倒灌。

圖14 是以骨架砂體為運(yùn)移通道的油氣倒灌物理模型，實(shí)驗(yàn)先給模型飽和水，然后從進(jìn)口處連續(xù)注入油，充注475 min 后，油在模型中的分布清晰可見(jiàn)。很明顯，1號(hào)和2號(hào)砂層中的油，運(yùn)移到充填骨架砂的斷層處，都向下流動(dòng)了一定距離，即產(chǎn)生了油氣倒灌。王先生說(shuō)這個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果為油氣倒灌提供了理論支持[20]。

王先生的實(shí)驗(yàn)采用0.16 mL/min 的充注速率和恒定的泵壓為模型充注油，在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中入口處的壓力是逐漸升高的，最高達(dá)到30～40 Pa，壓力升高是因?yàn)樯皩又械挠驮絹?lái)越多、滲流阻力不斷增大的緣故。王先生的結(jié)論中有一條，壓差是油氣發(fā)生倒灌的動(dòng)力[20]。

從王先生的論文中可以看出，王先生研究的不是油氣運(yùn)移，而是油氣流動(dòng)，充注壓力高，流動(dòng)速率大，油氣可以向周圍的每一個(gè)方向流動(dòng)，只是阻力小的方向流動(dòng)快、阻力大的方向流動(dòng)慢而已，斷層和骨架砂都是滲透率高、滲流阻力小的地方，油氣在此處發(fā)生倒灌屬于正?，F(xiàn)象，并不違反滲流力學(xué)的基本原理。但不能因此就斷定地下也會(huì)發(fā)生油氣倒灌，因?yàn)榈叵聸](méi)人去給油氣加壓讓它成為連續(xù)流。注氣井注氣就是油氣倒灌的例子，但自然界中并不會(huì)發(fā)生。

目前的室內(nèi)物理模擬實(shí)驗(yàn)，基本都是壓差驅(qū)動(dòng)的流動(dòng)，而不是油氣運(yùn)移的滴流。建議以后的物理模擬實(shí)驗(yàn)，在模型底部注入一滴油，間隔一定時(shí)間之后再注入一滴油，然后觀察油氣運(yùn)移的情況，實(shí)驗(yàn)過(guò)程要模擬地下的實(shí)際情況才有意義。

6 生儲(chǔ)蓋組合

油氣往往生成于致密的細(xì)粒烴源巖（泥巖）中，生成的油氣首先必須從烴源巖運(yùn)移出來(lái)，然后在儲(chǔ)集層中沿著上傾方向繼續(xù)運(yùn)移，并最終在圈閉中聚集起來(lái)形成油氣藏（圖15）。油氣從烴源巖向儲(chǔ)集層的運(yùn)移，即烴源巖中的運(yùn)移，為初次運(yùn)移；油氣在儲(chǔ)集層中的運(yùn)移為二次運(yùn)移[1]。油氣運(yùn)移的動(dòng)力為浮力，因此，油氣在地層中的運(yùn)移總是向上或側(cè)向上的。

由于油氣運(yùn)移總是向上或側(cè)向上的，因此，烴源巖必須位于儲(chǔ)集層的下方，蓋層必須位于儲(chǔ)集層的上方，這樣的生儲(chǔ)蓋組合模式即為下生上儲(chǔ)式，也叫正常式。能夠產(chǎn)生油氣倒灌的生儲(chǔ)蓋組合模式必定是上生下儲(chǔ)式[2 3]，也叫頂生式。根據(jù)前面的分析可知，油氣倒灌不可能發(fā)生，因此上生下儲(chǔ)式并不真實(shí)存在，應(yīng)該從石油地質(zhì)學(xué)中刪除。

人們?yōu)楹螘?huì)有油氣倒灌的想法呢？主要是在某些油氣藏的下方?jīng)]有找到烴源巖，尤其是一些基巖油氣藏更是如此[46]，因此提出了上生下儲(chǔ)的組合模式，即這些油氣藏的烴源巖都位于儲(chǔ)集層的上方，它們生成的油氣是通過(guò)倒灌運(yùn)移到下方儲(chǔ)集層中聚集成藏的。

這里有一個(gè)認(rèn)識(shí)誤區(qū)，就是把烴源巖誤以為必須位于油氣藏的正下方，實(shí)際上很多油氣藏的烴源巖都位于油氣藏的側(cè)下方。油氣藏的范圍通常很小，可以認(rèn)為是一個(gè)點(diǎn)，如圖16 中的R 處，而烴源巖的范圍通常都很大，可以認(rèn)為是一個(gè)面，如圖16 中的S 。

