石油地质学基础授课材料(下).ppt

主讲教师：王顺玉,石 油 地 质 学 基 础,西南石油学院资源与环境学院,（下篇）,第七章 石油、天然气与油田水,原油的组成及性质天然气的组成及性质地下水的性质和组成,第七章 石油、天然气与油田水,石油（Petroleum）是指从地下深处开采出来的多组分混合物，其主要组成是烃类（烷烃、环烷烃、芳香烃），其次是数量不多但很有意义的非烃组分（含氧化合物、含氮化合物、含硫化合物、胶质和沥青质）。根据石油在地下存在的相态，可以把石油分为：天然气（gas）：在标准的温度和压力条件下（760mmHg，15.6）不凝结，以气态的形式存在；凝析油（condensate）：在地层条件即地下一定温度和压力条件下呈气态，在地面常温、常压条件下反凝析呈液态；原油（crude oil）：在地层条件和地面条件下均呈液态存在。一般来讲，石油都有相似性，但石油的化学组成是不固定的，不同地区、不同层位的石油在物理、化学性质上又存在较大的差异，主要受有机母质类型、热演化程度和油气成藏后的次生变化作用的影响。,一、原油的组成1、元素组成,世界上各油田所产原油的性质虽然千差万别，但它们的元素组成是一致的，基本是由碳、氢、硫、氮、氧五种元素组成，而且主要是碳和氢。它们在原油中含量的一般范围是：碳 83.087.0氢 11.014.0硫 0.058.00氮 0.022.00氧 0.052.00 除碳、氢、硫、氮、氧外，原油中还含有微量的金属和非金属元素，它们的含量一 般只是百万分之几甚至十亿分之几。微量金属元素30多种,有 Fe、Al、V、Ni。,第一节 原油的组成及性质,第一节 原油的组成及性质,2、原油的化学组成 在原油的化学组成中，按照化学结构可分为：烃类(Hydrocarbon)：指全部由氢和碳原子构成的化合物(CH4，C2H6.)烷烃、环烷烃、芳香烃,第一节 原油的组成及性质,(1)烷烃：属饱和烃（CnH2n+2）C14气态，C516液态，C17+固态 A.正构烷烃 属直链烃-C-C-C-C-在原油中正构烷烃的含量是较高的，其含量一般为1520。原油中已检测出C1C40的各种正构烷烃。含量高低取决于：（1）生成条件原始有机质的性质。（2）烃源岩的热演化程度。,Heptane(C7H16),Pentane(C5H12),Propane(C3H8),第一节 原油的组成及性质,B.异构烷烃 属侧链烃 在中等分子量范围内最重要的异构烷烃是异戊二烯类烷烃，它们是C9C25的异构烷烃，每隔三个碳原子有一个甲基支链，含量常占原油的1。最重要的是：异戊二烯型烷烃（植烷，姥鲛烷）称谓 指纹化合物 同源石油所含的异戊二烯型烷烃的类型和含量非常相似。,Isopentane,Isobutane(C4H10),第一节 原油的组成及性质,(2).环烷烃化合物 A.概念:具有三个碳原子以上，单链相连，呈闭合环状结构的烃类称环烷烃。有:单环 双环 多环 B.分布：在碳数小于10的轻馏分中，环己烷、环戊烷及其衍生物是石油的重要组分，特别是甲基环己烷和甲基环戊烷常常是最丰富的。中等到重馏分（C10C35）的环烷烃一般由15个五员环和六员环组成。其中单环和双环烷烃占环烷烃总量的5055，三环烷烃占20。四环和五环环烷烃平均占碳数大于10的环烷烃的25，它们的结构与四环甾族化合物和五环三萜烷直接相关。,cyclohexane,第一节 原油的组成及性质,(3).芳香烃化合物 概念：具有六个碳原子和六个氢原子组成的特殊碳环苯环的化合物。类型及含量：单环型苯 甲苯 对二甲苯；多环型联苯 三苯甲烷；稠环萘 蒽 菲，含二个或多个苯环，共用二个相邻碳原子稠合而成。其中13环的苯、萘和菲系列含量最高，占芳香馏分的70左右，而四环以上的芳烃仅占不到10。,naphthalene,第一节 原油的组成及性质,非烃类原油中，氧、氮、硫三种元素的质量分数一般仅为2左右，但其化合物却达1020，甚至更多。主要集中在原油的高沸点馏分中。原油中非烃主要有：含氧化合物、含硫化合物、含氮化合物。（1）含硫化合物：有害物质，对机器、管道、油罐、炼塔腐蚀。所有原油中都含有一定量的硫，但不同原油的含硫量相差很大，从万分之几到百分之几。原油中有机硫化物已鉴定出250种。除元素硫以外，主要以硫醇、硫醚和噻吩类等出现评价石油质量的重要指标：含量 2%高硫原油（碳酸盐岩 膏盐岩含油层）0.5 2%含硫原油 0.5%低硫原油（砂岩地层）,thiophene(C4H4S),Sulphur Compounds,第一节 原油的组成及性质,（2）含氮化合物：原油中的氮含量通常在0.050.5范围内。