第五章油气聚集与油气藏的形成课件.ppt

第一节,圈闭与油气藏概述,第二节,油气聚集原理,第三节,油气藏形成的基本地质条件,第四节,油气藏形成时间的确定,第五节,非常规气藏的形成特征,第六节,气藏与油藏形成及保存条件的差异,第五章,油气聚集与油气藏的形成,一,、圈闭（,Trap,）的概念,1934,年麦考洛提出,-,圈闭,：,各种性质的油贮,。,?,圈闭,：,适合于油气聚集，形成油气藏的场所。,第一节,圈闭与油气藏概述,储集层,：储存油气,盖层,：紧盖着储集层，阻止油气逸散,遮挡物,：从各个方向阻止油气继续运移，造成油气聚集，,它可以是：,圈闭的组成,1,）盖层本身的弯曲变形；,2,）断层遮挡；,3,）储集层物性差异,二、圈闭的量度,1,）溢出点：,油气充满圈闭,后，最先从圈闭中溢出的点,2,）闭合面积：,通过溢出点,的构造等高线所封闭面积。,3,）闭合高度：,从圈闭中储,层最高点到溢出点的高差。,某储层,顶面构,造图,油气在,单一圈闭,中的聚集。,是油气在地壳中聚集的基本单位。,三、油气藏的概念,油藏,油气藏,气藏,同一套储层，,三个油气藏,同一套储层，一个油气藏,同一要素控制,“单一圈闭”,单一储层,统一压力系统,同一油水界面,四、油气藏的度量,第二节,油气聚集的原理,油气聚集,:,油气在圈闭中排开孔隙水而积聚起来形成油气,藏的过程。,?,一、油气聚集的动力学机制,?,势差或压差：,浮力,-,水动力机制,油气在圈闭中聚集的主要动力学机制,渗滤作用、排替作用,?,浓度差或盐度差：,渗透力,-,扩散力机制,主要对低分子的天然气起某种作用,?,含烃的水或,游离烃,?,盖层：对烃,类,毛细管封闭,?,水：可通过,盖层继续运移,1,、渗滤作用,2,、排替作用,?,泥质盖层,P,f,?,相邻砂层：,圈闭中的水难通过盖层。,?,油水界面：,P,油,=P,水,；,向上：,密度差,P,油,?,P,水,向下的,流体势梯度,油：,油上移、向下排替,水直到束缚水饱和,度，止到充满圈闭,3,渗滤作用,+,排替作用,?,上覆盖层：毛细管封闭：,储层中或底部,S,油,达,60%,以上,?,水渗流停止。,油气聚集初期：水可通过上覆亲水盖层渗流；,油气聚集一定程度后，水主要被油气排替到圈,闭下方。,?,盖层：异常高压封闭：,水不能通过上覆盖层渗流，只向下排替。,当盆地中存在多个水力学上相互连通的,圈闭，且来自下倾方向的油气源充足时，油,气在这一系列圈闭中聚集，沿运移方向各圈,闭中发生烃类相态及性质的规律性变化，这,种现象称为,油气差异聚集,。,二、油气在系列圈闭中的差异聚集,油气水密度不同,重力分异,中心,低部位,：,油藏,边缘,高部位,：,气藏,盆地：,1.,渗漏型（,逸出型,）油气聚集,油藏,油气藏,气藏,1.,渗漏型（,逸出型,）油气聚集,物性渗漏型油气差异聚集,2,、溢出型油气聚集,发育在区域均斜（单斜）背景上，溢出点依次增高,的一系列相互连通的背斜圈闭。,?,溢出型,差异聚集结果：,?,（,1,）离供油气区最近、溢出点最低的圈闭中形成,纯气藏，稍远的、溢出点较高的圈闭形成油气藏,或纯油藏，更远的、溢出点更高的圈闭只含水；,?,（,2,）一个充满了石油的圈闭，仍可聚集天然气，,但一个充满了天然气的圈闭，则对聚集石油无效。,(4),储层充满水且处于,静水压力条件。,溢出型油气差异聚集的条件,(1),区域性长距离运移，储层区域性倾斜，岩相岩性,稳定、渗透性好。,(2),系列圈闭的溢出点,依次增高。,(3),油气源充足，且来,自储层下倾方向。