石油地质学中期复习资料

绪论绪论 石油地质学石油地质学是探索油气生成理论 油气运聚条件 油气藏形成和分布规律的新兴学科 是 矿床学的分支学科 第一章第一章 油气水的成分与性质油气水的成分与性质 第第 1 节节 原油的成分与性质原油的成分与性质 石油 石油 自然界中存在于地下的以气态 液态 固态烃类化合物为主 并含有少量杂质的复 杂 混合物 一 原油的化学成分一 原油的化学成分 一 一 原油的元素组成 自学 原油的元素组成 自学 主要元素 主要元素 C H O S N 微量元素 钒 镍 比值 微量元素 钒 镍 比值 海相原油含钒高 比高 陆相原油含镍高 低 但盐湖相除外 腐泥质含钒高 绿色植物的腐殖质含镍高 腐泥质含钒高 绿色植物的腐殖质含镍高 二 二 石油的烃类组成 石油的烃类组成 烷烃 脂肪族烃 石蜡烃 直链烃 烷烃 脂肪族烃 石蜡烃 直链烃 CnH2n 2 SPT 标准温压条件 293 0 101MPa 条件下 C1 C4 为气态 C5 C15 为液态 C15 以上为固态 烷烃属 于饱和烃 环烷烃 环烷烃 属于饱和烃 有单环 CnH2n 双环 CnH2n 2 三环 CnH2n 4 及多环 石油中多为五员环和六员环 芳香烃 芳香烃 具有苯环的化合物 有单环 多环 两个或两个以上独立苯环 和稠环 两个 或两个以上苯环共用相连的 C 原子 三三 石油的非烃组成 石油的非烃组成 主要是主要是 O S N 的化合物的化合物 1 含硫化合物 含硫化合物 大于 2 的称高硫石油 2 0 5 的称含硫石油 小于 0 5 的称低硫石油 高含硫原油多产至碳酸盐地层和膏盐地层高含硫原油多产至碳酸盐地层和膏盐地层 2 含氮化合物 含氮化合物 最具研究意义的是金属卟啉化合物 钒卟啉和镍卟啉 它们存在于动物的 血红素和植物的叶绿素中 被认为是石油有机成因的证据之一 意义 意义 海相生油岩和原油以钒卟啉为主 陆相生油岩和石油以镍卟啉为主 3 含氧化合物 含氧化合物 主要是石油酸 环烷酸 脂肪酸 酚等 及醛 酮等 四 四 石油的馏份 石油的馏份 石油的馏分就是石油的馏分就是利用组成石油的化合物各自具有不同沸点的特性 通过对原油加热蒸 馏 将石油分割成不同沸点范围的若干部分 每一部分就是一个馏分 五 五 石油的组分石油的组分 它是利用有机溶剂和吸附剂对组成石油的 化合物具有选择性溶解和吸附的性能 选用不 同有机溶剂和吸附剂 将原油分成若干部分 每一部分就是一个组分 二 原油的分类二 原油的分类 该分类主要是依据原油中各烃类的含量比例关系 以烷烃 石蜡烃 环烷烃 芳烃 S N O 化合物三个参数作为三个端元 采用三角图解来划分原油类型 注意该方案中 所用参数是原油中沸点 210 馏分的分析数据 三 海相与陆相原油的基本区别三 海相与陆相原油的基本区别 主要有如下几个方面 主要有如下几个方面 石油类型 含蜡量 含硫量 钒 镍含量与比值和和碳稳定同位 素的分布 1 原油类型原油类型 海相石油 海相石油 以芳香芳香 中间型中间型和石蜡石蜡 环烷型环烷型为主 饱和烃占石油的 25 70 芳烃占总烃的 25 60 陆相石油 陆相石油 以石蜡型石蜡型为主 主 部分为石蜡 环烷型饱和烃占石油 60 90 芳烃占总烃的 10 20 2 含蜡量 含蜡量 含蜡量高是陆相石油的基本特征之一 高蜡石油都产于陆相环境中 海相石油 含蜡量均小于 5 一般仅 0 5 3 3 含硫量 海相石油一般为高硫石油 而陆相石油一般为低硫石油 含硫量 海相石油一般为高硫石油 而陆相石油一般为低硫石油 含硫量主要与蒸发盐 或碳酸盐母岩的沉积环境 主要是盐度 有关 4 钒镍比值 海相石油中钒 镍含量高 钒镍比值 海相石油中钒 镍含量高 且 V Ni 1 而陆相石油中钒 镍含量较低 而陆相石油中钒 镍含量较低 且 V Ni 1 此外 钒 镍主要存在于卟啉类化合物中 海相石油富含钒卟啉 而陆相石油富 含镍卟啉 5 碳同位素 碳同位素 第三系海相石油 13C 值一般大于 27 而陆相石油的 13C 值一般小于 29 不同时代海 陆相石油 13C 值可有一定幅度的变化 但两者的差别仍是基本的 第第 2 节节 原油的物理性质原油的物理性质 1 颜色 颜色 在透射光下石油的颜色可以呈淡黄 褐黄 深褐 淡红 