原油中的氮含量是随馏分沸程的升高而增加的。原油中氮约有90存在于渣油中。对于原油中的含氮化合物，尤其是较重馏分中的含氮化合物，由于在分离和鉴定上的困难，迄今尚未完全弄清楚，一般按酸碱性分为碱性和非碱性两大类。对碱性含氮化合物研究较多，已鉴定出大约80多种单体化合物，主要是吡啶、喹啉、异喹啉的同系物和卟啉。卟啉化合物是石油有机成因的重要生物标志物。中性含氮化合物有吡咯、吲哚、咔唑的同系物等。用途：石油有机成因证据之一。,第一节 原油的组成及性质,（3）含氧化合物：大多数原油中的含氧量在0.11.0之间，个别的达3.0。主要有：醇（ROH）、酚（ArOH）、醚（ROR）、醛（RCOH）、酮（RCOR）和酸（RCOOH）。原油中含氧化合物主要是酸性含氧化合物，其中环烷酸最多，占酸性物质90以上。地层水和原油中酸性含氧化合物对储集层次生孔隙的形成具有重要的意义。通常认为岩石次生孔隙的形成与地层水的酸性有关。研究表明低分子有机酸的酸性明显较CO2高。,Oxygen Compounds,第一节 原油的组成及性质,3、族组成饱和烃：芳香烃：胶质：胶质多为棕黄色到黑色的粘稠状液体和半固体。可溶于低分子量的正构烷烃和苯、石油醚、三氯甲烷、四氯化碳等有机溶剂，分子量一般在5001200之间，其中氧占28，硫占0.55，氮占2左右。相对密度为11.1。胶质有很强的着色能力，原油的颜色主要是由胶质引起的。主要由缩合芳香烃和环烷烃组成，部分是杂环，环间由脂肪链联结。沥青质：沥青质多为脆性固体黑色粉末，不溶于低分子量的正构烷烃，但可溶于苯、石油醚、三氯甲烷、四氯化碳等有机溶剂，其分子量在100010000之间。其元素组成与胶质无多大差别，主要是O、S、N等杂原子含量更高。沥青质结构是多环的，以缩合芳香核为主，它们形成的沥青质质点，大小在50100之间。,第一节 原油的组成及性质,第一节 原油的组成及性质,二、石油的类型,第一节 原油的组成及性质,（一）颜色（color）浅黄色黑，但深色石油居多。黑色金子。烃类组成（轻质，重质成分含量），重质油、稠油色深，凝析油、轻质油色浅。（二）相对密度（Gravity）相对密度：20的石油与5纯水单位体积的重量比。D204d20：0.751.00，也有1.0者（伊朗、加州、墨西哥，我国孤岛馆陶组石油：0.931.026。前苏联苏拉汉石油0.71）美国：API度=141.5/d（15.5）-131.5（高者轻，低者重）（15.5时）1.0相当于API度：10度；（15.5时）0.85相当于API度：35度决定因素：1 胶质 沥青质含量；2 大分子烃类含量；3 溶解气含量重油、轻质油界线：国际0.934；我国0.92；（三）粘度（Viscosity）以下数十万mPa.s。受温度影响极大，压力加大亦有增加。决定因素：组成，溶解气含量稀油：100mPa.s普通稠油：10010000mPa.s特稠油：10000mPa.s50000mPa.s超稠油：50000mPa.s,三、石油的物理性质,第一节 原油的组成及性质,（四）荧光性（Fluorescence）紫外线照射下发光荧光。多环芳烃及非烃引起发光，饱和烃则不发光。荧光分析（十分灵敏）轻质油：浅兰色；胶质多者：绿黄；沥青质多者：褐色。（五）旋光性 当偏光通过石油时，偏光面会旋转一定角度，这种特性称为旋光性。左旋物质，右旋物质，天然石油多为右旋。0.1度几十分。（五）溶解性 烃类难溶于水，易溶于氯仿，四氯化碳，苯，石油醚等有机溶剂。（六）导电性（Conductivity）高电阻率电阻率测井,第二节 天然气的组成及性质,一、天然气的组成1.元素组成 C、H 为主，少量 N、O、S。含量：C 65-80%H12-20%2.化合物组成烃类：通常甲烷占绝对优势，并有数量不等的重烃气（C2+），但在某些原油伴生气（气顶气和油溶气）中，重烃气含量可以超过甲烷。重烃气（C2+）中以乙烷和丙烷最为常见，含量亦高，碳数大于4的重烃气含量较低，在多数情况下含量随碳数的增加而减少。干气（dry gas）：CH4 95%蓝色火焰，少含汽油蒸汽。湿气（wet gas）：含重烃气，黄色火焰。,第二节 天然气的组成及性质,非烃：CO2、N2、H2S、H2、CO、SO2、Hg等以及微量的惰性气体（氦、氖、氩、氪、氙等），有时还含有少量的有机硫、氧、氮化合物。