‘壹’ 石油运移和次生变化
石油和天然气在形成后必须经过运移、聚集才能形成油气藏。在初次 (在油源岩向储集岩的运移)和二次运移 (在储集岩中的运移)中油气继续发生地球化学变化。
大部分生油岩都是细粒沉积岩,由于受到埋藏压力作用,岩石的空隙度非常低,因此,一旦生油岩中油气达到饱和,液态和气态烃就会排出,人们对油气的运移机制虽然并不完全了解,大体上包括以显微裂隙为主的运移通道和以干酪根生油母质为主的扩散通道。石油运移最终到达不透水的阻隔层“圈闭”或地表。从经济的角度出发,石油运移到达位置最理想的是“圈闭”,如富含黏土矿物的沉积岩覆盖在多孔的砂岩“储存”岩石上。干酪根类型不同,其生成的石油排出率也不同,Ⅰ型干酪根生成的油几乎全部可以从生油岩中排出,但Ⅲ型干酪根和煤生成的油,大多数或全部的油都不能排出,而留在源岩中,最终裂解成气。生成石油的数量和质量在很大程度上依赖于有机质类型,通过室内高温裂解实验和野外实际调查结果表明,Ⅰ型干酪根经高温裂解,有 80%可生成轻质烃,对Ⅱ型干酪根进行质量平衡计算表明,生烃潜力可达 60%,Ⅲ型干酪根高温裂解生烃率小于 15%。
在石油运移过程中可以发生几种化学变化。石油发生初次运移时,由于不同烃类化合物的扩散率和黏性不同,因此在石油运移过程中会发生分馏作用。轻烃比重烃具有较高的扩散性和较低的黏性,因此,轻烃更易运移,与生油岩相比,储油岩更富集轻烃。石油中带极性的成分、沥青质和树脂等可被矿物表面吸附,因此不太容易从源岩中排出,因此,与生油岩沥青相比,储油岩中相对缺少这些成分。总之,初次运移过程中,油气化学组分的变化主要受运移途径的吸附和解吸现象所控制,总的规律是极性较小的化合物特别是低分子量化合物优先释出并进入储集岩。
二次运移是石油被水携带穿过储层孔隙运移。沿着二次运移的主要方向,油气的化学成分和物理性质有规律地变化。这些油珠与周围的孔隙水相接触,其中的极性分子容易富集在油水界面,芳香烃比正烷烃和环烷烃的极性强,在水中的溶解度也大,所以随着石油的运移,其非烃和芳香烃族分逐渐减少。相对易溶于水的石油组分在运移过程中容易损失,该过程称为水洗 (water washing),按照输导层矿物颗粒的润湿性,一些重质组分容易被吸附。这样,沿着运移的途径,石油中非极性的烃类含量有所增加,而胶质、沥青质、卟啉化合物及其非烃类含量有所下降。好氧细菌会使石油发生生物降解作用 (biodegradation),无支链的长链烷烃优先发生生物降解,随后是带支链的烷烃、环烷和无环的类异戊二烯烃,带芳香环的类固醇最少发生生物降解。最后,在石油运移之后,还会发生进一步的热演化作用,引起甲烷和芳香族化合物增加,而脂类化合物成分减少。