油气运移规律课件.ppt

1、油气在地下的聚集是动态的，它受什么因素的制约？其运动状态如何？其运移通道是什么？运移到何处去？Migration of oil and natural gasSection 1 Summarization Section 2 Primary migrationSection 3 Secondary migrationSection 1 Summarization 油气运移是指油气在地下因自然因素所油气运移是指油气在地下因自然因素所引起的位置迁移引起的位置迁移(Migration of oil and natural gas is their position migration by the

2、nature factors underground)。油气必须经过运移才能聚集成为油气油气必须经过运移才能聚集成为油气藏藏，如今看来好象是一个勿需证明的简单如今看来好象是一个勿需证明的简单道理。但油气在地下是否存在运移也曾经道理。但油气在地下是否存在运移也曾经有过争论。比如，二十世纪四十年代，卡有过争论。比如，二十世纪四十年代，卡里茨基就积极主张石油原地生成说，即发里茨基就积极主张石油原地生成说，即发现石油的地方就是石油生成的地方。他认现石油的地方就是石油生成的地方。他认为砂岩中的石油是其所含的藻类所生成的；为砂岩中的石油是其所含的藻类所生成的；甚至认为正是因为砂岩中生成的石油起润甚至认为正

3、是因为砂岩中生成的石油起润滑作用，才导致背斜的形成。滑作用，才导致背斜的形成。油气运移是与油气成因紧密联系的。无油气运移是与油气成因紧密联系的。无论是有机学派还是无机学派，都存在油气论是有机学派还是无机学派，都存在油气运移问题。运移问题。只是不同的油气成因理论对油气运移的只是不同的油气成因理论对油气运移的方式、动力、途径方式、动力、途径(mode、power、track)等等主张各异。主张各异。无机成因学派一般认为深大断裂是油气无机成因学派一般认为深大断裂是油气运移的主渠道；而有机学派则将连通的孔运移的主渠道；而有机学派则将连通的孔隙、裂缝、断层、不整合面视为油气运移隙、裂缝、断层、不整合面视

4、为油气运移的路径。的路径。油气运移是形成油气藏的必经过程油气运移是形成油气藏的必经过程(necessary course of forming oil and natural gas pool)。按发生运移的时间顺序，按发生运移的时间顺序，把油气从细粒把油气从细粒的生油岩向外排出的过程叫做的生油岩向外排出的过程叫做初次运移初次运移(The course of oil and natural gas expelled from the granule source rock is primary migration)。油气脱离母岩后在储集岩孔隙系统或其油气脱离母岩后在储集岩孔隙系统或其它通道内传

5、输的过程叫做它通道内传输的过程叫做二次运移二次运移(secondary migration)。另外，油气形成聚集成藏之后，另外，油气形成聚集成藏之后，若聚集条件变化而发生再次运移，若聚集条件变化而发生再次运移，都称之为二次运移（都称之为二次运移（Secondary migration)。按油气运移的方向。按油气运移的方向又可分为又可分为侧向运移和垂向运移，侧向运移和垂向运移，或者顺层运移和穿层运移或者顺层运移和穿层运移(along and across migration)。与油气成因现代概念相联系的油气运移与油气成因现代概念相联系的油气运移中，在初次运移的解释上仍存在一些困难，中，在初次运移

6、的解释上仍存在一些困难，因此有人又从砂岩生油的主张去寻求出路，因此有人又从砂岩生油的主张去寻求出路，因为砂岩中的运移解释上容易被人接受，所因为砂岩中的运移解释上容易被人接受，所以并不否认油气在砂岩中的运移。以并不否认油气在砂岩中的运移。如韦贝尔（如韦贝尔（）在对现代沉积）在对现代沉积研究后指出，只要条件适合，砂岩和粉砂岩研究后指出，只要条件适合，砂岩和粉砂岩也可含有丰富的有机物质，因此也可含有丰富的有机物质，因此生油岩石与生油岩石与储油岩石可以复合一体。储油岩石可以复合一体。还有安德列耶夫还有安德列耶夫(，19681968）认为，从沉积物的沥青含量和）认为，从沉积物的沥青含量和成分看，砂质沉积

7、较泥质沉积更可能成分看，砂质沉积较泥质沉积更可能是生油的。马丁（是生油的。马丁（MartinMartin，19691969）研）研究了海湾地区渐新统弗里欧组后认为，究了海湾地区渐新统弗里欧组后认为，该组中的石油母岩就是成为油层的砂该组中的石油母岩就是成为油层的砂岩。帕拉卡斯（岩。帕拉卡斯（PalcasPalcas，19721972）等对）等对弗罗里达州科塔瓦切湾弗罗里达州科塔瓦切湾159159个沉积物样个沉积物样品分析品分析.他认为，砂层平均含沥青他认为，砂层平均含沥青20ppm20ppm，泥层含沥，泥层含沥青青170ppm170ppm；虽然前者含量不多，但只要一小部分；虽然前者含量不多，但只

