(0)地层油气性质的差异原因分析
第２７卷第６期２００６年１２月
ＸＩＮＪＩＡＮＧＰＥＴＲＯＬＥＵＭＧＥＯＬＯＧＹ
新疆疆石石油油地地质质新
，Ｎｏ．６Ｖｏｌ．２７年２００６
Ｄｅｃ．２００６
文章编号：１００１－３８７３（２００６）０６－０７６６－０２
地层油气性质的差异原因分析
李传亮，张学磊
（西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室，成都６１０５００）
摘
要：地层油气的性质千差万别。从油气生成、油气运移、油气成藏期作用各阶段机理上分析了地层油气性质产生
差别的主要原因。沉积有机质类型和油气生成过程是产生油气性质差别的主要原因，差异聚集和重力分异作用是产生油气性质差别的第二个原因，后期的扩散和氧化作用是地层原油稠化的主要原因。关键词：油气性质；油气生成；重力分异；扩散；氧化中图分类号：ＴＥ１１；ＴＥ１２４．１
文献标识码：Ａ
地层中的油气性质千差万别，不仅存在相态上的差异（油和气等），同一相态还存在性质上的差异（稀油和稠油、干气和湿气等）。地层中的油气为什么会存在这些差异？本文仅从机理上作一探讨。
能量一定的情况下，有机质遭到分解的程度和数量是与之对应的，沉积有机质不可能在某一特定外部能量下无限地分解，否则，今天的地下不可能残存如此多的未被分解的沉积有机质。在沉积有机质分解的过程中，温度起到至关重要的作用。也可以说，沉积有机质分解出的石油数量是温度的函数。如果地层快速沉降，沉降有机质未来得及分解，则在下一个温度下给予补偿。
如果沉积有机质在经历了一个高温生烃过程之后，该分解的部分已经完全分解，如果地层抬升而处于低温或静止不动而处于恒定温度时，沉积有机质将不再进行分解（即分解过程是一个不可逆的“前进”过程）。否则，地下的油气资源量将会十分庞大。
沉积有机质随地层温度的升高而不断生出更多的烃类物质，温度降低或温度恒定后则不再生成烃类物质。因此，沉积有机质只有在地层不断沉降即温度不断升高的过程中才生成油气，地层停止沉降或地层抬升，沉积有机质的大规模生烃过程就会停止。图１显示了油气生成的“前进”式阶段变化过程。
时间
生物气
无
无
无
低熟油
中熟油
深
度
高熟油
裂解气
１生烃过程
根据现代成油理论，石油是由沉积有机质生成的。沉积有机质是动、植物及微生物尸体的碎片。沉积有机质通常都是结构复杂、分子量巨大的有机物，它们在沉积掩埋之后，通过温度、压力和细菌的作用进行分解［１］，产生结构简单、分子量较小的石油分子。
实际沉积的有机质，其结构通常非常复杂。一般情况下，分子的内部结构比较稳定，原子排列也比较致密，但外部结构一般存在较多缺陷和枝杈，是外部能量攻击的主要位置。沉积有机质分子在细菌和温度作用下，链健断裂形成小分子，这些小分子聚集起来，就形成石油，石油是沉积有机质分解后的产物。
根据地质学的研究［２，３］，细菌作用主要产生甲烷之类的低相对分子量烃类物质，而温度作用则可以产生分子量相对较大的烃类物质；若温度继续升高，则还可能使有机质分子遭到进一步破坏，裂解成低相对分子量气体。因此，在浅层地层中发现生物成因气藏的可能性较大，在中等深度的地层中则存在一个液体“石油窗”，在较深的高温地层中，发现裂解天然气的可能性增大。当温度达到极高的程度，沉积有机质则可能碳化，生成石油的可能性骤减。
沉积有机质是从外向内逐渐分解的。一定的外部能量，只能分解与之相对应的有机质分子结构。较低的地层温度，只能分解键能较低的分子结构；而高的地层温度，则可以分解键能较高的分子结构。在外部
收稿日期：２００６－０７－０６
图１油气生成阶段变化
油气生成过程就像面粉的熟化过程一样，把面粉加热到５０℃时，有一部分面粉成熟，若把温度保持在
５０℃不变，则面粉永远也不可能完全成熟。若继续把
面粉加热到１００℃，则面粉全部成熟。若把温度再退
作者简介：李传亮（１９６２－），男，山东嘉祥人，教授，博士，油藏工程，（Ｔｅｌ）０２８－８３０３３２９１（Ｅ－ｍａｉｌ）ｃｌｌｉｐｅ＠ｓｗｐｕ．ｅｄｕ．ｃｎ．
第２７卷第６期李传亮，等：地层油气性质的差异原因分析
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回到５０℃，则面粉也不会变化。
如果沉积有机质处于生油阶段，则生成的烃类物质为液态油；如果沉积有机质处于生气阶段，则生成的烃类物质为天然气；当然，不同的沉积有机质生成的油气性质也存在细微的差别。一般情况下，高等生物生成的原油比低等生物生成的原油密度要大一些。油气生成过程和沉积有机质类型是导致地层油气性质出现差异的第一个原因，也是最主要的原因。
油气藏形成之后，与地层水的长期接触，也使得原油发生了稠化作用。水中溶解的氧气会使地层原油氧化，并最终使其稠化。地层水中的微生物，也会使地层原油发生稠化作用。微生物的稠化作用与水中的氧当然，水含量密切相关，与氧化作用也是同步进行的。与地表的连通性越好，氧化作用就越强，因此，浅层稠油多为氧化作用的结果，如加拿大Ａｌｂｅｒｔａ沥青砂。许多油藏底部都有一个稠油带，就是氧化作用的例子。当然，浅层油藏也一定存在扩散稠化的作用。
扩散和氧化作用，是后期使地层原油稠化的主要原因。
