石油进展(苗3).ppt

各位同学 您们好 油藏地球化学90年代以来 油藏地球化学成为石油地球化学的新学科生长点 它突破了传统单一的学科界限 将石油地球化学研究的重点由烃源岩及其相关问题 转移到油藏及其流体化学在空间上的变化规律上 应用化学原理和一切有效的地球化学分析手段 研究储层流体 油 气 水 在地质体中生成 演化 运移和聚集成藏过程中所发生的一切地球化学反应机理 研究对象从有机物到有机 无机一体和油 气 水 岩综合体系 研究范围由勘探延伸到勘探开发全过程 将石油地球化学 由烃源岩储层 由生烃运聚成藏 由有机有机 无机一体 由油 气油 气 水 岩综合体系促使油藏地球化学发展的关键技术与方法包括 薄层色谱 火焰离子检测 热蒸发 热脱附 色 质联用 地层水同位素分析 原油气相色谱指纹技术 高分子量烃类和非烃类分析 原油与源岩馏分生物标志化合物剖析技术 流体包裹体分析 自生矿物放射性同位素等分析技术 目前油藏地球化学已含有机地球化学与无地球化学两大部分 前者以烃类 油和气 流体为研究对象 后者则涉及无机流体 非烃气和水 的研究 Latter等 1995 总结了油藏地球化学在油气勘探开发中的主要应用领域 1 在油气田勘探中的应用根据试井原油特征测定源岩类型和成熟度 通过对油田充注点或运移路线的研究 帮助确定相关油田的位置和区域性运移路线 盆地古水文学或原油蚀变控制因素的评定 油气藏封闭性评定 2 在油藏评价和储层评价中的应用流体界面的确定油藏连通性确定 评定油藏质量和历史 Sw 含水饱和度 的计算 焦油席确定 与脱沥青有关的潜在开采问题的鉴别 油 水 岩石相互作用及对润湿性和石油粘度的影响 3 在油田开发和生产监测中的应用屏障 边界 定位与输入采油生产模式 为评价采油生产计划所进行的生产监测 管道漏失评定一混合的采油生产问题 注水突进的评定 油藏酸化机理 1 油藏内流体非均质性及成因机理 1 原油的非均质性主要表现在原油物性 密度 粘度 油气比 原油族组成同位素组成 原油分子组成等在空间上规则和不规则的变化 外部成因 同一油源 不同时代生成的石油 不同油源的石油 形成环境不同 成熟度不同 运移分馏作用不同 内部成因 油藏内水解 生物降解 重力热蚀变作用 流体 岩石间的相互作用影响 储层孔隙度 渗透率 油藏构造 地层特征差异 水流方向 油层表面化学特征等 2 气的非均质性与油有相同的差异 但由于气扩散作用强 可能差异相对较小 但非均质性肯定是存在的 3 水的非均质性水流方向 水压梯度 水化学成分 储层孔隙度 渗透率等同样存在非均质性 流体组成的非均质性必然导致油藏流体化学组成的不均衡 油藏内流体的混合作用形成的非均质性取决于不稳定流体的规模和油藏渗透性结构 通常 渗透性好时 流体柱将迅速达到平衡 如果垂向上存在地质屏障 将阻碍流体的混合作用 就会出现垂向变化的不连续性 从充注期间继承下来的差异可能保持相当长的地质时期 因此 油田内烃类和水的非均质性表现了区域性和油藏范围的地质信息 可用来作为区域勘探 油藏描述 评价和开发油田工作的研究 参考 基础 2 油气充注成藏和油藏内流体混合模式一般认为 浮力 水动力和毛细管力相互作用结果是油气运移主要营力 石油进入具水润湿性储层圈闭的一般模式 最初呈树枝状通过储层较粗孔隙进入圈闭 运移石油进入范围增大时 浮力也增大 将石油向小的孔隙充注 把地层水挤出 石油不断从圈闭一侧注入 如同一系列 波阵面 向圈闭内部推进 当油藏充注完成时 石油柱存在着横向和垂向上的成分差异 当油藏石油孔隙饱和度较高时 为达到力学和化学平衡 石油的化学组成将重新分配 低速混合作用是促使油藏内原油进行重新分配的主要因素 密度驱动混合作用 影响因素 a 时间越长 混合越完全 b 储层物性越好 混合时间越短 