石油的生成与运移资料.ppt

第五章、油气的生成与运移,一、石油和天然气的概念石油是由各种碳氢化合物混合而成的一种可燃性的有机油状液体。石油按成因分为天然石油和人造石油两种：天然石油是指从地下油层产出的石油，人造石油是指从煤或油页岩中提炼出来的。石油在提炼以前叫原油，从原油中可以提炼出汽油、煤油、柴油及一系列石油产品。有机体主要由烷烃、环烷烃、芳香烃组成.,天然气是指由各种气态碳氢化合物混合而成的具有汽油气味或臭鸡蛋味的易燃易爆的天然有机气体。主要的有机体是烷烃.,二、石油和天然气的生成石油的成因是一个极为复杂的课题，至今还存在一些争论。这主要原因是：,1从物态上看：石油与天然气是流体，在地下一定条件下，它不断流动，现在所找到的油气藏并非其生成地方，而是经过一定距离运移而聚集起来的。2从化学组成上看：石油与天然气的组份很复杂，并非单一物质，且在地下运移过程中或其它条件的改变，其成份也在发生变化，其现今的组成并不代表其原貌。3由于分离及鉴定手段的限制，目前对石油组份的了解尚不充分。由于石油的成因问题，关系到油气的勘探方向，所以，多年来，它一直吸引着许多国家的地质学家、生物化学家和地球化学家。,关于油气成因学说：,从十八世纪七十年代以来，对油气成因的认识基本上分为无机成油和有机成油学说两大学派。一、无机成油学说认为，石油是在地壳深处形成的，后来沿着深大断裂渗透到地壳上部，或者在天体形成时形成，当地壳冷凝时以“烃雨”的形式降落下来，后聚集成油气藏。其基本观点是石油是在地下高温、高压条件下形成的而非生物成因。其依据是：,（1）在实验室，用无机C、H元素合成了烃类；（2）在岩浆岩内曾发现过石油、天然气、沥青；（3）在宇宙其它星球大气层中也发现有碳氢化合物存在；（4）在陨石中也发现有碳氢化合物及氨基酸等多达100多种；（5）认为用有机观点对世界上有些大的沥青矿（如加拿大的阿萨巴斯卡沥青矿，储量达856亿吨以上）不能作出令人满意的解释。,有机生成油气的证据1.分布，99%的油气田分布在沉积岩中，与有机成因矿产有成因联系；2油气在地壳中的出现与生物发育有联系；3油气、煤、油页岩在时间上有相同的频率关系，在空间上有明显的相变关系；4石油具有旋光性；5油气中某些化合物明显来自动植物机体；6油气的化学成分与沉积岩中有机质的化学成分有许多相同之处；7模拟实验：脂肪蛋白质在适当的条件下形成了烃类碳水化合物,生成油气的物质基础油气生成需要满足两个基本条件：即有利于石油生成的丰富的有机质及有机质向石油转化的条件。1、生油气母质及其化学组成生物体是生成油气的最初来源。其中细菌、浮游植物、浮游动物和高等植物是沉积物中有机质的主要供应者。生成油气的沉积有机质主要有以下几类：即类脂化合物、蛋白质、碳水化合物等。,（1）类脂又称类脂化合物，包括磷脂、脂肪、蜡等化合物，它们是生物维持生命活动不可缺少的物质之一。不溶于水而溶于有机溶剂中（如乙醚、氯化苯等）。动植物的脂肪（油脂类）是最重要的脂类，它们分布于动物的皮下组织、植物的孢子、种子及果实中。细菌、藻类也含丰富的脂类。高等植物的角质、孢粉也含脂类。脂类化合物极易水解为脂肪酸和甘油，脂肪酸化学性质稳定，所以沉积岩中脂肪酸分布相当广泛。脂肪酸在沉积物演化过程中，易发生脱羧反应，失去CO2转化为正构烷烃。,（2）蛋白质它是生物体中一切组织的基本组成部分，是生物体赖以生存的物质基础。