排烃

10.3.2.3烃源岩排烃

力学

排烃也称为初次运移。

由于烃源岩在埋藏过程中的压实作用，孔隙的大小可能会小于某些油气分子的大小（图10.28）。这样，在解释油气如何运移出烃源岩的问题上就存在了一个困难。在地质文献中讨论的所有可能的初次运移机制中，最可能的是油气以不连续相穿过由超压解压作用形成的微裂缝。烃源岩中的超压可能是油气生成、温度升高流体膨胀、封闭烃源岩的压实作用以及粘土矿物脱水作用排水等综合作用的结果。

图 10.28 各物理参数与页岩沉积物不断增加的埋深之间的相互关系，图中显示了页岩的孔隙直径与油气分子直径的关系。当埋藏深度适当时，与较大的油气分子相比，页岩的孔隙直径变得非常小。

干酪根向油气的转化导致了明显的体积增加，这使得烃源岩中孔隙压力增加。孔隙压力的增加有时足以导致微裂缝的形成。这样可以释放压力，同时允许油气运移出烃源岩进入到毗邻的运载层，从这点开始油气进入二次运移过程。生烃、压力增加、显微破裂作用、油气运移、压力释放这个循环会一直继续，直到烃源岩枯竭。这个理论的实质是只要烃源岩足够富集，那么它会不断地排出油气。从这种意义上来讲，初次运移并不是石油地质学家们主要关注的事。在区域压力梯度的调节下，初次运移中明显地发生油气向上且/或向下移出烃源层。

当液态石油在烃源岩中裂解成气的时候，将发生大规模的体积膨胀。较贫乏的生油岩可能不能生成足以引起显微破裂作用的烃类，这样就不会有排烃作用发生。然而，如果达到更高的成熟度，仍然停留在烃源岩中的石油将会裂解成气，由此引起的体积增加和超压可能促使排烃的发生。因此，如果蕴油性的贫油烃源岩达到足够高的成熟度，那么该烃源岩易排出凝析气。

排烃率

生成的油气（包括初期的）有多少可能会从烃源岩排出呢？Cooles 等（1986）指出，在120℃至150℃之间，烃源岩的排烃率主要取决于烃源岩中有机质的富集程度。在有机质富集的烃源岩中（潜产量＞5kg ton-1，TOC＞1.5%），排油效率非常高，有生成油气总量的60-90%将会被排出。然而，在生烃与排烃之间存在一个迟滞时间。在烃源岩有效排烃以前，烃源岩中俄油气必须达到某一最小含有饱和度（约4%）。在有机质较贫乏的烃源岩中潜产量＜5kg ton-1，TOC＜1.5%），排烃率要低的多，大多数生成的石油停留在烃源岩中。如我们所知道的，如果达到更高的成熟度，石油将会裂解成气并排出。不考虑烃源岩中有机质的富集程度，天然气和凝析气的排出效率非常高。

Mackenzie和Quigley（1988）以原始干酪根浓度和干酪根类型为基础，将烃源岩分为三个端员类（图10.29）。生油指数（PGI）是指已经转化为油气的那一部分有机质，因此是烃源岩成熟度的量度。排烃率（PEE）是指在烃源岩中形成并排出的那一部分油气。由这些参数确定油气排出的时间和成分。

图 10.29 三种烃源岩中，生油指数（PGI）和排烃率（PEE）关于烃源岩最高温度的函数，（据Mackenzie和Quigley，1988）。图中给出了相关温度范围内油气初次运移的主要相态。曲线是在取平均加热速率为5℃Myr-1计算得出的。生油指数（PGI）是已转化为油气的那一部分生油有机质。排烃率（PEE）在烃源岩中生成并已排出的那部分油气。Ⅰ类烃源岩是主要包含不稳定干酪根的富集烃源岩，Ⅱ类烃源岩是包含不稳定干酪根的贫乏的烃源岩，Ⅲ类烃源岩是主要包含耐熔干酪根的烃源岩。

1类烃源岩主要有不稳定干酪根组成，浓度大于10kg ton-1。因为不稳定干酪根生成富油流体，所以生烃作用起始于大约100℃的时候。这样使烃源岩迅速达到饱和，在120-150℃之间，有60-90%的油气呈含有溶解气的石油排出，剩下的流体在更高的温度下裂解成气并以气相排出，开始在溶解的凝析油中富集。北海的启莫里支粘土，地跨美国和加拿大的威利斯顿盆地中的Bakken油页岩都是1类烃源岩的实例。

2类烃源岩是贫乏1类烃源岩的变型，原始干酪根浓度小于5 kg ton-1。温度升高到150℃时，排烃的效率非常低，这是因为没有足够的富油油气生成。排出的油气主要是温度达到150℃以上时裂解形成的凝析气，随后排出的是一些干气。

3类烃源岩主要包含耐熔干酪根，只有达到150℃以上时生烃作用和排烃作用才会发生，生成的油气流体为干气。

有一些地层是不同种类烃源岩的混合体。