棕色 黑绿色及黑色等淡黄 褐黄 深褐 淡红 棕色 黑绿色及黑色等 色 色 原油颜色的深浅主要取决于胶质 沥青质的含量 其含量愈高 则颜色愈深 2 相对密度 相对密度 指原油与 4 纯水单位体积的重量比 2930K 0 101MPa 以以 40C 温度下的水的密度为基准 原油可以进一步分类 温度下的水的密度为基准 原油可以进一步分类 密度大于 1t m3 为超重原油 密度 1 0 92t m3 为重质原油 密度 0 87 0 92t m3 为中质原油 密度小于 0 87t m3 为轻质原油 3 粘度 粘度 反映流体流动时分子之间相对运动所引起内摩擦力的大小 石油粘度大小主要取决于其化学组成 小分子的烷烃 环烷烃含量高 粘度就低 而 石蜡 胶质 沥青质含量高 粘度就高 石油粘度随温度升高 溶解气量增加而降低 因 此 地下石油的粘度常低于地表 在地下 1 500 1 700m 处 石油的粘度通常仅为地表的一 半 4 溶解性溶解性 当压力不变时 烃在水中的溶解度随温度升高而变大 芳香烃更明显 但随含 注 注 S 饱和烃 饱和烃 AA 芳香烃芳香烃 非烃非烃 沥青质 沥青质 P 石蜡烃 石蜡烃 N 环烷烃 环烷烃 一般小于1 0芳香芳香 环烷型原油环烷型原油 N 25 芳香芳香 沥青型原油沥青型原油N0 5芳香芳香 中间型原油中间型原油P 10 S 50 AA 50 环烷型原油环烷型原油N P且且N 40 石蜡石蜡 环烷型原油环烷型原油 P N且且P 40 N且且P 40S 50 AA 50 含硫量含硫量 原油类型原油类型组分含量组分含量 盐度和压力的增大而变小 当水中饱和 CO2 和烃气时 石油的溶解度将明显增加 5 原油的凝固与液化原油的凝固与液化 石油的凝固点与粘度和重质石蜡的含量有关 尤其与后者关系密切 6 蒸发与挥发蒸发与挥发 指在常温常压下液体表面汽化的现象 7 荧光性 石油在紫外光照射下可产生发荧光的特性荧光性 石油在紫外光照射下可产生发荧光的特性 8 旋光性 旋光性 大多数石油都具有旋光性 即原油通过偏振光能使偏振光的振动面旋转一定角 度的性能 旋光性可以作为石油有机成因的重要证据之一 旋光性可以作为石油有机成因的重要证据之一 9 导电性 导电性 原油及其产品具有极高的电阻率 10 热值 热值 相对密度在 0 7 0 8kg l 的原油为 44 5 47MJ kg 相对密度为 0 8 0 9kg l 的原油为 43 44 5MJ kg 相对密度为 0 9 0 95kg l 的原油为 42 43MJ kg 第第 3 节节 油田水的成分与性质油田水的成分与性质 油田水 广义上是油田水 广义上是指油气田区域内的地下水 包括油 气 层水和非油 气 层水 狭义上是狭义上是指油气田范围内直接与油 气 层连通的地下水 即油 气 层水 一 油田水的化学成分一 油田水的化学成分 1 主要的离子 Na K C 2 Mg2 H Fe2 Cl SO42 CO32 HCO3 2 有机组分 环烷酸 酚 苯 有机碳等 但大多数有机组分以有机盐的形式存在而易溶 于 水 是水化学找油的标志 3 水中的气体组分 主要是甲烷和 二 油田水的存在形式二 油田水的存在形式 1 吸附水 吸附水 呈薄膜状被岩石颗粒表面所吸附 在一般温 压条件下不能自由运动 2 毛细管水 毛细管水 存在于毛细管孔隙 裂缝中 只有当作用于水的力超过毛细管力时才能运动 3 自由水 自由水 存在于超毛细管孔隙 裂缝中 在重力作用下能自由运动 根据水与油 气的相对位置关系根据水与油 气的相对位置关系 底水 底水 是指含油 气 外边界范围以内与油 气 相接触 且位于油气之下承托着油气的油 气 层水 边水 边水 是指含油 气 外边界以外的油 气 层水 实际上是底水的自然外延 三 油田水的来源 沉积水 渗入水 深成水 成岩水三 油田水的来源 沉积水 渗入水 深成水 成岩水 四 油田水的分类四 油田水的分类 大陆水含盐度低 一般小于大陆水含盐度低 一般小于 500mg l 其化学组成具有 HCO3 SO42 Cl Ca2 Na Mg2 的相互关系 且 Na Cl Na Cl 当量比 1 海水的含盐度较高海水的含盐度较高 一般约为一般约为 35 000mg l 其化学组成具有 Cl SO42 HCO3 