在生物细胞中，除水外，80%以上的物质为蛋白质，约占动物干重的50%，同时它是生物体中含氮化合物的主要成份。蛋白质性质不稳定，在酸、碱或酶的作用下发生水解形成氨基酸。氨基酸在一定条件下脱羧、去氨基生成低分子烃类。所以，氨基酸是各种低分子石油烃类的先体。,（3）碳水化合物又称糖类，是自然界分布极广的一种有机质。它是多羟基醛或多羟基酮及其衍生物，尤以植物含量最高。主要由C、H、O三种元素组成。按其水解产物可分为单糖、双糖和多糖。多糖是天然高分子化合物，在自然界分布很广，一般不溶于水，个别能在水中形成胶体溶液。植物中的纤维素、淀粉、树胶，动物体内的糖原，昆虫的甲壳等都是由多糖组成的。,生物有机质并非是生油气的直接母质。生物死之后，与沉积物一起沉积下来，构成了沉积物的分散有机质。这些有机质经历了复杂的生物化学及化学变化，通过腐泥化及腐殖化过程才形成一种结构非常复杂的生油气母质干酪根，成为生成油气的直接先驱，下面介绍干酪根。,三、干酪根（1）概念干酪根：沉积有机质在埋藏初期经生物改造形成的不溶于非氧化性的酸、碱和非极性有机质溶剂的高分子分散有机体。（2）类型有三种类型：腐泥型：H/C高，O/C低，以含类脂化合物为主，主要来自于藻类、细菌类等低等生物，生油潜能大。过渡型：来源于浮游生物（以浮游植物为主）和微生物的混合有机质。生油气潜能中等。腐植型：H/C低，O/C高，来源于陆地高等植物。它生油不利，可利于生气。,四、有利于油气油气生成的外界条件生物有机质的存在及其数量的多少，是油气生成的内在物质基础；要生成大量的油气还要靠外部条件。这主要是指地质环境和物化条件。（一）、油气生成的地质环境1、大地构造条件2、岩相古地理条件3、古气候条件古气候条件也影响生物的发育。温暖潮湿的气候、日照时间长，能增加生物的繁殖力。以上各项条件都对形成适于有机质的大量繁殖、堆积、保存的环境产生综合性的影响，相互之间有密切联系。,（二）油气生成的物化条件油气生成除需大量有机质提供物质条件外，还必须具备外部条件如温度、压力、细菌、催化剂、放射性等物化条件，只有这样，有机质才能逐步转化为油气。1、温度与时间沉积有机质向油气转化的过程，温度是最有效、最持久的作用因素。在转化的过程，温度的不足可用延长反应时间来弥补。温度与时间可以互相补偿：高温短时作用与低温长时作用可能产生近乎同样的效果。,2、细菌活动细菌是地球上分布最广、繁殖最快，对环境适应能力最强的一种生物。按其生活习性，可分为三类：喜氧细菌、厌氧细菌、通性细菌。对油气生成来说，最有意义的是厌氧细菌。在还原条件下，厌氧细菌可将有机质中的O、S、H、P等元素分离出来，使碳、氢，特别是氢富集起来，产生CH4、H2、CO2、有机酚和其它碳氢化合物。此外，细菌还可将植物选择性分解，使其中原来合成的大最烃类分离出来，直接埋藏于沉积物中。,3、催化作用催化剂主要有:(1)无机催化剂粘土：二十二烷酸在200时加蒙脱石形成烷烃。硅酸盐：油酸在铝酸盐作用下生成烃。(2)有机酵母催化剂有机酵母催化剂能加速有机质的分解。当有酵母存在时，有机质的分解比在细菌活动时还要快很多。实践证明，在富含植物残余的岩石中，酵母的活动性最大。它几乎不需外部能量来源。,4、放射性放射性作用可能是促使有机质向油气转化的能源之一。5、压力一般认为，高压对于使体积增大的裂解反应是不利的，它可以阻止液态烃裂解为气态烃。