,?,水压梯度及水运动方向,影响溢出型油气差异聚集的地质因素,?,运移路径上有支流油气源,?,温压变化,形成次生气顶，或原生气顶溶于油,?,后期地壳运动,圈闭条件改变,一、油气藏形成的基本地质条件,1.,充足的油气来源,2.,有利的生储盖组合,3.,有效的圈闭,第三节,油气藏形成的基本地质条件,油源的丰富程度主要取决于：,1.,生油岩的体积,：越大越好。,2.,有机质的数量和类型,：数量要多，类型要好，,I,、型较,好。,3.,有机质的成熟度,：成熟度要高一些，但应适当；转化程,度越高越好。,4.,生油岩的给油率,（生油岩排出油气的能力）：给油率越,大越好。,（一）充足的油气源条件,?,大盆地形成大油气田，具有体积巨大的生油岩体,12,个盆地都大于,10,10,4,km,2,，沉积岩体积多在,50,10,4,km,3,以上，生油岩系总厚度一般在,500m,以上。,有些盆地面积虽然较小，但沉积岩厚度大，圈闭的有效容积,大，生油层总厚度大，也可形成丰富的油气聚集。,（二）有利的生储盖组合,指生油层中生成的丰富油气,能及时地运移,到良好,储集层,中，同时,盖层,的质量和厚度又能,保证,运移至储集层中的,油气,不会逸散,。,烃源岩厚度适中、,排烃通畅、效率高,；,储层孔渗性好、,厚度大、横向连续性好、分布广泛；,盖层的质量高、厚度大而稳定,，有利于成藏。,油气初次运移和聚集示意图,箭头表示压实流体流动方向,深,度,，,f,t,砂岩,泥岩,泥岩中压实流,体最大压力的位置,2000,4000,6000,8000,10000,生油层与储集层为互层组合时，油气初次运移和聚集示意图,1.,互层式,油气初次运移和聚集示意图,区域最佳烃类,运移和聚集,主要是砂岩层,主要是泥岩层,表示无构造时,流体运移的方向,表示流体自泥岩,向砂岩及在砂岩,内运移的方向,生油层与储集层成指状交叉组合型式时，油气初次运移,和聚集的示意图,(,据,R.J.Cordell,，,1976,，,1977),2.,指状式,生油层中存在砂岩透镜体时，油气初次运移和聚集的示意,图,(,据,R.J.Cordell,，,1976,，,1977),3.,透镜式,产油地区及层系,砂岩,-,泥岩,厚度比率,砂岩厚度百,分率,%,美国落基山区上白垩统,0.25-1,20-50,美国怀俄明州盐溪区白垩系费朗提尔组,0.60,37,秘鲁帕里纳斯砂岩油藏,0.23-0.4,19-29,美国俄克拉何马州宾夕法尼亚系阿托卡组,0.50-2.0,33-67,若干地区石油聚集的最佳砂岩百分率,单纯块状,砂岩,发育或单纯块状,页岩,发育的地区，对石油聚集都不利。,只有在砂岩厚度百分率介于,2060%,，砂岩储集层单层厚约,1015m,、页岩生油,层单层厚约,3040m,，二者,呈略等厚互层的地区,，砂,-,页岩接触面积最大，,最有,利于石油聚集,。,?,有效性：,在具有油气来源的前提下，圈闭聚集油气的,实际能力。,?,影响因素：,1,、,圈闭形成时间,早,2,、,圈闭离油源区,近,3,、,圈闭所处位置,通道上,4,、,水动力强度及流体性质,静,（三）有效的圈闭,在油气区域性运移以前或同时形成的圈闭，对,油气的聚集才有效；否则无效；,盆地内最后一次大规模构造运动,控制了最后,一次区域性油气运移时间。,1,、,圈闭形成时间与油气区域性运移时间,-,早,油气就近运移聚集成藏。油源区内及其附近的圈闭有利。,圈闭所在位置距油源区愈近，愈有利于油气聚,集，圈闭的有效性愈高。