Na Mg2 Ca2 且 Cl Na Na Cl 当量比 1 的特点 大陆淡水中以重碳酸钙占优势 并含有硫酸钠 而海水中不存在硫酸钠大陆淡水中以重碳酸钙占优势 并含有硫酸钠 而海水中不存在硫酸钠 苏林四个基本类型苏林四个基本类型 石油中只有不饱和烃及衍生物只有不饱和烃及衍生物具有荧光性 芳烃呈天蓝色 胶质为黄色 沥青质为褐色 油田水的水化学类型以氯化钙型为主 重碳酸钠型以氯化钙型为主 重碳酸钠型 NaHCO3 次之 硫酸钠型和氯化镁型次之 硫酸钠型和氯化镁型 较为罕见 较为罕见 Na2SO4 水型 水型 属于地表或近地表的水型 若在油气剖面上出现 表明地表水与地下水交 替频繁 是封闭差的表现 对油气的保存不利 NaHCO3 水型 水型 是典型的地表水水型 但油田水中亦见此水型 如大庆油田有此水型 但其特征是有 H2S 存在 对油气的保存有利 MgCl2 水型 水型 是海水环境的典型代表 此水型说明油田水是古海水 显然对保存有利 CaCl2 水型 水型 代表水交替完全停止的封闭环境水型 对油气保存有利 四川的许多 气藏为此水型 五 水与油气运移 聚集及破坏五 水与油气运移 聚集及破坏 1 与油气运移 水的浮力 水动力与油气运移 水的浮力 水动力 2 水对油气的破坏作用于 水的冲洗作用 水中细菌的破坏作用水对油气的破坏作用于 水的冲洗作用 水中细菌的破坏作用 第第 4 节节 碳 氢 氧 硫 氮同位素碳 氢 氧 硫 氮同位素 一 一 稳定同位素基础知识稳定同位素基础知识 1 同位素概念 同位素概念 所谓同位素 是指元素周期表中具有相同原子序数而原子量不同的元素 稳定同位素 稳定同位素 是指原子核不会自发地改变的同位素 值的定义为 值的定义为 1000 1312 13121213 13 标准 标准样品 CC CCCC C 二 油气中的稳定同位素二 油气中的稳定同位素 1 海相原油的 13C 值要高些 大致在 27 到 22 陆相原油的 13C 值偏低 一般为 29 到 33 2 油源对比 油源对比 同源 碳同位素相同 3 阐明油气成熟情况 阐明油气成熟情况 随 着有机质演化程度加深 干酪根的 13相对富集 12 12键比 12 13 13 13键更易 断裂 13 增大 4 判断油气运移 判断油气运移 沿运移方向 13递减 因石油中的轻质组分相对 增加 5 天然气 天然气 扩散运移 13减少 载体运移 13富集 溶解运移 13富集 若若 13CCO2 10 绝大多数是属无机成因的 绝大多数是属无机成因的 CO2 若若 13CCO2 8 则都是无机成因的则都是无机成因的 CO2 2 H 同位素同位素 3 硫同位素硫同位素 4 氧同位素氧同位素 5 氮同位素氮同位素 第二章第二章现代油气成因理论现代油气成因理论 第第 1 节节 油气成因理论发展油气成因理论发展 石油地质构造的基本要素 生 储 盖 1941 年潘钟祥提出陆相生油理论 有机成因论的基本思想 认为油气是在地质历史上由分散在沉积岩中的动物 植物有机体 转化而成 石油总是与生物化石相伴生 现象现象 与煤的分布及其相似 绝大部分产自沉积盆地 有机质在一定条件下转化成石油 地化证据地化证据 现代沉积物的观察 有机物能转化成油气 石油中具有有机质的 指纹 如蜡质 卟 啉 甾烷等的存在 碳同位素特征与有机物类似 与无机物的碳有很大差别 第第 2 节节 油气生成物质基础油气生成物质基础 一 影响有机质多寡的因素 温度 环境 矿物质等 一 影响有机质多寡的因素 温度 环境 矿物质等 形成石油的潜在母源物质的基础分子有四类 形成石油的潜在母源物质的基础分子有四类 1 脂类脂类 主要是脂肪 油和蜡质 如硬脂酸 17 35COOCH 硬脂酸钠 17 35COONa 脂类常含 N S 具有最大的生油能力 2 蛋白质蛋白质 动物组织和植物细胞组成的巨型分子 3 碳水化合物碳水化合物 主要是纤维素 C6H10O5 n 4 木质素木质素 仅存在于高等植物中 具有比纤维素更强的抗腐能力 还有丰富的芳环结构 二 有机质如何聚集二 有机质如何聚集 沉积岩或沉积物中有机质含量的多少与许多因素有关 其一是生物物质的产量 其二是原始有机质的保存条件 其三是沉积物的堆积速度 其四是沉积物的粒度 三 生油母质三 生油母质 