8、要一小部分转化成石油，就可为油藏提供足够的油源。按他转化成石油，就可为油藏提供足够的油源。按他们的推算，泥岩占沉积岩总体积的一半，泥岩平们的推算，泥岩占沉积岩总体积的一半，泥岩平均含烃约均含烃约200ppm200ppm，其总量相当于储层中石油的，其总量相当于储层中石油的6060倍；只要泥岩排出倍；只要泥岩排出3.3ppm3.3ppm到储层中去即可满足世到储层中去即可满足世界石油的储量。界石油的储量。所以他们认为，砂岩不仅是潜在的储集岩，所以他们认为，砂岩不仅是潜在的储集岩，在适当的条件下也是重要的母岩；从砂岩中在适当的条件下也是重要的母岩；从砂岩中C C1919-C C3232正烷烃奇偶碳分子

9、分布之平滑看，比泥岩中的正烷烃奇偶碳分子分布之平滑看，比泥岩中的相应成分更接近于石油，可能就是石油中高分子相应成分更接近于石油，可能就是石油中高分子烃的来源。有些野外观察似乎也支持砂岩可以生烃的来源。有些野外观察似乎也支持砂岩可以生油。油。得克萨斯州米特列斯油田，以灰色砂得克萨斯州米特列斯油田，以灰色砂岩产油，砂岩上下均为硬石膏和红色页岩。岩产油，砂岩上下均为硬石膏和红色页岩。美国还有一些夹于厚层石膏中的砂岩油藏，美国还有一些夹于厚层石膏中的砂岩油藏，石油似乎只能生于砂岩本身。石油似乎只能生于砂岩本身。由上可见，砂岩生油确实存在。但估由上可见，砂岩生油确实存在。但估计在形成油气藏中不会占有多大

10、的份额。计在形成油气藏中不会占有多大的份额。因为如上推测，尚若砂岩生油能对形成油因为如上推测，尚若砂岩生油能对形成油气藏具有举足轻重的作用的话，地下就很气藏具有举足轻重的作用的话，地下就很少有空圈闭。那样找油找气就可简化为找少有空圈闭。那样找油找气就可简化为找圈闭了。客观现实并非如此。看来泥质生圈闭了。客观现实并非如此。看来泥质生油岩的地位是无可替代的；必须面对源于油岩的地位是无可替代的；必须面对源于泥质生油岩的初次运移问题。泥质生油岩的初次运移问题。Section 2 Primary migration 初次运移问题是油气有机成因说不可分割的初次运移问题是油气有机成因说不可分割的组成部分，任

11、何有机成因理论如果不能同时解决组成部分，任何有机成因理论如果不能同时解决好油气初次运移问题，终将功亏一篑。好油气初次运移问题，终将功亏一篑。特别是对特别是对于晚期成油说来说，初次运移的研究难度相当大，于晚期成油说来说，初次运移的研究难度相当大，因而也是研究较为薄弱的环节，因而也是研究较为薄弱的环节，以致常常成为不以致常常成为不同学术派系攻击的把子。同学术派系攻击的把子。目前，晚期生油说已成为油气成因理目前，晚期生油说已成为油气成因理论的主流，要建立与之适应的油气初论的主流，要建立与之适应的油气初次运移机理，主要涉及次运移机理，主要涉及油气初次运移油气初次运移的的动力动力因素，初次运次中油气的因

12、素，初次运次中油气的相态相态，以及初次运移以及初次运移发生的时间发生的时间等等(power factor,oil and natural gas phase,occurring time)。2.1 The geological background of primary migration 随着上覆沉积负荷的不断增加下伏先期沉积随着上覆沉积负荷的不断增加下伏先期沉积物逐渐被压实的现象称为压实作用物逐渐被压实的现象称为压实作用(compaction)。早先引起母岩中的流体（主要是沉积水）向储集早先引起母岩中的流体（主要是沉积水）向储集层运移的主要因素就是压实作用。层运移的主要因素就是压实作用。T

13、he change of porosity in sandstone and shale with depth（from Athy,1930）砂质沉积物(sand sediments)由于质点坚硬，在压实过程中主要表现为颗粒的进一步密集排列，所以压缩性小，体积的压缩很快就趋于稳定。泥质沉积物(clay sediments)比较细、软，可塑性较强，在压实过程中，除颗粒再排列外，还伴有颗粒本身的变形，所以压缩性大，且压缩持续时间较长。压实作用的早期，伴随上覆沉积物负压实作用的早期，伴随上覆沉积物负荷的增加，泥质沉积物荷的增加，泥质沉积物(clay sediments)中孔中孔隙水顺利排出，处于隙水