一般含量少，少数例外，如：美国:本得隆起 二迭系砂岩气藏 N2 达8.6%（Nitrogen）中国:广东 三水盆地 砂头峪气田 CO2达99.5%（Carbon dioxide）河北 赵兰庄油气田 孔一段 H2S 达92%（Hydrogen sulfide）,第二节 天然气的组成及性质,1气藏气（干气，贫气）：烃类气体单独聚集成藏，不与石油伴生。C1一般大于95%，重烃气含量极少（14%）。N2为主的气藏数量10%，CO2或H2S为主的气藏1%我国天然气储量规范：H2S0.5%，CO25%，He0.1%，都要计算其储量2气顶气（湿气，富气）：与石油共存于油气藏中，呈游离气顶状态的天然气。重烃含量可达百分之几几十（仅次于甲烷）（gas cap）3溶解气（dissolved gas）：地层条件下溶解在石油和水中的气体。-湿气重烃含量变化大：2080%原始溶解气油比变化大：几上千m3/m3水中溶解气应注意：0.0几5m3/m3 压力 溶解度，矿化度 溶解度。4凝析气（condensate gas）：当地下温度压力超过临界条件后，液态烃逆蒸发形成凝析气。-湿气，采出过程中反凝析出凝析油。5天然气水合物甲烷水合物，高压、一定温度下：甲烷分子封闭在水分子所形成的固体晶格中（油藏物理P123124页）-冰冻甲烷6水溶气,二、天然气的赋存形态,第二节 天然气的组成及性质,三、天然气的物理性质1密度：标准状况下，单位体积天然气与同体积空气的重量比值。0.50.7g/cm3。2粘度:与化学组成及所处的温度、压力有关，0.012mPa.s。分子量增加粘度减小；温度、压力增高，粘度增大。3蒸气压力:气体液化时所施加的最低压力称蒸气压力。分子量越小，蒸汽压越大。4溶解性:易溶于石油和水，与温度、压力有关。5热值:每立方米天然气燃烧时所发出的热量。与重烃含量有关。热值排序：煤 干气 石油 湿气 氢气,四、天然气的成因类型,第二节 天然气的组成及性质,第三节 油田水的组成及性质,一、油田水的概念及来源（一）油田水的概念广义的油田水是指油田内的地下水，包括油层水和非油层水。狭义的油田水是指油田范围内直接与油层连通的地下水，即油层水。（二）油田水的来源 油田水的来源是一个极为复杂而尚未取得统一认识的问题。一般认为可以有以下三种来源：（1）沉积水；（2）渗入水；（3）深成水。,第三节 油田水的组成及性质,二、油田水的矿化度及化学组成（一）无机组成 大量组成：在常规水分析资料中，常用Na+（包括K+）、Ca2+、Mg2+和C1-、SO42-、HCO3-（CO32-）等6个阳、阴离子，代表大量无机组成。微量组成：有几十种元素，其中有些组合特征、异常值或比值，能反映油田水的起源、沉积环境、水的浓缩程度及水文地质的封闭性。水的总矿化度：地下水中各种离子、分子和化合物的总含量。单位：mg/L。,第三节 油田水的组成及性质,（二）有机组成 油田水中常见的有机组成有：烃类、酚和有机酸。,第三节 油田水的组成及性质,三、油田水的类型,第八章 油气的生成,油气成因理论研究概况生成油气的原始物质 油气生成的地质环境 有机质向油气转化的能源条件 油气生成的热演化模式,第一节 油气成因理论研究概况,一、无机成因论 石油工业发展早期，从纯化学角度出发，认为石油是无机成因的。无机成同说大致可归纳为两类：一类是地深成因说，认为轻类形成于地球深处；另一类是宇宙成因说，认为烃类早在地球形成的宇宙阶段即已形成。其主要依据：实验室中，从无机物制得了烃类。如门捷列夫用盐酸加在含锰生铁上获得烃类；天体光谱分析，有碳、氢和烃类；火山喷出气体、岩浆岩的包裹体中含烃；陨石中鉴定出烃类。尽管这些依据都是事实，但无机成因论者的致命点是脱离了地质条件来讨论油气的成因，而且将宇宙中发现的简单烃与地球上组成复杂的石油等同起来。,第一节 油气成因理论研究概况,二、有机成因论 随着油气勘探和生油研究不断深入，无机成因论逐步为有机成因论所代替。有机成因论的主要论据：世界上90%以上的石油产于沉积岩区；而与沉积岩无关的大片岩浆岩、变质岩区没有产出石油；少量工业油流的岩浆岩、变质岩都与沉积岩毗邻；介壳灰岩及其晶洞和泥岩中的砂岩透镜体这些封闭空间中所含的油气，只能来源于沉积岩中有机质；油气中先后鉴定出很多与活生物体有关的生物标志化合物；油气中烃类与生物体中类脂物、沉积有机质在元素组成、化学成分及结构上都存在着相似性和连续性。实验室中模拟地下条件，从多种有机质中获得了烃类。