,2,、,圈闭所在位置与油气区位置关系,近,位于油气主要运移路线上的圈闭，有效,；,不在运移主通道上的圈闭，即使近油源，也无效,3,、,圈闭所在位置与油气主要运移路线的关系,在水流活动加强时,背斜储集,层中油和气的移位和分离,4.,水动力强度及流体性质,静,?,油气藏的破坏：,原来已形成的油气藏，由于所处地质环,境的变化而使其中的油气部分或全部散失，,或变成稠油沥青的过程。,二、油气藏的保存、破坏,?,引起油气藏破坏的主要地质因素：,地壳运动,圈闭完整性被破坏,切过油气藏的,断裂作用,油气向上运移,构造抬升,油气藏的盖层遭剥蚀破坏,油藏埋深变浅石油的氧化和生物降解,水动力冲刷、水洗原油,变稠变重,破坏类型,机理,断层泄漏：断层破坏原生盖层，导致油气运,移聚集在较高部位，或逸散地表,剥蚀：与蒸发、氧化等作用有关的地表剥蚀,、地表断裂系统的泄漏,超压：物性或水动力封闭失败,圈闭倾斜：原有圈闭因挤压或倾斜，导致油,气在溢出点泄漏,水动力冲洗：大气水的作用,气洗：气顶的增生或扩大,生物降解、水动力冲洗：细菌分解或溶解重,组分，分离出轻组分,裂解：高压条件下原油转化为气或凝析油,垂直泄漏,侧向渗漏,成分变化,2.,影响油藏保存的破坏作用,1.,地壳运动,导致地壳上升,剥蚀，油气逸散；,产生断层，提供油气运移通道或破坏油气藏,导致溢出点抬高或地层倾斜方向变化，油气重新分,布,次生油气藏,?,大规模岩浆岩的活动,对油气藏的保存不利,。高温,岩浆侵入油气藏，油气遭受烘烤，油气藏遭破坏。,?,在,油气藏形成以前,岩浆活动可提供热源，,有利于,有机质成熟演化,；岩浆冷凝后，可成为良好的储集,体或遮挡条件。,2.,岩浆活动,3.,水动力环境,水动力强：,将油气冲走；,携带氧气，使石油氧化变质。,水洗作用，使原油变稠变重。,相对稳定、停滞：有利于油气藏保存,水动力条件下油水界面倾斜情况,示意图,油气藏埋藏较浅：,微生物选择性消耗某些烃类组分,轻质组分优先被,消耗掉,原油变稠变重。,4.,生物降解作用,?,良好的油气藏保存条件：,地壳运动：不剧烈,水动力活动、岩浆活动：弱,埋深：不太浅,次生油气藏,:,原生油,气藏破坏后新形成；,在非生油层系中。,原生油气藏,:,油气由分散,到集中第一次聚集起来；,在生油层系中。,三、油气藏的再形成,1,原生和次生油气藏的概念,1,）断裂,破坏原圈闭,，油气沿断裂运移，在,浅层,圈,闭中形成,次生油气藏,。,原生油气藏,次生油气藏,2,、油气藏再形成模式,?,原圈闭,溢出点,抬高,，油气向,新,圈闭,中聚集，形,成,次生油气藏,。,2,）,地壳运动,改变了原有圈闭的形态，,油气,部分向,外溢出或全部转移，,在新的圈闭中聚集成藏,。,?,单斜地层：,倾斜,方向变化，油气,重新分布。,油气藏的形成,?,静态要素,：烃源岩、储集层、盖层、圈闭,?,动态作用,：油气生成、运移、聚集、保存，圈闭形成,成藏基本条件：,1,、充足的油气源条件,2,、有利的生储盖组合,3,、有效的圈闭,4,、必要的保存条件,第四节,油气藏形成时间的确定,一、传统地质分析方法,烃源岩主要生、排烃期分析法,圈闭发育史分析法,油藏饱和压力法,二、,流体历史分析法,储层流体包裹体法,自生伊利石测年法,一、传统地质分析方法,1,、,烃源岩主要生、排烃期分析法,-,油气藏形成的最早时间（下限）,2,、圈闭发育史分析法,圈闭形成的时间,-,油气藏形成的最早时间,沉积埋藏史恢复,构造发展史恢复,3,、油藏饱和压力法,?,饱和压力,-,地层条件下，气体开始析离液,体时的压力,?,油气运聚过程中，气呈溶解状态饱含,在油中,油藏的地层压力与饱和压力相等。,?,与饱和压力相当的地层埋藏深度，其对,应的地质时代，即为油藏的形成时间。