黃傳卿，張金功，席 輝

(1.西北大學地質(zhì)學系大陸動力學國家重點實驗室，陜西 西安710069;2.中國石油測井油氣評價中心，陜西 西安710077)

油氣運移是石油地質(zhì)學研究的熱點且為難點。在上世紀九十年代之前，油氣運移的研究重點是初次運移的動力、相態(tài)及其過程等［1－5］。九十年代至今，油氣運移的研究方向偏向于運移通道路徑等，取得了一些重要的成果［6］。油氣運移在盆地演化及其油氣成藏過程中一直發(fā)生的地質(zhì)事件，是石油地質(zhì)工作者的研究焦點，然而對于這項工作的開展有著不同的認識和思路。本文分析了油氣初次運移研究機制與運移方向及前人取得的一些成果，并探討了存在的實際問題和下步發(fā)展方向。

1 初次運移的機制

初次運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)動力下從生油巖母體排出至運移通道的過程［7－11］，是油氣二次運移成藏的重要紐帶。對于油氣初次運移機制及模式的研究，歸納起來包括以下四個方面:即以油氣相態(tài)為基礎的油氣初次運移、以孔隙通道為基礎的油氣初次運移、以運移動力為基礎油氣初次運移及以烴類殘留為基礎的油氣初次運移。

1.1 以油氣相態(tài)為基礎的初次運移機制

油氣從烴源巖中生產(chǎn)排出過程中，在地層中運移相態(tài)不同，其運移方式及成藏之后的分布特診等有所差異。同時，油氣在地層中運移的相態(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］。因此對于油氣運移相態(tài)及其變化的研究是油氣運移研究中的重要研究對象。

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

1.2 以游離相為基礎的油氣初次運移

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

Dickey指出假如孔隙水大部分是結(jié)構(gòu)水，那么石油在可流動的總孔隙流體中的飽和度就會很高，可能達到50%以上。在此情況下，巖石對油的相對滲透率將增大，這樣在壓實時油就會先于水而排出，此時石油呈油線狀運移。Magara(1981)根據(jù)上述思想繪制了一個油相運移的模式圖(圖1)。表明隨壓實作用的增大，頁巖的絕對滲透率不斷下降，水的相對滲透率隨之減小，而油的相對滲透率卻增大。Magara以頁巖壓實中期作為最有利于油相運移的階段，因為在該階段的油相滲透率已增大，而頁巖絕對滲透率尚未達到最低值。

圖1 連續(xù)油相運移模式示意圖(據(jù)Magara，1977)

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

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

1.3 以運移通道為基礎的油氣初次運移

烴源巖中油氣運移的通道有三種:即由烴源巖礦物構(gòu)成的孔隙網(wǎng)絡，主要由單個礦物顆粒的大小控制，可簡單分成孔隙和喉道兩部分;長條狀的，一般遠遠超過單一礦物顆粒大小的裂隙通道;由連續(xù)分布的有機質(zhì)格架構(gòu)成的有機網(wǎng)絡。

1.3.1 油氣在孔隙網(wǎng)絡中的運移

油氣通過孔隙網(wǎng)絡的運移與泥巖壓實階段有密切的關系，不同的學者從不同的角度，把泥質(zhì)沉積物根據(jù)不同的壓實階段，對孔隙度的變化影響因素做了具體的對比分析。

砂巖中多相流體流動的許多實驗表明，對于其中某一相的相對滲透率取決于該相在孔隙中的相對含量。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，它才能與水一起流動。如果其含量小于20%左右，則在毛細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，通過通道時小油滴必須變形(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的壓差大得多。如果石油呈長彈丸狀或細脈狀，其兩端的壓差就會比石油呈小滴狀時更大(Hobson，1954)。

圖3 小油滴通過剛性孔隙體系示意圖

在F點小油滴內(nèi)的壓力為3磅，它R點的壓力大得多，因為半徑rF’比rR’小得多。這樣就可促使小油滴離開孔隙喉道(據(jù)Hobson，1954)

1.3.2 通過裂縫網(wǎng)絡的初次運移

目前，以微裂隙作為油氣初次運移主要通道的觀點日益獲得了人們的承認。最先提出流體從生油巖通過微裂隙逸出機理的可能是Snarsky(1961)，他認為“由于生油巖壓實、巖石彈性變形以及油與水的彈性，同時再加上溫度與構(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大，油氣便可沿著這樣形成的通道運移，進入具靜水壓力的孔隙性與滲透性地層中”。

圖4 開啟泥巖裂縫帶流體運移分析圖(據(jù)張金功等，1996)

張金功等(1996)認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移的最重要機制。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，在相當長的時間內(nèi)保持張開狀態(tài)，同時進行著大規(guī)模的流體運移，直至泥巖排液趨于停止時，裂隙才會閉合(圖4)。同時在“油氣初次運移模擬技術(shù)研究”時提出，在泥巖壓實階段，泥巖孔隙流體壓力升高至一定值，超過了泥巖破裂極限，就會使泥巖中產(chǎn)生微裂隙，導致孔隙流體迅速排出，壓力相應釋放。伴隨著壓實作用的增強，泥巖流體的排出，最終導致裂隙閉合，使泥巖進入了一個相對穩(wěn)定的階段。