总之，油气的有机成因说，由于充分考虑了油气的生成和产出的地质、地球化学条件。深入对比了油气及有机质的组成特征，因此，更能说明油气的成因。为绝大多数石油地质，地球化学工作者所接受。现代研究证明，部分天然气则很可能是无机成因的。在油气生成的机理和时间上，亦有早期生成论和晚期生成论之争。,第一节 油气成因理论研究概况,晚期成油论的主要依据：世界油气的分布有一定的深度范围，太浅、太深都很少。,第一节 油气成因理论研究概况,据哈尔布蒂(1970)统计，全世界266个“巨型”油田（可采储量5亿桶），其产层深度为：产层深度（米）占“巨型”油田总储量的 2400 13根据兰迪斯(1967)统计，在19491965年期间发现的产层深度4570米的油气田，其中4/5是凝析气田和干气田。世界油气分布与地温的关系更加密切。据统计，世界上99的油田，油藏温度148.9，其中 油藏温度 121 湿气、凝析油藏温度 121149 干气藏温度 149177 工业性气藏很少 177204 无工业性气藏 204世界油气分布的温度，又随生油层的年代而变化。,第一节 油气成因理论研究概况,晚期成油论的意义 提出了生油岩“成熟度”的概念；指出石油的生成需要一定的温度；生油过程有阶段性；从而区分出未成熟生油层与成熟生油层、过成熟生气层；并且提出了一套划分成熟度的指标；预测一个盆地能找到油还是能找到气，如是根本没有成熟生油层，找油希望甚小；根据不同演化阶段的生油率，更精确地计算生油量。,第一节 油气成因理论研究概况,干酪根热降解成油论 依据：现代沉积物中干酪根多；古代岩石中干酪根少，因为消耗于生成石油。据测定：55个现代沉积物的干酪根含量为9597；烃类含量65ppm；791个古代页岩的干酪根含量为 90；烃类含量300ppm；289个古代碳酸盐岩的干酪根含量为65；烃类含量340ppm；,第一节 油气成因理论研究概况,从干酪根到可溶沥青到原油，元素组成有规律地递变，说明它们之间有成因联系。,第一节 油气成因理论研究概况,在自然剖面上可观察到；随理深增大、温度压力增高，干酪根逐渐因消耗于生油而减少，MAB抽提物也减少，含O、N、S化合物略有增多，特别是到了一定深度，烃类明显增多，这是干酪根生油的自然实例。,第一节 油气成因理论研究概况,实验室同样模拟出干酪根生成石油的过程。干酪根在人工加温热降解过程中，先是生成液态烃，然后液态烃裂解，生成气态烃。,法国石油研究院人工加热现代沉积物中的干酪根实验结果（以产物占干酪根质量分数表示）,第一节 油气成因理论研究概况,干酪根热降解成油理论在生物化学作用阶段，各种有机碎片结合成不同类型的不溶“干酪根”；在成岩作用阶段和深成作用阶段早期，随着温度升高，干酪根核与核之间或核外的桥键，先沿“薄弱环节”即ON一S等极性键断开，然后是脂链发生断裂；沥青和烃类脱离干酪根核的束缚，从不溶转入可溶状态，“游离”在生油岩中成为“原始”的石油烃和“游离”沥青组份；深成作用阶段后期和变质阶段的更高温度下，游离沥青继续脱去ONS等杂原子，烃类则从长链断裂成短键，最终变成CH4气体；与此同时，干酪根的核则不断缩合，最后只剩下碳原子，变成石墨两极分化。干酪根热降解成油论在油气勘探中的应用不同类型干酪根的热降解产物不同。例如本质素单体，一般热降解最易生成 C1C3的气态烃；不同类型干酪根生成的油化学组成也不同；不同类型干酪根的成熟门限及成油带厚薄、成气带深浅部不同；不同类型干酪根的生油潜力不同。因此，在油气资源评价中必须区分生油岩的干酪根和母质类型，以使预测找油找气潜力，分别计算生油量和生气量。,第二节 生成油气的原始物质,一、沉积有机质的形成和分布 脂类脂肪酸和醇 蛋白质氨基酸 碳水化合物糖 木质素芳香酸、酚等 有机物质分解中的产物富含活泼官能团，如：OH、COOH等，因此分解产物相互作用合成新的物质是必然的结果。在演化过程中，有机质中C增加，O减少，芳香核的缩合程度增加，分子量增大，逐渐形成不溶于酸、和碱及有机溶剂的中性有机聚合物，这个过程称为非溶解作用。脂类 生物当作能源利用，从而参加了生物圈有机碳的再循环 生物有机质 蛋白质 经过物理一化学作用而变为简单的分子，如CO2、H2O等的化学组成 碳水化合物 进入沉积物中形成沉积有机质，没有经历完全的再循环和 木质素 物理一化学分解，占生物原始数量的极小部分,第二节 生成油气的原始物质,沉积有机质：指来源于活的生物的遗体及其分泌物和排泄物，直接或间接进人沉积物中，或经过生物降解作用和沉积埋藏作用被掩埋在沉积物中，或经过缩聚作用演化生成新的有机化合物及其衍生物的那部分有机质。