當(dāng)探井T 發(fā)現(xiàn)油藏R 后，會(huì)在井點(diǎn)處取樣進(jìn)行油源對(duì)比分析，油藏R 的油與A 點(diǎn)的油具有相似性，加上R 下面沒(méi)有烴源巖，于是就認(rèn)為R 的油來(lái)自上方的A 點(diǎn)，與A 點(diǎn)同源，油氣倒灌因此就發(fā)生了。

其實(shí)，把視域擴(kuò)大后情況就不同了，R 點(diǎn)的油與B 點(diǎn)也同源，這樣就可以得出側(cè)向運(yùn)移的認(rèn)識(shí)，因?yàn)锽 點(diǎn)在R 點(diǎn)的側(cè)下方，下生上儲(chǔ)模式依然成立，并不需要油氣倒灌。通常所說(shuō)的側(cè)向運(yùn)移是指?jìng)?cè)向上運(yùn)移。可是，B 點(diǎn)通常位于凹陷處，一般不會(huì)打探井，也取不到資料，于是有人就認(rèn)定R 點(diǎn)的油來(lái)自于A點(diǎn)。在沒(méi)有第三個(gè)樣品作參照的情況下，任何兩個(gè)樣品都有相似性，但相似不代表同源，可見(jiàn)倒灌屬于認(rèn)識(shí)有誤。遼河的興隆臺(tái)太古宇變質(zhì)巖古潛山內(nèi)幕油藏[47] 和任丘油田中上元古界霧迷山組古潛山油藏[48] 都是側(cè)向運(yùn)移的結(jié)果，很多所謂的倒灌成藏的油氣藏都能找到側(cè)向運(yùn)移的源儲(chǔ)關(guān)系[49]。只要人們想到了側(cè)向運(yùn)移，就不會(huì)去想油氣倒灌了。側(cè)向運(yùn)移成藏模式可以是古生新儲(chǔ)，也可以是新生古儲(chǔ)，時(shí)間關(guān)系并不重要，空間關(guān)系才是關(guān)鍵。

出現(xiàn)上生下儲(chǔ)的另外一個(gè)原因是只把最優(yōu)質(zhì)的烴源巖當(dāng)成烴源巖了，其實(shí)油藏下面的普通烴源巖也會(huì)生烴，只要大面積生烴小范圍聚集，就可以形成油氣藏。

由于輕烴散失少，源內(nèi)成藏的頁(yè)巖油通常較輕，氣油比通常較高。源外正常運(yùn)移成藏的油，經(jīng)過(guò)多次分異和差異聚集之后，油質(zhì)通常較重，氣油比通常較低，如圖17 所示。

若是倒灌成藏，則沒(méi)有分異，源內(nèi)源外成藏的油品應(yīng)比較接近?？墒?，就目前發(fā)現(xiàn)的所謂倒灌成藏的油，都與源內(nèi)油差別較大，可見(jiàn)也是經(jīng)過(guò)分異了的，并不是直接倒灌成藏。最為致命的問(wèn)題是，若油氣能夠穿過(guò)蓋層倒灌成藏，蓋層又是如何封堵油氣的呢？這勢(shì)必又會(huì)讓油氣成藏問(wèn)題陷入無(wú)解的境地。

7 結(jié)論

1）運(yùn)移與流動(dòng)不同，流動(dòng)需要壓差驅(qū)動(dòng)，運(yùn)移不需要壓差驅(qū)動(dòng)，油氣運(yùn)移是浮力作用下的離散流或滴流。

2）油氣可以向上運(yùn)移，油氣倒灌不會(huì)發(fā)生，因?yàn)槿鄙賱?dòng)力的驅(qū)動(dòng)。

3）室內(nèi)實(shí)驗(yàn)沒(méi)有模擬地下情況，壓差大，流速高，屬于油氣流動(dòng)，而非油氣運(yùn)移。

4）泥巖地層為開(kāi)放地層，并不存在超壓，地層水通過(guò)流動(dòng)可以平衡地層壓力。

5）油氣被地層水分割包圍，可以出現(xiàn)超壓，超壓部分被毛管壓力所平衡。

6）上生下儲(chǔ)式并不存在，烴源巖不一定位于油氣藏的正下方，側(cè)向運(yùn)移也可以實(shí)現(xiàn)油氣成藏。