石油天然气的前世今生
天然气消费

石油天然气的前世今生

追根溯源

一些文学作品曾将油田描述为“地下油海”和“地下油河”。不少人也认为地下的油田像地面的海、湖一样储存着石油。其实不是这样。石油是“石头里的油”,像水浸透在海绵里一样浸透在石头的孔隙与缝洞里。

天然气作为石油的气态形式,在地下的情况和石油一样,也储存在岩石的孔隙与缝洞里。不同的是,天然气比液态石油的分子更小,能渗进石油的岩石都能渗进天然气,石油渗不进去的一些岩石却能渗进天然气。

那么,油气是如何生成的?

从大约5亿年前地球上出现生命开始,石油也准备着登上历史舞台。最早的地球生命诞生在海洋,然后逐渐演化并向陆地发展。生长在海洋或湖泊里的动植物死亡后,其“遗体”伴随着水中的泥沙一起慢慢沉入水底并逐渐堆积起来,而后在微生物的参与下发生腐烂分解形成沉积有机质。在这一过程中,部分有机质被微生物直接分解,形成以甲烷为主的生物气。经过漫长的地质岁月,最终这些有机质与泥沙一起被压实并形成沉积岩。微粒沉积“淤泥”压实后形成的沉积岩称为泥岩,像书一样具有页理的称为页岩,砂粒沉积压实后形成的沉积岩称为砂岩,并可根据砂粒的大小分为粉砂岩、细砂岩、砂岩、粗砂岩等。有机质一般富集在泥岩或页岩中,所以,富含有机质的泥岩或页岩被称为烃源岩。砂岩中有机质含量一般较低,通常是油气的储集体。

随着地壳的不断下降,海洋或湖泊中沉积的岩层越来越厚,那些富含有机质的泥岩或页岩逐渐被深埋,经受的温度也随着深度的加大而逐渐升高。一旦达到合适的温度,有机质就开始热分解或热裂解,生成石油和天然气。随着沉积地层的持续下沉,有机质埋藏的深度加大,温度越来越高,当温度超过一定界限时,原先形成的石油将裂解生成天然气和残留的固体沥青。随着油气在泥岩有机质中不断生成,它们在泥岩的微小孔隙中越积越多,积聚的压力也越来越大,最终突破泥岩阻力,通过泥岩的微小孔缝运移出来。于是,这些从泥岩中“逃逸”出的油气进入砂岩层中。在浮力的作用下,它们在砂岩的连通孔隙或断裂、裂缝等通道中继续向上移动(称为运移),直至遇到致密地层不能再移动时,便在这些砂岩或裂缝中积聚起来。如果向上运移过程中没有遇到致密的阻隔地层,它们便会到达地表散失掉。这些油气运移到孔隙度、渗透性良好的岩石孔隙和裂缝中时,形成常规油气资源,进入到比较致密的砂岩中便形成致密油气藏。

地下的石油和天然气储存在具有一定孔隙度和渗透性的砂岩层中,我们称这类岩层为储集层。如果地下储集层中储存了油气,就成为含油气层;工业开采的含油气层被称为产油气层。油藏的形成,除了需要储集层外,还必须有圈闭。所谓的圈闭,就是一个盛装油气的容器,就好像人居住的房子;同时,存储油气的圈闭还需要有能封住油气,使其不至于散失的非渗透性泥岩等盖层,才能使进入圈闭“房子”的油气保存下来并形成油气藏。圈闭是油气藏形成的基础,是发现油气藏的场所。这个储存油气的“房子”必须在油气生成和运移到此处之前就“盖好”;否则,若油气通过时还没有“房子”可住,就会继续前行,寻找其他住所或者散失。因此,只有当生油层、储集层、盖层自身具有良好的性能,且它们之间形成恰当的组合,才能形成油气藏。

由于油、气、水的密度差异,油气藏中通常是天然气在顶部,液态油居中,水在最下面。如果地壳活动过于强烈,油气藏保存条件不够好,油气藏中的油气会随着断裂向上运移散失,也可能由于盖层被风化剥蚀而使油气存储直接暴露地表,从而遭受破坏。就像一个装满石油的碗却没有盖子,千百年来暴露在地表的石油,历经风吹日晒,最终都会消失不见。密度更小的天然气,则会直接散失到空气中。

(文章来源:科技日报)