注意：沉积有机质不包括像贝壳、骨头、牙齿等的矿物部分。,第二节 生成油气的原始物质,分布：极不均衡，与原始生物物质数量、保存条件、沉积环境有关。分散状态存在。地壳中沉积岩中有机碳总量为3.81015t，3.61015t存在于泥页岩中，占沉积岩中总有机质的95以上，说明大量有机质是与细粒的沉积物相伴生。干酪根在岩石圈中的数量，占了有机质的绝大部分，自然界中煤与干酪根重量之比为1：457；石油与干酪根之比为1：5330，可见，干酪根的数量足以保证全球石油和煤的生成量。有机沉积物 3367.9（单位：1013吨）富集有机质 7.9 分散有机质 3360 煤 石油 沥青 干酪根 烃类 分散沥青 7 0.6 0.3 3200 60 100,第二节 生成油气的原始物质,二、沉积有机质中的干酪根（一）干酪根（Kerogen）*Kerogen：指沉积物不溶于非氧化无机酸、碱和有机溶剂的有机质，但在热解或加氢分解产生烃类物质。岩石中可溶于有机溶剂的部分沥青（bitumen）。（二）元素组成占沉积有机质的95%，细软粉末，暗棕到黑色。为高分子聚合物，C为主，H、O次之，少量S、N等。C：7085，H：310，O：320。类似于石油中的胶质和沥青质，但缩合程度更高，分子量也更大。没有一定组成，只有一个组成范围。如有人测定过美国湖相始新统绿河页岩干酪根的分子式约为：C235H397O13N3S5（分子量为3627）。干酪根类型不同，成熟度不同，元素组成变化也很大。,（三）结构复杂，环状结构，三维网状系统，由多个核被桥键和官能团连接而成。,第二节 生成油气的原始物质,（五）类型（由C H O含量组成不同，可分为三类）型干酪根：单细胞藻类（海藻）残体组成，富含脂类化合物，H/C(hydrogen carbon ratio)高，O/C低，链式结构为主，少环芳烃，含氧官能团，生成液态石油潜力大，油页岩属此类。典型腐泥质类型。型干酪根：介于、之间，过渡性，来源于海洋飘浮植物及浮游动物，生油气潜能介于二者之间。型干酪根：源于富木质素和碳水化合物的高等陆源植物碎屑形成的，河流搬运至海、湖三角洲或大陆边缘，H/C低，O/C高，芳香结构为主，生油潜力小，天然气的主要母质。典型腐殖质类型,第三节 油气生成的地质环境,沉积有机质向油气演化的过程是有机质不断的去氧、加氢、富集碳的过程。这个过程需要一定的地质条件,它们是：一、油气生成需要的基本地质条件(一).必须具有足够数量和一定质量的原始有机物质-生油母质-基础；(二).沉积物必须具有一定的堆积速度-只有这样，才能使沉积有机质迅速埋藏、保存以勉遭受氧化，形成还原环境（reducing environments）。(三).必须具有长期稳定下沉的构造环境，才能使沉积物不断得到补偿，不断增加埋藏深度，造成沉积有机质向油气转化所需要的温度。二、有利于油气生成的构造条件(一).根据板块学说：地壳上板块的边缘活动带、板块内部的裂谷、坳陷以及造山带的前陆盆地、山间盆地等大地构造部位，是在地质历史时期中曾经发生长期持续下沉的地区，是地壳上油气资源最主要的分布地区。(二).沉积盆地中处于长期持续稳定下沉的沉积坳陷是含油气盆地内最有利的生油凹陷，是因为：1坳陷中沉积物厚度最大，埋藏深度最大，地温较高；2坳陷中水体最深，沉积物以细粒为主，是生油岩最发育的地区；3沉积盆地中的坳陷区下沉快，沉积物补偿快，形成还原环境，有利于沉积有机质的保存和油气转化。（三）盆地的下沉速度与沉积物沉积速度大致相当，持久保持还原环境。,第三节 油气生成的地质环境,三、油气生成的岩相古地理条件 形成沉积有机质的主要场所是海洋、湖泊。(一).海洋环境 1.浅海大陆架(continental shelf)是浮游生物最发育的海洋环境。水体宁静，水深不超过200米，阳光充足，温度适宜,因此是生物繁衍最有利的地区，保存好。2.三角洲地区(delta)是海洋和陆地交汇的地区。原地生长的海生生物发育，河流搬运来自陆地，陆源有机质丰富，故生油母质非常充足。3.海湾和泻湖(lagoon)由于群岛、半岛、堤坝或生物礁的阻止，使其与海洋隔离，含氧海水不易进入，形成封闭、半封闭环境，对沉积有机质的形成、保存有利，如:三大湾.(二).大陆环境大陆环境下的湖泊(lacustrine)中，深水湖相-半深水湖相是陆相盆地中油气生成最有利的地区。