扩散作用 热对流混合作用地温梯度变化导致流体发生热对流 影响因素 a 重力作用 b 储层物性条件 c 时间因素 3 油藏内流体的连通性 分隔性研究常规的储层非均质性研究主要研究储层的空间分布规律及其对储层油层连通性的影响 油藏地球化学研究表明 砂层连通不一定等同于流体连通 因为油层内可能存在由多种原因形成的有机隔层 导致油藏内部实际上是分隔的 1 基本原理 如油藏内部存在流动屏障 流体成分差异将保留下来 侧向上的差异往往造成屏障物两侧存在明显流体差异 这些分隔性往往分布在油层中低渗透岩层侧向延伸带所分隔的地段 2 油藏内流体流动屏障的确定 根据原油总体组成变化参数研究流动屏障寻找明显差异 气油比 泡点压力 密度等资料 分析流通性不好地带 确定流动屏障 根据原油组成色谱指纹特征变化研究流动屏障基本思路是 源于一个连续油藏的石油应表现出一致的色谱特征 源于不同油藏的石油具有不同的色谱指纹 根据油田水组成变化研究流动屏障基本思路是 在水层和油层内87Sr 86Sr突变通常表明油层间存在流动屏障 分 a 含水区流体流动屏障 b 含油区内流体流动屏障 4 有机隔层 焦油席研究焦油 是富含沥青质的原油 超重油 焦油席 是油藏内一种特殊的石油非均质现象 在采油过程中发生脱沥青作用 造成低渗透率油层堵塞 它反映存在低渗透率的流动屏障 焦油席的形成 沥青质的前身物围绕屏障扩散 出现在沥青质沉淀的位置 沥青质扩散 迁移 原油的热蚀变 运移通道中沥青残余物 石油二次运移出现压力下降及来自输导层的富沥青石油的输入都会导致焦油席形成 可通过在分子水平上检测沥青质和非烃特征 进行分析研究 5 油气运聚或藏史研究 1 油气运移方向和通道的确定 根据石油成熟度梯度研究油气充注方向基本思路是 在油气运聚过程中 进入油藏的最成熟石油逐渐取代先前的成熟较低的石油 即在油气充注过程中 成熟度最高的石油最靠近原油的充注点 根据石油在运载层中的地球化学变化确定基本思路是 根据石油分馏作用 随运载层距离增加 沿运载层方向 石油组份发生变化进行确定 2 确定石油运移作用的时间 通过烃类流体包裹体确定基本思路是 通过确定烃类流体包裹体与岩石矿物的相互叠置和结构间的相互关系 可建立石油运移相对于结晶作用顺序的时间关系 包裹体中的石油成熟度明显偏低 利用荧光随成熟度增加发生 蓝移 特征进行研究 自生伊利石的K Ar测年法基本思路是 认为石油饱和度一旦达到某一定值时 伊利石的成岩作用就会停止 依此测定石油到达其储集构造的时间 3 油气运移过程的定量评价基本思路是 认为油层中石油成分是生成石油的成分及沿着初次与二次运移途径 或在油层中与水和岩石可能发生的作用所引起变化有关 分别测定上述物质 确定其绝对和相对含量变化 达到研究油气运移过程的定量评价目的 6 油藏地球化学与油藏开发 1 应用原油色谱指纹分布研究油藏产能分配多层混杂时 计算每层的产能分配 以确定注采方式 基本思路是 不同层指纹化合物不同 以此来判别 方法为 每一个单层分别采集油样 用气相色谱法分析每个单层油样 建立混合油配产关系图版 确定每个油层的贡献 建立数学模型和原油混合比例 测定油层的贡献 2 中途测试前预测原油的参数例如 进行油藏沥青或全岩热解等测试分析研究 7 油藏内流体 岩石相互作用成岩作用通常有孔隙流体的流动 成岩反应也受pH值 组分 湿度及温度等的控制 石油在储层中聚集肯定会改变孔隙水的化学成分 通过胶结物形成或溶解改变pH值 或者烃类流体部分替换孔隙水而阻碍矿物 离子间的传递 从而控制自生矿物的形成 矿物的交代或转化 也抑制了胶结 交代及重结晶等成岩作用过程 通过成岩自生矿物的相互穿插关系 晶体结构 自生矿物中的流体包裹体 放射性同位素等测试 来分析 推算储层自生矿物胶结作用的温度 