石油和天然气课件

石油和天然气,生储盖圈运保（运聚保）,典型油气藏中油、气、水分布的结构剖面图,油（油80，水20）,油,一、油气藏中的流体,1.1石油的概念,石油：以液态形式存在于地下岩石孔隙中的可燃有机矿产。成分上以烃类为主，并含有非烃化合物及多种微量元素；相态上以液态为主，并溶有大量烃气和少量非烃气以及固态物质。石油没有固定的化学成分和元素含量，但元素含量变化有一定的范围。,1.2石油的元素组成,石油的元素组成主要是C、H，其次是O、N和S，并含有几十种微量元素。石油元素的组成不同学者统计有所不同，但差别不大。根据Hunt(1979)，石油元素含量如下表：,石油类型,1.3海相与陆相石油的基本区别,石蜡型,石蜡-环烷型,环烷型,芳香-中间型,芳香-沥青型,芳香-环烷型,含蜡量,海相石油以低蜡为特征（均小于5%）陆相石油以高蜡为特征（普遍大于5%）,含硫量,海相石油一般高硫（一般大于1%）陆相石油以低硫为特征（一般小于1%）,海相石油V、Ni含量高，且V/Ni大于1陆相石油V、Ni含量较低，且V/Ni小于1,V,Ni,0,海相,陆相,海相石油V、Ni含量分布示意图（仅仅为记忆方便，不严格）,V/Ni=1,钒和镍含量与比值,碳稳定同位素组成,-27,29,0,13C,第三纪海相石油和陆相石油13C分布举例,陆相,海相,2.1天然气的概念,广义的天然气：自然界中的一切气体。如：宇宙气、大气、海洋气、岩浆岩中气体等等。狭义的天然气：地壳上部各种天然气体，主要是指可燃的烃类气体。,2.2天然气的产状,1.按相态分（1）聚集型天然气以游离状态聚集在一起的天然气。气藏气：独立成为具有工业价值的聚集型天然气，即气藏。气顶气：存在于油藏顶部的聚集型天然气。凝析气：含有凝析油的气藏气（是一种特殊的气藏气），或溶解有轻质油的气藏气。凝析气采出后，压力降低部分烃气因逆凝结成为油，即凝析油。,（2）分散型天然气,油溶气：溶于石油中的天然气。水溶气：溶于水中的天然气。煤层气：分散在煤层中天然气（包括部分为游离型）。煤矿人员称之为瓦斯。固态气水合物：气体化合物分子与水分子结合形成的固态化合物。,（1）伴生气位置上伴生气：气顶气、油溶气和油藏周围上、中、下方）的气。成因上伴生气：成油过程中形成的各种天然气。（2）非伴生气位置上非伴生气：与油藏分布没有关系。例如：某些气藏气。成因上非伴生气：煤系有机质或未成熟的有机质形成的天然气。,2.按与油藏位置或成因关系分,1.甲烷（轻烃气）：是烃类气体主要化合物。2.重烃气（乙烷及其以重）：次要。其中以乙烷和丙烷为主。有时有少量的环烷烃和芳香烃。在多数情况下，气体中烃类化合物含量与其分子量成反变关系。根据烃类天然气中轻烃气和重烃气含量，常将其分两类：（1）干气：C2+5%。,2.3烃类组成,气藏气中常见的非烃气有：N2、CO2、H2S、H2、CO、Hg蒸气，有时还含有少量有机硫、氧、氮化合物。非烃气的含量一般小于10%，但亦有少量非烃气的含量超过10%，极少数是以非烃气为主的气藏，如N2气藏，CO2气藏、H2S气藏。除上述外，还有痕量到微量的稀有气体，如：氦、氖、氪、氩、氙、氡等惰性气体，它们在沉积圈中含量较低，不能单独形成气藏。