,第四节 有机质向油气转化的能源条件,一、细菌（bacteria）作用：促进作用，在早期阶段显著。二、温度与时间埋藏加大，地温增高，沉积有机质热分解石油 一般地，相同时间，温度愈高，生成石油愈多。故，地温梯度高的沉积盆地，油气资源较丰富。松辽盆地 3.14.8/100m；加瓦尔油田（中东）5.1/100m世界第一大油田。但是，不是温度越高越好。太高，石油裂解成气态烃；太低，生油速度太慢。门限温度：有机质开始大量转化成石油的温度，或称成熟温度。达到门限温度的深度叫成熟点。一般地，50120作为石油门限温度范围。不同沉积盆地，不同层位，门限温度不同。与有机质类型、埋藏时间有关。时间与温度相互补偿。温度是转化过程的决定作用。,第四节 有机质向油气转化的能源条件,三、催化剂 一定的促进作用。破坏原始结构，分子重新分布稳定的烃类物质1 粘土矿物（吸附性）：蒙脱石比表面大，催化能力最强；伊利石次之；高岭石最弱；2 酵母素：由动植物，微生物产生，在有机质分解早期有重要意义。四、放射性U Th K放射性元素，粘土岩（泥、页岩）、碳酸盐岩中有一定的富集。总结：1 细菌的作用主要发生在沉积物埋藏不深、温度不是很高的情况下；2 放射性作用不断提供游离氢的来源，但并非必要；3 温度与催化剂在成油过程中起着重要作用，温度与时间互为补偿。,第五节 油气生成的热演化模式,第五节 油气生成的热演化模式,一般生烃模式1.生物甲烷气阶段成岩阶段2.石油形成阶段3.热裂解甲烷气阶段准变质阶段注意：一般生烃模式，往往不能全面地概括各地区不同生油母质生油岩的成烃特征。因此，20世纪80年代有许多学者利用更多的资料，试图突破“一般生烃模式”的示意性质，提出不同类型干酪根或烃源岩的成烃模式。,第五节 油气生成的热演化模式,第五节 油气生成的热演化模式,第五节 油气生成的热演化模式,第九章 生油层、储集层和盖层,生油层储集层盖层,一、基本概念（一）生油岩：又称油源岩、生油气母岩、烃源岩（source rock）。曾经产生并排出足以形成工业数量油气的岩石（1979，美国亨特）。（二）生油层：由生油岩组成的地层。（三）生油气层系：在一定地质时期内具有相同岩性、岩相特征的若干生油层与期间非生油层的组合，称生油层系。（四）生油区：盆地内生油层系分布的区域。,第一节 生油岩与生油层,第一节 生油岩与生油层,二、生油岩的岩石类型及特征（一）粘土岩类生油层 1.岩类：泥岩(mudstone)、页岩(shale)、粘土岩（clay rock）2.特征：(1)颜色较暗，以灰色、灰黑色、灰绿色为主(有机质丰富)。(2)生物化石丰富，沉积环境安静、缺氧，水体稳定。(3)富含分散状原生黄铁矿，水平层理。（二）碳酸盐岩类生油层 1.岩类：石灰岩(carbonate rock)，生物灰岩(biosparite)，泥灰岩(micrite)。2.特征：(1)岩性主要为低能环境下形成的隐晶粉晶灰岩。(2)颜色较深，多为灰色、深灰色、褐灰色。(3)含生物化石丰富，含原生黄铁矿。（三）、厚度,第一节 生油岩与生油层,三、生油岩的地球化学特征（一）有机质丰度指标 1.剩余有机碳：指残留在生油岩中的有机碳含量。2.“A”：3.总烃（二）有机质成熟度指标 1.镜质体反射率(o)Vitrinite reflectance 2.热变指数Thermal alternation index 3.Kerogen颜色 类型 4.正构烷烃奇偶优势(OEP值）5.正构烷烃分布特征 6.芳香烃结构指数（三）有机质类型指标,第二节 油气储集层,油气储集层及其特征 碎屑岩类储集层 碳酸盐岩类储集层 其它岩类储集层,第二节 油气储集层,一、基本概念：（一）储集层（reservoir rock）：凡是能够储存和渗滤流体的岩层。（但不一定含有油气）（二）含油气层（oil-bearing rock）：储集层中储集了一定数量的石油或者天然气，称含油气层。（三）产层（pay）：已经开采的具有工业价值的含油气层。,第二节 油气储集层,二、储集层的基本特征 油气储集层共同具有孔隙性和渗透性两个基本特征。,第二节 油气储集层,（一）储集层的孔隙性与孔隙度 孔隙：指岩石中未被固体物质所充填的空隙体积空间。孔隙+裂缝+溶洞。总孔隙度：又称绝对孔隙度（absolute porosity），岩样中所有孔隙空间总体积与该岩样中总体积的比值，以百分数表示。有效孔隙度（effective porosity）：又称连通孔隙度，指岩样中相互连通的，且在一定压力下允许流体在其中流动的孔隙总体积与该岩样总体积的比值。