干酪根干酪根 1 干酪根的定义干酪根的定义 指沉积岩中不溶于非氧化型酸 碱和非极性有机溶剂的分散有机质 是 油气与有机质的中间产物 沉积有机物沉积有机物干酪根 干酪根 OHCO 22和 失去缩合与聚和生物及生物降解 2 干酪根的成分和结构 C 的平均含量为 74 6 H 的平均含量为 6 3 氧的平均含量为 11 1 还含有 N S 等 其组分含有活有机体的全部组分 如萜类 甾族 卟啉 氨基酸 醣 羧酸 酮 醇 烯 烃 醚桥等 分子式 C12H12ONO0 16S0 43 x 结构式 三维网状系统的复杂结构 由多个核被桥键和各种官能团连结而成 三 有机质类型三 有机质类型 腐泥型的原始物质腐泥型的原始物质是富含脂类的水生浮游生物 成矿方向是藻煤和油页岩 腐殖型的原始物质腐殖型的原始物质是富含木质素 纤维素的陆生高等植物 成矿方向是腐殖煤 一 一 化学分类 化学分类 按 H C 和 O C 原子比用图解法将干酪根划分为三个类型 型型 干酪根 腐泥型 干酪根 腐泥型 H C 高 一般为 1 5 1 7 而 O C 低 一般小于 0 1 生烃潜力 为 0 4 0 7 以链状结构较多为特征 富含脂类化合物 只含少量多环芳香烃和含氧官能 团 主要来源于水生低等浮游生物 生烃潜力大 型干酪根 过渡型 型干酪根 过渡型 H C 较高 约 1 3 1 5 O C 较低 约 0 1 0 2 生烃潜力为 0 3 0 5 属混合型或过渡型干酪根 其生烃潜力视其接近 型或是接近 型而异 型干酪根 腐殖型 型干酪根 腐殖型 H C 低 通常小于 1 0 而 O C 高 可达 0 2 0 3 生烃潜力为 0 1 0 2 以芳香结构多为特征 主要来源于富含木质素和碳水化合物的陆生高等植物 多为异地有机质 生油潜力小 但可生成天然气 干酪根的组成不仅关系到生烃潜力的大小 而且涉及到生成石油的类型 一般说来 陆源有机质丰富的干酪根主要生成石蜡基石油 陆相和近岸碎屑沉积体系陆源有机质丰富的干酪根主要生成石蜡基石油 陆相和近岸碎屑沉积体系 中的石油常具有高蜡特征中的石油常具有高蜡特征 就与丰富的陆源有机质有关 而海洋湖泊原地有机质丰富的干 酪根主要生成环烷基石油 碳酸盐岩多含无定形干酪根 有利于生成环烷烃 碳酸盐岩多含无定形干酪根 有利于生成环烷烃 由于无定形 干酪根的生烃潜力高 所以碳酸盐岩可以在有机碳含量比泥质岩低得多的情况下生成相对 高得多的烃类 第第 3 节节 油气生成地质环境油气生成地质环境 油气生成的地质环境 决定生油母质多寡 类型 成油环境等油气生成的地质环境 决定生油母质多寡 类型 成油环境等 一 地质环境一 地质环境 一 一 沉积古地理环境 沉积古地理环境 有足够数量和适当质量的有机质产生 能够沉积到水底 能够保存不被破坏 二 二 地质构造背景 地质构造背景 一方面一方面地壳必须有一个持续下沉的大地构造环境 同时长期持续下沉的大地构造背景 又 需要得到沉积物的相应补偿 另一方面另一方面 需要相当的时间和厚度来累积足够数量的有机质 并产生足够的温度 必须有 一个长期持续稳定下沉的大地构造背景 三 三 物化条件 物化条件 促使有机质转化成烃的因素主要有细菌细菌 温度温度 时间时间和催化剂催化剂 第第 4 节节 有机质演化与成烃模式有机质演化与成烃模式 一 有机质向油气转化的阶段及一般模式一 有机质向油气转化的阶段及一般模式 一 一 生物化学生气阶段 生物化学生气阶段 温度 RO 埋深 生烃营力 TTI 600C 0 60 0 5 1500m 细菌作用和热能 2500C 7000m 2 0 热能 900 产物产物 甲烷 碳沥青 石墨 产物特征产物特征 C2 C4 C1 C4 湿气指数骤减 矿场 矿场 干气藏 CH4 95 60 150 最有利于石油烃的生成 二 现代油气成因理论进展二 现代油气成因理论进展 一 一 低熟油成烃机理 低熟油成烃机理 1 树脂体 2 木栓质 3 陆源物质的细菌改造作用早期生烃机理 4 高等植物蜡质早期生烃机理 5 藻类类脂物早期成烃 6 富硫大分子有机质早期成烃 二 腐殖煤成烃理论 第第 5 节节 天然气的成因与类型天然气的成因与类型 一 天然气成因一 天然气成因 一 天然气成因概述 一 天然气成因概述 