但要使稀有气体作为气藏来开采，必须含有相当大的浓度，而且数量相当大时，才有经济价值。,2.4非烃类组成,广义的油田水：油田区域内的地下水。包括油层水和非油层水。狭义的油田水：油田区域与油层直接连通的地下水（油层水）。,3.1油田水的概念,油田水与油气藏在分布上的相互关系A、尖灭型油气藏中的油田水B、背斜型油气藏中的油田水,3.2油田水的产状,主要来源有：（1）沉积水：早期沉积物孔隙水保留下来的水。（2）渗入水：大气降雨渗入地下形成的水。（3）转化水：沉积物在成岩过程中或有机质成烃作用中产生的水。（4）深成水：由岩浆作用或变质作用形成的水，或称内生水、原生水。,3.3油田水来源,油田水的分类油田水的成因类型分布,3.4油田水的类型,推荐的分类为Sulin（1946）的油田水分类。该分类以Na、Mg、Cl和SO4离子的含量（毫克当量百分数）将油田水分成四类：,3.4.1油田水的分类,Sulin水的分类,氯化钙型,硫酸钠型,氯化镁型,重碳酸钠型,（a）硫酸钠型：（NaCl）/SO41，大陆水。（c）氯化镁型：（ClNa）/Mg1，深层水。,4.油气显示,油气显示：油、气、石油矿物在地表天然露头或钻井的人工露头。,与地下油气藏有关的油气显示1-4为与断裂破坏和刺穿现象有关的油气显示；5-7为与不整合有关的油气显示；8为与裂缝带、孔隙带有关的油气显示；X为油气显示产地,含油岩层出露地表的三种可能a因抬升剥蚀而暴露；b因侵蚀而暴露；c因错断而暴露,（1）油气苗油气苗：油、气（流）的地表天然露头。油气苗是最可靠、最直接的油气显示类型之一。油苗可以从出露的油层中直接渗出，也可以从地下油层中沿断层面和不整合面等运移到地面；气苗常常在水中呈连续或断续的气泡冒出。,4.1油气显示主要类型及特征,1.含油岩石：被液态原油浸染的岩石。主要是含油砂岩，按其被浸染的程度可分为：油砂-全部被原油所饱和浸润；油斑-局部被原油浸染，浸染部位，往往是岩石粗粒结构部分或各种缝隙；油迹-岩石被原油局部轻微浸染。2.含沥青岩石：在岩石孔隙中充填有分散固态沥青的岩石。分散沥青一般以基质或胶结物形式而存在，个别情况下固态沥青也可能是再沉积的颗粒。,（2）含油和沥青岩石,（3）泥火山泥火山：喷发到地表的气流和泥和混合物。泥火山的气体常是高压力的可燃性天然气，有时还伴有原油。但泥火山的气体有时主要是非烃气。（4）油矿物油矿物：油氧化或热变质产生的矿物。油矿物是较之石油更复杂的有机化合物的混合物，故它没有固定的化学成分和物理常数。它们的成因包括：（1）物理分异：地蜡；（2）氧化成因：各种沥青；（3）热变质：碳沥青、次石墨等。变质成因的沥青矿物中有些与石油并没有成因联系，至少没有明确的成因联系，称之为准油矿物。,定义：评价油气显示与油气藏的关系。评价依据：油气显示成因类型。一般认为：油气苗及泥火山直接指示油气藏或油气聚集体的存在。其他类型天然油气显示是否指示油气显示评价的存在要看“成藏条件”。地表没有油气显示也不意味地下没有油气藏；有油气显示也不意味有油气藏。许多情况下，有油气显示表明地下油气聚集体遭到破坏，没有工业价值。,4.2油气显示评价,1.储集岩和储集层（1）储集岩：具有能渗滤流体的连通孔隙的岩石。（2）储集层：具有能渗滤流体的连通孔隙的岩石(储集岩)构成的岩层。简称储层。