14、顺利排出，处于均衡压实状态均衡压实状态，排水效，排水效率较高。率较高。一般在一般在1,000m以内为主要排水阶段以内为主要排水阶段（深度为（深度为500m时约排出时约排出88%），至），至1,500m（已排出（已排出95%的水）排水速率明显减缓，至的水）排水速率明显减缓，至2,000m渐趋于稳定（至渐趋于稳定（至2,500m，98%的水已的水已排出）。排出）。随着埋藏深度的增加，泥岩排水效率随着埋藏深度的增加，泥岩排水效率逐渐降低，导致其孔隙流体排出滞后，逐渐降低，导致其孔隙流体排出滞后，因而其流体压力高于静水压力。在流体因而其流体压力高于静水压力。在流体压力差的作用下，将迫使流体沿压力梯压力

15、差的作用下，将迫使流体沿压力梯度降落方向从泥岩流入相邻的砂岩度降落方向从泥岩流入相邻的砂岩，以，以取得压力均衡。取得压力均衡。按晚期成油说，石油大量生成的门限按晚期成油说，石油大量生成的门限温度至少要温度至少要50-60，这在通常地温梯度，这在通常地温梯度下即门限深度约为下即门限深度约为1,500m。在地温梯度在地温梯度较低的地区，该深度更大。显然，主要较低的地区，该深度更大。显然，主要生油时期超越了主要排水时期。因此，生油时期超越了主要排水时期。因此，靠均衡压实只能排出少许早期生成的烃，靠均衡压实只能排出少许早期生成的烃，即未成熟油气即未成熟油气(immature oil and natur

16、al gas)。总之，油气大量生成时，经历压实作总之，油气大量生成时，经历压实作用的泥质生油岩，泥质矿物质点的排列用的泥质生油岩，泥质矿物质点的排列已经非常紧密，孔径很小，渗透性极差。已经非常紧密，孔径很小，渗透性极差。这就是油气初次运移所处的环境。面对这就是油气初次运移所处的环境。面对大量油气生成时生油岩所处的地质环境，大量油气生成时生油岩所处的地质环境，油气初次运移需要解决的主要是两个问油气初次运移需要解决的主要是两个问题，题，一是相态问题，二是通道问题一是相态问题，二是通道问题2.2 The phase of primary migration 大量油气生成时，在上述初次运移的环境中，大

17、量油气生成时，在上述初次运移的环境中，烃类特别是石油是以什么方式，或者说是以什么烃类特别是石油是以什么方式，或者说是以什么相态实现初次运移的呢？石油在初次运移过程中相态实现初次运移的呢？石油在初次运移过程中呈现什么相态，一直是含混不清的。曾经提出过呈现什么相态，一直是含混不清的。曾经提出过的运移方式大致可归为的运移方式大致可归为水溶运移说水溶运移说(migration of molecular solution in water)和连续油相运移说和连续油相运移说(migration by continuous oil phase)。2.2.1 Migration by molecular so

18、lution in water曾经提出过的水介质运移方式有：曾经提出过的水介质运移方式有：1)分子溶液或真溶液分子溶液或真溶液(molecular or real solution)石油能否以水溶液状态运移，由于油水基石油能否以水溶液状态运移，由于油水基本上是不混溶的而一直评价很低。后经研本上是不混溶的而一直评价很低。后经研究表明，不仅石油中的轻组分有不同程度究表明，不仅石油中的轻组分有不同程度的溶解性，在高温下重组分也有一定的可的溶解性，在高温下重组分也有一定的可溶性。促使人们要重新评价石油的溶解运溶性。促使人们要重新评价石油的溶解运移。移。The solubility of hydroca

19、rbon in water（quote from a secondary source Hobson，1975）名 称 溶解度（g/106g）名 称溶解度（g/106g）名 称溶解度（g/106g）甲 烷24.4 2-甲基戊烷13.8甲基环戊烷42.6乙 烷60.42,2-甲基丁烷18.4甲基环巳烷4.0丙 烷62.4正庚烷2.93苯1780正丁烷61.42,4-二甲基戊烷3.62甲苯538异丁烷48.9正辛烷0.66邻二甲苯175正戊烷38.52,2,4-三甲基戊烷2.44乙苯159异戊烷47.8环戊烷150异丙苯53正巳烷9.5环巳烷55.0 The solubility in water

20、 changes with temperature about two full oils（1，5）and four pulled top oils（6，3，2，4）（from Price，1976）分子溶解时，同类烃分子中随烃类的分子溶解时，同类烃分子中随烃类的分子量的增大溶解度显著减小，例如，在分子量的增大溶解度显著减小，例如，在25的温度下，烃分子增加一个碳原子，的温度下，烃分子增加一个碳原子，对于正烷烃溶解度降低对于正烷烃溶解度降低75%，对于芳香烃，对于芳香烃也降低也降低70%（麦考里夫，（麦考里夫，1979）。在）。在423K（150）的高温下也呈现几乎同样的倾）的高温下也呈现几乎