6、孔隙条件：,五、有机质的演化及油气生成的阶段性,（一）生物化学生气阶段深度：01500m，温度：1060与沉积物成岩作用阶段相符，相当于碳化作用的泥炭褐煤阶段。主要能量以细菌活动为主。在还原环境下，厌氧细菌非常活跃，其结果是：有机质中不稳定组分被完全分解成CO2、CH4、NH3、H2S、H2O等简单分子，生物体被分解成分子量低的生物化学单体（苯酚、氨基酸、单糖、脂肪酸），而这些产物再聚合成结构复杂的干酪根。在这个阶段生成的生物化学气，或称细菌气，甲烷含量在95%以上，属干气。可以富集成特大型气藏，埋藏深度浅，易于勘探和开发，是经济效益高的研究对象。,（二）热催化生油气阶段沉积物埋深H：15002500m，温度：60180时，进入后生作用阶段，相当于长焰煤焦煤阶段。这时有机质转化最活跃的因素是热催化作用，催化剂为粘土矿物。由于成岩作用增强，粘土矿物对有机质的吸附能力加大，加快了有机质向石油转化的速度，降低有机质成熟的温度。在热催化作用下，有机质能够大量转化为石油和湿气，成为主要的生油时期，在国外常称为“生油窗”。,（三）热裂解生凝析气阶段H：35004000m，T：180250，进入后生成岩阶段后期，相当于碳化作用的瘦煤贫煤阶段。此时温度超过了烃类物质的临界温度，除继续断开杂原子官能团和侧链生烃外，主要反应是大量CC链断裂及环烷烃的开环和破裂，长链烃急剧减少，C25以上趋于零，低分子的正烷烃剧增，加少量低碳原子数的环烷烃和芳烃。在地下呈气态，采到地上反凝结为液态轻质油，并伴有湿气，这是进入了高成熟期。在这一阶段，主要是甲烷及其气态同系物，在地下深处呈气态，采至地面随温度、压力降低，反而凝结为液态轻质石油，即凝析油并伴有湿气，进入了高成熟时期。最终石油裂解成大量的凝析气和湿气。,（四）深部高温生气阶段当深度超过60007000m时，沉积物已进入变生作用阶段，相当于半无烟无烟煤的高度碳化阶段，温度超过了250，已形成的液态烃和重质气态烃强烈裂解，变成最稳定的甲烷，干酪根残渣释出甲烷后，进一步缩聚形成碳沥青或石墨。这个阶段出现了全部沉积有机质热演化的最终产物干气甲烷和碳沥青或次石墨。,六、生油气岩,生油气岩：生成并提供了工业数量石油和天然气的岩石。生油气岩的岩石类型：暗色粘土岩、碳酸盐岩生油岩的岩相：泻湖、半深湖和深湖相、浅海相、前三角洲亚相。,油气运移在压力差和浓度差存在的条件下，石油和天然气在地壳内的任何移动均称为油气运移。,石油和天然气都是流体，其生成与聚集之处往往不是同地，刚刚生成的油气呈分散状态保存在地层之中，它必然有个运移程，从而达到集中，形成油气藏。,根据油气运移的方向，我们把油气运移分为垂直运移和侧向运移两种。,(a)垂直运移也叫纵向运移指油、气运移的方向与地层层面近于垂直的上下移动。这种运移多是油、气沿着被断裂破坏的裂隙系统进行，油、气在生油的致密岩层中垂直向外运移是以扩散作用和油气从被压目的岩层中挤压出来的方式进行。,(b)侧向运移指油、气运移的方向与地层层面近于平行的横向移动，因此也叫横向运移。此种运移多在储集层内岩石孔隙中以及在岩层的层面之间的空隙中进行。,根据油气运移与生油层的关系，可将油气运移分为初次运移和二次运移。,(a)油气的初次运移指生油层中生成的油气向附近储集层中的运移。运移状态主要是成溶解状