,二、储集岩与盖层,有效孔隙度大小反映了储集层物性的好坏,砂岩孔隙度评价,储集层渗透率分级,砂岩储集层碳酸盐储集层,渗透性：一定流体压力差下，储层允许流体通过的性能。,（一）按产状和作用分类1.区域盖层：稳定覆盖在油田上方的区域性的非渗透层。2.局部盖层（圈闭盖层，狭义的盖层）：直接覆盖在圈闭上方的非渗透层。3.隔层：存在于圈闭内部、对油气有封隔作用的非渗透层。,2.盖层,（二）按盖层岩石类型分类,泥岩盖层：各种泥质岩（泥岩和页岩）。蒸发岩盖层：石膏和硬石膏、盐等岩盐类岩石。3.致密碳酸盐岩（灰岩）：亮晶灰岩等。,1.孔隙大小孔隙直径小于510-6cm：好盖层，既能封闭油，也能封闭气。孔隙直径510-6-210-4cm，只能作为油藏盖层。孔隙直径大于210-4cm：不能作为盖层。2.盖层渗透性和排驱压力,盖层评价参数,泥质岩和泥质粉岩、细砂岩封盖能力评价等级表,3.盖层厚度和连续性厚度：越大越好。对于粘土岩，理论上要一米厚度以上，但实际上一般要几米厚度为好。连续性：越连续越好。4.埋深埋深：一般埋深越大，越好。以上各种评价参数，本质上是孔隙大小。,圈闭：地壳内能聚集和保存油气的地质体或天然容器。圈闭要素：（1）储集层；（2）封闭条件。油气藏油气藏是指单一圈闭中油、气聚集。一个油气藏内具有统一的压力系统和油（气）水界面。当其达到工业开采所需的经济技术指标时，称为工业油气藏。,三、圈闭与油气藏,（一）构造油气藏,构造圈闭：凡是储集层顶面发生局部变形、变位而形成的圈闭。构造油气藏：构造圈闭中聚集了工业价值的油气便形成地层油气藏。,1.背斜油气藏,背斜圈闭形成机理非渗透性盖层下方为层状储集层形成的背斜，便形成背斜圈闭。在静水压力条件下，背斜核部为储集层顶面以下的相对低势区。圈闭顶点即为储集层形成的背斜最高点。,大庆油田构造和剖面示意图,2.断层油气藏,断层油气藏：断层圈闭中聚集了工业价值的油气便形成断层油气藏。,东濮凹陷文92块油气藏平、剖面图,地层圈闭：地层中储集层向四周或上倾方向岩性(或流体性质)变化为非渗透层，或地层不整合为非渗透层的圈闭。地层油气藏：地层圈闭中聚集了工业价值的油气便形成地层油气藏。,3.地层油气藏,3.1岩性油气藏,岩性圈闭形成机理地层中储集层四周或上倾方向因岩性变化造成非渗透层遮挡，便形成岩性圈闭。沉积作用产生的原生岩性变化：岩性向四周由储集层变为非渗透层。成岩后生作用造成岩性变化：原非渗透层内部部分岩性由非渗透层变为储集层。如灰岩发生白云岩化作用、溶蚀作用。,3.2不整合油气藏,不整合圈闭形成机理储集层上倾方向不整合为非渗透层便形成不整合圈闭。地层不整合面由于风化形成非渗透层，或不整合面之上（或之下）为非渗透层，不整合便可遮挡储集层上倾方向油气逸散，形成圈闭。,与支撑砂岩有关的不整合面之上的圈闭与油气藏,A.湖或海崖圈闭和油气藏；B.谷侧圈闭和油气藏；,C.丘翼圈闭和油气藏；D.构造翼部圈闭和油气藏；,不整合面下青年期和中年期的不整合圈闭和油气藏示意图。A.脊部；B.谷地；C.陡坡；D.斜坡；,3.3礁型油气藏,礁型圈闭形成机理储集层为礁体的圈闭为礁型圈闭。生物礁具有很高储渗性，当其上方被非渗透层覆盖，便形成礁型圈闭。是一种特殊的岩性圈闭。