21、同样的倾向。向。石油呈真溶液运移还必须解决如何脱溶的问题。石油呈真溶液运移还必须解决如何脱溶的问题。据认为，溶解于水中的烃类运移到储层后，可因温据认为，溶解于水中的烃类运移到储层后，可因温度、压力的降低和含盐度的增加等环境因素的变化度、压力的降低和含盐度的增加等环境因素的变化而从溶液中解脱出来。但烃呈溶解态的生油岩与所而从溶液中解脱出来。但烃呈溶解态的生油岩与所谓脱溶的储层间温差、压差以及含盐度差别有多大，谓脱溶的储层间温差、压差以及含盐度差别有多大，是正差还是负差等都是不确定因素，脱溶机理令人是正差还是负差等都是不确定因素，脱溶机理令人置疑。置疑。2)胶体溶液胶体溶液(colloid sol

22、ution)化学上把分散粒子直径在化学上把分散粒子直径在10-7cm的叫真溶液，把的叫真溶液，把10-5cm的叫乳浊液，而把介于其间的叫胶体溶液的叫乳浊液，而把介于其间的叫胶体溶液。胶体溶液的分。胶体溶液的分散粒子不是分子，而是分子聚合体，有别于真溶液。散粒子不是分子，而是分子聚合体，有别于真溶液。石油在水中呈胶粒（亦称胶束）状态运移最早是由贝克石油在水中呈胶粒（亦称胶束）状态运移最早是由贝克（Baker，1959）提出来的。贝克认为，皂胶粒对烃的溶）提出来的。贝克认为，皂胶粒对烃的溶解有增溶作用。皂是有机盐。当皂分子达到一定浓度后就解有增溶作用。皂是有机盐。当皂分子达到一定浓度后就可以在水中

23、形成胶体聚合体，即胶粒可以在水中形成胶体聚合体，即胶粒(micelle)。The structure of micelle（from Baker,1959）单个皂分子一端为较长的烃链或其它烃构型，另一端为官能团构成的表面活性极基。由于前者憎水，后者亲水，所以在水中以其极性端朝外而呈定向排列。The structure of soap micelle clusters about hypothesis of soap migration 由于胶粒内部是亲油的，因而可以将中、低分子的烃吸附并裹携在胶粒之内随水一起运移。因此，胶粒可以提高烃的视溶度，而胶粒化合物就被视为烃的增溶剂。？如达不到临界胶束

24、浓度（如达不到临界胶束浓度（CMC）就形）就形不成胶束。为了达到不成胶束。为了达到CMC，25时就需要时就需要500ppm（普赖斯，（普赖斯，1978）。而且随温度上）。而且随温度上升升CMC显著增大，在显著增大，在90时就需要时就需要8,300ppm以上。但地层水中一般只含以上。但地层水中一般只含2-30ppm的增溶剂。的增溶剂。此外，中性胶束的平均直径为此外，中性胶束的平均直径为500nm（1nm=10-3m），离子胶束为），离子胶束为6.4nm（Baker，1962；1967）。与此相对，据欣奇（）。与此相对，据欣奇（1978）的）的资料，通常页岩孔隙的直径平均为资料，通常页岩孔隙的直径

25、平均为1-3nm，另，另据亨特（据亨特（1979）的资料为）的资料为5-10nm（200m深处深处的泥岩）。很明显，中性胶束要通过生油岩的的泥岩）。很明显，中性胶束要通过生油岩的孔隙是困难的。离子胶束的通过也不是完全没孔隙是困难的。离子胶束的通过也不是完全没有问题。因此，呈胶体溶液运移即使有也只是有问题。因此，呈胶体溶液运移即使有也只是在很局限的范围。在很局限的范围。3)乳溶液乳溶液(emulsion solution)采油时的油田水常呈乳浊液采油时的油田水常呈乳浊液(emulsion)，人们由，人们由此联想而将乳浊液列为石油初次运移的相态。卡此联想而将乳浊液列为石油初次运移的相态。卡特米尔（

26、特米尔（1978）推测，）推测，在高温下，随着油水表面在高温下，随着油水表面张力的接近，可能会出现各种油水混合的分散相。张力的接近，可能会出现各种油水混合的分散相。并且此时油水两相间表面张力之低，足以使流体并且此时油水两相间表面张力之低，足以使流体通过细小的毛管。通过细小的毛管。主要生油阶段泥质岩的孔隙大多小于主要生油阶段泥质岩的孔隙大多小于5m，而天然乳浊液中的油珠直径，据吉尔而天然乳浊液中的油珠直径，据吉尔金松等人的资料金松等人的资料1-50m。太小的孔隙乳浊液太小的孔隙乳浊液通过也是有困难的。况且在地层条件下什么通过也是有困难的。况且在地层条件下什么因素可以导致乳浊液的形成也不是很清楚。

