(1)石油与天然气运聚、成藏条件的差异
石油和天然气虽然都是可燃的流体矿产,元素组成都以碳(C)、氢(H)化合物为主。但是,石油与天然气组成成分的不同,直接导致石油与天然气的运聚、成藏的不同特点。
1)天然气具有多源性和多阶段生成特点。多源性:不同成因类型有机质都可以生成天然气,石油主要生成于Ⅰ型、Ⅱ型干酪根的有机质,以腐殖型为主含煤岩系以Ⅲ型干酪根为主,所生成的石油很少。多阶段性:天然气可以生成于有机质演化的不同阶段,可以说是全天候的源岩;石油只能生成于有机质的成熟热演化阶段。因此,石油具有少源、单阶段性,而天然气具有多源和多阶段性特点。
2)石油的成分比天然气复杂,在常温、常压下石油是液态,天然气是气态,物理性质明显不同,致使天然气与石油的储运和保存条件有很大差异。例如:①天然气能够通过的极微细孔隙石油无法通过;②天然气在水中的浮力比石油大得多,在含水的孔隙中天然气上浮的能力远比石油大;③在相同的地质条件下,石油比天然气更易于被岩石吸附,在岩层中残留油饱和度比残留气饱和度大得多,运移流动所需要更大的动能;④在相同介质条件下,天然气的渗透能力远比石油强,在相同条件下,天然气对封盖保存条件的要求高得多;⑤天然气完全可以水溶相或油溶相运移,石油不可能以水溶相进行运聚;⑥天然气在地下封闭体系中由于压缩和膨胀而产生的异常压力比石油大得多,是天然气运移的重要动力之一;⑦在相同条件下天然气比石油的扩散能力大得多,在地下,天然气可以扩散方式进行运移和破坏,而石油,尤其是石油的重组分(大于C10的重组分)不可能具有扩散特点,不可能以扩散方式进行运移和破坏。
由于天然气与石油物理性质上明显的差异,天然气比石油分布范围广得多,流动性强得多,天然气运移远比石油活跃,并具有扩散特点;天然气运移的限制条件比石油少,运移相态比石油复杂,天然气在地下运移的相态多种多样,可以地层水和油为载体,溶于水中和溶于石油中进行运移;也可以呈独立相态运移,可以呈气泡相、连续气相,甚至是分子扩散相进行初次和二次运移;天然气可以在石油不能储存富集的空间富集成藏,也可以在石油不会被破坏的场所散失殆尽;天然气运移相态的多种多样,以及储集与保存条件的特点,使天然气的产出类型具多样性,即可聚集形成常规气藏,也可以形成多种类型的非常规气藏,也可以与石油伴生形成伴生气藏。
天然气与石油生成、运聚、成藏条件的上述差别,就是因为天然气生成的范围广,成分比石油简单,分子量及分子直径小,因此,不同成因类型天然气的运聚、成藏特征也会因为生成烃类组分的差别、气体组分所处的温度、压力以及有机质演化阶段而不同(图9-13)。
图9-13 不同类型有机质形成的石油与天然气运移相态示意图
(2)煤成气与油型气运聚特点的差异
在影响天然气烃类组分的众多因素中,气源岩的母质类型及演化阶段是最主要因素。由于含煤岩系生烃过程以生气作用为主,在生烃高峰期也是以生气为主,所生成的天然气具有“一干二轻”特点,以甲烷为主,比重轻;生成的液态烃量较少,以轻质原油和凝析油为主。这一特点在含煤岩系有机质演化的成熟作用阶段更为突出,导致煤成气与油型气在运聚特征上的差异。
1)同一演化历程中所生成的烃类物质不完全相同。在有机质演化历程中,腐泥型母质生成的烃类是:气(生化作用阶段)—油为主(成熟作用阶段)—气-油(高成熟演化阶段)—气(过成熟演化阶段);含煤岩系生成的烃类是:气(生化作用阶段)—气为主、油为辅(成熟作用阶段)—气(高成熟演化阶段—过成熟演化阶段)。
2)运移相态既有共性也有差异。在生化作用阶段及过成熟演化阶段,当重烃气含量几乎接近于“0”情况时,油型气和煤成气都是以甲烷为主,煤成气运移相态与油型气运移相态特征基本一致,都是以水溶气相及游离气相和扩散相为主,并且,水溶气相运移对于浅层生物气的排运、聚集有重要意义;过成熟演化阶段,当油全部裂解为气以后,水溶气相及气相对于煤成气与油型气的运聚同等重要。但是,在成熟作用阶段和高成熟演化阶段,因为油型气重烃含量高,最高可达56%,多数介于10%~40%,煤型气重烃含量最高仅为34%,绝大多数样品小于20%(戴金星等,1992)。油型气因为富含重烃组分而易于溶解于油中,易于呈油溶气相运移;煤成气因为不富含重烃组分而易于溶解于水,呈水溶相运移为主,油溶气相为辅,甚至可能极少。
3)在其他因素影响下,煤成气与油型气运移、成藏特点的差异更为显著。不同演化阶段的温度、压力等地质因素对于运移相态的影响也很重要。以水溶气相为例,天然气在水中的溶解度比较高,特别是甲烷等轻组分气体最易溶解于水,其溶解度随温度、压力的增高而迅速增加;据Price(1979)资料,温度为350℃、压力为100MPa时,甲烷在水中的溶解度高达110m3/m3,是温度154℃、压力15MPa时乙烷的27倍;水的矿化度对天然气的溶解度也有影响,天然气在水中的溶解度会随着矿化度的增高而降低。
此外,分子量小的气体组分比分子量大的组分运移快;在烃类气体中,碳数越小运移的能力越强;由于甲烷气比重烃气的分子量小,结构简单,并具有密度低和被吸附的能力强的特点,因此,在运移过程中,甲烷会运移得更快、更远。济阳坳陷孤岛油气田天然气甲烷含量与深度的关系图(图9-14),是人们常用来表明天然气分馏效应,分子量小的比分子量大的运移快的实例,箭头方向代表由深至浅甲烷含量增大的方向,也就是天然气运移的方向。
图9-14 渤海湾盆地济阳坳陷孤岛油气田天然气CH4与深度关系示意图