天然气天然气是以烃气为主体的各种来源气体的混合物 二 有机成因天然气 二 有机成因天然气 1 生气有机质生气有机质 一般说来 腐泥型 腐泥型 型 干酪根型 干酪根主要来源于水生低等浮游生物的残体 富含烷族结构 是主要的成油有机质成油有机质 而腐植型 腐植型 型 干酪根型 干酪根富含芳环结构 是成气主为的有机质成气主为的有机质 2 有机质成烃演化与生气模型有机质成烃演化与生气模型 在未成熟的成岩阶段早期在未成熟的成岩阶段早期 有机质演化生气明显以细菌降解作用占优势 称之为生物称之为生物 成因气期成因气期 有机质成熟的深成作用阶段早中期有机质成熟的深成作用阶段早中期 埋藏进入生油门限温度 在温度为主的作用下 有 机质演化以生油为主 生气为辅 通常称为主生油期 进入过成熟的准变质作用阶段进入过成熟的准变质作用阶段 在更高温度的作用下 有机质演化产气以甲烷为主 先期 生成的石油都要裂解为气烃甚至于全部甲烷化 二 天然气成因类型二 天然气成因类型 将由成油有机质 型干酪根 形成与石油相伴生成的天然气称为油型气油型气 将 型干酪根和成煤有机质在成煤变质过程中形成的天然气称为煤型气煤型气 一 微生物成因气 一 微生物成因气 生物成因气是生物成因气是有机质在还原环境下由微生物降解 发酵和合成作用形成的以甲烷为主的天 然气 1 甲烷形成的生物化学过程 2 微生物成因气的形成机制与影响因素 对于微生物合成甲烷过程中影响甲烷气产率的因素已作过大量实验 有利于生物气形成的 因素可大致归纳为 有丰富的有机质 有丰富的有机质 严格的缺氧 缺硫酸盐环境 严格的缺氧 缺硫酸盐环境 pH 值以接近值以接近 中性为宜 中性为宜 温度在温度在 35 42 为最佳 为最佳 二 油型气 二 油型气 油型气系油型气系指成油有机质 腐泥型或 A 型干酪根 在进入成熟阶段后 以热力作用为主 的整个成油过程及其后成气阶段 包括液态烃 石油 热裂解过程中形成的所有天然气 1 形成机理形成机理 成油有机质在其热解成烃过程中 干酪根自身的结构也要发生相应的变化 即伴随成烃过 程 一方面释放或生成低碳数的液态烃和气态烃 另一方面干酪根内部的芳环不断缩合 或聚合 成较大的分子 H C 比值不断下降 直至最后丧失成烃 气 能力 2 原油裂解气的产率原油裂解气的产率 每吨原油能产生每吨原油能产生 700m3 天然气 其中甲烷为天然气 其中甲烷为 600m3 氢气为 氢气为 100m3 3 油型气化学组成油型气化学组成 在化学组成上的基本特点是重烃含量高 一般大于重烃含量高 一般大于 5 而且 iC4 nC4 常小于 1 过成熟干 气则以甲烷为主 很少重烃 2 三 煤型气 三 煤型气 1 成煤有机质起源和演化阶段成煤有机质起源和演化阶段 1 成煤有机质起源 2 有机质成煤演化 煤成气阶段煤成气阶段 第一阶段 第一阶段 从泥炭 年青褐煤阶段 Ro 0 4 地温一般 75 少数可达 100 左 右 相应埋深 1 5km 少数可 2km 此阶段早期腐植型有机质处于泥炭化阶段 以脱水 和脱羧基为主 产气多为 CO2 CH4 产率甚低 晚期 CH4 含量明显增加 气产物以 CO2 占显著优势 烃气不足本阶段总产气量的 10 第二阶段 第二阶段 从年老褐煤 长焰煤阶段 Ro 为 0 4 0 6 地温一般可达 70 90 以上 埋深一般 1 5 2km 产气组成上仍以 CO2 为主 但随埋深加大 地温增加 CO2 逐渐减 少 烃气含量逐渐增加 将成为仅次于 CO2 的主要产物 烃气中除甲烷外 重烃 C2 由少逐步增多 早期 年老褐煤期 为成岩气 晚期 长焰煤期 为热成因气 本阶段产 气量居各阶段之首 第三阶段 第三阶段 从气煤到瘦煤阶段 Ro 为 0 6 1 7 地温约为 90 190 埋深的下限可达 6km 该阶段生成的天然气以烃气为主 其量已明显超过 CO2 这是煤型湿气 含煤型油 的主要形成阶段 第四阶段 四阶段 从瘦煤到无烟煤阶段 Ro 1 7 地温约为 190 250 或更高些 该阶 段是煤型干气的主要形成阶段 烃气产率较高 且以甲烷占绝对优势 煤气发生率 煤气发生率 Rg 是指成煤先体 植物残体或泥炭 在成煤过程中每形成单位重量 吨 的某煤阶煤时所累计生成的天然气 不包括非烃气 的总体积 m3 又称为总煤 