27、因素可以导致乳浊液的形成也不是很清楚。故呈乳浊液运移的现实性令人怀疑。故呈乳浊液运移的现实性令人怀疑。以水为媒介的运移，首先要有使运移发以水为媒介的运移，首先要有使运移发生和所需运移量得以满足之水量的存在。生和所需运移量得以满足之水量的存在。如上所述，大量石油生成时压实水已无从利用；泥质生油如上所述，大量石油生成时压实水已无从利用；泥质生油岩中孔隙水非常有限，且在细小的孔隙中相当部分是不能岩中孔隙水非常有限，且在细小的孔隙中相当部分是不能自由流动的自由流动的吸附水（吸附水（adsorption water)。以呈真溶液运移为例，琼斯首先在各类油田求出储集以呈真溶液运移为例，琼斯首先在各类油田求

28、出储集岩中实际的石油量与生油岩中可能存在的水量，接着按溶岩中实际的石油量与生油岩中可能存在的水量，接着按溶解运移求出石油对水所需要的最小溶解度，认为威里斯顿解运移求出石油对水所需要的最小溶解度，认为威里斯顿盆地和洛杉矶盆地的石油量，石油需要对水的最小溶解度盆地和洛杉矶盆地的石油量，石油需要对水的最小溶解度分别为分别为15,000-50,000ppm和和100,000ppm。这显然是不可能。这显然是不可能达到的。现测量到的溶解度，生油岩排出水量体积要大于达到的。现测量到的溶解度，生油岩排出水量体积要大于整个压实作用排出的正常水量，才能满足一个盆地已知的整个压实作用排出的正常水量，才能满足一个盆地

29、已知的原油储量。这当然是违背事实的。可以说，原油储量。这当然是违背事实的。可以说，以水为载体的以水为载体的运移是困难重重。运移是困难重重。2.2.2 Migration by continuous oil phase 大量石油生成时生油岩的埋藏深度已处于压大量石油生成时生油岩的埋藏深度已处于压实作用的晚期，泥岩孔隙中所剩下的自由水实作用的晚期，泥岩孔隙中所剩下的自由水(free water)已经不多了，而且相当部分以结构已经不多了，而且相当部分以结构(structure water)水形式存在。水形式存在。在上述情况下，生油岩中很少有能流动在上述情况下，生油岩中很少有能流动的水可资利用。这是前

30、面以水为载体的初次的水可资利用。这是前面以水为载体的初次运移方式行不通的关键所在。运移方式行不通的关键所在。正因为自由水的量少反而可使生成的石正因为自由水的量少反而可使生成的石油有可能达到其流动的临界饱和度油有可能达到其流动的临界饱和度(critical saturation)，于是在压力作用下可呈连续油，于是在压力作用下可呈连续油相排出母岩。相排出母岩。现已知道现已知道，在富含有机质的泥岩中，油和有机在富含有机质的泥岩中，油和有机质可以占据相当部分孔隙空间，并呈簿膜状蒙盖质可以占据相当部分孔隙空间，并呈簿膜状蒙盖着大部分的矿物表面，顺层面方向的矿物表面尤着大部分的矿物表面，顺层面方向的矿物表

31、面尤其如此，因而使泥岩具有很大的亲油性。据经验其如此，因而使泥岩具有很大的亲油性。据经验估计，孔隙完全油湿（估计，孔隙完全油湿（oil-wet)所需的最低有机质所需的最低有机质含量为含量为30%（Byramjce，1967）。在此条件下，）。在此条件下，油可以像水从水湿油可以像水从水湿(water-wet)岩石中排出那样从页岩石中排出那样从页岩中排出岩中排出。但要达到这样的条件对但要达到这样的条件对、型干酪型干酪根来说几乎是不可能的。根来说几乎是不可能的。需要考虑的问题是，母岩中的石油需要考虑的问题是，母岩中的石油要成为连续油相必须经过由分散的油要成为连续油相必须经过由分散的油滴或油珠到集中的

32、过程。滴或油珠到集中的过程。当油珠通过当油珠通过细小的毛细孔道时将会遇到很大的阻细小的毛细孔道时将会遇到很大的阻力力(resistance)，即，即毛细管压力毛细管压力(capillary pressure)，Pp=2cos/rp（孔隙（孔隙pore中的毛细管压力，方向向上）中的毛细管压力，方向向上）Pt=2cos/rt（喉道（喉道throat中的毛细管压力，方向向下）中的毛细管压力，方向向下）孔喉毛细管压力差为：孔喉毛细管压力差为：Pc=2cos(1/rt-1/rp)其中：其中：为油水界面张力为油水界面张力 为为润湿角润湿角 rp、rt 分别为孔喉半径分别为孔喉半径 只有得到能克服这一差值的

