石油和天然气都是流体,在地下岩层中流动运移聚集时必须具有动力。研究表明,促使油气流动运移聚集的动力主要有:
1.地静压力是由上覆沉积物(岩)产生压实作用后,其重量所造成的负荷。地静压力大小随上覆地层的厚度和密度的增大而增大。在沉积盆地里,生油层往往在盆地中心区,其颗粒细、厚度大、地静压力大,地温也高;而在盆地边缘地带地层颗粒粗,孔隙发育,物性好,厚度薄,地静压力小,地温也较低,从而使盆地中心与边缘形成压力差,中心部位地层中的水和生成的油气则在此压差下向边缘地带运移聚集。
2.水动力当沉积物压实固结成岩石以后,地静压力由岩石颗粒骨架所承担。储集层中孔隙内的流体所承受的压力不是地静压力,而是储集层内流体本身的重量引起的压力。若储集层连通地表存在泄、供水区,进入储集层中的油气受水压的作用,方向视水的来源而异。这种地下水流动所产生的动力称动力压力,即为水动力。储集层供、泄水区之间高程差产生的水压越大则动水压力越大。水在储集层中的运动速度与水压梯度即沿着水流方向上单位距离的压力降成正比。动水压力使水携带着油气一起运移。
3.构造运动力构造运动力促使油气运移是间接的。它是由地壳运动造成的各种地质构造应力,地壳无论是挤压运动或升降运动都会在岩层内部表现出大小和方向各异的应力活动,主要有挤压应力,拉张应力和剪切应力等。构造运动力使地下岩层形成新的构造格局,打破原来的压力分布区的平衡,油气重新由压力高的地区向压力低的地区运移聚集。同时构造运动力使地下岩层产生裂缝、断层,为油气运移聚集打开了新的通道。板块构造学说对石油地质学的发展产生了巨大影响,板块构造学说是从大陆漂移假说开始,经海底扩张学说发展,于20世纪60年代形成较完善的理论体系,突出特点是将活动论的观念带入了地球科学研究之中。板块构造理论从全球大地构造演化的角度,系统论述了含油气构造的成因和构造运动力对油气生成、运移、聚集的关系,阐述了全球油气分布规律,有力地指导了油气勘探。
4.浮力当油气进入饱含水的储集层之后,因为石油和天然气的密度比水小而发生重力分异作用,即气轻上浮,水重下沉,油居中间,所以游离相的油气在水中存在浮力,浮力的大小与油气密度和体积有关。浮力的方向垂直向上,在水平地层中,油气垂直向上运移至储集层顶面即盖层的底面;在倾斜地层中,油气则沿地层指向上倾的方向运移聚集。
5.毛细管力流体在很细的管道(毛细管)或缝隙中自动升降的现象叫毛细管现象,在地层中任何方向的细小孔道和裂缝,都有毛细管现象存在。毛细管孔隙直径介于0.5-0.0002mm之间,裂缝宽度介于0.25-0.0001mm之间。如:若在盛有油、水两相的烧杯中插入一个毛细管,其中水对毛细管是湿润性的,而石油对毛细管是非湿润性的,湿润性是指流体附着固体的性质,是一种吸附作用。由于水对毛细管存在附着力即吸引力,可将水向上托起一定高度h,直到使水面上升的动力与水柱的重力达到平衡,在毛细管中存在两相或多相流体时,流体界面两侧会产生压力差,其值等于界面两侧非湿润相压力减去湿润相压力。方向由湿润相指向非湿润相,这种两相界面上的压力称为毛细管压力。其值可用公式表示:
Pc=2σcosθ/r
式中Pc—毛细管力,N/cm2;
σ—油水界面张力,N/cm2;
θ—接触角(界面与孔隙间夹角);
r—毛细管半径
毛细管压力的作用,在烃源岩与储集层的界面处表现为动力,由于烃源岩孔喉较小,储集层孔喉较大,两者之间存在毛细管压力差,其合力的方向指向孔喉较大的一侧即储集层方向,推动油气向储集层排出聚集。
6.热力在沉积盆地中,地下温度随烃源岩的埋藏深度增加而增加,导致流体热膨胀,促使热液流体的运动。不同地区,地温梯度不同,水的膨胀情况也不相同。由于流体的膨胀系数比岩石颗粒的膨胀系数大得多,盆地中心较深温度很高,盆地边缘埋藏浅温度较低,因此,孔隙中油气会由盆地中心向盆地边缘运移聚集。
7.蒙脱石脱水作用蒙脱石是一种膨胀性粘土,所含结构水较多,一般含有4个或4个以上的水分子层,这些水分子按体积计算可占整个矿物的50%,按重量计可占22%。这些结构水在压实作用和热力作用下会有部分甚至全部转化成为孔隙水,在蒙脱石脱水过程中,其矿物性质也随之改变,最终蒙脱石会转变为伊利石。这一过程与温压条件有关,蒙脱石矿物转化率增加较快的深度大约是3000m,温度约为93.3℃。这些新增的流体必然要排挤烃源岩孔隙中原有生成的石油和天然气流体,从而起到排烃促使油气运移聚集的作用。
8.有机质生烃作用石油及天然气来源于有机质,分散的有机质经历了复杂的生物化学及化学变化,通过腐泥化及腐殖化过程形成了干酪根(kerogen)。干酪根生成后能够生成大量的油气及水分子,其体积大大超过了原有干酪根本身的体积。这些不断新生的流体进入烃源岩的孔隙中,必须不断排挤原来孔隙中已存在的流体,驱替原有流体向外排出,若此时流体不能及时排出时,就会导致烃源岩孔隙流体压力增大,出现异常压力排烃作用。说明烃源岩生烃过程也孕育了排烃和油气运移聚集的动力。(石油知识)