时代和持续时间等 1 烃类与岩石间的氧化还原反应 烃类与褐铁矿等矿物氧化剂的氧化还原反应烃类进入到含矿物氧化剂的储层中 可导致烃类发生氧化作用 烃类氧化 硫酸盐还原作用a 热化学硫酸盐还原作用生成CO2 H2S 导致原油形成沥青 烃类 SO2 4 蚀变烃类 固态沥青 H2S 多发生在100 140 H2S高于10 且连续埋藏的成岩体系中 b 微生物的硫酸盐还原作用直接消耗甲烷和C12以上的烃类 固态沥青和H2S H2S气体低于5 多发生在不整合面附近浅层 2 流体 岩石相互作用对矿物间润湿性的影响储层岩石的润湿性控制了体系的位置 流体分布及流体性质 影响毛细管压力 相对渗透率 残余油饱和度 因而决定了石油采收率 注水采油时 水润湿系统原油采收率比油润湿系统高 研究表明 影响储层润湿性的因素 原油分离出的表面活性物质 矿物表面吸附的重质组分的吸附量 沥青质和树脂组分的量及氢 氧 硫极性化合物 吸附量低 水润湿性强 油润湿性弱 吸附量高 水润湿性差 油润湿性强 而控制树脂和沥青质在矿物表面吸附的关键因素为 矿物表面水膜的存在及其厚度和稳定性 矿物基质的化学性质和结构 原油中沥青质和树脂体的含量 原油中的烃类镏分稳定胶束聚集或使之溶解成为真溶液的能力 3 储层沥青的成因类别热催化 转化作用氧化作用石油在储层中的地球化学作用生物降解作用脱沥青作用硫化作用 生物降解作用生物降解作用一般指喜氧细菌对烃类的氧化 分解作用 生物降解过程中先消耗正烷烃 其次为支链烷烃 环状化合物相对稳定 生物降解一般发生在浅层氧化带和不整合面附近 热成熟或热变作用沥青 重油往往与气态烃或液态烃相伴 其形成要求地温较高 一般认为在150 以上 其产生特点是C15 抽提物饱和烃 芳烃 沥青质及非烃 13C增大 沥青质和非烃含量较高 热裂解原油一方面形成气态烃 轻烃 另一方面形成固体残余物即焦沥青 热化学硫酸盐还原作用 TSR 此作用很可能是世界上许多地下深处酸气 H2S 的主要成因 并可导致元素硫 黄铁矿及闪锌矿等硫化物的生成 烃类SO22 蚀变烃类 固态沥青 H2S H2O HCO 3 CO2 热CaSO4 CH4 CaCO3 H2S H2OTSR常发生在连续埋藏的成岩体系 微生物硫酸盐还原作用 BSR 一般认为此作用发生于近地表和较浅的地下环境 但最近有人认为BSR生存温度可达到110 C 95 130 C 甚至110 200 C 基本方式 烃类SO2 4 蚀变烃类 沥青 HCO 3 CO2 H2S HS Q主要消耗甲烷和C12以上的烃类 产生大量硫化氢气体 固态沥青 不整合面附近成岩改造体系易发生BSR作用 气洗作用主要指外来气体对饱含原油的油藏进行改造时所导致的烃类的脱沥青作用 一般在油藏原油中气体未饱和或者具有气顶的油藏因进一步深埋而提高气体溶解度的情况下 外来气体的气洗作用可导致沥青的形成 其特点是 a 沥青 13C与蚀变前的原油相差较小 b 相对富集沥青组组分和极性化合物 c 沥青一般分布在油柱的底部或沉积旋回粗粒部分的相对高孔渗带 d 沥青分布具有成层性 水洗作用水洗作用多与微生物降解作用相伴 水洗多发生在油水界面 其产物与生物降解作用的产物相近 由于甲苯 酚 苯易溶于水 往往可作为水洗的标志 因此 有人认为水洗作用可导致沥青的形成 此外 蒸发 氧化作用 重力分异作用等被认为也可产生重油 沥青 8 沉积盆地水 岩相互作用水 岩作用包括几种物理 化学过程 矿物溶解 沉淀 离子交换 吸附 解析 流体混合 压力下降引起的气体分离 有机质 无机质相互作用 水 岩作用是从化学机理上探讨矿物溶解 沉淀作用 所以 可认为水 矿物的相互作用是指在地下相对高温 高压条件下 孔隙水的化学组分与储层矿物间的一种化学平衡作用 水 岩相互作用发生在水介质中 