33、外力油珠才能通过只有得到能克服这一差值的外力油珠才能通过喉道。这种外力可以是浮力，也可以是各种原因喉道。这种外力可以是浮力，也可以是各种原因造成的水压力。造成的水压力。单一的浮力为外力油珠通过喉道的过程：单一的浮力为外力油珠通过喉道的过程：a.浮力不足以使油珠变形迫使其进入喉道，浮力不足以使油珠变形迫使其进入喉道，油珠与周围的水处于平衡状态；油珠与周围的水处于平衡状态；b.油珠上浮受到阻力油珠上浮受到阻力-喉道毛细管压力，在喉道毛细管压力，在浮力作用下油珠变形，上端进入喉道；浮力作用下油珠变形，上端进入喉道；c.浮力继续克服阻力，至油珠上下两端弯液浮力继续克服阻力，至油珠上下两端弯液面半径相等

34、，毛细管压力亦相等，油珠借助浮面半径相等，毛细管压力亦相等，油珠借助浮力向上运移通过喉道；力向上运移通过喉道；d.油珠上端半径大于下端半径，此时上端毛油珠上端半径大于下端半径，此时上端毛细管压力小于下端毛细管压力，毛细管压力差细管压力小于下端毛细管压力，毛细管压力差的方向与浮力一致，油珠迅速由喉道运移进入的方向与浮力一致，油珠迅速由喉道运移进入上方孔隙。上方孔隙。显然，喉道越细小阻力必然越大，逾越也显然，喉道越细小阻力必然越大，逾越也就更加困难。就更加困难。再则，成油深度上泥质岩石的孔隙直径再则，成油深度上泥质岩石的孔隙直径大多小于大多小于5nm，而油珠的直径据韦尔特，而油珠的直径据韦尔特（W

35、elte）估计应在）估计应在1-100m之间，微小的孔之间，微小的孔隙很难允许油珠通过。此外油相的出现还有隙很难允许油珠通过。此外油相的出现还有个脱吸附的问题。个脱吸附的问题。The connection of porosity and pore diameter in shale(from Welte，1972 modification)1nm=10-9m=10-3m=10A 成油深度上泥质岩石的孔隙直径大多小于5nm，而油珠的直径据韦尔特（Welte）估计应在1-100m之间，微小的孔隙很难允许油珠通过菲利比（菲利比（1974）认为，）认为，只有在成油晚期形成的只有在成油晚期形成的石油达到

36、了一定的数量（比如绝对含量石油达到了一定的数量（比如绝对含量700ppm）之后，才能解脱有机质的吸附成为）之后，才能解脱有机质的吸附成为单独的油相。单独的油相。蒙培尔也认为，大规模的油相运蒙培尔也认为，大规模的油相运移只有当有机质产生了移只有当有机质产生了850ppm的可抽提物时的可抽提物时才能开始。要求石油在孔隙中要达到才能开始。要求石油在孔隙中要达到20-30%的临界饱和度油相才能流动，则必须母岩体积的临界饱和度油相才能流动，则必须母岩体积的的7.5%为有机质并转化为石油（为有机质并转化为石油（McAuliffe，1970）。在自然界这样的生油岩罕见。）。在自然界这样的生油岩罕见。巴克（巴

37、克（1979）提出，石油在结构水最弱）提出，石油在结构水最弱的孔隙中心可以形成烃的网络。随着的孔隙中心可以形成烃的网络。随着烃类不断生成，在满足页岩和有机质的吸烃类不断生成，在满足页岩和有机质的吸附能力之后，烃类会形成游离的小油滴在附能力之后，烃类会形成游离的小油滴在孔隙中心聚集，最后至少部分可以相互连孔隙中心聚集，最后至少部分可以相互连接起来，形成连续的所谓孔隙中心网络。接起来，形成连续的所谓孔隙中心网络。然后在流体热膨胀和油气生成所造成的压然后在流体热膨胀和油气生成所造成的压力下被挤出孔隙。力下被挤出孔隙。The formation of hydrocarbon network in th

38、e middle of pores(from Barker，1979)石油在结构水最弱的孔隙中心可以形成烃的网络（图）。随着烃类不断生成，在满足页岩和有机质的吸附能力之后，烃类会形成游离的小油滴在孔隙中心聚集，最后至少部分可以相互连接起来，形成连续的所谓孔隙中心网络。莫帕尔（莫帕尔（1978）认为生油岩中的有机）认为生油岩中的有机质不是均匀分散在矿物基质间，而是沿层质不是均匀分散在矿物基质间，而是沿层理面呈簿片状发育，有时有机质如簿毡状，理面呈簿片状发育，有时有机质如簿毡状，有机质转化成一定量的石油的同时，石油有机质转化成一定量的石油的同时，石油形成连续的油相进行第一次运移。形成连续的油相进行