,计算油藏形成时间示意图,?,若,A,层油藏的饱和压,力,P,b,=20MPa,，,P,b,与,油藏当初形成时的地,层压力,P,d,相等：,?,P,b,=P,d,=,w,g H,相当,的地层埋藏深度,(,设,w,=1,10,3,kg/m,3,g=9.8m/s,2,),：,H=P,b,/,w,g,=20,10,6,/,10,3,9.8,=2040m,?,从油藏顶面上推,2040m,到,B,层，即,A,层,油藏是在,B,层开始沉,积时形成的。,2040m,?,二、流体历史分析方法,?,化石记录：,储层成岩矿物及其中流体包裹体直接,记录了沉积盆地油气成藏条件和过程,作为化石记,录用于重塑油气藏形成和演化史。,?,自生伊利石测年法,?,储层流体包裹体法,?,基本原理,:,?,储层中自生伊利石仅在富钾水介质环境,下形成,烃类进入储层后,自生伊利石停止,生长。,?,自生伊利石的最晚同位素年龄代表了烃,类充注储层的时间或略晚。,1,、储层自生伊利石测年法,?,2,、储层流体包裹体法,?,包裹体,：胶结物和矿物形成时捕获介质中的成,分，在矿物晶格缺陷中形成包裹体；,?,捕获成分：液体、气体,?,流体包裹体纪录了原始流体的性质、组分、理,化条件等。,均一温度,：包裹体形成时大多呈单一液相，储,层样品采到地面后由于温度、压力的降低，溶于液,相的气体分离出来形成气,-,液两相的包裹体，在实,验室将包裹体置于冷热台上加热至气相消失，再恢,复成均一液相时的温度称为均一温度，该温度代表,了包裹体形成时的温度。,结合埋藏受热史，确定包裹体形成时储层经受的温,度，相应的埋深和地质时代，判断油气充注的时间。,?,第五节,非常规气藏的形成特征,?,非常规天然气藏,：在地下的赋存状态和聚集,方式与常规天然气藏具有明显差异的天然气聚,集。,?,?,深盆气（藏）；煤层气（藏）；天然气水合物,概念：,深盆气是一种赋存在盆地深凹陷部位、低孔渗储,层中的一种气水关系倒置的非常规气藏。,气水过渡带,背斜气藏,甜点,深盆气藏,岩性气藏,?,一、深盆气藏,阿尔伯达牛奶河气田,东俄亥克林顿气田,阿尔伯达艾尔姆华士气田,怀俄明绿河气田,新墨西哥圣胡安气田,怀俄明红色沙漠盆地气田,饱含气层,饱含水层,jc,2,、深盆气藏的特点,气水倒置,异常地层压力,源,藏伴生,气藏边界不受构造等深线控制,地质储量大、单井产量低,源岩条件,类型多为型，面积大，成熟度,高，供气充足，供气速率高,储集条件,低孔、低渗，大面积发育,盖层条件,顶、底封盖层都重要,保存条件,区域构造稳定、断裂发育少,气源、储层、封盖层与构造条件的有利匹配,3,、深盆气藏形成的地质条件,深盆气藏特征：,（）区域构造的低部位含气且具有气水倒置特征；,（）活塞式的成藏机理；,（）变化性的异常地层压力；,（）高势区成藏。,（）地层普遍含气与资源储量巨大,常规构造,圈闭气藏,常规岩性圈闭气藏,深盆气藏,气源,甜点,jc,?,二、煤层气藏,?,煤层气：,一种储集在煤层中的自生自储式的天然,气；是煤化作用的产物。,?,主要成分为甲烷，也称为煤层甲烷。,?,在煤炭工业中的,煤层瓦斯,，是煤成气的一部分，,煤即作为产油气的烃源岩，又是煤层甲烷的产层。,?,2,、煤层气的富集,?,煤层气在煤储集层,主要依赖吸附作用，,有无圈闭无关要紧,，但常规天然气必须,在圈闭中。这是与常规天然气聚集的最,主要差别,。,吸附状态煤层甲烷是煤储集天然气的主体。当煤处于一,定的温度、压力等条件下时，吸附即达到一种平衡状态，吸,附状态的天然气要能流动，必须打破这一平衡状态，使煤层,甲烷解析出来。