,第二节 油气储集层,第二节 油气储集层,孔隙的类型（1）按孔隙的成因分类 A 原生孔隙（primary porosity）：指沉积作用过程中碎屑颗粒与颗粒之间的支撑作用形成的孔隙，如粒间孔隙（intergranular porosity）。B 次生孔隙（secondary porosity）：指在成岩作用过程中或成岩以后形成的孔隙。如溶蚀孔隙（dissolved porosity）、晶间孔隙（intercrystalline porosity）C 裂缝（fracture）：岩石在成岩作用过程中，或在各种构造应力作用下使岩石破裂而形成的各种裂缝。如：构造裂缝，收缩裂缝。,第二节 油气储集层,（2）按孔隙的大小或裂缝的宽度，以及它们储存和渗滤流体的能力分为：A 超毛细管孔隙（supercapillary pore）：孔隙直径0.5mm，裂缝宽度0.25mm，其中的流体在重力作用下可以自由流动。疏松砂岩中的孔隙（未胶结的大溶洞、大裂缝属此类）B 毛细管孔隙（capillary pore）：孔隙直径5000.2 um，裂缝宽度2500.1um。由于毛管阻力大，流体在其中不能自由流动，须在外力作用下克服毛细管阻力才能实现。一般砂岩孔隙属此类。C 微毛细管孔隙（microcapillary pore）：孔隙直经0.2um，裂缝宽度0.1um。欲使流体在其中流动，必须施加非常高的压力，在油层条件下难以达到，故流体在这类孔缝中无法流动。泥岩、页岩中的孔隙属此类。,第二节 油气储集层,（二）储集层的渗透性和渗透率 1、基本概念：（1）渗透性：指储集层在一定的压力条件下，岩石允许流体通过孔隙的能力。它是衡量油气在岩石中的流动难易程度或传导性大小，是评价储层产能大小的主要参数。（2）渗透率（permeability）：衡量流体在岩石中渗滤能力的大小的参数。A 绝对渗透率：指单相流体（油、气或水）通过孔隙介质沿孔洞缝呈层状流动时，服从达西直线渗滤定律。B 相渗透率（有效渗透率）-多相流体 指岩石孔隙中有多相流体共存时，岩石对其中每一相流体的渗透率称相渗透率（有效渗透率），分别用Ko、Kg、Kw表示。影响相渗透率的因素：岩石本身的性质，流体的性质，流体的饱和度。C 相对渗透率（relative permeability）指岩石对每一单相流体局部饱和时的有效（相）渗透率与全部饱和时的绝对渗透率的比值。,第二节 油气储集层,孔隙度和渗透率之间的关系 一般情况下，储层的孔隙度越大，则渗透率也越高。但是，目前研究结果发现，二者之间没有固定的函数关系。例如：粘土岩:孔隙度较大而渗透率极低；裂缝性灰岩:孔隙度很小而K很大。,第二节 油气储集层,（三）、应用孔隙度和渗透率值对储层评价,中国石油天然气总公司储层分类标准（适用于砂岩）,第二节 油气储集层,三、碎屑岩类储集层（一）、重要性,Knebel等（1956）对236个主要油田储量统计（1吨=7.3桶，1亿桶=1370万吨）：砂岩油层：59%碳酸盐岩：40.2%其它：0.8%例如：大庆K，胜利N1，辽河N1，中原N1，南阳J3，长庆J1，克拉玛依T3，吐哈J3以上油气田的产层均为碎屑岩类。,（流体包裹体）,第二节 油气储集层,（二）、碎屑岩（clastic rock）类储集层岩石类型 主要有 砂岩 砂砾岩 砾岩 部分粉砂岩。（三）、碎屑岩类储层基本特征 1、储集空间：一般以原生粒间孔隙为主，具有一定数量的次生孔隙，孔分布较均一，有效孔隙度较高1025%，随埋深增加孔隙度略有降低，但幅度不大、2、渗透率：一般较好，几十-几百10-3 m2 孔隙度与渗透率一般表现为粗略的正相关关系。3、除原生粒间孔隙外，常伴有部分次生溶孔和裂缝，使储层的非均质性加强，孔隙结构更加复杂化。4、成岩作用对储层具有一定的改造作用，但不如碳酸盐岩储集层明显。上述四条特点可归纳以下几句话：孔渗较好 分布均一 原生为主 改造次要 具体分析 莫要乱套,第二节 油气储集层,（四）、碎屑岩类储层孔隙类型 1、原生孔隙（primary porosity）1）、粒间孔隙（intergranular porosity）2）、杂基内原生孔隙 2、次生孔隙（secondary porosity）1）、溶蚀孔隙（solution porosity）A粒间溶孔 B粒内溶孔 C填隙物内溶孔 2）、破裂孔隙（fracture）A颗粒破裂缝 B岩石裂缝 3）、晶间孔隙（intercrystalline porosity）重结晶作用晶间孔为主,第二节 油气储集层,（五）、影响碎屑岩类储集层储油物性的因素 1、沉积环境（depositional environment）1）、母岩岩性控制了碎屑成分和胶结物成分；A、碎屑颗粒的矿物成分和大小 矿物颗粒的坚硬程度和遇水溶解及膨胀程度、憎油性和憎水性常见矿物为：石英、长石。