气发生率 视煤气发生率 视煤气发生率 Ra 是指褐煤后 即以褐煤为起点 到形成某一煤阶的单位重量 吨 煤时所生成的天然气的总体积 m3 视煤气发生率 Ra 可视为煤型气产率 3 化学组成化学组成 一般煤型气普遍含 N2 通常在 7 16 也常含有 CO2 一般为 5 左右 它们都是煤化作 用中同甲烷一起产生的 四 无机成因气 四 无机成因气 1 化学组成上常可见少量到微量烯烃 乙烯或丙烯 且氢 氮 二氧化碳 一氧化碳氢 氮 二氧化碳 一氧化碳 及氦气含量较高 及氦气含量较高 2 烃气中 烃气中 13C1 值变化范围大值变化范围大 从 2 41 都有 但以 15 35 区间最为普遍 一般一般 以以 13C1 值 值 20 作为无机成因气的较可靠证据 作为无机成因气的较可靠证据 3 惰性气体的同位素组成 第三章第三章 油气藏形成油气藏形成 第第 1 节节 烃源岩研究与油源对比烃源岩研究与油源对比 一 生油层研究一 生油层研究 烃源岩 油源岩 气源岩 生油气母岩 烃源岩 油源岩 气源岩 生油气母岩 指地史中生成过油气 并排出了足以形成矿藏 所需油气数量的岩石 一 一 生油层的地质研究内容 生油层的地质研究内容 1 岩性岩性 粘土岩类 泥岩 页岩 粉砂质泥 页 岩等 碳酸盐岩类 隐晶 细晶的石灰岩和泥灰岩等 2 岩相岩相 浅海相的碳酸盐岩 蒸发岩旋回组合 深水相的石灰岩 礁 白云岩 石膏组合 三角洲相 深湖相的水进旋回中期 早期为山麓河流相 浅湖 半深水湖 深水湖相 沼泽相 3 厚度厚度 单层厚度 30 40 米为最好 有利于排油的角度考虑 二 二 烃源岩的地球化学特征研究内容 烃源岩的地球化学特征研究内容 1 烃源岩的地球化学相烃源岩的地球化学相 指烃源岩沉积和成岩过程中所处的地球化学环境 1 沉积时的水介质条件 沉积时的水介质条件 常研究 PH 值和矿化度 我国生油层中的粘土矿物以蒙脱石为主 矿化度 用 Cl 表示 正常盐度的海相 Cl 含量为 0 2 0 3 咸化泻湖相 Cl 含量为 0 6 1 0 淡水湖相 Cl 含量为 0 0 我国陆相生油岩的 Cl 含量多为 0 01 0 03 淡水 半咸 2 地球化学相的划分 地球化学相的划分 主要用以下指标 1 Fe2 Fe3 的比值的比值 1 为还原相 1 为氧化相 2 S2 的含量的含量 3 0 为 H2S 相 二二 烃源岩中的有机质的丰度指标 烃源岩中的有机质的丰度指标 是衡量有机质数量多寡的指标 应用广泛的是 剩余有碳 剩余有碳 指岩样经 的盐酸加热处理除去碳酸盐岩后的有机质残渣 氯仿沥青氯仿沥青 氯仿沥青 族组分 烷烃 环烷烃 芳香烃 非烃 沥青质 氯仿沥青 的含量越高 说明生油岩越好 但大多数生油岩的 在 重量比 上下 指标应用的问题 岩石的吸附性越强 含量越高 运移 出去的越少 含量越高 3 总烃含量总烃含量 指氯仿沥青指氯仿沥青 中的烷烃和芳烃的总和 用中的烷烃和芳烃的总和 用 ppm 表示 表示 萃取物与总烃分级标准萃取物与总烃分级标准 三 三 有机质类型 有机质类型 生油油母质的质量标准生油油母质的质量标准 1 用 H C O C 比划分 前面已讲 2 氯仿沥青 A 的饱 芳比值 3 为 型 饱和烃的正 异构烃来源于脂肪 0 8 3 为 型 色素等 而芳烃来源于木质素 0 5 0 8 为 型 3 用热解参数划分 5 为 型 2 5 5 为 型 2 5 为 型 S2 干酪根在高温下 500OC 左右生烃量 S3 干酪根含氧部分在裂解时生成的 CO2 量 4 干酪根镜鉴干酪根镜鉴 三 三 有机质成熟度指标 有机质成熟度指标 判断有机质向油气转化的程度或阶段 1 光学方法测定的成熟度指标光学方法测定的成熟度指标 1 镜质反射率 镜质反射率 是研究煤变质程度和煤阶的指标 用显微镜鉴定有机质的镜质体 富氧的 显微组分 的反射率 RO 2 0 为变质阶段 高温甲烷到破坏阶段 2 热变质指数 热变质指数 亦叫热蚀变指数 孢粉颜色 是斯塔普林将镜下观察到的有机质残体的颜 色用来确定有机质的演化程度 2 热解方法与成熟度热解方法与成熟度 3 干酪根元素与红外光谱研究成熟度干酪根元素与红外光谱研究成熟度 4 环烷烃与成熟度环烷烃与成熟度 随着有机质成熟度的增加 C15 