因而可以从地层水化学特征重塑矿物的溶解 沉淀和离子交换和吸附过程 目前的孔隙水化学特征可能是 埋藏过程中 矿物溶解 沉淀 粘土矿物表面离子交换作用 吸附作用引起的原始沉积水的变化 地表水 地下水混合的结果 流体混合导致水 矿物平衡破坏 又进一步促进了水 岩石相互作用 现今水 岩反应主要集中于两方面的研究 1 有机酸来源 分布及其对矿物稳定性的影响主要由于有机酸可使矿物溶解 产生次生孔隙 有机酸被认为来自干酪根或成熟作用 但对生成时间看法不一 主要有 Surdam等 1984 认为生成于原油进入储层之前的干酪根未成熟 低成熟阶段 Barth等 1984 认为可持续到烃类生成的终点 Kharaka等 1993 研究发现 原油热变作用也是来源之一 由于原油中氧元素远低于其母质 只有外来氧的介入 才能产生较多的有机酸 Machel 1995 矿物氧化剂使烃类氧化产生有机酸 另外 有机酸分布的地温范围也有争议 主要在80 120 储层温度范围 加利福尼亚盆地储层地温120 150 的油田水仍有有机酸存在 塔里木盆地在135 140 的储层仍具高有机酸浓度 一般来说 油田水中有机酸被分为三个温度区间带 地温低于80 有机酸质量浓度较低 由于细菌消耗 低生成速率 80 200 有机酸质量浓度最高 但随地温增大而降低 羧酸脱羧而成 200 未检测出有机酸 近年的研究表明 油田水中有机酸来源包括 干酪根热成熟产率取决于干酪根类型 型O C高 产率较高 I型O C低 产率低些 产生范围跨度大 从未成熟 高成熟都可生成 成熟阶段 A1 A2 期是有机酸生成的主要时期 烃类微生物降解作用浅埋 30 80m 下 有机质发酵生成了有机酸 烃类热化学硫酸盐还原作用或热变作用具有低API比重 生物降解过和未熟原油均可生成相对高的羧酸 有机酸运移据研究 不同类型干酪根产生的有机酸运移方式 时期不同 I II型干酪根有机质成熟时 较晚 往往油 水及有机酸一起从源岩中排出 有机酸主要以石油作为载体运移 由于有机酸亲水性极强 所以一旦石油运移到多孔饱含水的储集岩中 有机酸便容易从油相分离出来 进入水相 实际上 有机酸在水中运移距离是有限的 主要在水中运移 型干酪根脱水作用与有机酸早期形成几乎同时发生 有机酸随压实水运移 当烃类大量开始排出时 有机酸又主要以油相运移 这种运移方式比II型干酪根晚些 总之 有机酸可随油相 也可随水相运移 只是随运移距离增大 有机酸浓度明显下降 进入水中 所以高浓度的有机酸多与源岩相邻 有机酸进入储层 必然要和储层中的碎屑颗粒 胶结物发生作用 形成次生孔隙 2 地层水成因与演化 地层水的成因可能不同 为 a 沉积水的蒸发残余 b 与地表水或其它地层水混合 但在埋藏过程中不同程度地受水 岩相互作用的改造 水 岩相互作用的结果 a 地层水几乎所有元素和同位素组成受水 岩反因的控制 可据地层水化学特征重塑可能的地球化学过程 b 从储集岩中各种自生矿物的产状 种类 数量 成分及相穿插关系来研究地层孔隙水的地球化学演化过程 地层水化学研究目前 一般认为Br 溴 是地层水中稳定元素 因而可用地层水中Cl Ca Mg Sr含量与Br含量的相对关系来反映元素相对蒸发趋势 富集或贫乏 而不相容元素Li 锂 B 硼 的浓度变化来表征铝硅酸盐矿物的溶解程度 油田水中氢 氧 锶 碳同位素 D 18O 87Sr 86Sr 13C 也被应用于地层水的成因研究 水化学研究的目的是为了分析各种矿物溶解 沉淀趋势 过程 特别在有机酸参与下溶解 沉淀的进程 为储层研究建立基础 利用储层石英 长石及粘土矿物沉淀分析地层水a 石英胶结物是分选好的砂岩中孔隙度减小的原因 研究二氧化硅的来源 溶解和沉淀作用的机理可分析地层水 一般认为 石英形成碱性成岩条件 b 研究长石