39、第一次运移。有些人则提出母岩中的残余有机质有些人则提出母岩中的残余有机质（干酪根）可以作为石油运移的介质。（干酪根）可以作为石油运移的介质。干酪根在水湿页岩中形成憎水的连续干酪根在水湿页岩中形成憎水的连续网络，而由有机质生成的石油就可以网络，而由有机质生成的石油就可以沿着这个有机网络运移出去，与水的沿着这个有机网络运移出去，与水的运动不发生任何关系。这被形象地称运动不发生任何关系。这被形象地称之为之为烛芯假说烛芯假说(wick hypothesis)。这一思路早于二十世纪五十年代末由希尔这一思路早于二十世纪五十年代末由希尔提出，七十年代受到希考克、菲利普等人的支提出，七十年代受到希考克、菲利普

40、等人的支持。更有积极支持者麦考里夫（持。更有积极支持者麦考里夫（1979）曾用扫）曾用扫描电镜观察去掉矿物质的干酪根，发现其呈现描电镜观察去掉矿物质的干酪根，发现其呈现为立体的网络结构；并认为含有机质为立体的网络结构；并认为含有机质1-6%的的页岩就能充分发育这种网络结构。麦氏估算，页岩就能充分发育这种网络结构。麦氏估算，油在有机质中的饱和度达到油在有机质中的饱和度达到2.5-10%时，就能时，就能脱吸附而发生流动。导致油流动的压力差可来脱吸附而发生流动。导致油流动的压力差可来自压实作用、油气生成作用以及流体热膨胀作自压实作用、油气生成作用以及流体热膨胀作用等。网络在顺层方向的发育一般是相当完

41、整用等。网络在顺层方向的发育一般是相当完整的，而在第三度空间上只有少数内部连接。在的，而在第三度空间上只有少数内部连接。在生油岩低限（有机质生油岩低限（有机质0.5-1%）的页岩中不足以）的页岩中不足以形成三维连通网络。形成三维连通网络。拥护溶解运移的普赖斯（拥护溶解运移的普赖斯（Price，1976）认为此种学说不适用于海湾沿）认为此种学说不适用于海湾沿岸产油盆地，且多数页岩不足以形成岸产油盆地，且多数页岩不足以形成干酪根网络结构。就连积极推进油相干酪根网络结构。就连积极推进油相运移的琼斯（运移的琼斯（1978）也认为该学说对）也认为该学说对有机质含量少的海湾沿岸古近纪、新有机质含量少的海湾

42、沿岸古近纪、新近纪难于解释。近纪难于解释。油的相对渗透率随含油饱和度的增高而增大。油的相对渗透率随含油饱和度的增高而增大。在压实作用达到大量水已经被排走时，油的渗透在压实作用达到大量水已经被排走时，油的渗透率及相对渗透率为油提供了特别有利的单相运移率及相对渗透率为油提供了特别有利的单相运移条件（条件（Dickey，1775；Magara，1978a）。至少。至少要生油母岩中油足够丰富和充分集中时，油才呈要生油母岩中油足够丰富和充分集中时，油才呈连续单相被排泄出来，这是一种完全可能的设想。连续单相被排泄出来，这是一种完全可能的设想。大多数研究者都接受这个设想。大多数研究者都接受这个设想。油的相对

43、渗透率随含油饱和度的增高而增大。在压实作用达到大量水已经被排走时，油的渗透率及相对渗透率为油提供了特别有利的单相运移条件（Dickey，1775；Magara，1978a）The sketch map of simulation experiment in oil phase migration 2.2.3气体溶液运移气体溶液运移 (migration in gas solution)在特定的温度和压力条件下，液烃可在特定的温度和压力条件下，液烃可以溶解于气体之中。凝析气田的存在就是以溶解于气体之中。凝析气田的存在就是证明。证明。索柯洛夫等人（索柯洛夫等人（1963）的实验也表）的实验也表明，

44、在大约二、三米深处的温压下，有相明，在大约二、三米深处的温压下，有相当数量的液烃，尤其是烷烃和环烷烃可溶当数量的液烃，尤其是烷烃和环烷烃可溶于于CO2、CH4以及其它气体之中。在压力很以及其它气体之中。在压力很大时，液烃混合物逆蒸发的临界温度要比大时，液烃混合物逆蒸发的临界温度要比其单个组分低得多。其单个组分低得多。据索柯洛夫和儒次等人的研究和估据索柯洛夫和儒次等人的研究和估算，算，在在40-80MPa和和70-200的较高温、的较高温、高压条件下，高压条件下，109m3天然气能溶解和携天然气能溶解和携带带1-8105t轻质油。轻质油。气体溶液的形成不气体溶液的形成不仅需要一定的温压条件，而且