,德克萨斯州斯库瑞县斯奈德-斯克雷油田,3.4沥青封闭油气藏,沥青封闭圈闭形成机理储集层上倾方向为沥青封闭，便形成沥青封闭圈闭原油层遭到破坏，油藏中轻组分逸散，重组分氧化后形成沥青，堵塞远储集层孔隙，这部分储集层变为非渗透层，从而造成圈闭。,油气无机成因说19世纪中叶提出的碳化物说；1889年提出了宇宙说；1904年又提出了火山说；20世纪初又提出了岩浆说和高温生油说；20世纪随着板块理论的兴起又有油气深成说和深源气的提出以及在褶皱带前缘断裂带的找油活动。,四、油气成因及烃源岩,早期有机成因说1.实验发现，一些生物组分如类脂物、蛋白质和碳水化合物在一定条件下都可生成烃类。2.在现代或近代的沉积物中，观察到有机质向烃类的转化。3.某些细菌是有机质加氢、去羧基转化为类石油物质的媒介，而这一过程完成于沉积物埋藏不深的阶段。晚期有机成因说1.应该看到，原始有机质从沉积、埋藏到转化为石油和天然气，是一个逐渐演化的过程。在承认晚期成油起主要作用的同时，也不能一概否定早期成油的影响，只不过在生油的量上可能多少不一，以晚期为主。2.现在看来，液态石油的成因主要是晚期成因，而天然气的成因条件转化较为宽松。,陆相生油理论,创建人：李四光人们一直认为只有在海相地层中才有可能出现的大的油田，西方人确认中国贫油，原因是中国一些大型中新生代盆地多为陆相沉积。我们的科学家经过研究提出了只要条件适宜，陆相沉积也可能生成大油田的理论。这个基础理论的突破，让我们发现了自己脚下的油气资源，建成了大庆、大港、胜利等大油田，陆相成油理论的作用功不可没。发现大庆油田的第一功臣李四光是中国地质力学的奠基人。李四光曾在1954年的从大地构造看我国石油勘探的远景一文中，论证了新华夏体系沉降带有良好的生油、储油的条件，指出我国找寻天然气、石油的广阔的前景，提出了在松辽平原、华北平原等地开展石油普查的意见。1952年李四光开始任新中国地质部部长。李四光领导了当时的全国地质普查，也批准了大庆的勘探计划，所以成为新中国发现大庆油田的第一号功臣。,气与油的成因差别,1.天然气气源广阔，是多源的，相对而言，油源范围较窄，往往受到有机物源的限制，是少源的。2.生气是多阶段的，而油则是在有机质达到中演化阶段生成的。3.油、气都属于流体矿产，但其流动、扩散性质以及成藏、保存条件都有很大差别。,1.干酪根：沉积岩中不溶于碱、非氧化型酸和有机溶剂的分散有机质,干酪根的元素组成中以C为主，其次为H和O，还有N、S等。它们一般分布范围C：70-90%，H：3-10%，O：3-19%，N：0.4-4%，S：0.2-5%（据Tissot，1984）。近年来，通过对干酪根进行高温热解或低温降解，揭示出它们含有活的有机体的全套有机结构，包括萜类、卟啉、氨基酸、羧酸、酮、醇、烯烃和醚桥等，说明干酪根系由生物转变而成。,通过电子衍射和X射线、红外吸收光谱、核磁共振、波谱分析等物理方法，发现干酪根在结构上是一种复杂的三维大分子，它有很多结构单元（核）。由环状化合物组成（芳香环、杂环），多个核通过桥键相连接，在桥和核后上都有可能具有官能团。,干酪根的类型,干酪根是分散的有机质的主体，它的类型基本代表岩石中分散有机质的类型。根据元素分析将其分为3大类：型是分散有机质干酪根中经细菌改造的极端类型。