饱和烃中的环烷烃从以三环 四环为主 变成以单环 双环为主 5 异戊二稀化合物与成熟度异戊二稀化合物与成熟度 随有机质成熟度的增加 干酪根热降解形成的新生烃类 使直接或稍经变化而来自生物 的分子受到稀释 象植烷 Ph 姥鲛烷 Pr 甾烷和藿烷等 与其相邻的正烷烃比较 其 相对含量都随深度增加而减少 因此 Pr nC17 C31 藿烷 nC31 等参数的变化 都反映生油 岩的成熟度 同时 甾烷和藿烷的立体异构化也能比较有效地反映生油岩有机质的成熟度 6 粘土矿物与成熟度粘土矿物与成熟度 二 油气地球化学对比二 油气地球化学对比 一一 常规对比参数 常规对比参数 1 微量元素 V Ni 3 生物标记 4 碳同位素 5 低分子烃组合关系 二二 对比参数选择 对比参数选择 三 三 油气地球化学对比结果解释 油气地球化学对比结果解释 第第 2 节节 储集层储集层 一 储集层概述一 储集层概述 储集层的基本特征是具孔隙性和渗透性 其孔隙渗透性的好坏 分布规律是控制地下油气 分布状况 油气储量及产量的主要因素 一一 储集层的孔隙性 储集层的孔隙性 绝对孔隙度 岩样中所有孔隙空间体积之和与该岩样总体积的比值 是衡量岩石孔隙的 发育程度 按岩石孔隙大小 有超毛细管孔隙 毛细管孔隙和微毛细管孔隙三类 1 超毛细管孔隙超毛细管孔隙 直径 0 5mm 相应裂缝宽度 0 25mm 液体在重力作用下自由流动 2 毛细管孔隙毛细管孔隙 直径 0 5 0 0002mm 裂缝宽度 0 25 0 0001mm 由于毛细管力的作用 液体不能自由流动 3 微毛细管孔隙 微毛细管孔隙 直径 0 0002mm 裂缝宽度白 云岩 泥灰岩 从结构构造来看 粗晶 厚层石灰岩比细晶 薄层灰岩易溶 2 地下水的溶蚀能力 地下水的溶蚀能力 取决于地下水的 PH 值 CO2 含量 SO42 含量 温度 压力 分布 主要分布在厚层 质纯 粗结构的碳酸盐岩层段 特别是白云岩厚层 质纯 粗结构的碳酸盐岩层段 特别是白云岩 3 垂直渗流带 垂直渗流带 水流特点以向下淋滤作用为主 流速快 溶蚀作用不太充分 溶孔以垂 直孔缝为主 储集层分带性不明显 有时有地表渗入的沉积物所充填 3 裂缝型储集层发育的影响因素裂缝型储集层发育的影响因素 1 岩性控制因素 岩性控制因素 成份较纯 脆性大 裂缝发育 泥质含量高 裂缝不发育 结构构造上 质纯粒粗 结晶粗的裂缝发育 薄层裂缝密度较大 但规模较小 易产生层间缝和层间脱 空 厚层裂缝密度小 但规模较大 以立缝和高角度斜缝为主 2 构造的控制作用 构造的控制作用 在构造强烈部位构造裂缝发育 长期持续上升的区域 局部构造高点 长轴 倾没端 断层及断裂带附近裂缝育 3 地下水的控制作用 地下水的控制作用 地下水活跃的地区 构造裂缝溶解 扩大裂缝的作用 分布 在质纯 脆性大 构造强烈的部位 以及地下水活跃的地区 四四 碳酸盐岩与碎屑岩储层的区别 碳酸盐岩与碎屑岩储层的区别 1 碳酸盐岩储集层储集空间的大小 形状变化很大 其原始孔隙度很大而最终孔隙度却较 低 因易产生次生变化所决定 2 碳酸盐岩储集层储集空间的分布与岩石结构特征之间的关系变化很大 以粒间孔等原生 孔隙为主的碳酸盐岩储层其空间分布受岩石结构控制 而以次生孔隙为主的碳酸盐岩储层 其储集空间分布与岩石结构特征无关系或关系不密切 3 碳酸盐岩储集层储集空间多样 且后生作用复杂 构成孔 洞 缝复合的孔隙空间系统 4 碳酸盐岩储集层孔隙度与渗透率无明显关系 孔隙大小主要影响孔隙容积 总之 碳酸盐岩储层的主要特点 储集空间发育具不均一性或突变性 也称各向异性 五 五 其它类型储集层 其它类型储集层 火山岩储集层火山岩储集层 包括火山喷发岩和火山碎屑岩 主要储集空间为构造裂缝或受溶解的构造 裂缝 因此 在构造裂 结晶岩储集层结晶岩储集层 包括各种变质岩 储集空间主要为风化孔 缝及构造缝 多发育在不整合 带 盆地边缘斜坡及盆 泥质岩储集层泥质岩储集层 储集空间主要为构造裂缝或泥岩中含有易溶成分石膏 盐岩等 经地下水 溶蚀形成溶孔 溶洞等 第第 3 节节 盖层盖层 一 盖层的概念及类型一 盖层的概念及类型 盖层盖层是指位于储集层上方 能够阻止储集层中的烃类流体向上逸散的岩层 1 区域盖层区域盖层 是指稳定覆盖在油气田上方的区域性非渗透岩层 