,?,三、天然气水合物,?,1,、基本概念,?,是在特定的低温和高压条件下，甲烷等气体分子天然地被,封闭在水分子的扩大晶格中，形成似冰状的固态水合物。,?,自然界中存在的天然气水合物的天然气主要成分为甲烷，又,称为,甲烷水合物,。,?,有时乙烷、丙烷、丁烷、二氧化碳及硫化氢也可与甲烷一起,形成固态混合气体水合物，故又称固态气水合物。,2,、天然气水合物形成与分布,成藏需具备的四个基本条件,:,充足的天然气和水，天然气主要是生物成因气，其次,来源于热成因气；,较低的温度，一般温度低于10；,较高的压力，一般压力大于,10MPa,；,有利的储集空间。,最重要的是,低温和高压条件,，且温度与压力可,在一定范围内相互补尝。,?,气体水合物的分布特征：多分布在极地、永久冻土带,及大洋海底。,?,一、烃类来源比较,?,天然气的形成具有,多源性和多阶段性,。,?,多源性一方面体现在既有有机成因的天然气,也有无机成因,气；另一方面还体现在各种类型的有机质都能形成天然气，,既有油型气,又有煤型气,。,第六节,气藏与油藏形成及保存条件的差异,?,石油主要是由腐泥型和腐殖,-,腐泥型有机质生成,的。,?,天然气不仅与石油共生,也往往与煤系共生，聚,油盆地和聚煤盆地都可以寻找天然气。,?,有机成因天然气的生成具有多阶段性，各个阶段,都伴随有天然气的生成。,?,石油则大量生成于一定埋藏深度的“液态窗”范,围内。,二、对储、盖层条件要求的差异,?,天然气与石油性质的差异,对储、盖层条件的要求不,同。,?,气藏对储层的要求低，对盖层的要求高；而油藏对,储、盖层的要求与此相反。,?,烃浓度封闭是天然气盖层特有的封闭机理。,?,三、运聚成藏方式的异同,?,?,与石油相比,天然气具有分子小、密度小、粘度小、,溶解度大、压缩性和扩散能力强等特点。,?,气比油的运移活性强、运聚成藏方式多样。,?,四、保存条件的差异,?,与石油相比，天然气的聚集效率要小得多。天然,气聚集系数一般在,1%,以下，个别情况才会超过,1%,；,?,而石油的聚集系数较大，一般大于,10%,。天然气,藏要求的保存条件远比油藏的严格。,?,五、气藏与油藏在空间分布上的差异,?,天然气的分布远比石油广泛得多。凡是发现石油的,地方,都分布有一定数量的天然气。,?,“有油必有气”。,?,在许多没有发现大量石油的地区,却找到了丰富的天,然气，“有气不一定有油”。,?,在气源岩有机质演化程度很低或很高两种极端情况,下，这种现象表现得尤为突出。,气藏与油藏形成及保存条件的对比,对比内容,天然气藏,油藏,烃类来源,广泛，具多源、多阶段性。既有有机气，,又有无机气。各类有机质在不同演化阶段,均生成天然气。多源天然气复合成藏。,来自腐泥、腐殖腐泥型有机质。,主要生成于一定埋藏深度的生油,窗中。,储、盖层条,件,对储层要求低、对盖层要求高。盖层封闭,机理多样，烃浓度封闭可起重要作用。,对储层要求高、对盖层要求低。,盖层封闭机理为物性封闭、异常,压力封闭。,运移方式,易于运移且方式多样：渗滤、脉冲式混相,涌流、扩散、水溶对流，其中扩散和水溶,对流为重要运移机制。,主要是渗滤和脉冲式混相涌流。,聚集机理,多样：游离天然气直接排替地层水成藏，,已聚集石油的圈闭被天然气驱替成藏，水,溶气脱溶成藏，富含气的地层水可形成水,溶气藏。,较单一。游离相石油排替地层水,聚集成藏。,演化和保存,条件,易于散失，扩散损失重要。气藏形成始终,处于聚和散的动平衡中，成藏期晚有利于,气藏的保存。聚集效率低。,主要为渗滤损失。扩散损失不很,重要，聚集效率相对较高,