Question

油气聚集的机理模式

Answer 1

油气的聚集机理也是目前困扰石油地质学家的难题之一。聚集过程受到各种因素和条件的制约，不同的圈闭类型，其聚集机理也不相同。对油气在流体势的作用下于适当的圈闭内聚集的过程，M.K.Hubbert（1940;1953）和E.C.Dahlberg（1982）等已作过详细的描述；然而，从微观的角度来看，油气开始是如何进入并充满圈闭的？进入圈闭后又发生了哪些变化？对于这一问题，W.A.England等（1987）根据实验室和野外研究结果，从机理上进行了较为详细的探讨，并提出了油气在背斜圈闭中进入、充满以及随后发生变化过程的模式。

根据渗透理论，油通过岩石流动之前，岩石孔隙的20%～30%应已被油充填（即残余油至少在20%～30%），开始时因毛细管压力作用，油保存在最大孔隙里，故临界饱和度应超过20%～30%。一旦聚集通道连通，则储层结构网络内的饱和度将保持不变，实验也证实运移通道上的油饱和度总是大于20%，平均为50%。

图1-6　渗漏性地层差异聚集图（据Schowalter,1979）

图1-7　运移通道平面示意图（据T.T.Schowalter,1979）

假定油在水动力和浮力作用下沿着运移通道从背斜的一侧开始向上倾方向在构造顶部聚集（图1-8a）。一开始，油并非一定是呈油块的形式直接到达构造顶部的。根据实验室测得的证据，油呈连续油串的形式沿着树枝状的网络运移到储层的最大孔隙中，运移通道的三维结构取决于储层的沉积条件及孔渗性的空间分布。当油第一次进入圈闭时，在树枝状网络中残留了部分油饱和度（如20%～50%）。在圈闭内部，一开始，油并不是连续的流体，可以认为油首先以“前缘”推进的方式充填圈闭的顶部，这种推进“前缘”与沿着色层柱进行层析推进“前缘”的过程很相似（图1-8b）。

由于储层内的各部分（细层）孔隙大小是不均一的，运移的油将首先进入孔隙最大的部分。虽然在一个油层内含油饱和度较高（20%～50%），但从储层整体上看，其饱和度都较低（如2%）。由于上覆盖层的封闭，后续进入的油将不断地被挤到越来越小的孔隙中，因而储层的其它部分也将被油充填（图1-8c）。随着愈来愈多的油充满圈闭，互相连接的油串的高度也愈来愈大，因而浮力增加；当超过毛细管力的作用时，油就将水从孔隙中挤出。这一过程可不断地进行，直到连续油体的高度对圈闭顶部施加足够的浮力。如果聚集的油还未溢出，当浮力超过盖层的排替压力时，油就有可能从圈闭顶部散失。

图1-8d表示在聚集的石油底部有压力过渡带，这是由于底部毛细管压力较大而浮力较小的缘故。当油继续运移进入储层时，含油饱和度大到一定程度，油才会呈现流体状形式。当油柱的浮力足以克服最小孔隙的毛细管压力时，整个储层中的饱和度都达到临界值。这时，储层中的油才呈现游离的块状流，即相对来说是可以流动的。在很多情况下，密度最大的油是首先生成，也是首先聚集的。因假定油从构造的一侧充满圈闭，因此可以预测，沿着储层油的成熟度将有一个变化梯度；如果混合不完全，侧翼的油成熟度梯度仍可保留。但实际上流体通过多孔介质的流动在运移方向上必然有混合作用，这是因为运移通道有随机性。

当储层内烃柱高度较大时，重力的影响将改变各种烃组分的平衡浓度。因此，这些烃要随深度发生有规律的变化。浓度梯度导致了密度较大的组分往往聚集在烃柱的底部。油在圈闭中聚集后，只是暂时达到了平衡，实际上还要发生变化，例如，扩散和对流等。

图1-8　背斜圈闭中石油聚集机理模式图（据W.A.England等，1987）