1.3.3 通過有機網(wǎng)絡的運移

McAuliffe(1978)在支持油相運移的基礎上，根據(jù)前人的研究提出干酪根網(wǎng)絡運移模式。他認為在干酪根中生成的油氣達到一定濃度后，就可以沿干酪根網(wǎng)絡運移到儲集層。這一模式強調(diào)油氣在生油巖中的運移和水是互不相干的過程。油沿著干酪根網(wǎng)絡運移，水沿著巖石的孔隙運移。同時認為石油在干酪根中運移不受水的限制，可以不考慮水的數(shù)量和排水狀況，因此石油通過干酪根運移可以在整個生油時期中不停地進行。Momper(1978)認為，生油巖中的有機質(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。由于生油時間長，運移速度慢，因此三維空間里干酪根網(wǎng)絡稀疏的連接，已足夠把油氣運移到儲集層或裂隙中去。

由于這種運移方式不受水的限制又沒有巨大的毛細管阻力，顯然通過干酪根網(wǎng)絡的運移是重要的運移方式。

1.4 以驅(qū)動力為基礎的油氣運移

地質(zhì)條件的非均質(zhì)性和各種構(gòu)造活動使得油氣運移和聚集的過程復雜化，如較大的水動力作用，輸導層和儲集層的巖性、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移的主要形式這種觀點，但在對促使其運移的動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)巖中受著巨大毛細管阻力的束縛，所以必須有足夠的驅(qū)動力才能克服這一阻力，使油氣沿著泥質(zhì)巖的細小孔徑進行運移。

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

2 初次運移方向分析

目前對初次運移方向的研究相對居多，烴源巖內(nèi)的運移方向以垂向運移為主。上世紀五、六十年代，“源控論”是油氣初次運移的一個觀點，提出油氣為短距離運移。后來對初次運移方向研究眾多，一些學者提及油氣質(zhì)點的運動理論，認為轉(zhuǎn)動系統(tǒng)中的油氣質(zhì)點總是要朝著能使自身轉(zhuǎn)動慣量減少的方向移動，地球的自轉(zhuǎn)促使油氣質(zhì)點向兩極移動，地球的公轉(zhuǎn)促使油氣質(zhì)點向北極移動［21］。有的學者提出壓實作用可以使其中的流體向上和向下兩個方向運移，向下運移的油氣，在下方儲集層中形成油氣藏，這就是“倒灌”現(xiàn)象，這種成藏模式就是所謂的“頂生式”生儲蓋組合［22，23］。然而“倒灌”說缺少動力的驅(qū)動，壓實作用可以使其中的流體向上和向下兩個方向運移是不可能發(fā)生的［24］。至此，有些研究者就提出初次運移的方向是向上的，不會向下運移［25］。

可見目前很多學者認為泥巖壓差作用導致油氣初次運移發(fā)生向上、向下的運移方向，對于烴源巖來說，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移的主要方向。

3 初次運移存在問題及研究方向

油氣運移在地層中的過程是一個十分復雜的地質(zhì)現(xiàn)象，同樣也是一個技術(shù)難度甚大的研究領域，涉及知識面廣。為了將油氣運移研究引向深入，使基礎理論研究提高到世界先進水平，同時要緊密聯(lián)系實際，更好地為油氣勘探開發(fā)服務。

生烴增壓形成的裂縫作為油氣運移實驗引出了一個重要問題，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)這導致了對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，含油氣盆地關于油氣初次運移的研究處于初級階段，很多方面尚未取得認識，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展，筆者認為關于初次運移研究今后的重點研究方向有以下幾個方面:(1)針對油氣初次運移相態(tài)的不確定性，應該建立和完善多種相態(tài)運移體系，針對其研究過程更為具體;(2)裂縫作為油氣運移的主要運移通道之一，其封閉性評價方法的研究可作為下一步研究重點方向;(3)應該重點對盆地及所屬的烴源巖進行地質(zhì)與地球化學方面開展研究，并通過量化手段對研究成果進行概括、歸納，為建立研究初次運移的簡易可行的實驗方法提供更多的幫助。

4 結(jié)語

油氣初次運移的研究是石油地質(zhì)領域的一個難題，目前研究水平仍然處在探索階段。針對本文上述的介紹，油氣初次運移在石油地質(zhì)領域的理論和勘探實踐方面的重要已經(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。無論是運移相態(tài)、運移通道，還是運移動力、運移方向，都是研究的重點。因此，今后的研究過程必須建立新的理論體系，系統(tǒng)地為油氣初次運移研究服務。作為石油工作者探索真理需要決心和勇氣，更要扎扎實實地開展工作，勇于探索，勇于實踐，需要為科學獻身的精神。

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