前者好于后者：长石颗粒表面的液膜厚度大于石英，对渗透率影响较大润湿性；石英抗风化力强，颗粒表面较光滑；而长石不耐风化，颗粒表面常有一层高岭土或绢云母（吸附油气、吸水膨胀，降低渗透率）颗粒粗：K；颗粒细：K B、胶结物特征 胶结物的成分：泥质、钙质、硅质和铁质。相对而言，泥质胶结的砂岩较为疏松，渗透性好，其它的则差。因此，岩石渗透性：疏松泥质钙质硅、铁质 胶结物含量：愈少愈好。其中，泥质含量：愈少愈好胶结物充填粒间孔,第二节 油气储集层,胶结类型：接触胶结孔隙胶结基底、充填胶结 基底胶结：碎屑颗粒相互不接触，均匀分布于胶结基底上。凝块胶结：类似于基底胶结，但颗粒分布不均匀，呈凝块状聚集。孔隙胶结：颗粒相互接触，胶结物充填颗粒间的孔隙中。接触胶结：颗粒相互接触，胶结物仅分布于颗粒接触点上。充填胶结：孔隙胶结的胶结物被淋滤，又被次生胶结物充填。,第二节 油气储集层,2）、搬运距离的远近，控制了碎屑颗粒的分选程度、磨园程度的好坏分选、磨园愈好，、K愈大风成砂海滩砂河流砂洪积砂冰川砂 海相、三角洲相河流相,第二节 油气储集层,3）、水动力条件及压实程度控制了碎屑颗粒的排列方式。理论上，颗粒为理想球体（均匀球体），存在的颗粒排列方式：立方体（最不紧密排列）斜方体（中等密度排列）菱面体（最紧密排列）立方体堆积，最大=47.6%（2r）3-（4/3）3.14r3/（2r）3 菱面体堆积，最小=25.9%因此，立方体斜方体菱面体2、成岩作用（diagenesis）1）、压实作用 包括：机械压实 化学压实 作用结果：以缩小孔隙为主 2）、胶结作用 作用结果：以充填孔隙为主（cementation）3）、溶解作用 作用结果：增大孔隙,第二节 油气储集层,（六）、碎屑岩储集层的发育分布 砂岩体：指某一沉积环境内形成的，具有一定形态、岩性和分布特点，并以砂质为主的沉积岩体。砂岩体是研究和划分碎屑岩类储集层的基本单元。,第二节 油气储集层,1、洪积冲积扇砂砾岩体（fan-shaped sandstone）（1）形成条件：干旱 半干旱气候 洪水期（2）分布范围：盆地边缘 老山出口处 与平原交汇处（3）规模大小：扇状分布 多个扇连接呈裙状（4）岩性特征：A、粗而杂，由砂岩、砾岩、泥岩混杂堆积、B、粒度粗，分选差，磨园差、C、成分复杂，物性变化大。扇中最好，扇缘泥为主，扇顶砾为主，分选差。（5）油田实例：克拉玛依 T（三叠）克拉玛依组油层,第二节 油气储集层,2、河流砂岩体（Fluvial sandstone）（1）形成条件：河流搬运过程中，由于河道弯曲摆动形成的边滩、心滩。（2）规模大小：细长形，长度可达几十几百，甚至上千公里。厚度由几米几十米。（3）岩性特征：粒度较均匀，分选、磨园较好。（4）分布：A、形态极不规则，平面上呈条带状 蛇曲状 树枝状 网状、B、剖面上，呈顶平底凸的透镜状，底砾顶泥的二元结构（5）油田实例：中国 陕甘宁盆地 马岭油田,第二节 油气储集层,3、三角洲砂岩体（Deltaic sandstone）（1）形成地区：河流入海处（2）亚相带：A、三角洲平原亚相 B、三角洲前缘亚相分流河道、前缘砂体 物性最好 C、前三角洲亚相（3）砂岩体类型 三角洲平原亚相：河道砂岩体（Channel）决口扇砂岩体 三角洲前缘亚相：鸟足状（bird-foot）指状（finger-shaped）席状砂岩体（blanket sands）前三角洲亚相：透镜状砂岩体（lenticular sandstong body）（4）砂岩体特征：质纯 分选好 磨园好 垂直岸带分布（5）油田实例（易形成大型，特大型油气田）中国 松辽盆地 大庆长垣 油田（地质储量大于44亿吨）科威特 布尔干油田（世界第二特大油田）委内瑞拉 波利瓦尔油田（第三特大油田）尼日利亚 尼日尔河三角洲,第二节 油气储集层,4、沿岸堤坝砂岩体（shoreline sands body）（1）形成地区：海、湖 沿岸地带（2）岩性特点：由于海浪、湖浪的淘洗作用，颗粒纯净，分选、磨园均好。（3）砂岩体类型：岸外沙坝（offshore s