45、还需要数仅需要一定的温压条件，而且还需要数十倍于液相的气体。因此，这只能出现十倍于液相的气体。因此，这只能出现在深部。在深部。意大利的意大利的Malossa凝析气田产层深凝析气田产层深6,100m，压力，压力105MPa，温度，温度153。据。据推测在这样的条件下，直到推测在这样的条件下，直到C13的液烃都的液烃都可溶解在气体之中。困难在于气体通过可溶解在气体之中。困难在于气体通过含水孔隙时同样要遇到毛细管压力的阻含水孔隙时同样要遇到毛细管压力的阻碍；气体溶液所能运移的石油组分是很碍；气体溶液所能运移的石油组分是很有限的；再说油藏中并非总有巨量的气有限的；再说油藏中并非总有巨量的气体体。综观上

46、述石油初次运移的各种相态，从各含油综观上述石油初次运移的各种相态，从各含油盆地已经聚集起来的石油考虑，只有连续油相运盆地已经聚集起来的石油考虑，只有连续油相运移才能与其成分和数量达成一致。因而似乎拥护移才能与其成分和数量达成一致。因而似乎拥护连续油相运移者亦占据主流。然而，任何想把某连续油相运移者亦占据主流。然而，任何想把某一机制视为唯一和万能的，都将违背自然界的现一机制视为唯一和万能的，都将违背自然界的现实。随时间和条件的变化不同机制将有机而谐调实。随时间和条件的变化不同机制将有机而谐调地发挥其作用，有些细节研究难度较大，要完全地发挥其作用，有些细节研究难度较大，要完全弄清楚还有待时日。弄清

47、楚还有待时日。必须明确，石油是成分十分必须明确，石油是成分十分复杂的有机混合物，它的每一组分未必都要遵循复杂的有机混合物，它的每一组分未必都要遵循统一的运移模式从母岩析出。统一的运移模式从母岩析出。2.3 Phases of primary migration for natural gas 天然气能溶于水，在石油中的溶解天然气能溶于水，在石油中的溶解度很大。因此地层中的孔隙水和石油都度很大。因此地层中的孔隙水和石油都可作为天然气运移的载体。天然气也可可作为天然气运移的载体。天然气也可呈独立相态运移呈独立相态运移（including molecular diffusion、air bubble

48、 and continuous gas phase）。）。2.3.1 Water-soluble gas phase 天然气在水中的溶解性已在第一章讨论过，天然气在水中的溶解性已在第一章讨论过，简略归纳如下：简略归纳如下：1)气态烃在水中的溶解度比石油大得多，且气态烃在水中的溶解度比石油大得多，且随碳数增加而减小。随碳数增加而减小。2)压力对天然气的溶解度有明显影响，溶解压力对天然气的溶解度有明显影响，溶解度随压力增加而增大。度随压力增加而增大。The table about solubility of hydrocarbon increases with C number decrease

49、in water（from McAuliffe etc.,1963-1978）气态烃在水中的溶解度比石油大得多，且随碳数增加而减小4)气态烃在水中的溶解度随含盐度增加而减小。气态烃在水中的溶解度随含盐度增加而减小。5)水中溶有水中溶有CO2时，对气态烃，特别是时，对气态烃，特别是CH4有有明显的增溶作用。明显的增溶作用。3)温度对气态烃溶解度的影响较为复杂，在温度对气态烃溶解度的影响较为复杂，在温度较低（温度较低（75）时，溶解度随温度上）时，溶解度随温度上升而减小；在较高温度（升而减小；在较高温度（75）时，溶）时，溶解度随温度上升而增大。解度随温度上升而增大。压力对天然气增溶作用显著，在埋

50、深较大压力对天然气增溶作用显著，在埋深较大的地层水中，特别是异常高压带及其下的地层的地层水中，特别是异常高压带及其下的地层水中，常有丰富的高压水溶气资源。水中，常有丰富的高压水溶气资源。天然气呈水溶液状态运移依据充分，因而广天然气呈水溶液状态运移依据充分，因而广为人们所接受。但这并非唯一相态。为人们所接受。但这并非唯一相态。2.3.2 Oil-soluble gas phase 天然气在石油中的溶解度极大，特别是高压天然气在石油中的溶解度极大，特别是高压油层中油层中1m3原油可以溶解数百乃至上千米原油可以溶解数百乃至上千米3以上的以上的天然气。因此，天然气。因此，天然气与石油一起形成时，常呈天