源岩直接生成并排出稠油而形成稠油油藏的可能性极小，因为稠油皆为大分子，粘度极高，由源岩向外运移非常困难，时间也非常长。迄今为止，人们尚不知道哪种有机质可以直接生成稠油大分子而不生成石油小分子。有机质应该同时生成石油大、小分子，大分子溶解在小分子之中，一同从源岩中运移出来聚集成常规油气藏。小分子扩散后，形成稠油油藏。或者，小分子氧化成大分子后演变为稠油油藏。但气藏直接氧化成稠油油藏的可能性非常小，因为小分子中缺少活性基团。
深层稠油油藏除了扩散致稠外，另外一个原因可能是油藏形成之初埋深较浅，曾经历过氧化致稠过程，然后埋藏加大而成为深层稠油油藏。
２重力分异和差异聚集
沉积有机质在浅层地层中生成的天然气，由于盖层条件较差，一般难以保存。在中等深度条件下生成的液态石油，一般都能得到很好的保存。如果沉积有机质在生成液态石油之后，地层埋深加大，则还可以继续生成裂解气。气体驱替原油向位置较高的圈闭中运移。同一圈闭中因重力分异作用，也出现了气上油下的分异现象。重力分异和差异聚集是地下油气性质出现差异的第二个重要原因。
３扩散与氧化作用
油气藏形成之后，油气性质也不是恒定不变的，而是随着时间的推移不断发生变化的，变化的主要原因是石油分子的扩散和氧化作用。
不同分子量大小的石油分子在水中的溶解度是完全不同的，相对分子量越低，在水中的溶解度就越高。烃类在油气藏中的质量分数比在周围水体中的质量分数要高得多，在质量差的作用下，烃类分子会不断向外扩散。但是，烃类分子的扩散速度随分子性质的不同而不同，相对分子量越低，扩散速度就越高，因此，经过长时间的扩散作用之后，油气藏中的石油会产生一定的稠化作用。显然，油气藏形成的时间越早，即油气藏越古老，分子扩散的稠化作用就越强。一些古油藏多为稠油油藏，就是这个原因。塔里木盆地古生代５￣６ｋｍ深处依然有稠油油藏形成，就是扩散稠化的结果。颇有意思的是，塔里木盆地古生代５￣６ｋｍ深处稠油油藏的附近同时有轻质油藏甚至气藏分布，这说明轻质油藏或气藏形成的时间都比较晚，而稠油油藏则比较古老。
４结论
地层原油性质的差异是多种因素造成的，沉降有机质类型和油气生成过程是最主要的原因，差异聚集和重力分异是第二个原因，扩散和氧化是后期改变油气性质使其稠化的主要原因。
参考文献：
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ＬＩＣｈｕａｎ－ｌｉａｎｇ，ＺＨＡＮＧＸｕｅ－ｌｅｉ
（ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＲｅｓｅｒｖｏｉｒＧｅｏｌｏｇｙａｎｄＥｘｐｌｏｉｔａｔｉｏｎ，ＳｏｕｔｈｗｅｓｔＰｅｔｒｏｌｅｕｍＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ，Ｓｉｃｈｕａｎ６１０５００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｒｅａｒｅｌｏｔｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓｆｏｒｉｎ－ｐｌａｃｅｏｉｌａｎｄｇａｓｐｒｏｐｅｒｔｙ．Ｔｈｅｍａｉｎｒｅａｓｏｎｓｆｏｒｔｈｅｓｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓａｒｅａｎａｌｙｚｅｄｉｎｔｅｒｍｓｏｆｍｅｃｈａｎｉｓｍｓｏｆｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ，ｍｉｇｒａｔｉｏｎａｎｄａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｆｉｒｓｔｒｅａｓｏｎｆｏｒｔｈａｔｉｓｔｈｅｔｙｐｅｏｆｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎａｌｏｒｇａｎｉｃｍａｔｔｅｒａｎｄｐｒｏｃｅｓｓｏｆｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ；ｔｈｅｓｅｃｏｎｄｏｎｅｉｓｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｇａｔｈｅｒｉｎｇａｎｄｇｒａｖｉｔａｔｉｏｎａｌｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｐｏｓｔ－ｄｉｆｆｕｓｉｏｎａｎｄ－ｉｓＫｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｅｔｒｏｌｅｕｍｐｒｏｐｅｒｔｙ；ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ；ｇｒａｖｉｔａｔｉｏｎａｌｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｉｏｎ；ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ；ｏｘｉｄａｔｉｏｎ