型是生油岩中常见的干酪根，又称腐泥型。型是由陆生植物组成的干酪根，又称腐植型。是残余型。,也叫母岩或生油岩。Hunt(1979）将烃源岩定义为：在天然条件下曾经产生并排出过烃类且足以形成工业性油气聚集的细粒沉积。主要是低能带富含有机质的暗色泥质岩和碳酸盐岩沉积。,2.烃源岩的概念,有机质的数量有机质的类型有机质的成熟度,2.1烃源岩的评价,包括有机质的丰度和烃源岩的体积。有机质丰度的主要指标为有机碳、氯仿沥青“A”和总烃的百分含量。沉积岩中的碳以碳酸盐岩和有机碳两种形式存在，在组成生物体的主要元素中，碳含量最高、最稳定，因此是最主要的丰度指标。对岩石进行氯仿抽提可得到氯仿沥青“A”含量，然后将抽提物进行柱色层分离可得到总烃含量，它们也能反映有机质的丰度。,(一)有机质的数量,我国陆相生油层评价标准,有机质的类型常从不溶有机质（干酪根）和可溶有机质（沥青）进行分析。干酪根类型的确定是有机质类型研究的主体，常用的研究方法有：元素分析从全球来看，石油主要产生于腐泥型或腐植形过渡的有机质；腐植型主要生成天然气。陆相烃源岩中干酪根类型和划分：型为腐泥型，型为腐植形，型为混合型中的中间型，1型为腐植腐泥型，2型为腐泥腐植型。还有型为煤质型或残余型。,（二）有机质的类型,光学分析光学分析方法包括孢粉学法和煤岩学法。孢粉学法是按干酪根在透射光下的微观结构，将其分为藻质、絮质、草质、木质和煤质，前3种为腐泥型有机质，后2种为腐植型和残余型有机质。煤岩学法是将干酪根的显微组成分为壳质组、镜质组和惰性组，其中壳质组为腐泥型有机质，多数镜质组为腐植型有机质，惰性组为煤质型有机质。,岩石热解分析烃源岩评价仪：用岩石热解分析仪直接从岩样中测出所含的吸附烃（S1）、干酪根热解烃（S2）和二氧化碳（S3）与水等含氧挥发物以及相应的温度。氢指数（S2/有机碳，IH）和氧指数（S3/有机碳，IO）与干酪根元素组成分析能很好对比。可利用这两个指数绘制范氏图确定烃源岩中有机质的类型。,定义：指在有机质所经历的埋藏时间内，由于增温作用所引起的各种变化。评价有机质成熟度常用且有效的方法包括：镜质体反射率（R0）法孢粉和干酪根的颜色法岩石热解法可溶有机质的化学法,（三）有机质成熟度,镜质体反射率也称镜煤体反射率，它是温度和有效加热时间的函数且具不可逆性，是确定煤化作用阶段的最佳参数。在显微镜透射光下，孢子、花粉和其他微体化石随成熟度作用的增强而显不同颜色。,镜质体反射率法以及孢粉和干酪根颜色法,成烃演化表,普遍认为理想的烃源岩主要为粘土岩类和碳酸盐岩类，一般为暗色的、细粒的岩石，富含有机质和微体古生物化石，常含指示还原环境的黄铁矿，偶见原生油苗，均为低能环境产物。粘土岩类烃源岩：泥岩、页岩；碳酸盐岩类烃源岩：灰岩、生物灰岩、泥灰岩；最有利的生油气岩相为：浅海相、三角洲和深水-半深水湖相。,2.2理想的烃源岩,三个问题：石油、天然气的“出生地”在哪？石油、天然气的“暂居地”在哪？油气如何从“出生地”到达“暂居地”？,烃源岩.储集层中的圈闭.运移！,五、石油与天然气运移,油气运移概念,油气运移,petroleummigration：地壳中的石油、天然气在各种自然因素作用下发生位置移动的现象。,初次运移,primarymigration：石油、