2 圈闭盖层圈闭盖层 是指直接位于圈闭储集层上面的非渗透岩层 它对圈闭中的油气起着直接的 封盖作用 3 隔层隔层 是指存在于圈闭内 对油气有封隔作用的非渗透岩层 它影响着油气藏中的油气 以及压力的分布规律 常见盖层的岩石类型有泥岩 页岩 石膏和硬石膏 盐岩 含膏或含盐的软泥岩与泥岩 泥灰岩和泥质灰岩 泥质细粉砂岩以及致密灰岩等 在特殊情况下致密砂岩和粉砂岩也可 作为盖层 二 盖层的封闭机理二 盖层的封闭机理 排驱压力排驱压力 非润湿相驱替润湿相所需的最低压力 对于大多数岩石 水是润湿相 原油属于 非润湿性 1 毛细管压力封闭毛细管压力封闭 盖层的毛细管压力封闭 或物性封闭 是通过盖层的毛细管压力 或排驱压力 来封闭 的 超压封闭 2 烃浓度封闭烃浓度封闭 当烃源岩处于储层上方时 生烃过程中 烃的浓度比储层中高 从而阻止储层中的烃散失 三 盖层的评价三 盖层的评价 1 孔隙大小孔隙大小 根据盖层孔径的大小 把盖层分为三个等级 岩石孔径小于 5 10 6cm 时 可作油层或气层的盖层 岩石孔径在 5 10 6 2 10 4cm 之间时 只能作油层的盖层 不能作为气层的盖层 岩石孔径大于 2 10 4cm 时 油气均可逸散 一般不能作为盖层 2 盖层的厚度及连续性盖层的厚度及连续性 3 埋深埋深 泥质岩盖层随着埋深的增加 其压实程度增高 孔隙度 渗透率随之减小 排驱压力增大 其封闭性能也不断增高 随着埋深的进一步增加 泥岩在较高的温度 压力作用下 脱水 明显 岩性变脆 可塑性降低 易于产生裂缝 这在很大程度上可能降低泥岩的封闭能力 泥岩泥岩在 1500 2500 到 4000m 区间具有最佳封闭能力 第第 4 节节 圈闭与油气藏概念圈闭与油气藏概念 一 圈闭和油气藏的概念一 圈闭和油气藏的概念 1 圈闭的概念圈闭的概念 能储存油气并阻止其继续运移和散失的地质体 圈闭的三要素 储层 盖层及遮挡物 2 油 气 藏油 气 藏 油气聚集之场所 是单一圈闭内具有独立压力系统和统一油水 或气水 界面的油气聚集 若圈闭中只聚集了原油 则称油藏 只聚集了天然气 则称气藏 二者同时聚集 则称为 油气藏 二 圈闭与油气藏的分类二 圈闭与油气藏的分类 三 三 圈闭和油气藏的度量参数 圈闭和油气藏的度量参数 一 圈闭度量 一 圈闭度量 一个圈闭的有效容积 取决于闭合面积 闭合高 储集层的有效厚度和有效孔隙度等参数 1 闭合高度闭合高度 是指圈闭的最高点到溢出点之间的垂直距离 溢出点溢出点是指圈闭容纳油气最大限度的位置 若低于该点高度 油气就要向储集层上倾方向溢出 该点是圈闭内油气溢出的起始点 又叫最高溢出点 闭合点闭合点是从另一角度来描述该点特征 意即闭合的最低点 若低于该点高度 圈闭就不存在了 不闭合 2 闭合面积 闭合面积 是指通过溢出点的构造等高线所圈闭的封闭区的面积 或更确切地说 是通过溢出点的水平面与储集层顶面及其它封闭面 如断层面 不整合面 尖灭带等 所交切构成的闭合区的面积 二 油气藏度量 二 油气藏度量 油气藏的度量参数包括油气藏的度量参数包括 边水 底水 夹层水 含油面积 含气面积 油气过渡带 油水 过渡带 含气高度 含油高度 含油气高度 充满程度 含气外边界 含油内边界 含油 外边界 含水边界 第第 5 节节 油气藏形成基本条件油气藏形成基本条件 一 油气成藏条件 一 油气成藏条件 充足的油源 足够的油气运移动力 良好的运移通道 有利的生储盖组合 有效的圈闭 有良好的油气保存条件 一 一 充足的油气源 是成藏的物质基础 充足的油气源 是成藏的物质基础 1 烃源岩的体积 2 有机质的丰度 衡量参数 3 有机质类型 有哪些类型 如何划分 4 有机质成熟度 有哪些指标 5 排烃效率或排烃系数 应具有广阔的有利于有机质大量繁殖和保存的封闭或半封闭的沉积环境 较高的沉积速率和较长的持续沉积时间 有利于有机质在较短的时间内成熟 并排出油气 二 二 足够的油气运移力 足够的油气运移力 油气只有获得足够的能量以克服阻力并排替出孔隙水才能进入储集岩 然后进入圈闭 三 三 有利的运移通道 有利的运移通道 运移通道在传统上称为运载层 运载系统 除了渗透性地层渗透性地层外 还有不整合面不整合面 断层断层或断裂体系断裂体系 古老的风化带古老的风化带